ESTRUCTURAS DE LA EDIFICACIÓN I

Grado en Fundamentos de Arquitectura y Urbanismo

Universidad de Alcalá

Curso Académico / 2018-2019 2º Curso – 2º Cuatrimestre

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GUÍA DOCENTE

Nombre de la asignatura:

ESTRUCTURAS DE LA EDIFICACIÓN I

Código: 256013

Titulación en la que se imparte:

Grado en Fundamentos de Arquitectura y Urbanismo

Departamento y Área de Conocimiento:

Arquitectura/ Construcciones Arquitectónicas

Carácter: Obligatorio

Créditos ECTS: 6 (3 créditos teóricos + 3 créditos prácticos)

Curso: 2º curso/2º cuatrimestre

Profesorado:

Dra. Gema M. López Manzanares, T y P. Dra. Esperanza González Redondo, P.

Horario de Tutoría:

Miércoles 13:00-15:00 Jueves 11:30-15:00 Despacho 9

Idioma en el que se imparte:

Español

1. PRESENTACIÓN

Esta asignatura, obligatoria, de 6 cr. ECTS, es la primera de un bloque de asignaturas dentro del Área de Construcción, que ha de sentar los cimientos del conocimiento de los futuros arquitectos en las cuestiones relativas al comportamiento estructural de los edificios. Los objetivos específicos de la asignatura son: 1. Desarrollar en los alumnos su capacidad y su interés por comprender el comportamiento estructural de los edificios y del papel de la estructura en el proyecto. 2. Orientar la formación del arquitecto como posible proyectista y calculista de estructuras, insistiendo en todas las etapas, desde la concepción y decisión sobre las posibles soluciones, pasando por el análisis hasta la definición última de los detalles y la elaboración de planos.

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3. Cimentar una sólida formación conceptual tanto a nivel del conocimiento intuitivo-práctico como teórico que permita adquirir nuevos conocimientos en futuras asignaturas y programas de especialización e investigación, y al mismo tiempo seguir desarrollando la capacidad intuitiva y empírica a lo largo de la vida del arquitecto. 4. Dotar de las herramientas teóricas necesarias para la verificación de los requisitos de estabilidad, resistencia y rigidez en tipos estructurales sencillos (isostáticos) mediante la identificación de los problemas, la elaboración de modelos y la aplicación de los principios de la Mecánica y la Resistencia de Materiales. 5. Integrar el proyecto y análisis de estructura como una de las fases esenciales del proyecto arquitectónico global y establecer la necesaria colaboración entre las asignaturas de todas las áreas para lograr ese objetivo.

1B. PRESENTATION

This course, compulsory, 6 cr. ECTS is the first of a series of courses in the construction area, which will lay the foundations of knowledge of future architects relative to the structural behavior of buildings. The specific objectives of the course are: 1. Helping the students to understand the structural behaviour of buildings and the role of structure in the project. 2. Orienting the formation of the architect as eventual structural designer, insisting at all stages, from conception and decision on possible solutions, through analysis until the last definition of the details and the preparation of structural plans. 3. Creating a solid conceptual knowledge from the theoretical and practical point of view. This will help students to acquire new knowledge in future courses and specialization and research programs, while they continue to develop the intuitive and empirical capacity over the life of architect. 4. Providing the theoretical tools necessary for verification of the requirements of stability, strength and stiffness in simple structural types (statically determinate structures). This implies identifying the problem, modelling the structure and applying the principles of Mechanics and Resistance of materials.

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5. Integrating the study and analysis of the structural solution as one of the essential phases of the overall architectural design. This implies also the need of establishing the necessary collaboration between the different areas of knowledge to achieve that goal.

