Diseño de Estructuras de Acero

Universidad Autónoma del Estado de México

Secretaria de DocenciaCoordinación General de Estudios SuperioresPrograma Institucional de Innovación Curricular

PROGRAMA DE ESTUDIOS POR COMPETENCIAS DE LAUNIDAD DE APRENDIZAJE: _ DISEÑO DE ESTRUCTURAS

I. IDENTIFICACIÓN DEL CURSO.

Espacio Académico: Facultad de IngenieríaPrograma Educativo: Licenciatura en Ingeniería Civil Área de docencia: Ingeniería y TecnologíaAprobación de los HH Consejos Académico y de Gobierno

Fecha: Programa elaborado por: Dr. David De León E.

Nombre de la unidad de aprendizaje: DISEÑO DE ESTRUCTURASFecha de elaboración: Diciembre 2006

ClaveHoras de Teoría

Horas de Práctica

Total de Horas

CréditosTipo de

unidad de aprendizaje

Carácter de la unidad de

aprendizaje

Núcleo de formación

Modalidad

ICI904 5.0 0.0 5.0 10.0 Curso Obligatoria Presencial

Prerrequisitos:Análisis de estructuras, propiedades de losmateriales, diseño por esfuerzos permisibles, factor de seguridad, criterios generales de diseño, reglamentos de diseño

Unidad de aprendizaje antecedente:Diseño de elementos de concreto, Teoría Estructural

Unidad de aprendizaje consecuente:No tiene

Programas en los que se imparte: Licenciatura de Ingeniería Civil

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II. PRESENTACIÓN DEL PROGRAMA.

En los últimos años se ha extendido el uso de estructuras metálicas en obras de Ingeniería civil más allá de la construcción de vivienda. Asimismo la mampostería y la madera se emplean en construcciones convencionales. Por tanto, el alumno necesita aplicar los conocimientos básicos que ha adquirido, sobre Mecánica de Materiales y Teoría Estructural, en el diseño de los sistemas estructurales más comunes que le demandan su aportación técnica para su construcción. En la presente unidad de aprendizaje al alumno adquirirá las competencias de diseñar estructuras de acero, mampostería y madera interpretando y aplicando los reglamentos correspondientes vigentes. El dimensionamiento implica la aplicación de criterios de diseño, con énfasis en el de resistencia última, incluyendo elementos estructurales y conexiones. La unidad de aprendizaje consta de 9 unidades de competencia y pretende que el alumno sea capaz de implementar en la práctica los diseños mas adecuados en el sentido de equilibrar el requisito de seguridad con el de economía. Esto implica que el alumno adquiera la habilidad para dimensionar elementos estructurales de acero, mampostería y madera bajo las condiciones de carga usuales en nuestro medio sin que su resistencia sea escasa ni esté sobrada. La exposición oral se complementará con un primer ejemplo desarrollado por el profesor y ejercicios en el pizarrón a ser resueltos por el alumno, así como visitas a obras y plantas de fabricación de estructuras de acero. El alumno realizará los ejercicios de tarea que el profesor programe para cada unidad de aprendizaje. También se requerirán revisiones críticas de material relacionado con las unidades de competencia en donde el alumno podrá reflejar sus competencias sobre leer, criticar y redactar. Asimismo, al final el alumno integrará sus conocimientos aplicándolos al desarrollo de un proyecto de diseño de un elemento estructural que se elegirá de común acuerdo con el profesor.

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III. LINEAMIENTOS DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE

DOCENTE DISCENTE

Observar el cumplimiento de la reglamentación de la Facultad y la Universidad.

Asistir a todas las sesiones programadas puntualmente.

Proporcionar al alumno el programa de estudio de esta unidad de aprendizaje al inicio de curso, debe incluir los criterios de evaluación y la bibliografía.

Conducir y asesorar el trabajo de la unidad de aprendizaje, indicando lugar y horas de asesoría.

Realizar por lo menos dos evaluaciones parciales durante el semestre.

Promover la participación en el aula para resolver dudas, las preguntas y problemas formulados por los alumnos.

Observar el cumplimiento de la reglamentación de la Facultad y la Universidad.

Realizar los controles de lectura y tareas y demás actividades que se le encomienden.

Considerar un retraso máximo de llegada al recinto de clase 10 minutos.

Presentar trabajos escritos y tareas en la fecha y hora indicada.

Realizar los trabajos en aula, las tareas y los exámenes con calidad en forma y contenido.

