Ingeniería y Arquitectura Programa de asignatura

Transcripción

1 Identificación de la asignatura Nombre de la asignatura: Ingeniería de Cimentaciones Área académica: Ingenierías y Arquitectura Programa académico al que pertenece: Maestría en Ingeniería Estructural y Sísmica Clave: Total créditos: 04 Teóricas Prácticas 04 0 Total horas: 60 Teóricas Prácticas Prerrequisito: Ingeniería Sísmica 60 0 Tipo de asignatura: obligatoria Fecha: Docente: Enrique Bazán, PhD Fundamentación de la asignatura/ Descripción de la asignatura: La asignatura consiste en estudiar de forma detallada la dinámica de los suelos, así como el análisis y diseño de los elementos que interactúan con el suelo como son los sistemas de cimentaciones tanto superficiales como profundas. Objetivo general: Comprender con claridad los conceptos del comportamiento dinámico de los diferentes tipos de perfiles de suelos y de las cimentaciones, enfocados al análisis y diseño de las mismas y con énfasis en las solicitaciones sísmicas. Objetivos Específicos: Obj. 1 Obj.2 Obj. 3 Entender la diferencia entre dinámica de suelos y la dinámica estructural. Analizar las ondas unidimensionales y su propagación en el medio. Entender las diferencias en la propagación de ondas armónicas a través de diferentes medios estratificados. 1

2 Contenidos básicos de la asignatura N Nombre y breve descripción de cada unidad o tema 1 2 Unidad 1. Introducción. a) Diferencia entre dinámica de suelos y la dinámica estructural. b) Características de los problemas de la dinámica de suelos. c) El comportamiento no lineal de los suelos. Unidad 2. Vibraciones unidimensionales de una columna de suelo. a) Ecuaciones de movimiento de sistemas unidimensionales. b) Comportamiento de una columna de suelo con deformaciones de corte y torsionales. c) Forma general de la ecuación de movimiento. Prop. esp. asociado 3 Unidad 3. Propagación de ondas unidimensionales en una columna de suelo. a) La ecuación de la onda. b) Solución de la ecuación de la onda por separación de variables. c) Vibraciones libres. d) El problema de autovalores para sistemas continuos. e) Autovalores y autofunciones. f) Vibraciones forzadas. g) La solución de D Alembert. h) Ondas de compresión (P) y Ondas de corte (S). i) Propagación de un desplazamiento inicial. j) Propagación de tensiones prescriptas en el contorno. Propagación de ondas armónicas. k) Numero de onda, velocidad de fase y longitud de onda. l) Forma compleja de la ecuación de onda armónica. m) Resonancia. 2

3 Unidad 4. Propagación de ondas en un medio tridimensional. a) Ecuaciones del movimiento en la dinámica de medios elásticos. b) El concepto de onda plana. c) Propagación de ondas en un medio continuo de tres dimensiones. d) Reflexión de ondas planas en contornos libres. e) El caso de una onda P incidente. f) El caso de una onda S incidente. Unidad 5. Amortiguamiento de suelos. a) El modelo de viscoelasticidad de Klevin-Voigt. b) El ciclo de la histéresis. c) El factor de pérdida y la razón de amortiguamiento, ventajas y desventajas del modelo. d) El modelo de amortiguamiento histeretico. e) Forma compleja de modelos de amortiguamiento. Unidad 6. Propagación de ondas armónicas en medios estratificados. a) Propagación de ondas armónicas en un único estrato amortiguado de roca rígida. b) Propagación de ondas armónicas en un único estrato amortiguado de roca elástica. c) Propagación de ondas armónicas en un depósito de suelo estratificado. Unidad 7. Análisis no linear de suelos. a) Modelo constitutivo para la dinámica de suelos no lineal. El modelo hiperbólico. b) El modelo de Ramberg-Osgood. c) Análisis aproximado del comportamiento no lineal de suelos. d) El método lineal equivalente. e) Aplicaciones del a propagación de ondas sísmicas en depósitos de suelos con estratos horizontales. 3

4 Unidad 8. Respuesta dinámica de suelos con elementos finitos. a) Repaso de las ecuaciones básicas de la teoría de elasticidad b) El principio de los trabajos virtuales para medios continuos. c) Formulación de modelos de elementos finitos para dinámica de suelos. d) El caso de deformaciones planas. e) El caso axial-simétrico. f) Sistemas de suelos bajos excitaciones sísmicas. g) Programas típicos de elementos finitos para dinámica de suelos. Unidad 9. Características especiales del análisis de suelos con elementos finitos. a) El modelo de amortiguamiento viscoso lineal. b) Amortiguamiento clásico y no clásico. c) El amortiguamiento de Rayleigh. d) El modelo de amortiguamiento de Caughey. e) Amortiguamiento complejo: modelos viscosos e histereticos. Contornos no reflejantes. f) Contornos viscosos absorbentes para ondas P, S, y de Rayleigh. g) Contornos de transición. Unidad 10. Análisis dinámico en el dominio de la frecuencia. a) Respuestas a excitaciones periódicas. b) Las series de Fourier. c) Forma compleja de las series de Fourier. d) Respuesta a excitaciones transitorias. e) La transformada de Fourier. f) El método en el dominio de las frecuencias para el análisis de sistemas de un grado de libertad. 4

5 11 12 Unidad 11. Aplicaciones de la transformada discreta de Fourier. a) La transformada discreta de Fourier o DFT. b) Propiedades. Simetría y Asimetría. c) Diferentes definiciones de la DFT. d) Los efectos de Aliasing y Leakage. e) El método de Respuesta en Frecuencia para análisis de sistemas de múltiples grados de libertad. Unidad 12. Vibraciones de fundaciones de máquinas. a) Tipos de cargas dinámicas. b) Cargas debidas a maquinas rotativas y a maquinas intermitentes. c) El método del semi-espacio elástico. d) El desarrollo histórico: las soluciones de Lamb, Reissner, Quinlan, Sung, Bycroft, y Hsich. e) La analogía de Lysmer. f) El método de las impedancias dinámicas. Estrategias de enseñanza El curso se desarrollara mediante exposiciones de los conceptos fundamentales por parte del profesor, en las cuales se utilizaran ejemplos ilustrativos y actividades de comprobación directa. Durante el desarrollo de las clases se estimulara la participación de los estudiantes con preguntas o comentarios relacionados con los temas vistos. En las secciones teóricas el profesor hará uso del material audio visual preparado para ilustrar conceptos fundamentales y las practicas más comunes en el ejercicio de los ingenieros. Evaluación Estrategia Semana o fecha Puntaje Tareas 25% Examen Parcial 35% Examen Final 40% Total 100% 5

6 Prácticas, asignaciones y/o presentaciones Distribución Título y breve descripción de puntaje Ejercicios 5 Cada Tema Trabajos de investigación 10 Contenido asociado Tema de Investigación a Presentar Prácticas Especiales 5 Visitas y Reportes Ejercicios 5 Cada Tema 6

7 Texto: Bibliografía Abraham Diaz Rodriguez, Limusa, 2005 Dinámica de Suelos. Referencias: Braja M. Das. CENGAGE Learning Fundamentos de Ingeniería de Cimentaciones. Rafael Colindres, Limusa Dinámica de Suelos y estructuras. Peck, Hanson, Thornburn Ingeniería de Cimentaciones Entre otros. 7