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MECÁNICA DE SÓLIDOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES


Proyecto docente para el Cuatrimestre de Primavera. AA 97/98.


En Madrid, 13 de febrero de 1998.

EL CONTENIDO:


En esta primera asignatura sobre las estructuras de los edificios, los alumnos deben aprender:


Deben estar presentes en las explicaciones los siguientes temas:

EL MÉTODO:


La capacidad de formular expectativas y obrar en función de ellas no sólo es necesaria para la supervivencia, sino que ordena considerablemente el proceso de aprendizaje. (El sistema clásico de enseñanza consiste en pasarse el tiempo respondiendo a interrogantes que el alumno nunca se ha planteado).

Se pedirá a los alumnos después de la introducción de cada tema y antes de su exposición, que formulen soluciones hipotéticas basadas en sus conocimientos previos o en el sentido común, para crear un clima de expectativa, que haga que en lo posible encuentren en la exposición posterior solución a problemas que se han planteado, o mejores métodos para entenderlos.

Dentro de este espíritu se prestará especial atención a las técnicas de identificación y solución de problemas.

LA INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA:



Previamente a cada clase semanal se procurará publicar textos complementarios, cuya lectura por parte de los alumnos puede ir convirtiendo progresivamente las clases en la aclaración y profundización de los temas, en lugar de su simple exposición.


Todos los desarrollos analíticos y numéricos se proporcionarán por escrito para evitar incorrectas transcripciones de la pizarra.

Existe una página de la asignatura en Internet y en la medida de lo posible incluirá información acumulada del curso. La dirección de la página es http://www.etsam.upm.es/ee/e96-290/. El buzón para consultas mediante correo electrónico (excepto tutorías) es msyse@aq.upm.es. Los alumnos podrán incluir comentarios e información complementaria que estimen relevante según las normas publicadas en la propia página.

ORGANIZACIÓN DE LA DOCENCIA:


Habrá dos módulos lectivos de 200 minutos los viernes; el primero empieza a las 8'30 horas, y el segundo a las 15'15.

El esquema previo, a modificar según la experiencia será:

1. Módulo de mañana:

1.1 Presentación breve del tema a tratar
1.2 Conjetura: Formulación de problemas o cuestiones relativas al tema, sobre las que los alumnos deberán aventurar respuestas, escribirlas y entregarlas.
1.3 Explicación teórico-práctica del tema.
1.4 Pase, en su caso, de diapositivas, transparencias y otra información gráfica relativa al tema.

2. Módulo de tarde:

2.1 Continuación de la explicación práctico-teórica.
2.2 Examen de las conclusiones alcanzadas y evaluación del conocimiento adquirido.
    2.3 Práctica: Ejercicio a resolver y entregar por los alumnos.
     Tests: En las semanas números 5 y 10 durante el horario de prácticas se realizarán, sin la ayuda de libros y apuntes, sendos Tests que se tendrán en cuenta para las calificaciones de curso,

En el cuatrimestre de primavera habrá tres grupos: C, aula X7G; D, aula X8G; e Y, aula X9G. El despacho de la unidad docente está en el pabellón nuevo, tercera planta, pasillo ESTE (izquierdo).

FORMA DE APROBAR:


Las calificaciones son sobre 10. Se aprueba con 5 o más. La calificación final se forma con el 60% de la nota del examen final y el 40% de la nota dada por el tutor al alumno.

Nota final para aprobar: (Exámen sobre 10)*0,6 + (opinión del tutor)*0,4 >= 5.