2. COMPETENCIAS

a. Competencias de la ficha de la OM que pretende alcanzar Aptitud para crear proyectos arquitectónicos que satisfagan a su vez las exigencias estéticas y las técnicas. Conocimiento adecuado de la historia y de las teorías de la arquitectura, así como de las artes, tecnología y ciencias humanas relacionadas; Conocimiento de los métodos de investigación y preparación de proyectos de construcción. Comprensión de los problemas de la concepción estructural, de construcción y de ingeniería vinculados con los proyectos de edificios. Capacidad de concepción para satisfacer los requisitos de los usuarios del edificio respetando los límites impuestos por los factores presupuestarios y la normativa sobre construcción. Conocimiento adecuado de las industrias, organizaciones, normativas y procedimientos para plasmar los proyectos en edificios y para integrar los planos en la planificación. b. Otras competencias específicas que abarca Aptitud para concebir, calcular, diseñar, integrar en edificios y conjuntos urbanos y ejecutar estructuras de edificación y soluciones de cimentación, aplicando las normas técnicas y constructivas relativas a las mismas. Adquirir un conocimiento adecuado de la mecánica de sólidos, de medios continuos y del suelo, así como de las cualidades plásticas, elásticas y de resistencia de los materiales de obra pesada.

Todas las competencias son comunes al bloque de las asignaturas de Estructuras del Plan de Estudios y se irán adquiriendo gradualmente durante la carrera. Esto es, en esta asignatura se procurará que el alumno adquiera a un nivel básico las competencias señaladas, de la forma más integrada posible.

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3. CONTENIDOS

Contenidos:

Bloque 1. INTRODUCCIÓN. REQUISITOS Y TIPOS ESTRUCTURALES Bloque 2. EQUILIBRIO Y ESTABILIDAD Conceptos y principios fundamentales de la Mecánica. Sistemas de fuerzas coplanares. Cálculo gráfico y analítico. Las estructuras como sólidos rígidos y deformables: La modelización. Acciones, reacciones y esfuerzos internos. Isostatismo/hiperestatismo. Principio de superposición

Cálculo de reacciones por métodos gráficos y analíticos. Cálculo de esfuerzos internos o solicitaciones. Diagramas. Principio de los Trabajos Virtuales Bloque 3. ESTRUCTURAS FUNICULARES: CABLES Y ARCOS Características estructurales. Teorema de los cables. Polígono funicular. Cables flexibles suspendidos. Equilibrio de fuerzas y forma estructural.

Dimensionado de cables. El proyecto de las estructuras de cables: Tipos. Analogía del cable. Principio de la catenaria invertida. Tipos de arco: de fábrica, rígidos y triarticulados. Bloque 4. ESTRUCTURAS TRIANGULADAS O EN CELOSÍA PLANAS Condición de rigidez. Modelización. Isostatismo/hiperestatismo de constitución y sustentación.

Cálculo de los esfuerzos en las barras: Método de los nudos y de las secciones.

Dimensionado de las barras a tracción y compresión. Principio de los trabajos virtuales: cálculo de deformaciones en celosías.

Otros métodos de análisis. El proyecto de las estructuras trianguladas. Tipos Bloque 5. VIGAS Y PÓRTICOS ISOSTÁTICOS Teoría de estructuras porticadas. Hipótesis generales. Arriostramientos.

Solicitaciones en vigas y pórticos isostáticos.

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Resistencia de materiales: El problema de la flexión. Flexión pura, simple, compuesta y esviada. Torsión. Estado plano de tensiones: Círculo de Mohr.

Deformaciones en vigas y pórticos: Método de la carga unidad. Pórticos isostáticos: problemas no-lineales (inestabilidad, segundo orden)

