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1. IDENTIFICACION DEL CURSO

Código y Nombre de la Asignatura: ICI 4031 - ANALISIS ESTRUCTURAL
División Académica: División de Ingenierías Departamento Académico: Dpto. Ing. Civil y Ambiental IME 4200 Calificación mínima de 3.0 Número de créditos: Intensidad horaria (semanal para nivel pregrado y total para nivel postgrado): 3.000 Horas de Teoría 0.000 Horas de Laboratorio Niveles: Educación Continua, Educación Superior Pregrado Tipos de Horario: Teoría Las cargas aplicadas a los cuerpos ocasionan sobre ellos reacciones vinculares, fuerzas normales y cortantes, momentos flectores y de torsión y desplazamientos. La determinación de estos parámetros es necesaria para el diseño estructural de vigas, losas, pórticos, edificios, cerchas, puentes, etc., construidos en distintos materiales como por ejemplo acero, hormigón, madera. La necesidad de poseer un conocimiento fundamental del Análisis Estructural es aceptada con entusiasmo por los estudiantes de Ingeniería Civil, aun cuando el desarrollo de la teoría y algunos de los problemas puedan, a veces, aparecer un poco complicados, gracias a una serie de principios muy sencillos, el estudiante podrá comprenderlos a fondo. Este conocimiento facilita desarrollar un especial sentimiento por la asignatura, a tal punto de poder llegar casi intuitivamente a la solución de una extensa variedad de problemas. Para analizar apropiadamente una estructura, deben hacerse ciertas idealizaciones sobre cómo están soportados y conectados los miembros entre sí; una vez determinado lo anterior y especificadas las cargas sobre las estructuras, se pueden obtener los parámetros de solicitación interna y los desplazamientos utilizando las teorías de la mecánica estructural, que es el fundamento de este curso. Los temas a tratar serán en términos generales: evaluación de cargas en estructuras, análisis aproximado de estructuras, metodologías de análisis en vigas, armaduras y pórticos (métodos energéticos y analíticos), análisis matricial y software como el SAP 2000 y ETABS. 3. Justificación. Las vías terrestres son un elemento constitutivo de la infraestructura de transporte, fundamental para el desarrollo social y económico de un país. En este marco, el diseño vial tiene por objeto asegurar soluciones apropiadas para la movilidad de personas y de carga procurando trazados seguros y eficientes; para lograrlo, se requiere el conocimiento e integración de los elementos físicos del entorno. Atendiendo a estas consideraciones, el ingeniero civil, como responsable de la planificación, diseño y conservación de la infraestructura de transporte, debe conjugar el uso de herramientas de la Física, las Matemáticas, la Geometría, la Topografía, y las Ciencias Sociales para el proyecto de vías terrestres. 4. Objetivo general de la asignatura. Esta asignatura se orientará a: - OBJETIVO GENERAL Las estructuras están presentes en la gran mayoría de las obras de ingeniería. El ingeniero civil debe garantizar que esos sistemas estructurales, una vez sean sometidos a cargas permanentes y temporales, no experimenten deformaciones ni derivas mayores a las permitidas y se encuentren alejadas de las condiciones de falla, cumpliendo con los requisitos de seguridad, funcionalidad, economía y estética. En este curso se proporciona a los estudiantes los conocimientos básicos del análisis estructural y se les prepara para estar en capacidad de determinar los efectos de cargas estáticas aplicadas sobre una estructura elástica lineal mediante la aplicación de los métodos más comunes de diseño de estructuras y haciendo uso responsable de programas computacionales. - OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Determinar los efectos que generan las cargas sobre las estructuras como reacciones externas, fuerzas internas, desplazamientos, etc. 2. Ser capaz de idealizar una estructura y evaluar las cargas actuantes en ella. 3. Conocer y aplicar los métodos de fuerzas y de desplazamientos. 4. Obtener y analizar las deflexiones y rotaciones por los diferentes métodos tratados en el curso. 5. Analizar estructuras estáticamente indeterminadas por medio de métodos tradicionales, dibujar los diagramas de fuerzas normales, fuerzas cortantes y momentos flectores en vigas continuas y pórticos. 6. Analizar estructuras por métodos matriciales. Establecer y explicar las diferencias entre los métodos de fuerzas y de desplazamientos y aplicarlos correctamente. 7. Analizar estructuras por medio de herramientas computacionales (programas computacionales). 8. Poner en práctica habilidades de expresión oral y escrita, espíritu de investigación y conocimientos de una segunda lengua. 5. Resultados de Aprendizaje: Este curso contribuye en el desarrollo de los siguientes resultados de aprendizaje de acuerdo con los Criterios a y k de ABET: A) Capacidad de aplicar los conocimientos de matemáticas, ciencias e ingeniería. K) Capacidad para utilizar las técnicas, habilidades y herramientas modernas de ingeniería necesarias para la práctica de la ingeniería. RESULTADOS DE APRENDIZAJE DEL CURSO Al finalizar el curso, el estudiante deberá tener las siguientes habilidades: 1. Dominar y explicar los principios fundamentales del análisis estructural: determinar las cargas actuantes en una estructura, conocer los diferentes tipos de apoyos, establecer la idealización de una estructura, estabilidad y determinación estática y cinemática. 