SILLABUS

Última modificación: 16-12-2019
250704 - Dinámica Estructural
Unidad responsable:
250 - ETSECCPB - Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de
Barcelona
Unidad que imparte:
751 - DECA - Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Curso:
2019
Titulación:
MÁSTER UNIVERSITARIO EN INGENIERÍA ESTRUCTURAL Y DE LA CONSTRUCCIÓN (Plan 2015).
(Unidad docente Optativa)
Créditos ECTS:
5
Idiomas docencia:
Castellano
Profesorado
Responsable:
RAMON CODINA ROVIRA
Otros:
ROLANDO ANTONIO CHACÓN FLORES, RAMON CODINA ROVIRA, IGNASI DE POUPLANA SARDÀ
Horario de atención
Horario:
Al finalizar cada clase
Competencias de la titulación a las cuales contribuye la asignatura
Específicas:
13364. Concebir y proyectar estructuras civiles y de edificación que sean seguras, duraderas, funcionales e integradas
en su entorno.
13365. Proyectar y construir utilizando materiales clásicos (hormigón armado, pretensado, acero estructural,
mampostería, madera) y nuevos materiales (materiales compuestos, acero inoxidable, aluminio, con memoria de
forma?).
13368. Modelizar matemáticamente problemas de ingeniería estructural.
13369. Aplicar los métodos y programas de diseño y cálculo avanzado de estructuras, a partir del conocimiento y
comprensión de las solicitaciones y su aplicación a las tipologías estructurales de la ingeniería civil.
Genéricas:
13360. Concebir, proyectar, analizar y gestionar estructuras o elementos estructurales de ingeniería civil o edificación,
fomentando la innovación y el avance del conocimiento.
13361. Desarrollar, mejorar y utilizar materiales y técnicas constructivas convencionales y nuevas, para garantizar los
requisitos de seguridad, funcionalidad, durabilidad y sostenibilidad de las mismas.
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Metodologías docentes
Esta asignatura se desarrolla en 34 horas de teoría con problemas, 8 horas de laboratorio con la utilización de sistemas
de Open-Code (Arduino) y 5 horas de trabajos tutelados durante 14 semanas. Asimismo, el estudiante deberá dedicar 63
horas para aprender y resolver los problemas que demanda esta asignatura. Particularmente habrá 7 trabajos prácticos
sobre problemas básicos y también sobre algunas estructuras, y 5 trabajos de laboratorio. Tanto los trabajos de
laboratorio como los problemas deberán ser resueltos por el estudiante individualmente y entregado para su evaluación.
Los trabajos de problemas se realizarán con códigos MathCad, y/o Matlab, y/o Fortran.
Los trabajos de Laboratorio se realizarán con la ayuda de dispositivos Open-Code del tipo Arduino, que permitirá al
alumno diseñar y programar sus propios dispositivos de medidas.
Se utiliza material de apoyo en formato de plan docente detallado mediante el campus virtual ATENEA: contenidos,
programación de actividades de evaluación y de aprendizaje dirigido y bibliografía.
Objetivos de aprendizaje de la asignatura
Asignatura para adquirir conocimiento y aptitudes para comprender y resolver problemas de dinámica en estructuras
Capacidad para comprender y resolver problemas de dinámica en estructuras. Capacidad para considerar la dinámica en
el diseño estructural.
Conceptos básicos de dinámica estructural. Modelos dinámicos con un sólo grado de libertad y con varios grados de
libertad. Formulación de la ecuación del movimiento. Formulación de la ecuación del movimiento y respuesta dinámica de
un sistema con "n" grados de libertad: Coordenadas Lagrangeanas o generalizadas. Introducción a la dinámica de
estructuras no-lineal.
El objetivo de ésta asignatura es conseguir que el estudiante adquiera conocimiento y aptitudes para comprender y
resolver problemas de dinámica en estructuras y esté capacitado para considerar la dinámica en el diseño estructural.
Esta asignatura sentará las bases para estudios posteriores de estructuras sometidas a acciones de sismos, vientos y
vibraciones en general producidas por máquinas y tráfico.
