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Guía Docente 2015/2016
MODELOS DE APLICACIÓN INFORMÁTICA EN
ESTRUCTURAS
Computational Structural Engineering
Master en INGENIERÍA DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS Modalidad de enseñanza Presencial
MODELOS APLICACIÓN INFORMÁTICA EN ESTRUCTURAS
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ÍNDICE
MODELOS APLICACIÓN INFORMÁTICA EN ESTRUCTURAS ........................................................... 3
Breve descripción de la asignatura ............................................................................................ 4
Brief Description ...................................................................................................................... 4
Requisitos Previos ................................................................................................................... 4
Objetivos ................................................................................................................................ 4
Competencias y resultados de aprendizaje ................................................................................ 5
Metodología ........................................................................................................................... 7
Metodologías docentes ............................................................................................................ 8
Temario .................................................................................................................................. 9
Relación con otras asignaturas del Plan de Estudios ................................................................. 10
Sistema de evaluación ........................................................................................................... 11
Bibliografía y fuentes de referencia ......................................................................................... 12
Web relacionadas .................................................................................................................. 12
Material didáctico necesario .................................................................................................. 13
Tutorías ................................................................................................................................ 14
MODELOS APLICACIÓN INFORMÁTICA EN ESTRUCTURAS
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MODELOS APLICACIÓN INFORMÁTICA EN ESTRUCTURAS
MÓDULO: (I) AMPLIACIÓN DE FORMACIÓN CIENTÍFICA
MATERIA: MODELOS APLICADOS EN LA INGENIERÍA
CARÁCTER: Obligatoria.
Nº DE CRÉDITOS: 4,5 ECTS
UNIDAD TEMPORAL: SEGUNDO Curso PRIMER Cuatrimestre.
PROFESOR/A ASIGNATURA: D. Alejandro M. Hernández Díaz [email protected]
D. Javier F. Jiménez Alonso [email protected]
HORARIO ATENCIÓN ALUMNOS/AS: Martes y Jueves 12,00 a 13,00 horas
COORDINADORES Materia D. Alejandro M. Hernández Díaz
Curso D. José Rodríguez Segado
MODELOS APLICACIÓN INFORMÁTICA EN ESTRUCTURAS
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Breve descripción de la asignatura
Las modernas técnicas de análisis numérico y el espectacular desarrollo de la tecnología computacional de
las últimas décadas nos proporcionan potentes herramientas para resolver las ecuaciones diferenciales que
gobiernan el comportamiento de los medios continuos en el marco de la denominada Ingeniería Asistida por
Ordenador (Computer-Aided Engineering, CAE). El Método de los Elementos Finitos ocupa un lugar
destacado entre dichas técnicas; en esta asignatura se profundiza en algunos aspectos de la aplicación de
este método a problemas de Ingeniería Civil, con el objetivo de que el alumno comprenda el funcionamiento
y sea capaz de seleccionar y analizar críticamente las potencialidades del software basado en el MEF, con el
que muy posiblemente tendrá que trabajar durante su vida profesional.
Brief Description
The present methods for numerical analysis and the great advances that have taken place in the framework
of the computational technologies during the last decades provide us with powerful tools to solve the
complex differential equations that govern the behaviour of the continuum media within the so-called
Computer-Aided Engineering (CAE). The Finite Element Method has become one of the most widely used
techniques in this sense; in this course some aspects of the application of this method to Civil Engineering
problems are explored with the objective that the students understand and are able to detect the capabilities
of the software based on FEM, which they will use probably during their professional careers.
Requisitos Previos
No se establecen requisitos previos.
Objetivos
El objetivo fundamental de la asignatura es proporcionar al alumno el criterio necesario para elegir,
entre las diversas posibilidades que ofrece cualquier software de simulación numérica por Elementos
Finitos, la opción más adecuada al problema que debe resolver. Dicho objetivo se concreta en los
siguientes aspectos:
o Formulación general del método subyacente (partiendo de un planteamiento general del
problema, lo que sirve de punto de partida para introducir las principales bases e ideas del
método).
o Comprensión de la utilidad del método para la resolución de problemas específicos en el
marco de la mecánica de medios continuos y el cálculo de estructuras.