Programación de los contenidos

Parte Temas

Total horas, clases, créditos o tiempo

de dedicación

1. INTRODUCCIÓN. REQUISITOS Y TIPOS ESTRUCTURALES

1. Introducción. El proyecto y análisis de estructuras. Tipos estructurales 4 h

2. EQUILIBRIO Y ESTABILIDAD

2. Mecánica de sólidos I. El equilibrio de partículas y sólidos rígidos

3. Mecánica de sólidos II. Los modelos estructurales. Cálculo de reacciones

4. Mecánica de sólidos III. Las estructuras como sólidos deformables

12 h

3. ESTRUCTURAS FUNICULARES: CABLES Y ARCOS

5. Estructuras funiculares o traccionadas. Cables I

6. Estructuras funiculares o traccionadas. Cables II

7. Estructuras antifuniculares o comprimidas. Arcos I

8. Estructuras antifuniculares o comprimidas. Arcos II

16 h

4. ESTRUCTURAS TRIANGULADAS O EN CELOSÍA PLANAS

9. Estructuras trianguladas o en celosía planas. Análisis por el método de los nudos y de las secciones

10. Estructuras trianguladas o en celosía planas. Resistencia y rigidez

8 h

5. VIGAS Y PÓRTICOS ISOSTÁTICOS

11. Vigas y pórticos isostáticos. Análisis.

Diagramas de flectores, cortantes y axiles

12. Estados tensionales básicos I. Flexión pura. Diagramas de tensiones normales

13. Estados tensionales básicos II. Flexión simple. Diagramas de tensiones tangenciales

14. Estados tensionales básicos III. Flexión compuesta.

15. Estados tensionales básicos IV. Flexión esviada. Torsión (Opc.)

16. Estados tensionales básicos V. Análisis de tensiones y deformaciones en el estado plano. Círculo de Mohr(Opc.)

17. Cálculo de deformaciones en vigas y pórticos(Opc.)

18. Pandeo de soportes (Opc.)

16 h

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Cronograma (Optativo)

Semana / Sesión

Contenido

01ª 1. Introducción. El proyecto y análisis de estructuras. Tipos estructurales

02ª 2. Mecánica de sólidos I. El equilibrio de partículas y sólidos rígidos

03ª 3. Mecánica de sólidos II. Los modelos estructurales. Cálculo de reacciones

04ª 4. Mecánica de sólidos III. Las estructuras como sólidos deformables

05ª 5. Estructuras funiculares o traccionadas. Cables I

06ª 6. Estructuras funiculares o traccionadas. Cables II

07ª 7. Estructuras antifuniculares o comprimidas. Arcos I

08ª 8. Estructuras antifuniculares o comprimidas. Arcos II

09ª 9. Estructuras trianguladas o en celosía planas. Análisis por el método de los nudos y de las secciones

10ª 10. Estructuras trianguladas o en celosía planas. Resistencia y rigidez

11ª 11. Vigas y pórticos isostáticos. Análisis. Diagramas de flectores, cortantes y axiles.

12ª 12. Estados tensionales básicos I. Flexión pura. Diagramas de tensiones normales

13ª 13. Estados tensionales básicos II. Flexión simple. Diagramas de tensiones tangenciales

14ª

14. Estados tensionales básicos III. Flexión compuesta 15. Estados tensionales básicos IV. Flexión esviada, torsión y pandeo lateral de vigas (Opc.) 16. Estados tensionales básicos V. Análisis de tensiones y deformaciones en el

estado plano. Círculo de Mohr (Opc.) 17. Cálculo de deformaciones en vigas y pórticos (Opc.) 18. Pandeo de soportes (Opc.)

Nota: El profesor podría alterar la secuenciación de contenidos en función del número de horas lectivas reales del curso y la dinámica del grupo particular de alumnos. Los temas señalados como optativos pueden o no impartirse y, por tanto, evaluarse, según el número de horas lectivas reales del curso y la dinámica del grupo particular de alumnos.

4. METODOLOGÍAS DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE. ACTIVIDADES FORMATIVAS

La dedicación a la asignatura será de 4 horas a la semana presenciales, de las cuales 2 se dedicarán a la exposición de contenidos teóricos y resolución de problemas tipo, en un único grupo.

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Las otras dos horas se dedicarán a contenidos de tipo práctico: resolución de problemas, y tutela de los trabajos prácticos a desarrollar por el alumno en horas no presenciales, que incluirán la realización de modelos físicos para el estudio de su comportamiento estructural y el estudio y análisis de edificios sencillos.