IV. PROPÓSITO GENERAL DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE

Al terminar el curso el alumno será capaz de dimensionar elementos estructurales y conexiones de acero y estructuras de mampostería y madera.

El alumno podrá aplicar los reglamentos correspondientes en el diseño y la revisión de sistemas estructurales de acero, mampostería y madera.

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V. COMPETENCIAS GENÉRICAS

Diseño y revisión de elementos estructurales y conexiones de acero y elementos de madera y mampostería.

Comunicarse y expresarse en forma oral, escrita y gráfica por medio de términos y normas relacionadas con el diseño de elementos estructurales.

Que le permitan la toma de decisiones cuando se utilizan modelos cuantitativos en la selección de materiales y diseño de elementos estructurales.

Que le permitan evaluar nuevos materiales de ingeniería y nuevas geometrías de elementos estructurales.

Que le permitan ejercer las habilidades y destrezas en actividades científicas y de ingeniería.

VI. ÁMBITOS DE DESEMPEÑO PROFESIONAL

Sector público: Federal, estatal, municipal; sector privado, sector social, organizaciones no gubernamentales y oficiales relacionadas con la ingeniería civil.

VII. ESCENARIO DE APRENDIZAJE

Salón de clase, revisión de aspectos conceptuales y teóricos por medio de aprendizaje guiado y cooperativo.

Refuerzo y retroalimentación factual y conceptual a través de la selección, organización y elaboración de contenidos para un aprendizaje significativo.

VIII. NATURALEZA DE LA COMPETENCIA(Inicial, entrenamiento, complejidad creciente, ámbito diferenciado)

Ambito diferenciado

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IX. ESTRUCTURA DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE

Unidad de competencia I. Identificar las propiedades básicas del acero como material para construir estructuras. Conocer en forma general los sistemas estructurales en acero más comunes. Comprender y aplicar los criterios básicos de diseño con énfasis en el de resistencia última.

Unidad de competencia II. Dimensionar elementos estructurales y conexiones en tensión identificando las principales formas de falla.Y dimensionar columnas sometidas a compresión pura aplicando conceptos y herramientas de análisis de pandeo global y local.

Unidad de competencia III. Dimensionar vigas de acero por flexión y cortante. Y dimensionar vigas columna sujetas a flexocompresión biaxial o uniaxial.

Unidad de competencia IV. Diseñar sistemas estructurales sencillos formados por elementos de acero, como armaduras y cubiertas en base a largueros y contravientos.

Diseñar los tipos más comunes de conexiones atornilladas y soldadas de acero.

Unidad de competencia V. Diseñar y revisar estructuras a base de mamposterías, de acuerdo al R.C.D.F.

Y diseñar y revisar estructuras de madera, de acuerdo al R.C.D.F.

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X. SECUENCIA DIDÁCTICA

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INTRODUCCIÓN ELEMENTOS EN TENSIÓN Y COMPRESIÓN

SISTEMAS ESTRUCTURALES

DE ACEROY CONEXIONES

ESTRUCTURAS DE ACERO, MAMPOSTERÍA Y MADERA

VIGAS Y VIGAS-COLUMNA



XI. DESARROLLO DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE

UNIDAD DE COMPETENCIA I

ELEMENTOS DE COMPETENCIA

Conocimientos/ HabilidadesINTRODUCCIÓN Identificar las propiedades mecánicas del acero, los tipos de acero estructurales, los efectos de

Temperatura. Distinguir entre la factura frágil y el desgarramiento laminar. Comprender los efectos de fatiga y corrosión y las ventajas y desventajas del acero como material estructural

Identificar los sistemas estructurales en acero: marcos rígidos de un nivel (Naves industriales), Marcos rígidos de niveles múltiples (Edificios), Armaduras en dos y tres dimensiones (Puentes y torres), Trabes armadas para estructuras de grandes claros y Placas y cascarones (Tanques).

Interpretará y aplicará los criterios básicos de Diseño: Esfuerzos permisibles y Estado Límite (Factores de carga y resistencia)

Interpretará y aplicará los Reglamentos de diseño (AISC Y RDF)

Carácter de la Unidad de Competencia (De aplicación

profesional.)

ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS: RECURSOS REQUERIDOS TIEMPO DESTINADO

Enseñanza directa (introducción, demostración, práctica guiada, práctica independiente): Organizadores previos y preguntas intercaladas.

Pizarrón, cañón.Material didáctico:

Libros, manuales y revistas listados en las Referencias

5 horas

CRITERIOS DE DESEMPEÑO IEVIDENCIAS

DESEMPEÑO. PRODUCTOS

Correcta identificación de propiedades mecánicas del acero, sistemas estructurales de acero y criterios y especificaciones de diseño de estructuras de acero.