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Competencias y resultados de aprendizaje
Competencias Generales del Título en el Marco Común Europeo de Referencia para las Lenguas
(MCER5) Comprender los puntos principales de textos claros y en lengua estándar si tratan sobre
cuestiones que le son conocidas; ya sea en situaciones de trabajo, de estudio o de ocio.
(MCER7) Producir textos sencillos y coherentes sobre temas que le son familiares o en los que tiene
un interés personal.
(MCER8) Describir experiencias, acontecimientos, deseos y aspiraciones, así como justificar
brevemente sus opiniones o explicar sus planes.
Competencias Generales del Título en el Marco Español de Calificaciones para Educación Superior
(MECES1) Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de
resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o
multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
(MECES2) Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la
complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada,
incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus
conocimientos o juicios.
(MECES3) Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones (y los conocimientos y razones
últimas que las sustentan) a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin
ambigüedades.
(MECES4) Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar
estudiando de un modo que habrá de ser, en gran medida, autodirigido o autónomo.
(MECES5) Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales
en el desarrollo y/o aplicación de ideas; a menudo, en un contexto de investigación.
Competencias transversales
Instrumentales
o (T1) Capacidad de análisis y síntesis.
o (T2) Capacidad de organización y planificación.
o (T3) Comunicación oral y escrita en la lengua nativa.
o (T4) Conocimiento de una lengua extranjera.
o (T5) Conocimiento de informática relativo al ámbito de estudio.
o (T6) Capacidad de gestión de la información.
o (T7) Resolución de problemas.
Personales
o (T14) Razonamiento crítico.
o (T15) Compromiso ético.
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Sistémicas
o (T16) Aprendizaje autónomo.
o (T17) Adaptación a nuevas situaciones.
o (T18) Creatividad e innovación.
o (T19) Liderazgo.
o (T23) Capacidad de reflexión.
Competencias generales de la Universidad (UCAM)
o (UCAM1) Considerar los principios del humanismo cristiano como valores esenciales en el
desarrollo de la práctica profesional.
o (UCAM2) Ser capaz de proyectar los conocimientos, habilidades y destrezas adquiridos para
promover una sociedad basada en los valores de la libertad, la justicia, la igualdad y el
pluralismo.
Competencias específicas
(FC1) Capacidad para abordar y resolver problemas matemáticos avanzados de Ingeniería, desde el
planteamiento del problema hasta el desarrollo de la formulación y su implementación en un
programa de ordenador. En particular, capacidad para formular, programar y aplicar modelos
analíticos y numéricos avanzados de cálculo, proyecto, planificación y gestión, así como capacidad
para la interpretación de los resultados obtenidos, en el contexto de la ingeniería civil.
Resultados del aprendizaje
Gestionar la conservación y la explotación de las redes de ferrocarriles y carreteras.
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Metodología
Metodología Horas Horas de trabajo
presencial
Horas de trabajo
no presencial
Clases en el aula 22,50
45 horas (40 %) Tutorías 9
Prácticas 9
Evaluación en el aula 4,5
Estudio personal 33,75
67,50 horas (60 %)
Lecturas y Búsqueda de Información 6,75
Resolución de Ejercicios y Trabajos Prácticos 5
Realización de Trabajos 5
Preparación de Presentaciones Orales y Debates 6,75
TOTAL 112,50 45 67,50
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Metodologías docentes
Actividades presenciales:
Clases teórico – prácticas:
Las clases teóricas serán sesiones que se utilizarán para explicar los contenidos del programa de la
materia y guiar al alumno a través del material teórico, utilizando los aspectos especialmente relevantes
y las relaciones entre los diferentes contenidos.