2. Ser capaz de analizar y de calcular las fuerzas internas en cerchas, arcos, vigas continuas y pórticos utilizando técnicas analíticas y computacionales. 3. Establecer los principios de trabajo y energía: energía de deformación debido a fuerza axial, flexión, torsión, cortante; aplicar: trabajo real, teoremas de Castigliano, ley de Betti y Maxwell. 4. Entender y aplicar los métodos tradicionales de cálculo de ángulo de giro y deflexión en el comportamiento de vigas, pórticos y cerchas. 5. Análisis estructural por el método de los desplazamientos (método de las rigideces): coordenadas locales y globales de la estructura. Desarrollar las matrices de rigidez de elementos de cerchas, pórticos y parrillas. Obtener la matriz total de la estructura. 6. Establecer la relación que existe entre las fuerzas básicas y deformaciones básicas. Calcular e interpretar los desplazamientos de los GDL y las fuerzas básicas de estructura utilizando el método de rigidez. 7. Conocer y aplicar los programas SAP 2000 y ETABS. 8. Realizar y aplicar líneas de influencia para estructuras estáticamente determinadas y líneas de influencia cualitativas en estructuras indeterminadas. 9. Comunicarse en el lenguaje propio de la materia. 6. Temas de la asignatura. 1. Conceptos fundamentales: Definición de estructura Sistemas estructurales Idealización estructural (apoyos, áreas tributarias) Apoyos Equilibrio Convención de signos Estabilidad y determinación Sistemas estructurales Cargas, combinaciones de carga y normativa asociada Diagramas de fuerzas internas Revisión conceptos básicos de Armaduras, vigas. 2. Análisis de estructuras estáticamente determinadas e indeterminadas: Análisis aproximado Armaduras Cargas verticales en marcos Método del portal Método de la viga en voladizo Aplicaciones 3. Deflexiones y rotaciones: Estados límites, Tipología de deflexiones, Teoría de la viga elástica, método de integración doble, momento de área, viga conjugada. Métodos de energía (definición, principio de los desplazamientos virtuales, trabajo virtual, teorema recíproco de Maxwell y Betti, Teorema de Castigliano, método del trabajo real) Ecuaciones de pendiente-deflexión 4. Análisis estructural por el método de la rigidez o de los desplazamientos – Análisis matricial: Nociones de álgebra lineal, Análisis estructural moderno Ecuaciones de equilibrio en forma matricial, Grados de libertad, Ecuaciones de cinemática en forma matricial de un elemento, Estabilidad de un modelo estructural, Matriz de rigidez en coordenadas locales y globales, Aplicaciones 5. Uso y aplicaciones con programas computacionales: SAP2000, ETABS 6. Líneas de Influencia (LI): LI para estructuras estáticamente indeterminadas LI cualitativas LI para cargas puntuales LI para cargas repartidas LI para puentes 7. Bibliografía Básica de la asignatura. TEXTO GUIA 1. Hibbeler, R.C. Análisis estructural. Pearson. 8° Edición. 2012. 2. McCormac, J.C. Análisis de estructuras. Alfaomega. 4ª Edición. 2010 TEXTOS DE CONSULTA 1. Tena A, Análisis de Estructuras con métodos matriciales. Limusa, 2007. 2. Rojas Rafael, Padilla Helia. Análisis Estructural con Matrices. Editorial Trillas. 2009 3. Gere J, Weaver W. Analysis of Framed Structures. 4. Kardestuncer H. Introducción al Análisis Estructural con Matrices. McGraw-Hill. México, 1974. 5. Spinel F. Apuntes de clase y problemas resueltos de Análisis Estructural I. Universidad Nacional. 6. Torroja E. Razón y Ser de los Tipos Estructurales. Instituto Eduardo Torroja de la construcción y el cemento. 3a Edición. Madrid, 1960. 7. Universidad Politécnica de Valencia. Teoría de Estructuras. Capítulo 1: Diseño y Análisis Estructural. 8. Asociación de Ingeniería Sísmica-AIS- NSR-10 Reglamento colombiano de construcción sismo resistente, 2010. 9. American Concrete Institute – ACI – ACI 318-14 Building code requirements for structural concrete and commentary, 2011. 10. American Institute of Steel Construction – AISC – AISC 303-10, Code of standard practice for steel building and bridges, 2010. 11. American Institute of Steel Construction – AISC – AISC 360-10, Specification for structural steel buildings, 2010. 12. International Code Consortium – ICC IBC 2012 International building code, 2012. 13. American Society of Civil Engineers – ASCE/SEI 7-10 – Minimum design loads for buildings and other structures, 2010 14. McGuire, William. Gallagher, Richard and Ziemian, Ronald. Matrix Structural Analysis. John Wiley & Sons. Second Edition. 2000. 15. Uribe Escamilla, Jairo. Análisis de Estructuras. ECOE Ediciones. 2ª Edición. 2000. 16. Kassimali, Aslam. Structural Analysis. Cengage Learning; 5° Edition. 2014. 17. Leet, Kenneth M, Uang Chia-Ming, Gilbert Anne. Fundamentals of Structural Analysis. McGraw-Hill Science/Engineering/Math. 4° Edition. 2010. 18. Laible, Jeffrey P. Análisis Estructural. Mc Graw Hill. 19. Norris, Charles. Wilbur, John. Y Utku, Senol. Análisis Elemental de Estructuras. Mc Graw Hill. Segunda edición, 1982. 20. Manga Van de Maele, Resmundo. Apuntes sobre: Análisis Matricial de Estructuras. Ediciones Uninorte. 1999. 21. J.S. Przemienieck, J.S. Theory of Matrix Structural Analysis. McGraw-Hill Book Company. 1968 BASES DE DATOS ELECTRÓNICAS www.asce.org, www.aci-int.org, www.csiberkeley.com, Pearson database, McGrawHill database.

