métodos numéricos aplicados a la ingeniería civil estructuras

Métodos Numéricos Aplicados a la Ingeniería Civil EstructurasTEMA:“ESTUDIO DE LOS METODOS NUMERICOS Y SU APLICACION EN LA ING. CIVIL: ESTRUCTURA.”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAÉN

IntroducciónLos métodos numéricos, en contraposición a los analíticos, se emplean para

hallar soluciones aproximadas. Esa es la diferencia clave. Se usan en los casos

que no resultan prácticos o posibles hallar una solución analítica, como por

ejemplo para resolver una integral de la que no existe o no se conoce la

primitiva. Suelen ser rápidos y sencillos de programar, siendo este su punto

fuerte. A pesar de ser aproximaciones, dado que pueden calcularse hasta

obtener la precisión deseada, proporcionan resultados perfectamente válidos

para la mayoría de situaciones. Existen, además, métodos muy generales

aplicables a familias completas de casos. Por ejemplo, el método de Newton-

Rhapson se puede utilizar para hallar raíces de la mayoría de funciones, sin

necesidad de programar sistemas que sepan distintos métodos de resolución

dependientes del caso.

Desde tiempos ancestrales el papel del ingeniero ha sido básicamente el

mismo, tratar de conocer e interpretar los mecanismos de la naturaleza para

así poder modificarla al servicio del hombre. Para ello ha utilizado sus

conocimientos, intuición, experiencia y los medios naturales a los que en cada

momento ha tenido disponibles. Con el gran poder de cómputo que se tiene en

estos días, el ingeniero dispone de grandes ventajas para poder llevar a cabo

su misión y abordar cada día retos más ambiciosos en la solución de nuevos

problemas, cuyos aspectos políticos, económicos, científicos o tecnológicos

pueden tener un mayor impacto en la mejora de la calidad de vida del hombre.

Encontramos así aplicaciones de los métodos numéricos en los ámbitos más

diversos desde sectores tecnológicos tan clásicos como la ingeniería

estructural o la aerodinámica de aviones, hasta aplicaciones más sofisticadas

como ingeniería de alimentos, ingeniería médica, diseño de fármacos, biología,

construcción o diseño de estructuras. En la actualidad, gracias a la gran

evolución que han tenido los métodos numéricos y su implementación en

potentes computadoras, es posible, por ejemplo, modelar el cálculo de vigas o

diseñas grandes urbanizaciones con cargas diferentes, permite calcular el

porcentaje de error.

ING.CIVIL DIAZ SILVA, SALIA E.


OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Realizar un estudio de los métodos numéricos y su aplicación en la ing. civil: estructuras

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Ampliar los conocimientos generales de los métodos numéricos conocidos.

Determinar la aplicación de los métodos numéricos a la Ingeniera Civil.

Determinar la importancia de la utilización de los métodos numéricos.

Identificar los modelos matemáticos que facilitan el diseño y cálculos de estructuras.



MARCO TEORICO

METODOS NUMERICOS:

Los métodos numéricos son técnicas mediante las cuales es posible formular

problemas matemáticos de tal forma que puedan resolverse usando

operaciones aritméticas. Hay muchos tipos de métodos numéricos, y

comparten una característica común: invariablemente se deben realizar un

buen número de tediosos cálculos aritméticos.

Los métodos numéricos son herramientas muy poderosas para a solución de

problemas. Pueden manejar sistemas de ecuaciones grandes, no linealidades y

geometrías complicadas, comunes en la ingeniería. También es posible que se

utilice software disponible comercialmente que contenga métodos numéricos.

El uso inteligente de estos programas depende del conocimiento de la teoría

básica de estos métodos; además hay muchos problemas que no pueden

plantearse al emplear programas hechos, conociendo bien los métodos

numéricos se puede diseñar programas propios y así no comprar software

costoso.

Al mismo tiempo se aprende a conocer y controlar los errores de aproximación

que son inseparables de los cálculos numéricos a gran escala.

Los métodos numéricos son adecuados para la solución de problemas

comunes de ingeniería, ciencias y administración, utilizando computadoras

electrónicas.

En el proceso de solución de problemas por medio de computadoras se

requieren los pasos siguientes:



Especificación del problema: Con esto se indica que se debe

identificar perfectamente el problema y sus limitaciones, las variables

que intervienen y los resultados deseados.

Análisis: es la formulación de la solución del problema denominada

también algoritmo, de manera que se tenga una serie de pasos que

resuelvan el problema y que sean susceptibles de ejecutarse en la

computadora.

Programación: Este paso consiste en traducir el método de análisis o

algoritmo de solución expresándole como una serie detallada de

operaciones.

Verificación: Es la prueba exhaustiva del programa para eliminar todos

los errores que tenga de manera que efectúe lo que desea los

resultados de prueba se comparan con soluciones conocidas de

problemas ya resueltos.

Documentación: Consiste en preparar un instructivo del programa de

manera que cualquier persona pueda conocer y utilizar el programa.

Producción: Es la última etapa en la que solo se proporcionan datos de

entrada del programa obteniéndose las soluciones correspondientes.



INGENIERIA CIVIL:

La ingeniería civil es la disciplina de la ingeniería profesional que emplea

conocimientos de cálculo, mecánica, hidráulica y química para

encargarse del diseño, construcción y mantenimiento de las

infraestructuras emplazadas en el entorno, incluyendo carreteras,

ferrocarriles, puentes, canales, presas, puertos, aeropuertos, diques y

otras construcciones relacionadas.

