UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO

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1 UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL Página 1 de 16 LISANDRO ALVARADO DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL COMPUTACION APLICADA A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL PROGRAMA ACADÉMICO: INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO: INGENIERIA ESTRUCTURAL AREA CURRICULAR: FORMACION PROFESIONAL EJE CURRICULAR: ESTRUCTURAS CODIGO: CARÁCTER: ELECTIVA LAPSO ACADEMICO: PRELACIÓN: NUMERO DE HORAS PRESENCIALES Y DE APRENDIZAJE INDEPENDIENTE: 64 FECHA ÚLTIMA ACTUALIZACIÓN: No aplica DOCENTE QUE LA ADMINISTRA: Indira Herrera, Hermenegildo Rodríguez, Juan Carlos Vielma, Ronald Ugel, José Yépez. FECHA DE ELABORACION:

2 06094 Página 2 de 16 Fundamentación El desarrollo de la mecánica de Newton y del cálculo diferencial e integral, permitió el inicio de la Teoría Estructural. Desde allí, aparecen las primeras teorías estructurales fundamentadas y se desarrollan algunos métodos numéricos iterativos y los métodos matriciales. El inmenso avance tecnológico e informático de las últimas décadas, ha permitido la rápida expansión y desarrollo de todos estos métodos, hasta llegar al análisis por Elementos Finitos que es una forma más avanzada y poderosa del análisis matricial. Todo ello implica que el herramientas y es fundamental para el análisis y diseño en Ingeniería Estructural. Este manejo puede verse desde tres puntos de vista: 1. Sistemas de Ecuaciones reducibles a forma matricial. 2. Programación de algoritmos para ser ejecutados. 3. El empleo de algunas funciones particulares de los. En el nivel de pregrado de Ingeniería Estructural, algunas de las aplicaciones fundamentales que requieren el uso de herramientas de manejo informático son, entre otras muchas: Para el Análisis estructural: a) método del trabajo virtual. b) análisis matricial. Para la Dinámica Estructural: a) Ecuaciones de movimiento. b) Modos de Vibración. c) Respuesta dinámica. Para el análisis sismo resistente: a) señales. b) Metodologías probabilistas. S ESPECÍFICAS Este curso está orientado a estudiantes de ingeniería civil que hayan terminado el ciclo de cursos en estática, resistencia de materiales y estructuras. Los temas conforman la base del conjunto de herramientas necesarias para analizar estructuras civiles, además de proporcionar las funciones que componen el análisis matricial de estructuras: Herramientas de vectores y matrices. Funciones de solución de ecuaciones no-lin eales y sistemas de ecuaciones. Desarrollo de bloques de programación con base en ciclos iterativos. Explicación de los diferentes conceptos y funciones requeridas para solucionar estructuras utilizando el método matricial. Aplicaciones desarrolladas para la solución numérica de estructuras. S GENÉRICAS Y METODOLOGIA Se espera que el estudiante vaya adquiriendo de forma gradual las herramientas básicas que le permitirán analizar y diseñar estructuras civiles. En la primera parte del curso se presentan temas introductorios, además de ejemplos de aplicación de las funciones presentadas. La segunda parte corresponde a aplicaciones en la solución de estructuras usando los métodos de trabajo y energía, métodos clásicos, métodos iterativos y análisis matricial. Este curso es un instrumento importante en las labores de programación y elaboración de ayudas de diseño de los cursos de dinámica de estructuras, estructuras de concreto y acero y proyectos estructurales en general. VALORES Trabajo colaborativo, Responsabilidad, Proactividad, Eficiencia.