Código y Nombre de la Asignatura: ICI 4031 - ANALISIS ESTRUCTURAL

División Académica: División de Ingenierías
Departamento Académico: Dpto. Ing. Civil y Ambiental
IME 4200 Calificación mínima de 3.0
Número de créditos:
Intensidad horaria (semanal para nivel pregrado y total para nivel postgrado):
3.000 Horas de Teoría
0.000 Horas de Laboratorio
Niveles: Educación Continua, Educación Superior Pregrado
Tipos de Horario: Teoría

Las cargas aplicadas a los cuerpos ocasionan sobre ellos reacciones vinculares, fuerzas normales y cortantes, momentos flectores y de torsión y desplazamientos. La determinación de estos parámetros es necesaria para el diseño estructural de vigas, losas, pórticos, edificios, cerchas, puentes, etc., construidos en distintos materiales como por ejemplo acero, hormigón, madera.

La necesidad de poseer un conocimiento fundamental del Análisis Estructural es aceptada con entusiasmo por los estudiantes de Ingeniería Civil, aun cuando el desarrollo de la teoría y algunos de los problemas puedan, a veces, aparecer un poco complicados, gracias a una serie de principios muy sencillos, el estudiante podrá comprenderlos a fondo. Este conocimiento facilita desarrollar un especial sentimiento por la asignatura, a tal punto de poder llegar casi intuitivamente a la solución de una extensa variedad de problemas.

Para analizar apropiadamente una estructura, deben hacerse ciertas idealizaciones sobre cómo están soportados y conectados los miembros entre sí; una vez determinado lo anterior y especificadas las cargas sobre las estructuras, se pueden obtener los parámetros de solicitación interna y los desplazamientos utilizando las teorías de la mecánica estructural, que es el fundamento de este curso. Los temas a tratar serán en términos generales: evaluación de cargas en estructuras, análisis aproximado de estructuras, metodologías de análisis en vigas, armaduras y pórticos (métodos energéticos y analíticos), análisis matricial y software como el SAP 2000 y ETABS.

