Escuela de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos  y de Ingeniería de Minas   

 

UPCT 

   

Guía docente de la asignatura  Aplicaciones del Método de los Elementos  Finitos en Ingeniería Estructural   

     Titulación: Máster Universitario en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos 

Curso 2012‐2013  

Guía Docente   

1.  Datos de la asignatura   

Nombre 

Aplicaciones del Método de los Elementos Finitos en Ingeniería  Estructural (Finite Element Procedures for Structural Design) 

Materia 

Optativas‐ Bloque Construcción 

Módulo 

Módulo V: Optativas 

Código  Titulación  Plan de estudios  Centro  Tipo  Periodo lectivo 

213101024  Máster Universitario en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos  2011  Escuela de Ingeniería de Caminos, CC. y PP. y de Ingeniería de Minas  Optativa  1er cuatrimestre 

Curso 

2º 

Idioma   Castellano  ECTS 

 

3 

Horas / ECTS 

30 

Carga total de trabajo (horas) 

Horario clases teoría 

Miércoles de 19 a 21 h. 

Aula 

Horario clases prácticas 

Miércoles de 19 a 21 h. 

Lugar 

90 

Aula N1.2  Aula N1.2  Aula Informática 

2.  Datos del profesorado   

Profesor responsable  Gregorio Sánchez Olivares  Departamento  Ingeniería Civil  Área de conocimiento  Ingeniería de la Construcción  Ubicación del despacho  Edificio de Arquitectura, planta baja, despacho 0.8 b  Teléfono  968 32 5927 

Fax 

968 32 5653 

Correo electrónico  [email protected]  URL / WEB  www.upct.es/~ingcivil  Horario de atención / Tutorías 

Jueves de 8 a 14 h.  Se recomienda contactar previamente con el profesor. 

Ubicación durante las tutorías  Despacho 0.8 b   

Perfil docente e  investigador 

 

Doctor Ingeniero Industrial.  Profesor Titular de Universidad. 

Experiencia docente 

Desde  1994.  Asignaturas  relacionadas  con  el  análisis  y  diseño  de estructuras y con la construcción. 

Líneas de Investigación 

Estructuras  de  acero.  Optimización  estructural.  Ingeniería  sísmica.  Responsable  del  Grupo  de  Investigación  Diseño  Avanzado de Estructuras, UPCT. 

Experiencia profesional 

Múltiples  contratos  con  empresas  para  actividades  de  asesoramiento y asistencia técnica. 

Otros temas de interés 

 

  3.  Descripción de la asignatura   

3.1. Presentación   La finalidad de esta asignatura es presentar las posibilidades de aplicación del Método de  los  Elementos  Finitos  en  problemas  asociados  al  proyecto  de  estructuras  en  ingeniería  civil.    

3.2. Ubicación en el plan de estudios  La  asignatura  se  sitúa  en  el  primer  cuatrimestre  del  segundo  curso  del  Máster  Universitario en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos.   

3.3. Descripción de la asignatura. Adecuación al perfil profesional  La formación recibida en el curso permite completar la formación básica, ya adquirida por  el  alumno,  relativa  al  análisis  de  estructuras.  En  el  proyecto  de  estructuras  es  necesario  conocer  la  respuesta  del  sistema  estructural,  siendo  el  Método  de  los  Elementos  Finitos  una herramienta de cálculo sencilla y versátil que, por ello, se adapta a gran cantidad de  casos,  de  menor  o  mayor  complejidad..  La  asignatura  aporta,  por  tanto,  parte  de  la  formación  necesaria  para  que  el  futuro  titulado  pueda  desarrollar  adecuadamente  las  atribuciones  profesionales  relacionadas  con  su  capacidad  para  concebir,  proyectar,  construir y mantener estructuras.   

3.4. Relación con otras asignaturas. Prerrequisitos y recomendaciones  Es recomendable disponer de conocimientos de resistencia de materiales y de cálculo de  estructuras.   

3.5. Medidas especiales previstas  El  alumno  que,  por  sus  circunstancias,  pueda  necesitar  de  medidas  especiales  debe  comunicarlo al profesor al principio del cuatrimestre.   