Horas totales de dedicación del estudiantado
Dedicación total: 125h
Horas grupo grande:
19h 30m
15.60%
Horas grupo mediano:
9h 45m
7.80%
Horas grupo pequeño:
9h 45m
7.80%
Horas actividades dirigidas:
6h
4.80%
Horas aprendizaje autónomo:
80h
64.00%
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250704 - Dinámica Estructural
Contenidos
Conceptos básicos de dinámica estructural
Dedicación: 6h 14m
Grupo grande/Teoría: 2h 36m
Aprendizaje autónomo: 3h 38m
Descripción:
- Introducción.
- Definición de la acción dinámica: en forma determinista, en forma estocástica.
- Estructuras y modelos estructurales.
- Métodos de modelización dinámica. Discretización espacial de la estructuras. Método de las masas
concentradas. Método de los desplazamientos generalizados. Método de los elementos finitos.
- Modelos dinámicos: A un sólo grado de libertad; A varios grados de libertad.
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Dedicación: 39h 21m
Formulación de la ecuación del movimiento.
Respuesta dinámica de un sistema de 1 grado de
Grupo grande/Teoría: 4h 42m
Grupo mediano/Prácticas: 4h 42m
libertad
Grupo pequeño/Laboratorio: 7h
Aprendizaje autónomo: 22h 57m
Descripción:
- Introducción y generalidades del comportamiento dinámico de las construcciones.
-Formulación de las ecuaciones del movimiento. Principio de D'Alembert. Principio de los desplazamientos
generalizados o de los desplazamientos virtuales. Funcional de Hamilton.
- Ecuación del movimiento de un sistema a un grado de libertad.
- Espectros y Pseudo espectros de respuesta de un oscilador a un grado de libertad.
- Resolución numérica de las integrales de los espectros de respuesta.
- Utilización del espectro de respuesta en el cálculo de una estructura, rectificación de los espectros,
normalización de los espectros, representación de Newmark, construcción aproximada de los espectros de
respuesta.
- Vibraciones en estructuras producidas por el tráfico y relación con el ruido. Filtros de frecuencia y atenuación
del ruido en estructuras.
- Análisis en el dominio de las frecuencias. Transformación directa e inversa. Transformada rápida de Fourier.
Espectros de respuesta y espectros de amplitudes de Fourier.
CLASES de PROBLEMAS. EVALUABLES (70% de la nota). Las fechas de entrega se mencionan en cada caso.
- Trabajo de Problemas 1: Cálculo de frecuencias en estructuras simples de 1GL.
- Trabajo de Problemas 2: Respuesta dinámica en el tiempo de estructuras simples de 1GL. Acciones armónicas.
- Trabajo de Problemas 3: Respuesta dinámica en el tiempo de estructuras simples de 1GL. Acciones
cualesquiera.
-Trabajo de Problemas 4: Respuesta dinámica en frecuencia - Transformadas de Fourier.
- Trabajo de Problemas 5: Espectros y pseudo-espectros teóricos.
CLASES de LABORATORIO. EVALUABLES (30% de la nota). Los trabajos se realizan y entregan en el mismo día
en la fecha que se menciona en cada caso.
- Trabajo de Laboratorio 1: Introducción a la experimentación. Introducción a los equipos. Introducción al
montaje de las conexiones Introducción a la adquisición de datos. Comparación de mediciones Arduino y
Tradicionales.
- Trabajo de Laboratorio 2: Estudio de vibraciones libres amortiguadas. Fleje en voladizo. Se realizará con
Arduino para diferentes longitudes de viga para cada estudiante. Inicialmente, se realizarán comparaciones
Arduino-Spider para mostrar la capacidad de los elementos low-cost.
- Trabajo de Laboratorio 3: Estudio de vibraciones forzadas amortiguadas. Fleje en voladizo. Se realizará con
Arduino para diferentes longitudes de viga para cada estudiante.
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Dedicación: 33h 36m
Formulación de la ecuación del movimiento.
Respuesta dinámica de un sistema con N grados
Grupo grande/Teoría: 6h
Grupo mediano/Prácticas: 6h
de libert
Grupo pequeño/Laboratorio: 2h
Aprendizaje autónomo: 19h 36m
Descripción:
- Introducción y generalidades del comportamiento dinámico de las construcciones. Coordenadas Lagrangeanas o
generalizadas.
