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COMPUTACION APLICADA A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL
PROGRAMA ACADÉMICO: INGENIERIREA CURRICULAR: FORMACION PROFESIONAL
ODIGO: 06094
APSO ACADEMICO: 2010-2
UMERO DE HORAS PRESENCIALES Y DE APRENDIZAJE
OCENTE QUE LA ADMINISTRA: Indira Herrera,
Ugel, José DE ELABORACION: 22-06-2011 RUCTURAL JE CURRICULAR: ESTRUCTURAS ARÁCTER: ELECTIVA RELACIÓN: 20075
ECHA ÚLTIMA ACTUALIZACIÓN: No aplica A CIVIL DEPARTAMENTO: INGENIERIA EST
A C L N INDEPENDIENTE: 64 D
Hermenegildo Rodríguez, Juan Carlos Vielma, Ronald Yépez. FECHA E C P F
CENTROCCIDENTAL
“LISANDRO ALVARADO”
Fundamentación
COMPETENCIAS ESPECÍFICASniería civil que hayan Este curso está orientado a estudiantes de inge
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 manejo de vectores y matrices. eales
• Funciones de solución de ecuaciones no-lin 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. COMPETENCIAS GENÉRICAS Y METODOLOGIA
que el estudiante vaya adquiriendo de forma
Se espera 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.
El desarrollo de la mecánica de Newton y del cálculo diferencial e integral,
s
:
sistente: Trabajo colaborativo, Responsabilidad, Proactividad, Eficiencia.
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 manejo de herramientas y programas computacionales 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.
s pro
3. El empleo de algunas funciones particulares de lo gramas. En el nivel de pregrado de Ingeniería Estructural, algunas de las aplicacione fundamentales que requieren el uso de herramientas de manejo informático son, entre otras muchas:
ara el Análisis estructural P
a) método del trabajo virtual. b) análisis matricial.
ructural: Para la Dinámica Est
a) Ecuaciones de movimiento. b) Modos de Vibración. c) Respuesta dinámica. Para el análisis sismo re a) Estudio de señales.
bilistas. b) Metodologías proba
OBJETIVO GENERAL
Utilizar las funciones básicas de ciertos programas en l ras y conocer las bases de programación y creación de nterfaces gráficas. Manejar programas enfocados al u cerchas, vigas y pórticos y desarrollar habilidades de
USO DEL EDITOR Y OPERACIONES BASICAS
a solución numérica de estructu so de matrices para solucionar i
programación en tales programas, motivando al estudiante a su uso en la solución de estructuras civiles.
UNIDAD I.
Duración: 1 semana Ponderación: 5%
Objetivo Terminal o Elemento de Competencia: o del Adquirir las herramientas básicas para el manejo y us editor y las operaciones básicas de MATLAB.
PLANTEAMIENTO GENERAL DE SABERES ESTRATEGIAS
OBJETIVOS ESPECIFICOS O ELEMENTOS DE
Conceptuales Procedimentales y/ Aprendizaje Enseñanza RECURSOS
COMPETENCIA o Actitudinales 1.- Fa te con la inter LAB. miliarizar al estudian face grafica de MAT
2.- Presentar la forma de ejecutar las operaciones básicas en MATLAB
3.- Manejo de variables y su almacenamiento.
Manejo y uso de programas
Conocer, practicar y usar los elementos necesarios para el
ma as Estudio de manuales y Clases teórico-p Laboratorio de computación. computacionales avanzados.
nejo de las operaciones básic de MATLAB manejo de software rácticas Pizarrón y Marcadores Proyector de Diapositivas
UNIDAD II.
OPERACIONES CON VECTORES Y MATRICES
Duración: 1 semana Ponderación: 5%
Objetivo Terminal o Elemento de Competencia: Adquirir las herramientas básicas para operar iones de vectores y matrices con MATLAB.
PLANTEAMIENTO GENERAL DE SABERES ESTRATEGIAS
OBJETIVOS ESPECIFICOS O ELEMENTOS DE COMPETENCIA Procedimentales y/o Actitudinales a S
Conceptuales Aprendizaje Enseñanz RECURSO
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.
Manejo y uso de programas computacionales
Conocer, practicar y usar los elementos necesarios para operar
con vectores y matrices bajo
Estudio de manuales y manejo de Clases teórico-prácticas Laboratorio de computación.
avanzados. ambiente MATLAB software
Pizarrón y Marcadores Proyector de Diapositivas
UNIDAD III.
INTEGRACIÓN Y ECUACIONES NO-LINEALES Duración: 1,5 semanas Ponderación: 10%
Objetivo Terminal o Elemento de Competencia:
Adquirir las herramientas básicas para construcción y cálculo de ecuaciones diferenciales no lineales en MATLAB.
