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7.48. Análisis Estructural II (Obligatorio)

7.48.1. Justificación ↑ Volver arriba

El Análisis Estructural II extiende los métodos matriciales introducidos en el Análisis Estructural I al análisis práctico y computacional de sistemas estructurales de edificaciones. Los estudiantes profundizan su dominio del método de rigidez directa mediante su aplicación a armaduras y pórticos planos, incorporan la carga sísmica mediante análisis dinámico y de espectro de respuesta, y aplican estas herramientas en seminarios en equipo al análisis de casos de estudio de edificios reales. El curso concluye con una introducción al método de elementos finitos y al análisis no lineal de materiales y geométrico, proporcionando la base computacional requerida para el diseño estructural avanzado y estudios de posgrado especializados.

7.48.2. Objetivos Generales ↑ Volver arriba

1. Aplicar el método de rigidez directa para formular y resolver el análisis de armaduras y pórticos planos mediante métodos computacionales basados en matrices.
2. Aplicar el análisis dinámico y de espectro de respuesta para determinar la respuesta sísmica de sistemas estructurales de edificaciones.
3. Analizar sistemas estructurales de edificios reales en seminarios en equipo, integrando técnicas de método de rigidez y análisis sísmico en modelos prácticos.
4. Formular modelos de elementos finitos de sistemas estructurales, incluyendo una introducción al análisis no lineal de materiales y geométrico.

7.48.3. Contribución a los resultados (Outcomes) ↑ Volver arriba

ABET-1) Habilidad para identificar, formular y resolver problemas complejos de ingeniería aplicando principios de ingeniería, ciencias y matemáticas. (Usage)

ABET-2) Habilidad para aplicar el diseño en ingeniería y producir soluciones que satisfagan necesidades específicas considerando la salud pública, seguridad y bienestar, así como factores globales, culturales, sociales, ambientales y económicos. (Usage)

ABET-6) Habilidad para desarrollar y conducir experimentación apropiada, analizar e interpretar datos, y utilizar el criterio de ingeniería para obtener conclusiones. (Usage)

7.48.4. Contenido ↑ Volver arriba

7.48.4.1. Análisis Estructural Matricial (38 horas) [Habilidades ABET-1] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (McGuire et al., 2000; Kassimali, 2012)

Temas

1. Método de los desplazamientos y enfoque de rigidez
2. Método directo de la rigidez y formulación matricial
3. Transformaciones de coordenadas y ensamblaje de matrices de rigidez globales

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Implementar el método de los desplazamientos para el análisis estructural [Evaluar]
2. Formular problemas estructurales utilizando el método directo de la rigidez en forma matricial [Usar]
3. Ensamblar matrices de rigidez globales y resolver para desplazamientos nodales [Evaluar]

7.48.4.2. Dinámica Estructural e Ingeniería Sismorresistente (14 horas) [Habilidades ABET-2] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Chopra, 2017)

Temas

1. Sistemas de un grado de libertad y vibración libre
2. Vibración forzada y excitación armónica
3. Modelos de amortiguamiento y mecanismos de disipación de energía
4. Análisis del espectro de respuesta
5. Características del movimiento sísmico del terreno y sismicidad
6. Sistemas de múltiples grados de libertad y análisis modal
7. Análisis de historia de tiempos y métodos de integración numérica
8. Filosofía del diseño sísmico y principios de diseño por capacidad
9. Aislamiento sísmico y dispositivos de disipación de energía
10. Metodología de diseño sísmico basado en desempeño

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Analizar vibración libre de sistemas de un grado de libertad y determinar frecuencias naturales [Evaluar]
2. Calcular la respuesta estructural a cargas armónicas y periódicas [Usar]
3. Explicar el rol del amortiguamiento en la reducción de la respuesta dinámica [Familiarizarse]
4. Aplicar el método del espectro de respuesta para análisis sísmico [Usar]
5. Interpretar parámetros del movimiento sísmico del terreno y mapas de amenaza sísmica [Familiarizarse]
6. Realizar análisis modal para sistemas de múltiples grados de libertad [Evaluar]
7. Conducir análisis de historia de tiempos usando técnicas de integración numérica [Usar]
8. Diseñar estructuras siguiendo principios de diseño por capacidad y detalles dúctiles [Evaluar]
9. Evaluar la efectividad de sistemas de aislamiento sísmico y amortiguamiento [Familiarizarse]
10. Implementar procedimientos de diseño sísmico basado en desempeño [Evaluar]