- Modelos continuos. Principio de los trabajos virtuales. Vibración por flexión de vigas. Solución de la ecuación del
movimiento en vibración libre. Frecuencias naturales y modos normales para vigas uniformes. Condición de
ortogonalidad entre modos normales. Introducción al concepto de discre-tización.
- Modelos simples con varios grados de libertad. Edificio de cortante. Modelo general de pórtico. Modelo de
elementos finitos.
- Resolución mediante reducción del número de grados de libertad. Condensación aproximada o lateral.
Condensación exacta o dinámica.
- Formulación de la ecuación diferencial del movimiento a partir de la primera ley de la termodinámica.
Formulación a partir de la energía potencial primal. Minimización de la energía potencial primal. Aplicación a
sólidos discretos - Elementos Finitos -. Dominio elemental. Dominio Global.
- Funcional de Hamilton y formulación de la ecuación diferencial del movimiento para un sistema con "n" grados
de libertad. Ecuación del movimiento para una coordenada generalizada cualquiera. Ecuación del movimiento de
un sólido para las "n" coordenadas generalizadas.
- Análisis modal de la respuesta I: Oscilación libre no amortiguada de un sistema a "n" grados de libertad. obtención de los parámetros modales, superposición de la respuesta del sistema -. Oscilación forzada no
amortiguada de un sistema a "n" grados de libertad. Oscilación forzada amortiguada de un sistema a "n" grados
de libertad.
- Cálculo de valores y vectores propios a través de métodos simples: Rayleigh, Stodola Vianello y también a
través de métodos numéricos: directos, iterativos.
- Análisis modal de la respuesta II: Oscilación amortiguada de un sistema a "n" grados de libertad sometido a
la acción de un sismo.
- Análisis de la respuesta en la historia del tiempo. Análisis espectral de la respuesta. Cálculo de edificios de
cortante. Estructuras modeladas como pórticos planos.
- Análisis numérico en el tiempo mediante una integración paso a paso de la ecuación del movimiento: Métodos
directos. Aproximación en series de Taylor. Diferencias centrales. Diferencias atrás o de Houbolt. Método de
Newmark. Método de Wilson.
CLASES de PROBLEMAS. EVALUABLES (70% de la nota). Las fechas de entrega se mencionan en cada caso.
- Trabajo de Problemas 6: Frecuencia fundamental en estructuras continuas.
- Trabajo de Problemas 7: Sistemas estructurales a "N" GL. Pórticos de Cortante
CLASES de LABORATORIO. EVALUABLES (30% de la nota). Los trabajos se realizan y entregan en el mismo día
en la fecha que se menciona en cada caso.
- Trabajo de Laboratorio 4: Sesión de programación en Matlab, Python, VisualBasic u otro lenguaje.
- Trabajo de Laboratorio 5: Pórtico de cortante.
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Introducción a la dinámica de estructura nolineal
Dedicación: 14h 23m
Grupo grande/Teoría: 4h
Grupo mediano/Prácticas: 1h
Grupo pequeño/Laboratorio: 1h
Aprendizaje autónomo: 8h 23m
Descripción:
- Presentación simplificada del comportamiento no lineal de un oscilador: no-linealidad inercial, no-linealidad de
amortiguamiento, no-linealidad de rigidez: constitutiva y geométrica. Ductilidad de un oscilador no lineal a un
grado de libertad.
- Espectro de respuesta inelástico: Espectro de ductilidad requerida, Espectro de coeficiente de proyecto,
Reducción efectiva de fuerzas.
- Formulación del equilibrio dinámico para una estructura sometida a comportamiento no lineal.
- Linealización de la ecuación de equilibrio.
- Distintos efectos no lineales en las estructuras provocado por acciones dinámicas no-lineales
- Resolución de la ecuación del movimiento en estructuras sometida a comportamiento no-lineal.
- Solución Explícita-Implícita.
- Introducción a los modelos de comportamiento del material, independientes del tiempo (daño, plasticidad).
Efectos en el comportamiento estructural.