C U A D R O   D O C E N T E:


Grupo Expedientes Profesor Tutorías Dedicación
C ---00 a ---49 Gerardo Ruiz V:19-21 PTU, parcial, 6+6
C ---50 a ---99 José Luis Martín V:12-13
V:19-20
PA, parcial, 6+6
D ---00 a ---49 Mariano Vázquez mvazquez@aq.upm.es V:12-13
V:19-20
PTU, parcial, 6+6
D   Ricardo Aroca raroca@aq.upm.es   CU, director ETSAM
D ---50 a ---99 Rosa Sánchez X:12-14 PA, parcial, 6+6
Y ---00 a ---49 Luis San Salvador X:16-18 PA, parcial, 6+6
Y ---50 a ---99 Julia Villa X:12-14 PA, completa, 8+6
NOTAS:
1 Las reuniones de la unidad docente tendrán lugar los viernes de 13 a 14 horas en los locales del Instituto Juan de Herrea (pabellón antiguo, planta 1, a la derecha de la Sala de Juntas.)
2 Cada alumno puede formular preguntas a su tutor vía correo electrónico, si su tutor ha hecho público su buzón.
3 Internet: http://www.etsam.upm.es/ee/e96-290/. e-mail: msyse@aq.upm.es.
4 El despacho de los profesores está en el pabellón nuevo, tercera planta, pasillo ESTE (izquierdo). Aulas: C: X7G; D: aula X8G; Y:X9G. Tablón de anuncios: A mano derecha en la entrada del pasillo a las aulas.
5 Julia Villa actuará como portavoz en la comisión de seguimiento del Plan.
6 Se ruega que en lo posible se pida cita al tutor (verbalmente).


P R O G R A M A:


  1. ¿Que es estructura? La estructura y el edificio. Problemas estructurales típicos: acciones mecánicas. Introducción de los requisitos estructurales fundamentales: resistencia, rigidez y estabilidad. Tipos de edificios. La forma de las estructuras. El objetivo del diseño y del análisis de estructuras. Breve panorama histórico puramente descriptivo. Modelos y parámetros relevantes. Material, esquema, tamaño, proporción y grueso. Idealización de las estructuras. Idealización del uso de las estructuras: tipos de acciones.

  2. Equilibrio del cuerpo indeformable. Fuerza y movimiento. Trabajo de una fuerza. Equilibrio dinámico. Equilibrio estático. Acciones y reacciones sobre cuerpos. El caracter convencional del concepto de "cuerpo", de "acción" y de "reacción". Sustentación. Vínculos como modelo matemático en relación a las ecuaciones de equilibrio. Aparatos de apoyo como objetos reales. Modelado de aparatos de apoyo como vínculos. Rozamiento. Sustentación mínima y ecuaciones de equilibrio. Modelado de las acciones. El equilibrio como limitación al movimiento. Formatos matemáticos: ecuaciones vectoriales y cartesianas. Trabajos virtuales. Mínima energía potencial.

  3. Equilibrio del cuerpo deformable (I). Definición convencional de estructura. Partes deformables (estructura) e indeformables (acciones y sustentación) del modelo de un sistema estructural completo. Fuerzas exteriores e interiores a la estructura: solicitación. Propiedades intrínsecas de los materiales: ensayo de tracción y alargamiento: tensión y deformación. Ley de Hooke. Ley elastoplástica. Límite elástico. Punto de rotura. Energía de deformación. Mínima energía potencial y trabajos virtuales.

  4. Equilibrio del cuerpo deformable (II). Método universal de análisis en el periodo elástico. Ecuaciones de equilibrio y compatibilidad. Centros de acciones y de rigidez. Área, módulo resistente y módulo de rigídez (inercia) de la estructura. Cálculo de la situación de rotura. Ductilidad de la estructura. Isostatismo e hiperestatismo. El punto de vista isostático como herramienta de diseño.

  5. Equilibrio del cuerpo deformable (III). Estabilidad de estructuras traccionadas y comprimidas. Análisis de la inestabilidad. Carga crítica. Análisis de la inestabilidad con imperfecciones iniciales. Arriostramiento mínimo para el equilibrio estable. Aproximación experimental a la estabilidad de piezas comprimidas: esbeltez, coeficiente de pandeo.