Estrategias metodológicas

1. Metodología de enseñanza y aprendizaje.

a. Relación con los objetivos que se pretenden alcanzar (competencias) Transmisión de conocimientos teóricos con realización de ejercicios tipo en las horas presenciales teóricas, que se reforzarán con el trabajo tutelado del alumno. En las horas prácticas planteamiento de problemas estructurales en el contexto del proyecto arquitectónico global, de complejidad progresiva, que conducirán en asignaturas posteriores a la capacitación del alumno para elaborar proyectos de estructura, con elaboración de planos y definición de detalles estructurales, integrados en el proyecto global de los edificios.

b. Formato docente a aplicar Taller propio

Clases teóricas Las clases teóricas se desarrollan mediante la exposición de los temas del programa por parte del profesor en la pizarra o con la ayuda de medios audiovisuales adecuados al caso. También se utilizarán modelos o maquetas sencillas para desarrollar la comprensión intuitiva y conceptual. El contenido de las clases incluye tanto teoría como aplicación de ésta a la realización de ejercicios tipo que permitan su mejor comprensión. Al comienzo de la semana se entregará un esquema resumido de los contenidos correspondientes a la semana, que incluirá bibliografía básica y complementaria para la profundización por parte de los alumnos. Clases prácticas Las clases prácticas se articulan en torno a prácticas o ejercicios semanales sobre los contenidos expuestos en las

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clases teóricas en la semana correspondiente, que podrán terminarse durante la semana cuando el profesor lo estime oportuno. Pero además se prevé otro tipo de tareas: Prácticas

Además de las prácticas semanales habrá prácticas más largas que se explicarán y tutelarán en las horas presenciales pero se desarrollarán en las horas no presenciales, bien de investigación o relacionadas con otras asignaturas o de profundización de los contenidos teóricos (estudio y análisis de edificios sencillos, ensayo con modelos físicos sencillos y el desarrollo de trabajos coordinados con el resto de asignaturas). El objetivo de estas prácticas es que los alumnos no se limiten a recibir una enseñanza teórica, necesariamente limitada por el tiempo disponible, sino que profundicen en aspectos implicados en el proyecto global de las estructuras al nivel adecuado a sus conocimientos así como en los propios contenidos de la teoría con mayor profundidad. Textos recomendados

Se pretende así que los alumnos manejen la bibliografía especializada como un medio más para su aprendizaje. Es necesario para ello facilitar el acceso a la misma mediante la progresiva adquisición de libros por parte de la Biblioteca o el Departamento.

Proyección de vídeos

Está previsto también que en la hora de prácticas se complementen las clases teóricas con la proyección de vídeos relativos a los temas cuando así se estime oportuno. Se entregará un cuestionario para su comentario en la siguiente clase práctica.

Clases monográficas

En ocasiones se impartirán clases monográficas relacionadas con las prácticas propuestas o con los temas teóricos, concretamente, el estudio de casos particulares de especial relevancia o temas especializados. En algún caso se podría llegar a invitar a especialistas para impartir dichas clases.

Actividades paralelas

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Visitas

Se organizarán cuando así sea posible visitas a obras del entorno cercano con un interés claro desde el punto de vista estructural o se recomendará la asistencia a las visitas organizadas por otras áreas.

Ciclos de conferencias

Se organizarán cuando así sea posible ciclos cortos de conferencias sobre diversas cuestiones relacionadas con las estructuras, como contribución del área a las actividades del Departamento.

Tutorías

El profesor atenderá en el horario de permanencia previsto en su contrato las dudas o preguntas de cualquiera de los alumnos matriculados. El horario de tutorías individuales de la Unidad Docente estará expuesto en el lugar correspondiente. También se podrá habilitar una cuenta de correo electrónico para las consultas que pudieran surgir fuera del horario de tutorías.