Las actividades prácticas, se podrán desarrollar tanto en el aula como en el Laboratorio de Ingeniería
Civil, en las Aulas de Informática o, eventualmente, en cualquier empresa con que la Universidad
Católica tiene desarrollados convenios a tal efecto
Tutorías académicas:
Se realizarán tutorías, individualizadas y en grupos reducidos, con el objetivo de aclarar dudas y
problemas planteados en el proceso de aprendizaje, dirigir trabajos, revisar y discutir los temas
presentados en clase, afianzar conocimientos y comprobar la evolución en el aprendizaje de los
alumnos.
Evaluación:
Se realizarán todas las actividades necesarias para evaluar a los alumnos en clase a partir de los
resultados de aprendizaje en que se concretan las competencias adquiridas por el alumno en la materia.
Actividades no presenciales:
Estudio personal:
Teórico y práctico, del alumno, con el fin de asimilar los materiales y temas presentados en las clases,
preparando posibles dudas a resolver en las tutorías, así como cualquier materia objeto de examen.
Lecturas recomendadas y búsqueda de información:
Lectura y síntesis de las lecturas recomendadas por los profesores y de aquellas que el alumno pueda
buscar por su cuenta. Este proceso resultará vital para una correcta preparación de los ejercicios, casos y
trabajos propuestos en clase, y para que el alumno acceda a fuentes de información relevante en el
mundo de la Ingeniería Civil.
Resolución de Ejercicios y Casos Prácticos:
Resolución de ejercicios y casos prácticos propuestos, tanto individualmente como en grupo.
Realización de Trabajos:
Realización de Trabajos prácticos y teóricos propuestos, tanto individualmente como en grupo.
Preparación de Presentaciones Orales y Debates:
Preparación de presentaciones orales y debates a realizar en el aula, tanto individualmente como en
grupo, sobre diferentes formas de cómo abordar un problema de Ingeniería Civil.
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Temario
Programa de la enseñanza teórica
Tema 1. Fundamentos del Método de los Elementos Finitos. Breve repaso de los fundamentos del
método de los Elementos Finitos. Método de los residuos ponderados. Formulación débil. Aplicación
a problemas de campo en ingeniería civil. Transmisión de calor. El método de los elementos finitos
aplicado al análisis estructural. Método de los desplazamientos.
Tema 2. Elementos unidimensionales. Barra articulada. Flexión de vigas. Estructuras reticuladas.
Tema 3. Elasticidad bidimensional y tridimensional. Funciones de interpolación. Elemento
triangular. Elemento rectangular. Elementos tetraédricos. Elementos hexaédricos. Sólidos de
revolución. Estimación del error en el MEF.
Tema 4. Placas y láminas. Flexión de placas y láminas. Teorías de Kirchhoff y de Reinssner-Mindlin.
Elementos transformados e integración numérica. Láminas.
Tema 5. Introducción al análisis dinámico por elementos finitos. Equilibrio dinámico. Matrices de
inercia. Amortiguamiento. Ecuaciones de movimiento.
Tema 6. Introducción al análisis no lineal por elementos finitos. Bases de la programación de
modelos no-lineales. Introducción al cálculo no-lineal geométrico. Introducción al cálculo plástico.
Programa de la enseñanza práctica
PRÁCTICAS 01.- Resolución de ecuación de Poisson (flujo calórico estacionario) mediante MEF.
PRÁCTICAS 02.- Análisis de estructura celosía-carga estática mediante MEF.
PRÁCTICAS 03.- Análisis de estructura tipo viga-carga estática mediante MEF.
PRÁCTICAS 04.- Análisis de estructura tipo pórtico-carga estática mediante MEF.
PRÁCTICAS 05.- Análisis de estructura tipo placa-carga estática mediante MEF.
PRÁCTICAS 06.- Análisis de estructura en tensión plana-carga estática mediante MEF.
PRÁCTICAS 07.- Análisis de estructura en deformación plana-carga estática mediante MEF.
PRÁCTICAS 08.- Análisis de estructura con simetría axial-carga estática mediante MEF.