7.48.4.3. Práctica de Modelamiento y Análisis Estructural de Edificaciones (12 horas) [Habilidades ABET-2] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (McGuire et al., 2000; Chopra, 2017)

Temas

1. Reconocimiento de edificios de estudio: geometría, sistemas estructurales y trayectoria de cargas
2. Modelamiento de pórticos y armaduras planas de edificios reales mediante software de análisis estructural basado en el método de la rigidez
3. Aplicación del análisis estático y sísmico por espectro de respuesta a casos de estudio representativos de edificaciones
4. Presentación y discusión entre pares de resultados de análisis estructural y sus implicancias de diseño
5. Definición de geometría, materiales, secciones y condiciones de contorno de un modelo tridimensional de edificación en software comercial de análisis estructural (ETABS, Midas Gen)
6. Asignación de cargas de gravedad, sísmicas y de viento, y sus combinaciones, a un modelo tridimensional de edificación
7. Análisis estático y dinámico (modal) de modelos de edificaciones e interpretación de resultados, incluyendo distorsiones de entrepiso, fuerzas internas y periodos de vibración
8. Verificación de los resultados generados por software contrastándolos con cálculos manuales simplificados y revisiones normativas

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Modelar sistemas estructurales de edificaciones reales para análisis estático y sísmico basado en el método de la rigidez utilizando software de análisis estructural [Usar]
2. Interpretar y validar resultados de análisis generados por computadora contrastándolos con el comportamiento estructural esperado [Evaluar]
3. Presentar y sustentar ante pares los resultados del análisis estructural y sus implicancias de diseño [Usar]
4. Asignar cargas de gravedad, sísmicas y de viento, y sus combinaciones, a un modelo tridimensional de edificación en software comercial de análisis estructural [Usar]
5. Interpretar resultados de análisis dinámico, incluyendo distorsiones de entrepiso, fuerzas internas y periodos de vibración [Evaluar]
6. Verificar los resultados generados por software contrastándolos con cálculos manuales simplificados [Evaluar]

7.48.4.4. Métodos de Elementos Finitos en Ingeniería Estructural (20 horas) [Habilidades ABET-6] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Bathe, 2014)

Temas

1. Fundamentos de la teoría de elementos finitos y discretización
2. Tipos de elementos, incluyendo elementos cercha, viga y pórtico
3. Formulación y ensamblaje de la matriz de rigidez
4. Elementos de tensión plana y deformación plana
5. Técnicas de modelado, condiciones de contorno y refinamiento de malla
6. Elementos de cáscara y placa
7. Elementos sólidos y análisis tridimensional
8. Análisis no lineal, incluyendo no linealidad material y geométrica
9. Análisis dinámico usando métodos de elementos finitos
10. Verificación, validación y estimación de error en AEF

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Explicar los principios fundamentales y supuestos del análisis por elementos finitos [Familiarizarse]
2. Formular matrices de rigidez de elemento para tipos de elementos básicos [Usar]
3. Ensamblar matrices de rigidez globales y aplicar condiciones de contorno [Evaluar]
4. Aplicar elementos de tensión y deformación plana a problemas bidimensionales [Usar]
5. Desarrollar modelos apropiados de elementos finitos con densidad de malla adecuada [Evaluar]
6. Utilizar elementos de cáscara y placa para análisis de estructuras de pared delgada [Usar]
7. Modelar estructuras tridimensionales complejas usando elementos sólidos [Evaluar]
8. Realizar análisis no lineal por elementos finitos para efectos materiales y geométricos [Usar]
9. Conducir análisis dinámico por elementos finitos, incluyendo análisis modal y de historia de tiempos [Evaluar]
10. Validar resultados de elementos finitos y estimar errores de discretización [Evaluar]

7.48.5. Referencias Bibliográficas ↑ Volver arriba

McGuire, W., Gallagher, R. H., and Ziemian, R. D. (2000). Matrix Structural Analysis. Wiley, 2nd edition.

Kassimali, A. (2012). Matrix Analysis of Structures. Cengage Learning, 2nd edition.

Chopra, A. K. (2017). Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering. Pearson, 5th edition.

Bathe, K.-J. (2014). Finite Element Procedures. K.J. Bathe, 2nd edition.