3. Justificación.

Las vías terrestres son un elemento constitutivo de la infraestructura de transporte, fundamental para el desarrollo social y económico de un país. En este marco, el diseño vial tiene por objeto asegurar soluciones apropiadas para la movilidad de personas y de carga procurando trazados seguros y eficientes; para lograrlo, se requiere el conocimiento e integración de los elementos físicos del entorno. Atendiendo a estas consideraciones, el ingeniero civil, como responsable de la planificación, diseño y conservación de la infraestructura de transporte, debe conjugar el uso de herramientas de la Física, las Matemáticas, la Geometría, la Topografía, y las Ciencias Sociales para el proyecto de vías terrestres.

4. Objetivo general de la asignatura.

Esta asignatura se orientará a:

- OBJETIVO GENERAL

Las estructuras están presentes en la gran mayoría de las obras de ingeniería. El ingeniero civil debe garantizar que esos sistemas estructurales, una vez sean sometidos a cargas permanentes y temporales, no experimenten deformaciones ni derivas mayores a las permitidas y se encuentren alejadas de las condiciones de falla, cumpliendo con los requisitos de seguridad, funcionalidad, economía y estética.

En este curso se proporciona a los estudiantes los conocimientos básicos del análisis estructural y se les prepara para estar en capacidad de determinar los efectos de cargas estáticas aplicadas sobre una estructura elástica lineal mediante la aplicación de los métodos más comunes de diseño de estructuras y haciendo uso responsable de programas computacionales.

- OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Determinar los efectos que generan las cargas sobre las estructuras como reacciones externas, fuerzas internas, desplazamientos, etc.
2. Ser capaz de idealizar una estructura y evaluar las cargas actuantes en ella.
3. Conocer y aplicar los métodos de fuerzas y de desplazamientos.
4. Obtener y analizar las deflexiones y rotaciones por los diferentes métodos tratados en el curso.
5. Analizar estructuras estáticamente indeterminadas por medio de métodos tradicionales, dibujar los diagramas de fuerzas normales, fuerzas cortantes y momentos flectores en vigas continuas y pórticos.
6. Analizar estructuras por métodos matriciales. Establecer y explicar las diferencias entre los métodos de fuerzas y de desplazamientos y aplicarlos correctamente.
7. Analizar estructuras por medio de herramientas computacionales (programas computacionales).
8. Poner en práctica habilidades de expresión oral y escrita, espíritu de investigación y conocimientos de una segunda lengua.

5. Resultados de Aprendizaje:

Este curso contribuye en el desarrollo de los siguientes resultados de aprendizaje de acuerdo con los Criterios a y k de ABET:

A) Capacidad de aplicar los conocimientos de matemáticas, ciencias e ingeniería.
K) Capacidad para utilizar las técnicas, habilidades y herramientas modernas de ingeniería necesarias para la práctica de la ingeniería.

RESULTADOS DE APRENDIZAJE DEL CURSO

Al finalizar el curso, el estudiante deberá tener las siguientes habilidades:
1. Dominar y explicar los principios fundamentales del análisis estructural: determinar las cargas actuantes en una estructura, conocer los diferentes tipos de apoyos, establecer la idealización de una estructura, estabilidad y determinación estática y cinemática.
2. Ser capaz de analizar y de calcular las fuerzas internas en cerchas, arcos, vigas continuas y pórticos utilizando técnicas analíticas y computacionales.
3. Establecer los principios de trabajo y energía: energía de deformación debido a fuerza axial, flexión, torsión, cortante; aplicar: trabajo real, teoremas de Castigliano, ley de Betti y Maxwell.
4. Entender y aplicar los métodos tradicionales de cálculo de ángulo de giro y deflexión en el comportamiento de vigas, pórticos y cerchas.
5. Análisis estructural por el método de los desplazamientos (método de las rigideces): coordenadas locales y globales de la estructura. Desarrollar las matrices de rigidez de elementos de cerchas, pórticos y parrillas. Obtener la matriz total de la estructura.
6. Establecer la relación que existe entre las fuerzas básicas y deformaciones básicas. Calcular e interpretar los desplazamientos de los GDL y las fuerzas básicas de estructura utilizando el método de rigidez.
7. Conocer y aplicar los programas SAP 2000 y ETABS.
8. Realizar y aplicar líneas de influencia para estructuras estáticamente determinadas y líneas de influencia cualitativas en estructuras indeterminadas.
9. Comunicarse en el lenguaje propio de la materia.

6. Temas de la asignatura.

1. Conceptos fundamentales:
Definición de estructura
Sistemas estructurales
Idealización estructural (apoyos, áreas tributarias)
Apoyos
Equilibrio
Convención de signos
Estabilidad y determinación
Sistemas estructurales
Cargas, combinaciones de carga y normativa asociada
Diagramas de fuerzas internas
Revisión conceptos básicos de Armaduras, vigas.