Materiales y recursos

Bibliografía Entorno de Publicación Docente En la página correspondiente a la asignatura se adjuntará el enunciado de los trabajos propuestos y todo tipo de material empleado en las clases teóricas y prácticas o para profundizar en los temas. A esta página tendrán acceso alumnos y profesores de los grupos de prácticas. Medios audiovisuales Se dispone de dos colecciones de vídeos sobre estructuras muy adecuados para el nivel que se pretende alcanzar en la asignatura y elaborados por especialistas de reconocido prestigio tanto a nivel profesional como docentes, concretamente los de Heller & Pap (1999), Mechanics and materials tv tape series y Why buildings stand up de Mario Salvadori. Por otro lado, la bibliografía más reciente incorpora CD interactivos para desarrollar ciertas clases o contenidos que podrían ser de gran utilidad en la propia docencia pero sobre

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todo como ayuda al trabajo personal de los alumnos. Se podría formar así una mediateca disponible para los alumnos. Medios informáticos Podrán utilizarse programas informáticos de análisis y dimensionado para familiarizar a los alumnos con su uso y crítica. En este sentido, su uso debe ser todavía restringido. Se dará prioridad al uso de programas de dibujo asistido, complementarios a los métodos de Estática Gráfica. Internet será utilizado también como apoyo, en las clases y por los alumnos con búsquedas orientadas y dirigidas a la investigación de temas concretos. Laboratorio Sería útil asimismo contar con la posibilidad de realizar algún tipo de prácticas de laboratorio relativas a problemas estructurales.

5. EVALUACIÓN

Criterios de evaluación Se medirá el grado de comprensión de los contenidos básicos y la capacidad para aplicar los métodos de análisis de equilibrio a la resolución de problemas isostáticos sencillos, que incluye tanto el planteamiento general de los mismos como la corrección de las diversas fases del análisis y la de los resultados obtenidos. Se medirá también el grado de comprensión de los problemas estructurales alcanzado por el alumno, desde un punto de vista más intuitivo que rigurosamente matemático, a través de ciertos trabajos prácticos desarrollados durante el curso. Criterios de calificación La calificación por curso vendrá dada como media de la obtenida en los dos exámenes parciales de la asignatura y el trabajo práctico (prácticas semanales, estudio de edificios, y modelos). Se valorará positivamente la realización de otro tipo de trabajos voluntarios y la asistencia a tutorías, siempre que el alumno se pueda considerar aprobado. Para poder aprobar por curso será obligatorio haber entregado el 80% del trabajo práctico y obtener una nota mínima en los exámenes parciales. El profesor puede suspender al alumno si éste ha

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cometido fallos graves en los exámenes parciales o presenta carencias importantes relativas al temario de la asignatura. La calificación definitiva vendrá dada por la obtenida en: Exámenes parciales 65 % Prácticas presenciales y tuteladas 25 % Asistencia 10 % La convocatoria ordinaria consistirá en un examen similar a los parciales, a realizar en 4 h, para los alumnos que hayan seguido el curso pero no lo hayan superado. Podrán liberarse de realizar aquella parte que ya hayan superado en el parcial correspondiente, previa indicación expresa por parte del profesor. El resto de alumnos que sí hayan superado la asignatura, pero quieran mejorar la calificación obtenida, podrán también presentarse a este examen, completo o por partes. La calificación definitiva de los alumnos que hayan realizado el examen de la convocatoria ordinaria tendrá en cuenta nuevamente el trabajo práctico realizado durante el curso y la mejor nota de las obtenidas en los parciales y en el examen de la convocatoria ordinaria, para cada parte de la asignatura, manteniéndose los mismos criterios establecidos para el aprobado en los exámenes parciales, respecto a errores o carencias graves. En el caso de los alumnos que no aprueben la asignatura en la convocatoria ordinaria y tengan que presentarse a convocatoria extraordinaria, éstos deberán realizar un examen similar al de la convocatoria ordinaria y se tendrá en cuenta la nota obtenida en el trabajo práctico durante el curso académico en curso. Inicialmente, los alumnos tendrán que presentarse a todas las partes del examen, aunque podrían liberarse de la parte ya superada si la hubiere, previa indicación expresa del profesor. El profesor también puede tener en cuenta la mejor nota obtenida en los parciales y en las partes equivalentes de los finales, para obtener la calificación. Esta convocatoria es solamente para alumnos suspensos en la ordinaria y no se podrá acudir a ella para subir nota, como sí en la ordinaria. El resto de alumnos que así lo solicitaron al comienzo de la asignatura y no se hayan sometido a evaluación continua se presentarán directamente al examen completo de la convocatoria ordinaria y, para poder aprobar, habrán de entregar el trabajo práctico propuesto durante el curso, sobre el que el profesor podrá hacer preguntas al alumno en la revisión del examen. Se considerarán en la misma situación aquellos alumnos que abandonaron el curso sin realizar el correspondiente trabajo práctico. En el caso extremo de que el alumno no entregue este trabajo práctico, el profesor podrá calcular la calificación final haciendo media con el trabajo práctico no realizado y