PLANTEAMIENTO GENERAL DE SABERES ESTRATEGIAS
OBJETIVOS ESPECIFICOS O ELEMENTOS DE
COMPETENCIA Co
Procedimentales Actitudinales
nceptuales y/o Aprendizaje Enseñanza RECURSOS
1.- Presentar las funciones de
en anál
integración como fundamento de los métodos de trabajo y energía
isis 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. Manejo y uso de programas computacionales avanzados.
Conocer, practicar y usar los criterios suficientes para integrar y plantear ecuaciones no lineales
bajo ambiente MATLAB
Estudio de manuales y manejo de software Clases teórico-prácticas computación. Pizarrón y Laboratorio de Marcadores Proyector de Diapositivas
UNIDAD IV.
OPTIMIZACIÓN, POLINOMIOS Y NÚMEROS COMPLEJOS. Duración: 1,5 semana Ponderación: 10%
Objetivo Terminal o Elemento de Competencia:
Adquirir las herramientas resolver problemas de polinomios, números complejos y optimización usando MATLAB.
PLANTEAMIENTO GENERAL E D SABERES ESTRATEGIAS
OBJETIVOS ESPECIFICOS O
m
itudina Aprendizaje Enseñanza
RECURSOS ELEMENTOS DE COMPETENCIA Conceptuales Procedi Act entales y/o les 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 programas computacionales avanzados. elem resolver problemas de optimización y números complejos utilizando MATLAB
manuales y manejo de software Clases teórico-prácticas Pizarrón y Marcadores de números complejos en MATLAB.
Manejo y uso de Conocer, practicar y usar los
entos necesarios para Estudio de
Laboratorio de computación.
Proyector de Diapositivas
UNIDAD V.
GRÁFICAS Y ECUACIONES DIFERENCIALES
Duración: 1 semana Ponderación: 5%
Objetivo Terminal o Elemento de Competencia: Adquirir las herramientas básicas para graficar y resolver ecuaciones diferenciales que representen la formulación matemática del comportamiento estructural.
PLANTEAMIENTO GENERAL DE SABERES ESTRATEGIAS
OBJETIVOS ESPECIFICOS O
Procedimentales y/o
Actitudinales Aprendizaje Enseñanza
S ELEMENTOS DE
COMPETENCIA Conceptuales
RECURSO 1.- Estudiar las diferentes form
de presentación de datos en form as
a ráfica.
g
2.- Explorar las potencialidades MATLAB para ntación gráfica
de la
represe de
resultados numéricos.
3.- Presentar las diferentes funciones de solución de s. programas computacionales avanzados. elem ecuaciones diferenciales utilizando MATLAB manuales y manejo de software teórico-prácticas Pizarrón y Marcadores
ecuaciones diferenciales que fundamentan laformulación matemática del comportamiento dinámico de estructura
Manejo y uso de Conocer, practicar y usar los entos necesarios para graficar
Estudio de Clases Laboratorio de computación. Proyector de Diapositivas
UNIDAD VI. PROGRAMACIÓN
Duración: 1,5 semanas Ponderación: 10%
Objetivo Terminal o Elemento de Competencia: Adquirir las herramientas básicas para programar y utilizar rutinas de métodos de solución de problemas.
PLANTEAMIENTO GENERA DE SABERES L ESTRATEGIAS
OBJETIVOS ESPECIFICOS O ELEMENTOS DE
ETENCIA Conceptuales
Procedimentales y/o
Aprendizaje Enseñanza RECURSOS
COMP Actitudinales
1.- Presentar las difere de programación haciend
ntes rutinas énfasis o
en sus casos de utilización.
2.- Desarrollar habilidades en
progra ciones
estructuración de rutinas de mación y nuevas fun
en el entorno de MATLAB.
3.- Proporcionar las bases necesarias para la creación de intefaces gráficas de usuario y
computacionales avanzados.
herr a la
solucionar problemas numéricos en ambiente MATLAB manejo de software prácticas Laboratorio de computación. Marcadores Proyector de rutinas de programación de los
métodos de solución de estructuras.
Manejo y uso de Conocer, practicar y usar las programas amientas necesarias par
utilización de rutinas para
Estudio de
manuales y Clases
teórico- Pizarrón y
UNIDAD VII.
INTERFACES GRÁFICAS DE USUARIO
Duración: 0,5 semanas Ponderación: 5%
Objetivo Terminal o Elemento de Competencia: Adquirir las herramientas básicas para el manejo y uso de interfaces gráficas bajo MATLAB.