PRÁCTICAS 09.- Análisis de estructura volumétrica-carga estática mediante MEF.
PRÁCTICAS 10.- Análisis de estructura tipo celosía-carga dinámica axial mediante MEF.
PRÁCTICAS 11.- Análisis de estructura tipo pórtico-carga dinámica axial mediante MEF.
PRÁCTICAS 12.- Análisis de estructuras tipo pórtico considerando no-linealidad geométrica (MEF).
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PRÁCTICAS 13.- Análisis de estructuras con cables mediante MEF.
PRÁCTICAS 14.- Análisis de estructuras con nacimiento y muerte de elementos (MEF).
PRÁCTICAS 15.- Control dinámico de estructuras (MEF).
Relación con otras asignaturas del Plan de Estudios
ANÁLISIS MATRICIAL DE ESTRUCTURAS.
TIPOLOGÍA DE ESTRUCTURAS
CÁLCULO AVANZADO DE ESTRUCTURAS
PUENTES
PATOLOGÍA Y VIDA ÚTIL DE ESTRUCTURAS
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Sistema de evaluación
Convocatoria Ordinaria
El sistema de evaluación estará conformado por los siguientes hitos:
Primera Prueba Parcial (40%): Prueba escrita consistente en resolución de una parte teórica (test y
alguna pregunta de desarrollo de mediana extensión) y una parte práctica (problemas a resolver). Se
realizará aproximadamente a mitad del cuatrimestre.
o Se valorará:
Claridad de conceptos y capacidad de razonamiento demostrados.
Metodología seguida.
Resolución correcta de los ejercicios prácticos.
o Prueba compensatoria bajo la condición de superar la nota de corte, establecida en cuatro
(4) puntos sobre diez (10).
Segunda Prueba Parcial (40%): Con los mismos criterios que la primera prueba parcial, cubrirá la
segunda mitad de la asignatura y se realizará al final del cuatrimestre.
Trabajos y Prácticas (20%): Forman parte de este item las tareas asignadas a los alumnos para su
entrega en fecha.
o Se valorará:
Claridad de conceptos y capacidad de razonamiento demostrados.
Metodología seguida.
Resolución correcta de los ejercicios prácticos planteados.
o Condición de superar la nota de corte, establecida en cuatro (4) puntos sobre diez (10).
Para poder superar la asignatura será necesario obtener, al menos, una nota de cuatro (4) puntos en cada
uno de los ítems anteriores y un cinco (5) en la media ponderada de la totalidad de las calificaciones.
Se efectuará una prueba Final, posterior a los dos parciales, a aquellos alumnos que no hayan superado
alguno de los criterios comentados anteriormente, extendiéndose dicha evaluación a aquellos que,
voluntariamente, tengan aspiraciones a mejorar nota.
En el apartado de “Trabajos y Prácticas”, la no superación se habrá de solventar con la superación de una
prueba práctica presencial.
Convocatoria de Septiembre:
Se evaluará, de forma análoga a la descrita para la Convocatoria Ordinaria, con una prueba en que el
alumno será evaluado de los ítems que no hubiera superado en el régimen de Convocatoria Ordinaria.
En todos los casos:
Para la superación de las pruebas de exigirá adecuada expresión y redacción, así como corrección
ortográfica.
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Bibliografía y fuentes de referencia
Bibliografía básica
Zienkiewicz, O.C., Taylor, R.L. (1994) El método de los Elementos Finitos. Volumen 1: las Bases, CIMNE, Barcelona.
Zienkiewicz, O.C., Taylor, R.L. (1994) El método de los Elementos Finitos. Volumen 2: Mecánica de sólidos, CIMNE, Barcelona.
Bibliografía complementaria
Oñate Ibáñez, E. (1991) Cálculo de estructuras por el método de los elementos finitos: análisis estático lineal, CIMNE, Barcelona.