La ingeniería civil es la más antigua después de la ingeniería militar, 4

de ahí su nombre para distinguir las actividades no militares con las

militares. Tradicionalmente ha sido dividida en varias subdisciplinas

incluyendo ingeniería ambiental, ingeniería sanitaria, ingeniería

geotécnica, geofísica, geodesia, ingeniería de control, ingeniería

estructural, mecánica, ingeniería del transporte, ciencias de la Tierra,

ingeniería del urbanismo, ingeniería del territorio, ingeniería hidráulica,

ingeniería de los materiales, ingeniería de costas, agrimensura, e

ingeniería de la construcción.

Los ingenieros civiles ocupan puestos en prácticamente todos los

niveles: en el sector público desde el ámbito municipal al gubernamental

y en el ámbito privado desde los pequeños consultores autónomos que

trabajan en casa hasta los contratados en grandes compañías

internacionales.

ESTRUCTURA:Debe entenderse como una carga estructural aquella que debe ser

incluida en el cálculo de los elementos mecánicos (fuerzas, momentos,



deformaciones, desplazamientos) de la estructura como sistema y/o de

los elementos que la componen.

Las cargas estructurales son generalmente clasificadas como: cargas

muertas que actúan de forma continua y sin cambios significativos,

pertenecen a este grupo el peso propio de la estructura, empujes de

líquidos (como en un dique) o sólidos (como el suelo en un muro de

contención), tensores (como en puentes), presfuerzo, asientos

permanentes; cargas vivas que son aquellas que varían su intensidad

con el tiempo por uso o exposición de la estructura, tales como el

tránsito en puentes, cambios de temperatura, maquinaria (como una

prensa), acumulación de nieve o granizo, etcétera; cargas accidentales

que tienen su origen en acciones externas al uso de la estructura y cuya

manifestación es de corta duración como lo son los eventos sísmicos o

ráfagas de viento.

Algunos principios básicos del cálculo estructural son:

Aleatoriedad e incertidumbre

Método de los estados límites

Hipótesis de carga

Normalmente el cálculo y diseño de una estructura se divide en

elementos diferenciados aunque vinculados por los esfuerzos internos

que se realizan unos sobre otros. Usualmente a efectos de cálculos las

estructuras reales suelen ser divisibles en un conjunto de unidades

separadas cada una de las cuales constituyen un elemento estructural y

se calcula de acuerdo a hipótesis cinemáticas, ecuaciones de

comportamiento y materiales diferenciados.

APLICACIÓN DE LOS METODOS NUMERICOS EN LA ESTRUCTURA

Existen hoy en día, un gran número de estructuras en ingeniería civil,

que son modelados desde su concepción utilizando técnicas de

elementos finitos. También puede notarse los primeros modos de

vibración de la estructura, los cuales se pueden excitar bajo un

movimiento sísmico. Dichos modos de vibración son obtenidos



resolviendo un problema de valores y vectores propios generalizados.

Los métodos numéricos también pueden ser utilizados para estudiar el

comportamiento de estructuras que son fabricadas en serie. Un ejemplo

típico de esta aplicación es el modelado numérico de casas habitación

de interés social.

En este caso es muy importante hacer el modelado integral de la

estructura, para ver su comportamiento como un todo y poder tomar

acciones tanto de diseño como posibles reparaciones cuando sufre daño

en condiciones de servicio.

También es posible hacer la simulación numérica entre dos sólidos,

cada uno de ellos con un comportamiento diferente. Un ejemplo típico es

la interacción entre una cimentación (zapata) y el suelo sobre el que se

apoya.

El objetivo es determinar la máxima capacidad de carga que puede

soportar el suelo en condiciones de servicio. En ocasiones es muy

importante hacer el análisis de estructuras que fueron construidas hace

muchos años.

Estas estructuras pueden tener ya daños estructurales y es muy

importante poder predecir si la estructura es estable o bien si requiere

algún tipo de reparación. También es importante modelar el tipo de

reparación, qué materiales se utilizarán y qué estrategia constructiva se

va a utilizar.

METODOLOGIA

Estudio de los métodos numéricos y su aplicación en la ingeniera civil

“ESTRUCTURAS” da lugar a un tipo de investigación de carácter

investigativo porque los métodos numéricos son teorías que fueron

descubiertas en su gran mayorías hace varias décadas pero también

hay métodos recientes requieren su estudio, ya que gracias a estas



teorías la vida se nos facilita al momento de encontrarnos con problemas

de cálculos no tanto de cálculos estructurales si no con problemas

cotidianos.



CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES:

CONCLUCIONES:

Con este proyecto de investigación pudimos concluir que el método

número se encuentra en gran medida dentro de la ingeniería civil y la

estructura que al encontrarse dentro de la ingeniería civil también utiliza

mucho los métodos como pudimos notar rápidamente ya que en varias

partes del cuerpo de la investigación se menciona sobre la estructura y

la cantidad de métodos que son necesarios para lograr un calco

estructural.

También se pudo concluir que el método y la ingeniería civil más

específicamente la estructura tiene una relación unida ya que si

tomamos en cuenta que cada vez que se desarrolle un nuevo método de

cálculo u otra cosa dentro de lo que son los métodos numéricos los

cálculos en la estructuran se podrían volver más exactos, más veloces o

en algunas ocasiones ambas.

RECOMENDACIONES:

En la realización de este proyecto podemos enunciar las siguientes recomendaciones:

Empaparse bien del tema.



Asegurarse de que las fuentes de investigación son fiables.

Asegurarse de que las fuentes de información están

actualizadas.

Tener una comprensión como mínimo básica de método

numérico

Tener por lo menos un poco de interés en el tema a realizar.

Tener un orden al realizar las investigaciones para evitar

confusión.


métodos numéricos aplicados a la ingeniería civil estructuras

Education