- Introducción a los modelos de comportamiento del material, dependientes del tiempo (viscoelasticidad,
viscoplasticidad, viscodaño). Efectos en el comportamiento estructural. El amortiguamiento estructural y su
origen en el material.
- Evolución de la frecuencia natural en las estructuras sometidas a acciones dinámicas. Relación entre el cambio
de frecuencia natural y el daño estructural.
CLASES de PROBLEMAS. EVALUABLES (70% de la nota). Las fechas de entrega se mencionan en cada caso.
- Trabajo de Problemas 8: Sistemas estructural no-lineal. Cálculo de espectros inelásticos. Ductilidad
Sistema de calificación
La calificación de la asignatura se obtiene a partir de las calificaciones de problemas de evaluación continuada y de las
correspondientes de laboratorio y/o aula informática.
La calificación de la asignatura resulta de la media de las notas de los trabajos de problemas y laboratorio presentados.
Los trabajos de problemas se realizarán utilizando herramientas como MathCad y/o Matlab y/o elementos finitos,
mediante programas que desarrollará el alumno y otros programas que se les proveerá como modelo.
Los trabajos de laboratorio se realizaran mediante la ayuda de los sitemas digitales Open-Cod (arduinos)
Normas de realización de las actividades
Si no se realiza alguna de las actividades de laboratorio o de evaluación continua en el periodo programado, se
considerará como puntuación cero.
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Bibliografía
Básica:
Barbat, A.H.; Oller, S. Conceptos de cálculo de estructuras en las normativas de diseño sismorresistente [en línea].
Barcelona: A.H.Barbat, 1997 [Consulta: 23/04/2020]. Disponible a: <http://hdl.handle.net/2117/21168>. ISBN 8489925100.
Barbat, A.H.; Oller, S.; Vielma, J.C. Cálculo y diseño sismorresistente de edificios: aplicación de la norma NCSE-02 [en línea].
Barcelona: CIMNE, 2005 [Consulta: 23/04/2020]. Disponible a: <http://hdl.handle.net/2117/28500>. ISBN 8495999897.
Barbat, A.H.; Canet, J.M. Estructuras sometidas a acciones sísmicas: cálculo por ordenador. 2a ed. Barcelona: CIMNE, 1994.
ISBN 8487867103.
Oller, S. Nonlinear dynamics of structures [en línea]. Barcelona: International Center for Numerical Methods in Engineering
(CIMNE) : Springer, 2014 [Consulta: 23/04/2020]. Disponible a: <http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-05194-9>. ISBN
9783319051932.
Blanco, E.; Oller, S.; Gil, L. Análisis experimental de estructuras. Barcelona: CIMNE, 2008. ISBN 9788496736474.
Paz, M. Dinámica estructural: teoría y cálculo. Barcelona: Reverté, 1992. ISBN 842914854X.
Cesari, F. Metodi di calcolo nella dinamica delle strutture. 3a ed. Bologna: Pitagora, 1997. ISBN 9788837109035.
Clough, R.W.; Penzien, J. Dynamics of structures. 2nd ed. Berkeley: Computer and Structures, 2003. ISBN 0923907505.
Chopra, A.K. Dynamics of structures: theory and applications to earthquake engineering [en línea]. 5th ed SI units. Harlow:
Pearson Education Limited, 2020 [Consulta: 23/04/2020]. Disponible a: <https://ebookcentral.proquest.com/lib/upcatalunyaebooks/detail.action?docID=5811586>. ISBN 9781292249209.
Complementaria:
Chowdhury, I.; Dasgupta, S.P. Dynamics of structure and foundation: a unified approach. CRC Press, 2008. ISBN
9780415471459.
Timoshenko, S.P.; Young, D.H. Vibration problems in engineering. 5th ed. New York: Wiley, 1990. ISBN 0471632287.
Hanson, C.E.; Towers, D.A.; Meister, L.D. Transit noise and vibration impact assessment [en línea]. Washington, DC: Federal
Transit Administration. Office of Planning and Environment, 2006 [Consulta: 23/04/2020]. Disponible a:
<https://www.transit.dot.gov/sites/fta.dot.gov/files/docs/FTA_Noise_and_Vibration_Manual.pdf>.
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