3 06094 Página 3 de 16 OBJETIVO GENERAL Utilizar las funciones básicas de ciertos en la solución numérica de estructuras y conocer las bases de programación y creación de interfaces gráficas. Manejar enfocados al uso de matrices para solucionar cerchas, vigas y pórticos y desarrollar habilidades de programación en tales, motivando al estudiante a su uso en la solución de estructuras civiles. UNIDAD I. USO DEL EDITOR Y OPERACIONES BASICAS Duración: 1 semana Ponderación: 5% Adquirir las herramientas básicas para el manejo y uso del editor y las operaciones básicas de MATLAB. 1.- Familiarizar al estudiante con la interface grafica de MATLAB. 2.- Presentar la forma de ejecutar las operaciones básicas en MATLAB 3.- Manejo de variables y su almacenamiento. PLANTEAMIENTO GENERAL DE SABERES Procedimentales y/ o Aprendizaje Enseñanza Conocer, practicar y usar los elementos necesarios para el las operaciones básicas de MATLAB teóricop rácticas

4 06094 Página 4 de 16 UNIDAD II. OPERACIONES CON VECTORES Y MATRICES Duración: 1 semana Ponderación: 5% Adquirir las herramientas básicas para operar iones de vectores y matrices con MATLAB. 1. Comprender las diferentes formas de almacenamiento de datos numéricos en expresión vectorial y matricial. 2.- Manejo de datos contenidos en arreglos vectoriales y matriciales. 3.- Operaciones entre vectores y matrices. PLANTEAMIENTO GENERAL DE SABERES Aprendizaje Enseñanza Conocer, practicar y usar los elementos necesarios para operar con vectores y matrices bajo ambiente MATLAB teóricoprácticas

5 06094 Página 5 de 16 UNIDAD III. INTEGRACIÓN Y ECUACIONES NO-LINEALES Duración: 1,5 semanas Ponderación: 10% Adquirir las herramientas básicas para construcción y cálculo de ecuaciones diferenciales no lineales en MATLAB. 1.- Presentar las funciones de integración como fundamento de los métodos de trabajo y energía en análisis estructural 2.- Estudiar las funciones que permiten la solución de ecuaciones no lineales y que fundamentan los problemas de optimización en Ingeniería Civil. 3.- Presentar ejemplos prácticos de solución de integrales y ecuaciones no lineales. PLANTEAMIENTO GENERAL DE SABERES Conocer, practicar y usar los criterios suficientes para integrar y plantear ecuaciones no lineales bajo ambiente MATLAB Aprendizaje Enseñanza teóricoprácticas

6 06094 Página 6 de 16 UNIDAD IV. OPTIMIZACIÓN, POLINOMIOS Y NÚMEROS COMPLEJOS. Duración: 1,5 semana Ponderación: 10% Adquirir las herramientas resolver problemas de polinomios, números complejos y optimización usando MATLAB. 1.- Estudiar las aplicaciones específicas de MATLAB en la solución de problemas de optimización. 2.- Estudiar las funciones para solucionar polinomios. 3.- Manipulación y operaciones de números complejos en MATLAB. PLANTEAMIENTO GENERAL DE SABERES Aprendizaje Enseñanza Conocer, practicar y usar los elementos necesarios para resolver problemas de optimización y números complejos utilizando MATLAB teóricoprácticas

7 06094 Página 7 de 16 UNIDAD V. GRÁFICAS Y ECUACIONES DIFERENCIALES Duración: 1 semana Ponderación: 5% Adquirir las herramientas básicas para graficar y resolver ecuaciones diferenciales que representen la formulación matemática del comportamiento estructural. 1.- Estudiar las diferentes formas de presentación de datos en forma gráfica. 2.- Explorar las potencialidades de MATLAB para la representación gráfica de resultados numéricos. 3.- Presentar las diferentes funciones de solución de ecuaciones diferenciales que fundamentan laformulación matemática del comportamiento dinámico de estructuras. PLANTEAMIENTO GENERAL DE SABERES Conocer, practicar y usar los elementos necesarios para graficar ecuaciones diferenciales utilizando MATLAB Aprendizaje Enseñanza teóricoprácticas