Distinguir las propiedades mecánicas del acero y dibujar los principales tipos de secciones de acero.Identificar las formas geométricas estructurales más comunes.Explicar las hipótesis en que se basan los criterios de diseño y aplicar especificaciones de los reglamentos de diseño.

Reporte escrito a ser desarrollado en los exámenes parcial y final, tarea y revisión crítica con: descripción de algunas propiedades del acero, algunas formas estructurales, algunas secciones de acero, los fundamentos de los criterios de diseño y la aplicación de algunas especificaciones de un reglamento de diseño.

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UNIDAD DE COMPETENCIA II


Conocimientos/ Habilidades

ELEMENTOS EN TENSIÓN Y COMPRESIÓN

Aplicar los requisitos de resistencia nominal en tensión, conexiones en elementos en tensión, área neta, área efectiva y bloque de cortante.Aplicar las fórmulas de diseño para elementos en tensión.Identificar los tipos de elementos en compresiónRevisar elementos considerando el pandeo elástico, los esfuerzos residuales, el pandeo inelástico, la longitud efectiva, el pandeo local en placas sometidas a compresión y la relación ancho-grueso y la resistencia post-pandeo.Aplicar las fórmulas de diseño de Reglamentos (LRFD-AISC y RDF) para elementos en compresión.


profesional.)



.

Mismos que la unidad anterior

.

20 hrs.

CRITERIOS DE DESEMPEÑO IIEVIDENCIAS


Correcto dimensionamiento de elementos en tensión o compresión o cálculo de su capacidad aplicando las especificaciones de los reglamentos de diseño.

Identificar el mecanismo de falla en elementos en tensión y compresión y detallar la geometría del elemento o calcular la capacidad de un elemento con geometría dada.

Reporte de casos de diseño de elementos en tensión y compresión a ser resueltos por el alumno en el pizarrón, en los exámenes parcial y final, tareas y revisiones críticas.

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UNIDAD DE COMPETENCIA III



VIGAS Y VIGAS-COLUMNA Identificar los tipos de vigasResolver problemas de vigas que incluyan soporte lateral, comportamiento plástico (módulo plástico, factor de forma), resistencia nominal a flexión de vigas con soporte lateral, pandeo lateral elástico e inelástico y resistencia nominal de vigas sin soporte lateral continuo.Diseñar vigas por cortante considerando pandeo elástico e inelástico del alma y cargas concentradas aplicadas.Diseñar vigas por flexión biaxial y con control de deflexiones.Diseñar barras flexocomprimidas empleando la longitud efectiva de columnas en marcos de edificios, los efectos de esbeltez (amplificación de momentos) con aplicación en marcos contraventeados (desplazamientos laterales impedidos) y no contraventeados (desplazamientos laterales no impedidos)Diseño de vigas-columna utilizando las ecuaciones de interacción y las fórmulas de diseño de los reglamentos vigentes.


profesional)



.

Mismos de la unidad anterior

.

20 horas

CRITERIOS DE DESEMPEÑO IIIEVIDENCIAS


Correcto dimensionamiento de vigas y vigas-columnas de acero o cálculo de su capacidad aplicando las especificaciones de los reglamentos de diseño.

Identificar el modo de falla de elementos viga y viga-columna de acero y detallar la geometría del elemento o calcular la capacidad de un elemento con geometría dada.

Reporte de casos de diseño o revisión de vigas y vigas-columna de acero a ser resueltos por el alumno en el pizarrón, en los exámenes parcial y final, tareas y revisiones críticas.

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UNIDAD DE COMPETENCIA IV



SISTEMAS ESTRUCTURALES Y

CONEXIONES DE ACERO

Identificar los distintos sistemas de piso con elementos de acero.Diseñar edificios simples de un nivel y varios niveles estructurados con marcos rígidos, armaduras simplemente apoyadas y formando marcos rígidos.Diseñar de cubiertas incluyendo largueros, contraventeos y tensores en cubiertas.Diseñar conexiones atornilladas y soldadas.


profesional)



Mismos de la unidad anterior

.

20 horas

CRITERIOS DE DESEMPEÑO IVEVIDENCIAS


Correcto dimensionamiento de sistemas estructurales y conexiones de acero o cálculo de su capacidad aplicando las especificaciones de los reglamentos de diseño.