PLANTEAMIENTO GENERA DE SABERES L ESTRATEGIAS
OBJETIVOS ESPECIFICOS O ELEMENTOS DE
COMPETENCIA Conceptuales
Procedimentales y/o
Actitudinales Aprendizaje Enseñanza
RECURSOS 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
rfaces gráficas. de inte
3.- Proporcionar las herramientas necesarias para el uso de interfaces gráficas en la parte de entrada de datos de las funciones
c avanzados. s Estu ma software s computación. Proyector de Diapositivas
definidas por el usuario.
Manejo y uso de
programas Practic áfica omputacionales
ar y usar interfaces gr personalizadas con MATLAB
dio de nuales y Clase manejo de teórico-prácticas Laboratorio de Pizarrón y Marcadores
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UNIDAD VIII.
MÉTODOS DE TRABAJO Y ENERGÍA
Duración: 1 semana Ponderación: 5%
Objetivo Terminal o Elemento de Competencia: Manejar las aplicaciones del MATLAB en los métodos de Trabajo y Energía de análisis estructural.
PLANTEAMIENTO GENERA DE SABERES L ESTRATEGIAS
OBJETIVOS ESPECIFICOS O ELEMENTOS DE
COMPETENCIA Conceptuales
Procedimentales y/o
Actitudinales Aprendizaje Enseñanza
RECURSOS 1.- Aplicar el principio de conservación de energía en la solución de estructuras. 2.- ecuaciones de energía de casos d
Implementar en MATLAB las deformación para los diferentes
e esfuerzos.
3.- Utilizar el principio de trabajo virtual para solucionar estructuras estáticamente indeterminadas.
Manejo y uso de c
Conocer y usar las aplicaciones de MATLAB para determinación de
elem és de los mé man ma Clases o-Proyector de Diapositivas programas
omputacionales rotaciones y desplazamientos en avanzados. entos estructurales a trav
todos de trabajo y energía.
Estudio de Laboratorio de computación. uales y nejo de teóric software prácticas Pizarrón y Marcadores
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UNIDAD XIX.
MÉTODOS TRADICIONALES PARA RESOLVER VIGAS INDETERMINADAS.
Duración: 1 semana Ponderación: 5%
Objetivo Terminal o Elemento de Competencia: Manejar las aplicaciones de MATLAB en la resolución de vigas indeterminadas.
PLANTEAMIENTO GENERA DE SABERES L ESTRATEGIAS
OBJETIVOS ESPECIFICOS O ELEMENTOS DE
COMPETENCIA Conceptuales
Procedimentales y/o
Actitudinales Aprendizaje Enseñanza
RECURSOS 1.- Presentar uno de los métodos
continuas
est das.
clásicos más representativos para la solución de vigas
áticamente indetermina
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
t
solución de sistemas lineales de ecuaciones obtenidas de la aplicación de la ecuación de los tres momentos a vigas hiperestáticas.
Manejo y uso de programas computacionales
avanzados.
Conocer y usar las aplicaciones de MATLAB para la resolución de vigas hiperestáticas de dos, tres y
cuatro tramos. Estudio de manuales y manejo de software Clases eórico-prácticas Laboratorio de computación. Pizarrón y Marcadores Proyector de Diapositivas
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UNIDAD X.
MÉTODOS ITERATIVOS.
Duración: 1,5 semana Ponderación: 10%
Objetivo Terminal o Elemento de Competencia: Manejar las aplicaciones de MATLAB en la utilización de métodos iterativos en la resolución de estructuras indeterminadas.
PLANTEAMIENTO GENERAL DE SABERES ESTRATEGIAS
OBJETIVOS ESPECIFICOS O ELEMENTOS DE
COMPETENCIA Conceptuales
Procedimentales y/o
Actitudinales Aprendizaje Enseñanza
RECURSOS 1.- Presentar uno de los métodos
iterativos más representativos en la solución de estructuras indeterminadas. estáticamente 2.- Implementar en MATLA concepto de aproxim B el aciones nto del étodo de Cross.
sucesivas como fundame m 3.- Util oss en Manejo y uso de com avanzados. MATLAB para la s y pórticos hi través de mé numérica. Estudio de software Laboratorio de omputación. ón y izar el método de Cr la solución de vigas hiperestáticas.
programas
putacionales viga
Conocer y usar las aplicaciones de resolución de perestáticos a todos de iteración manuales y manejo de Clases teórico-prácticas Pizarr Marcadores c Proyector de Diapositivas
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UNIDAD XI.