2. Análisis de estructuras estáticamente determinadas e indeterminadas:

Análisis aproximado
Armaduras
Cargas verticales en marcos
Método del portal
Método de la viga en voladizo
Aplicaciones

3. Deflexiones y rotaciones:

Estados límites,
Tipología de deflexiones,
Teoría de la viga elástica, método de integración doble, momento de área, viga conjugada.
Métodos de energía (definición, principio de los desplazamientos virtuales, trabajo virtual, teorema recíproco de Maxwell y Betti, Teorema de Castigliano, método del trabajo real)
Ecuaciones de pendiente-deflexión

4. Análisis estructural por el método de la rigidez o de los desplazamientos – Análisis matricial:

Nociones de álgebra lineal,
Análisis estructural moderno
Ecuaciones de equilibrio en forma matricial,
Grados de libertad,
Ecuaciones de cinemática en forma matricial de un elemento,
Estabilidad de un modelo estructural,
Matriz de rigidez en coordenadas locales y globales,
Aplicaciones

5. Uso y aplicaciones con programas computacionales:

SAP2000, ETABS

6. Líneas de Influencia (LI):

LI para estructuras estáticamente indeterminadas
LI cualitativas
LI para cargas puntuales
LI para cargas repartidas
LI para puentes

7. Bibliografía Básica de la asignatura.

TEXTO GUIA

1. Hibbeler, R.C. Análisis estructural. Pearson. 8° Edición. 2012.
2. McCormac, J.C. Análisis de estructuras. Alfaomega. 4ª Edición. 2010

TEXTOS DE CONSULTA

1. Tena A, Análisis de Estructuras con métodos matriciales. Limusa, 2007.
2. Rojas Rafael, Padilla Helia. Análisis Estructural con Matrices. Editorial Trillas. 2009
3. Gere J, Weaver W. Analysis of Framed Structures.
4. Kardestuncer H. Introducción al Análisis Estructural con Matrices. McGraw-Hill. México, 1974.
5. Spinel F. Apuntes de clase y problemas resueltos de Análisis Estructural I. Universidad Nacional.
6. Torroja E. Razón y Ser de los Tipos Estructurales. Instituto Eduardo Torroja de la construcción y el cemento. 3a Edición. Madrid, 1960.
7. Universidad Politécnica de Valencia. Teoría de Estructuras. Capítulo 1: Diseño y Análisis Estructural.
8. Asociación de Ingeniería Sísmica-AIS- NSR-10 Reglamento colombiano de construcción sismo resistente, 2010.
9. American Concrete Institute – ACI – ACI 318-14 Building code requirements for structural concrete and commentary, 2011.
10. American Institute of Steel Construction – AISC – AISC 303-10, Code of standard practice for steel building and bridges, 2010.
11. American Institute of Steel Construction – AISC – AISC 360-10, Specification for structural steel buildings, 2010.
12. International Code Consortium – ICC IBC 2012 International building code, 2012.
13. American Society of Civil Engineers – ASCE/SEI 7-10 – Minimum design loads for buildings and other structures, 2010
14. McGuire, William. Gallagher, Richard and Ziemian, Ronald. Matrix Structural Analysis. John Wiley & Sons. Second Edition. 2000.
15. Uribe Escamilla, Jairo. Análisis de Estructuras. ECOE Ediciones. 2ª Edición. 2000.
16. Kassimali, Aslam. Structural Analysis. Cengage Learning; 5° Edition. 2014.
17. Leet, Kenneth M, Uang Chia-Ming, Gilbert Anne. Fundamentals of Structural Analysis. McGraw-Hill Science/Engineering/Math. 4° Edition. 2010.
18. Laible, Jeffrey P. Análisis Estructural. Mc Graw Hill.
19. Norris, Charles. Wilbur, John. Y Utku, Senol. Análisis Elemental de Estructuras. Mc Graw Hill. Segunda edición, 1982.
20. Manga Van de Maele, Resmundo. Apuntes sobre: Análisis Matricial de Estructuras. Ediciones Uninorte. 1999.
21. J.S. Przemienieck, J.S. Theory of Matrix Structural Analysis. McGraw-Hill Book Company. 1968

BASES DE DATOS ELECTRÓNICAS

www.asce.org, www.aci-int.org, www.csiberkeley.com, Pearson database, McGrawHill database.

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