8 06094 Página 8 de 16 UNIDAD VI. PROGRAMACIÓN Duración: 1,5 semanas Ponderación: 10% Adquirir las herramientas básicas para programar y utilizar rutinas de métodos de solución de problemas. 1.- Presentar las diferentes rutinas de programación haciendo énfasis en sus casos de utilización. 2.- Desarrollar habilidades en estructuración de rutinas de programación y nuevas funciones en el entorno de MATLAB. 3.- Proporcionar las bases necesarias para la creación de intefaces gráficas de usuario y rutinas de programación de los métodos de solución de estructuras. PLANTEAMIENTO GENERA L DE SABERES Conocer, practicar y usar las herramientas necesarias para la utilización de rutinas para solucionar problemas numéricos en ambiente MATLAB Aprendizaje Enseñanza teóricoprácticas

9 06094 Página 9 de 16 UNIDAD VII. INTERFACES GRÁFICAS DE USUARIO Duración: 0,5 semanas Ponderación: 5% Adquirir las herramientas básicas para el manejo y uso de interfaces gráficas bajo MATLAB. 1.- Presentar la clasificación de las ayudas de MATLAB en lo referente a opciones de interfaces gráficas. 2.- Dar las bases de uso de la opción GUIDE para la creación de interfaces gráficas. 3.- Proporcionar las herramientas necesarias para el uso de interfaces gráficas en la parte de entrada de datos de las funciones definidas por el usuario. PLANTEAMIENTO GENERA L DE SABERES Practicar y usar interfaces gráficas c omputacionales personalizadas con MATLAB Aprendizaje Enseñanza teóricoprácticas

10 06094 Página 10 de 16 UNIDAD VIII. MÉTODOS DE TRABAJO Y ENERGÍA Duración: 1 semana Ponderación: 5% Manejar las aplicaciones del MATLAB en los métodos de Trabajo y Energía de análisis estructural. 1.- Aplicar el principio de conservación de energía en la solución de estructuras. 2.- Implementar en MATLAB las ecuaciones de energía de deformación para los diferentes casos de esfuerzos. 3.- Utilizar el principio de trabajo virtual para solucionar estructuras estáticamente indeterminadas. PLANTEAMIENTO GENERA L DE SABERES Conocer y usar las aplicaciones de MATLAB para determinación de rotaciones y desplazamientos en elementos estructurales a través de los mé todos de trabajo y energía. Aprendizaje Enseñanza teórico- prácticas

11 06094 Página 11 de 16 UNIDAD XIX. MÉTODOS TRADICIONALES PARA RESOLVER VIGAS INDETERMINADAS. Duración: 1 semana Ponderación: 5% Manejar las aplicaciones de MATLAB en la resolución de vigas indeterminadas. 1.- Presentar uno de los métodos clásicos más representativos para la solución de vigas continuas estáticamente indeterminadas. 2.- Solucionar vigas hiperestáticas utilizando el principio de superposición con base en un conjunto de vigas isostáticas obtenidas de la aplicación de la ecuación de los tres momentos. 3.- Desarrollar habilidades en estructuración de rutinas de solución de sistemas lineales de ecuaciones obtenidas de la aplicación de la ecuación de los tres momentos a vigas hiperestáticas. PLANTEAMIENTO GENERA L DE SABERES Conocer y usar las aplicaciones de MATLAB para la resolución de vigas hiperestáticas de dos, tres y cuatro tramos. Aprendizaje Enseñanza teórico- prácticas

12 06094 Página 12 de 16 UNIDAD X. MÉTODOS ITERATIVOS. Duración: 1,5 semana Ponderación: 10% Manejar las aplicaciones de MATLAB en la utilización de métodos iterativos en la resolución de estructuras indeterminadas. 1.- Presentar uno de los métodos iterativos más representativos en la solución de estructuras estáticamente indeterminadas. 2.- Implementar en MATLAB el concepto de aproximaciones sucesivas como fundamento del método de Cross. 3.- Utilizar el método de Cross en la solución de vigas hiperestáticas. PLANTEAMIENTO GENERAL DE SABERES Conocer y usar las aplicaciones de MATLAB para la resolución de vigas y pórticos hiperestáticos a través de métodos de iteración numérica. Aprendizaje Enseñanza teóricoprácticas