  6. Estructuras funiculares. Equilibrio de hilos. Polígonos de fuerzas y funicular. Trazado de funiculares. Distancia polar y escalas de medida. Cargas puntuales y repartidas. Fuerzas paralelas y no-paralelas. El polígono funicular como estructura y como herramienta analítica. Estructuras funiculares y antifuniculares. Línea de presiones. Arcos y bóvedas. Pórticos simples. Diagramas de solicitaciones.

  7. Estructuras trianguladas (I). El modelos de estructuras trianguladas de barras unidas mediante articulaciones. Equilibrio global e isostatismo externo, condiciones sobre la sustentación. Equilibrio en cortes e isostatismo interno, condiciones sobre el número de barras y su conectividad. Análisis y diseño: Arco triangulado, cercha, vigas de celosía. Tipos de sustentación. Estabilidad. Dimensionado a tracción. Sobredimensionado de los elementos comprimidos. Dimensionado estricto. Estructuras hiperestáticas.

  8. Estructuras trianguladas (II). Deformación de barras. Desplazamientos de nudos. Flecha de la estructura. Cálculo de flechas: métodos gráficos (dibujo de deformadas); métodos numéricos, trabajos virtuales: estructura patrón y estructura real. Reglas de diseño: esbeltez geométrica máxima para dimensionado estricto de tipos comunes.

  9. Estados planos de deformación y tensión. Tensores métricos. Deformación en el plano y en el espacio. Tensor de deformaciones para pequeñas deformaciones. Tranformación de coordenadas. Deformaciones principales y direcciones principales. Cambios de volumen. Tensiones en el plano: tensor de tensiones. Ecuaciones diferenciales de equilibrio. Tensiones y direcciones principales.

  10. Elasticidad en el plano. Generalización de la ley de Hooke. Tipos de materiales elásticos. Materiales isótropos. Constantes elásticas. Energía de deformación. Método de Rayleigh-Ritz: Elementos finitos. Relaciones plásticas entre tensión y deformación: condición de cedencia. Criterios de Von Mises, Tresca, Rankine, Saint-Venat, Mohr. Estructuras superficiales curvas. Modelo de membrana. Condiciones de contorno. Equilibrio global y local. Ejemplos.

  11. Flexión simple (I). Vigas de sección conexa y constante. Diagramas de esfuerzos normales, cortantes y flectores. Ecuaciones de equilibrio en cortes. Hipótesis de Navier sobre la deformación plana de las secciones. Equilibrio de tensiones normales. Capacidad resistente a moemnto: módulo resistente. Condiciones de sustentación. Vigas continuas: articulaciones reales, virtuales (modelado isostático) y rótulas plásticas.

  12. Flexión simple (II). Ecuaciones de equilibrio diferencial. Distribución de tensiones tangenciales. Capacidad resistente a esfuerzo cortante: área eficaz a rasante. Límites del modelo de deformación plana: principio de Saint Venant. Deformación local: curvatura y distorsión. Rigidez de secciones y piezas, inercia de la sección. Cálculo de flechas.

  13. Flexión compuesta. Tracción compuesta. Compresión compuesta. Tensión media y máxima. Pandeo de barras. Inestabilidad de barras perfectas comprimidas (Euler). Teoría de la ampliación de las imperfecciones iniciales. Barras reales. Módulo tangente. Coeficiente de pandeo. Resolución práctica de barras comprimidas reales. Comprobación y diseño.

  14. Vigas Continuas. Modelo de barras con nudos rígidos. Orden de complejidad del problema. Modelos elásticos y modelos en rotura. Métodos y modelos aproximados ligados al diseño. Articulaciones virtuales, reales y rótulas plásticas. Optimización de tramos de vigas.

El programa está sujeto a cambios a la vista de la marcha del curso (pero se espera que sean pocos). Las sugerencias razonadas de los alumnos serían de mucha utilidad para su mejora.



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(c) E.T.S.A de Madrid 1997
Puede mandar sus hojas o sugerencias a msyse@aq.upm.es