Identificar el modo de falla de sistemas estructurales y conexiones de acero y detallar la geometría de los mismos o calcular la capacidad de los mismos dada su geometría.

Reporte escrito de casos donde el alumno dimensione sistemas estructurales y conexiones de acero, en el pizarrón, los exámenes parcial y final, en las tareas y en las revisiones críticas.

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UNIDAD DE COMPETENCIA V



MAMPOSTERÍA Y MADERAIdentificar las características de la mampostería y madera y mostrar elementos estructurales simples.Identificar los materiales de la mampostería (piezas, mortero, concreto y acero).Diseñar muros estructurales de mampostería (diafragma, confinados, reforzados y no reforzados).Revisar muros de mampostería por flexión, cortante y flexo compresión.Identificar las propiedades mecánicas de la madera y diseñar elementos a compresión, flexión y cortante


profesional)



Mismos que en la unidad anterior

.

15 horas

CRITERIOS DE DESEMPEÑO VEVIDENCIAS


Correcto dimensionamiento de elementos de madera y mampostería o cálculo de su capacidad aplicando las especificaciones de los reglamentos de diseño.

Identificar el modo de falla de elementos de madera y mampostería y detallar la geometría de los mismos o calcular la capacidad de los mismos dada su geometría.

Reporte escrito de casos donde el alumno dimensione elementos de madera y mampostería en el pizarrón, los exámenes parcial y final, en las tareas y en las revisiones críticas y el proyecto integral.

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XII. ACTITUDES Y VALORES

AutocríticaPragmatismo.HonestidadCompartir conocimientos y experiencias con otros.Sentido de conocer.Adaptación a la realidad.Interés y pensamiento reflexivo.

XIII. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN

La calificación final se integra:CF = 0.35(Prom. Parciales)+0.3 (Ex. Final)+0.1 Partic. Pizarrón+0.1 Tareas+0.05 Revis. Crít.+0.1 Proyecto IntegralDonde:La participación en el pizarrón, las tareas, revisiones críticas y el proyecto se revisan y califican de acuerdo a los resultados reportados.

XIV. REFERENCIAS

1. Diseño de Estructuras de Acero. (L.R.F.D.) Jack Mc Cormack, editorial ALFAOMEGA, 2ª. Edición, 2002.2. Estructuras de Acero, Comportamiento y Diseño, Oscar de Buen. Editorial LIMUSA, 1990.3. Apuntes de Diseño de Estructuras de Acero, capítulos de Tensión, Compresión, Flexión, David De León, FI-UAEM, 2006.4. Diseño de conexiones de acero estructural. Teoría, comportamiento y diseño. Soto H. y Engelhardt M., Producción editorial: Soto y

Maldonado, 20055. Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal 2003.6. Normas Técnicas Complementarias para el Diseño y Construcción de Estructuras Metálicas, Departamento del Distrito Federal

2003.7. Comentarios, Ayudas de Diseño y Ejemplos de las Normas Técnicas Complementarias para el Diseño y Construcción de Estructuras

Metálicas, DDF, Vol. I y II. Series del Instituto de Ingeniería de la UNAM, 2003.

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8. Manual de Construcción en Acero, Vol. I y II, IMCA, Tercera Edición, Limusa, 1994.9. Manual of Steel Construction, ADS, Ninth Edition, AISC, 1989.10. AISC, “LRFD Specifications for Structural Steel Buildings”. 2ª. Edic., Chicago, Ill. Dic. 1993.11. Salmon, CH. G. y Johnson, John, E. “Steel Structures. Design and Behavior”. 4ª. Edic. Harper Collins, 1996.12. Design of Steel Structures, 3rd Edition, by Edwin H. Gaylord, Jr., Charles N. Gaylord and James E. Stallmeyer, published by

McGraw-Hill (1991). 13. Normas Técnicas Complementarias para el Diseño y Construcción de Estructuras de Mamposterías, Departamento del Distrito

Federal 2004.14. Comentarios, Ayudas de Diseño y Ejemplos de las Normas Técnicas Complementarias para el Diseño y Construcción de Estructuras

de Mampostería, DDF. Series del Instituto de Ingeniería de la UNAM, 2004.15. Normas Técnicas Complementarias para el Diseño y Construcción de Estructuras de Madera, Departamento del Distrito Federal

2004.16. Comentarios, Ayudas de Diseño y Ejemplos de las Normas Técnicas Complementarias para el Diseño y Construcción de Estructuras

de madera, DDF. Series del Instituto de Ingeniería de la UNAM, 2004.

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