13 06094 Página 13 de 16 UNIDAD XI. INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS MATRICIAL Duración: 1,5 semana Ponderación: 10% Manejar las metodologías en la solución de estructuras por análisis matricial. en ambiente MATLAB. 1.- Presentar las bases matemáticas del método matricial utilizado en la solución de estructuras. 2.- Estudiar el concepto de rigidez para estructuras que se comportan en el rango elástico y lineal Presentar la metodología a seguir en la solución de estructuras por el método matricial. PLANTEAMIENTO GENERA L DE SABERES Conocer y usar las aplicaciones de MATLAB para la resolución de estructuras por análisis matricial. Aprendizaje Enseñanza teóricomanejo de prácticas

14 06094 Página 14 de 16 UNIDAD XII. ENSAMBLE DE LA MATRIZ DE RIGIDEZ Duración: 1,5 semana Ponderación: 10% Manejar las aplicaciones de MATLAB en la determinación de fuerzas internas y desplazamientos de una estructura. 1.- Diferenciar los diferentes tipos de matriz de rigidez para los casos de elementos barra y viga. 2.- Ensamblar con ayuda de hojas de cálculo la matriz de rigidez de una estructura compuesta de elementos barra y viga Determinar fuerzas internas y desplazamientos de una estructura con base en el método matricial. PLANTEAMIENTO GENERA L DE SABERES Conocer y usar las aplicaciones de MATLAB para la determinar esfuerzos internos, desplazamientos y deformaciones a través del análisis matricial. Aprendizaje Enseñanza teóricoprácticas

15 06094 Página 15 de 16 UNIDAD XIII. SOLUCIÓN DE CERCHAS, VIGAS Y PÓRTICOS Duración: 1,5 semana Ponderación: 10% Manejar las aplicaciones de MATLAB en la resolución de vigas, pórticos y armaduras utilizando matrices. 1.- Solucionar en MATLAB estructuras tipo cerchas y compuestas utilizando el método matricial. 2.- Desarrollar habilidades en estructuración de rutinas de programación y nuevas funciones en el entorno de MATLAB para la implementación del método matricial. 3.- Desarrollar rutinas para presentación de resultados en términos de desplazamientos y diagramas de cortante y momento. PLANTEAMIENTO GENERA L DE SABERES Conocer y usar las aplicaciones de MATLAB para la presentación de resultados y diagramas de armaduras, vigas y pórticos hiperestáticos a través de métodos matriciales. Aprendizaje Enseñanza teóricomanejo de prácticas Proyector de

16 06094 Página 16 de 16 PLAN DE EVALUACIÓN a) Actividades semanales de práctica y laboratorio (individual): 2 pts por semana. Semanas 2 a puntos. b) Ejercicios de aplicación por cada unidad. (individual): 2 pts por ejercicio: Semanas 3 a puntos. c) Proyecto a lo largo del curso. (grupal). Una entrega parcial en la semana 10: 12 puntos Una entrega final con defensa en la semana 16: 18 puntos. d) Examen práctico en laboratorio (individual): Semana 8 10 puntos. e) Evaluación continúa. 6 puntos. BIBLIOGRAFIA Básica: Guía de Matlab con aplicaciones al Curriculum de Ingeniería Civil. (2008). Mary C. Jarur. Uiversidad Católica del Maue. Chile. Complementaria: Programming in MATLAB. Edward Newman Tutorial de Matlab. Mathworks. MATLAB. Manual and introductory tutorials. Ivan Graham Manual básico de MATLAB. Tobin A. Driscoll A beginner's guide to MATLAB. Christos Xenophontos