Ariza Moreno, P., Sáez Pérez, A. (2004) Método de los elementos finitos: introducción a ANSYS, Universidad de Sevilla
Web relacionadas
http://www.cimne.com/
http://www.mecanica.upm.es/
Campus Virtual de la asignatura
Se aconseja el uso de los textos disponibles en Ingebook a través de la página web de la biblioteca virtual de UCAM.
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Recomendaciones para el estudio y la Docencia
Para un adecuado aprovechamiento de la asignatura se recomienda:
Participar en las clases de forma activa.
Estudiar la asignatura diariamente, realizando los ejercicios propuestos y llevando un horario de
estudio regular desde el inicio de curso.
Utilizar el Campus Virtual.
Orientar el estudio al razonamiento argumentado de los contenidos de la asignatura.
Consultar la Bibliografía.
Acudir a Tutorías individuales, sin esperar a la proximidad de los exámenes
Asimismo, tanto para un mejor aprovechamiento académico como para fomentar los valores de
respeto y excelencia acordes con el espíritu universitario y con el ideario de UCAM, para las clases se exigirá:
Asistencia (según Normativa interna de la Universidad).
Puntualidad.
Prescindir del uso de teléfonos móviles.
Vestir con el decoro acorde al entorno académico (no se admite acudir en ropa de deporte o de
playa…)
Las excepciones que sean pertinentes en cada caso, respecto a los puntos anteriores, serán reguladas por el
profesor de la asignatura y su Coordinador de Materia; siempre dentro del marco normativo establecido por
la Universidad.
Material didáctico necesario
En las convocatorias de exámenes de la asignatura (que se publicarán tanto en el campus virtual como en el
tablón de anuncios del departamento de ingeniería civil) el profesor/es responsable/s de la asignatura
indicarán el tipo de material necesario y permitido.
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Tutorías
Las tutorías tienen el fin de consolidar los conocimientos, habilidades y destrezas impartidos en las clases de
la asignatura, a la vez que ayudarán en la resolución de cuestiones y dudas planteadas por los alumnos. Las
horas dedicadas a tutorías se dedicarán también a la realización, seguimiento y valoración de trabajos que
faciliten la comprensión de la metodología y sistemas de evaluación de la misma.
Sesiones de Tutoría en Grupo
Las sesiones de tutoría grupales se dedicarán a actividades que potencien el aprendizaje de los contenidos y
procedimientos propios de la asignatura.
Los objetivos formativos planteados para la tutoría son:
Ayudar al alumno a asimilar la metodología para la resolución de problemas.
Orientar la realización de las prácticas y trabajos.
Proporcionar perspectivas sobre la aplicación de los contenidos de la asignatura.
Resolver dudas sobre los contenidos y ejercicios de la asignatura.
Para cubrir estos objetivos se planificarán las siguientes actividades formativas:
Sesiones sobre la metodología para la resolución de problemas.
Seminarios complementarios relacionados con la asignatura.
Sesiones de refuerzo para aclaración de dudas y repaso de los conceptos importantes para la
inmediata preparación de exámenes.
Sesiones de Tutoría Individual
Las sesiones de tutoría individual se centrarán en:
Orientación del estudio personal.
Aclaración de las dudas, tanto conceptuales como metodológicas, a nivel personal.
Seguimiento de las prácticas y ejercicios evaluables.
Para ello, el cauce general será la entrevista personal presencial. Para dichas sesiones conviene reservar cita
con anterioridad, vía correo electrónico, con el fin de evitar solapamientos. El horario preferente será el de
oficial de atención a los alumnos pero pueden habilitarse otros horarios previa cita.
Otros aspectos de la Tutoría.
La Universidad dispone de un Cuerpo Especial de Tutores que realiza tutoría personal con los estudiantes matriculados en la Titulación. El tutor/a personal acompaña a los estudiantes durante toda la etapa universitaria. Se puede consultar el siguiente enlace:
http://www.ucam.edu/servicios/tutorias/preguntas-frecuentes/que-es-tutoria