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penalizando la ausencia de trabajo práctico, si lo considera oportuno. A la hora de otorgar la Matrícula de Honor tendrán prioridad los alumnos que hayan obtenido la calificación más alta por curso, aunque otros alumnos después de subir nota en el examen de la asignatura les superasen en puntuación.

6. BIBLIOGRAFÍA

Bibliografía Sobre las estructuras en general

D´Arcy Thompson. Sobre el crecimiento y la forma. Madrid: Blume,

1980 Charleson, A. La estructura como arquitectura. Formas, detalles y simbolismo. Barcelona: Reverté, 2006 Gordon, J.E. Estructuras o por qué las cosas no se caen. Madrid: Celeste, 1999 MacDonald, A. J. Structure and architecture. Oxford: Butterworth Architecture, 1994 Millais, M. Estructuras de edificación. Madrid: Celeste, 1997 Salvadori, M. y R. Heller Estructuras para arquitectos. Buenos Aires: La Isla, 1966 Schodek, D. L. Structures. 4ª ed. New Jersey: Prentice-Hall, 2001 Seward, D. Understanding structures. 3ª ed. Palgrave Macmillan, 2003 Torroja Miret, E. Razón y ser de los tipos estructurales. 7ª ed. Madrid: CSIC, 1991 Mecánica. Estática gráfica y análisis Beer, F. P. y E. R. Johnston, Jr. Mecánica vectorial para ingenieros. Estática. 5ª ed. Madrid: Mc Graw-Hill, 1990 Timoshenko, S. P. y D.H. Young. Teoría de las estructuras. 2ª ed. Bilbao: Urmo, 1981 Williams, M.S. y J. D. Todd. Structures. Theory and analysis. London: MacMillam Press Ltd., 2000

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Zalewski, W. y E. Allen. Shaping structures: statics. New York: Wiley and Sons., 1998. Resistencia de materiales Timoshenko, S. P. y J.M. Gere. Mecánica de materiales. 5ª ed. México: International Thomson Editores, 2002 Timoshenko, S. P. y J.M. Gere. Mechanics of materials. 3ª SI ed. Londres: Chapman & Hall, 1996 Modelos estructurales Hilson, B. Basic structural behaviour. Understanding structures from models. London: Thomas Telford, 1993 Salvadori, M. y M. Tempel. Architecture and Engineering. An illustrated teacher´s manual on Why Buildings Stand Up. New York: Salvadori Center, 1983 Cuadernos del Instituto Juan de Herrera Material audiovisual complementario Heller, R. y A. A. Pap (1999). Mechanics and materials. Tv tape series. Vídeo Cassettes VHS o PAL. Salvadori, M. Why Buildings Stand Up Video Series. New York: Salvadori Center.