MATRICIAL INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS
Duración: 1,5 semana Ponderación: 10%
Objetivo Terminal o Elemento de Competencia: Manejar las metodologías en la solución de estructuras por análisis matricial. en ambiente MATLAB.
PLANTEAMIENTO GENERA DE SABERES L ESTRATEGIAS
OBJETIVOS ESPECIFICOS O ELEMENTOS DE
COMPETENCIA Conceptuales
Procedimentales y/o
Actitudinales Aprendizaje Enseñanza
RECURSOS 1.- Presentar las bases
matemáticas del método matricial utilizado en la solución de estructuras.
2.- Estudiar el concepto de rigidez portan para estructuras que se com
en el rango elástico y lineal.
3. todología a eguir en la solución de matric Manejo y uso de programas s
Conocer y usar as aplicaciones de estructuras por análisis ma icial.
Estudio de Clases prácticas Laboratorio de computación. n y res Diapositivas - Presentar la me s
estructuras por el método ial.
computacionale avanzados.
l
MATLAB para la resolución de tr manuales y manejo de teórico-Pizarró Marcado software Proyector de
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RIGIDEZ UNIDAD XII.
ENSAMBLE DE LA MATRIZ DE
Duración: 1,5 semana Ponderación: 10%
Objetivo Terminal o Elemento de Competencia: Manejar las aplicaciones de MATLAB en la determinación de fuerzas internas y desplazamientos de una estructura.
PLANTEAMIENTO GENERA DE SABERES L ESTRATEGIAS
OBJETIVOS ESPECIFICOS O ELEMENTOS DE
COMPETENCIA Conceptuales
Procedimentales y/o
Actitudinales Aprendizaje Enseñanza
RECURSOS 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
compuesta de una estructura
elementos barra y viga.
3. ernas y
esplazamientos de una estructura
Manejo y uso de programas computacionales
Conocer y usar las aplicaciones de inar esfuerzos internos, desplazamientos y deform
a través del análisis matri
Estudio de manuales y software Clases Laboratorio de computación. Pizarrón y res - Determinar fuerzas int
d
con base en el método matricial.
avanzados.
MATLAB para la determ
aciones manejo de teórico-prácticas Marcado cial. Proyector de Diapositivas
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UNIDAD XIII.
GAS Y PÓRTICOS SOLUCIÓN DE CERCHAS, VI
Duración: 1,5 semana Ponderación: 10%
Objetivo Terminal o Elemento de Compe
Manejar las aplicaciones de MATLAB en la resolución de vigas, pórticos y armaduras utilizando matrices.
tencia:
PLANTEAMIENTO GENERA DE SABERES L ESTRATEGIAS
OBJETIVOS ESPECIFICOS O ELEMENTOS DE
COMPETENCIA Conceptuales
Procedimentales y/o
Actitudinales Aprendizaje Enseñanza
RECURSOS 1.- Solucionar en MATLAB
estructuras tipo cerchas y compuestas utilizando el método matricial. 2.- Desarrollar habilidades en estructuración de rutinas de uevas funciones m programación y n
en el entorno de MATLAB para la implementación del método
atricial.
3.- Desarrollar rutinas para
diagra te y
Manejo y uso de programas a
Conocer y usar las aplicaciones de MATLAB par a presentación de
resultados y diagramas armaduras, vigas y pórti os
estáticos a través de m matriciales. Estudio de manejo de Laboratorio de computación. n y Marcadores yector de Diapositivas presentación de resultados en términos de desplazamientos y mas de cortan momento. computacionales vanzados. hiper a l de manuales y Clases teórico- Pizarró c
étodos software prácticas
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y laboratorio (individual): 2 pts por semana. Semanas 2 a 15 28 punt a unidad. (individual): 2 pts por ejercicio: Semanas 3 a 16 26 pun
upal).
Una entrega parcial en la semana 10: 12 puntos Una entrega final con defensa en la semana 16: 18 puntos.
dividual): Semana 8 10 puntos.
6 puntos.
Básica:
Guía de Matlab con aplicaciones al Curriculum de Ingeniería Civil. (2008). Mary C. Jarur . Uiversidad Católica del Maue. Chile. Complementaria:
tutorials. Ivan Graham
PLAN DE EVALUACIÓN
a) Actividades semanales de prácticab) Ejercicios de aplicación por cad c) Proyecto a lo largo del curso. (gr
os. tos.
d) Examen práctico en laboratorio (in e) Evaluación continúa.
BIBLIOGRAFIA
• Programming in MATLAB. Edward Newman • Tutorial de Matlab. Mathworks.
• MATLAB. Manual and introductory
• Manual básico de MATLAB. Tobin A. Driscoll