4.  Competencias   

4.1. Competencias específicas de la asignatura  Las  competencias  específicas  de  la  asignatura  se  enmarcan  dentro  de  la  denominada  OP08:   OP08 Capacidad para modelizar y analizar estructuras con ayuda del ordenador, y para  la interpretación de los resultados obtenidos.     

4.2. Competencias básicas / generales / transversales  COMPETENCIAS BÁSICAS    CB6  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.   CB7  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.   CB9  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.   CB10 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.  COMPETENCIAS GENERALES   G01  Capacitación  científico‐técnica  y  metodológica  para  el  reciclaje  continuo  de  conocimientos y el ejercicio de las funciones profesionales de asesoría, análisis,  diseño,  cálculo,  proyecto,  planificación,  dirección,  gestión,  construcción,  mantenimiento, conservación y explotación en los campos de la ingeniería civil.   G02  Comprensión de los múltiples condicionamientos de carácter técnico, legal y de  la  propiedad  que  se  plantean  en  el  proyecto  de  una  obra  pública,  y  capacidad  para  establecer  diferentes  alternativas  válidas,  elegir  la  óptima  y  plasmarla  adecuadamente,  previendo  los  problemas  de  su  construcción,  y  empleando  los  métodos  y  tecnologías  más  adecuadas,  tanto  tradicionales  como  innovadores,  con  la  finalidad  de  conseguir  la  mayor  eficacia  y  favorecer  el  progreso  y  un  desarrollo de la sociedad sostenible y respetuoso con el medio ambiente.   G06  Conocimiento para aplicar las capacidades técnicas y gestoras en actividades de  I+D+i dentro del ámbito de la ingeniería civil.   G11  Capacidad  para  el  proyecto,  ejecución  e  inspección  de  estructuras  (puentes,  edificaciones, etc.), de obras de cimentación y de obras subterráneas de uso civil  (túneles, aparcamientos), y el diagnóstico sobre su integridad.   G18  Conocimientos adecuados de los aspectos científicos y tecnológicos de métodos  matemáticos,  analíticos  y  numéricos  de  la  ingeniería,  mecánica  de  fluidos,  mecánica  de  medios  continuos,  cálculo  de  estructuras,  ingeniería  del  terreno,  ingeniería marítima, obras y aprovechamientos hidráulicos y obras lineales.  COMPETENCIAS TRANSVERSALES   T01  Capacidad de análisis y síntesis.   T02  Capacidad de organización y planificación.   T03  Comunicación oral y escrita en la lengua nativa.   T04  Conocimiento de una lengua extranjera.   T05  Conocimientos de informática relativos al ámbito de estudio.   T06  Capacidad de gestión de la información. 

 T07   T10   T11   T12   T13   T16   T17   T19   T20   T23 

Capacidad de resolución de problemas.  Trabajo en equipo.  Trabajo en un equipo de carácter interdisciplinar.  Trabajo en un contexto internacional.  Capacidad de comunicación interpersonal.  Aprendizaje autónomo.  Adaptación a nuevas situaciones.  Sensibilidad hacia temas medioambientales.  Creatividad e innovación.  Motivación por la calidad. 

 

4.3. Objetivos generales / competencias específicas del título  La finalidad de esta asignatura es obtener el conocimiento y la capacidad necesarios para  poder realizar el análisis estructural mediante la aplicación del Método de los Elementos  Finitos, y los programas informáticos que se basan en el mismo, en el diseño y cálculo de  estructuras, a partir del conocimiento y comprensión de las solicitaciones y su aplicación a  las tipologías estructurales de la ingeniería civil. La asignatura, por ello, debe desarrollar  capacidades  para  modelizar  y  analizar  estructuras  con  ayuda  del  ordenador,  y  para  la  interpretación  de  los  resultados  obtenidos.  La  asignatura  aporta,  por  tanto,  parte  de  la  formación  necesaria  para  que  el  futuro  titulado  pueda  desarrollar  adecuadamente  las  atribuciones  profesionales  relacionadas  con  su  capacidad  para  concebir,  proyectar,  construir y mantener estructuras.   

4.4. Resultados esperados del aprendizaje  1. Modelizar  y  analizar  estructuras  mediante  el  Método  de  los  Elementos  Finitos,  e  interpretar los resultados obtenidos.  

5.  Contenidos   

5.1. Contenidos según el plan de estudios  Fundamentos  del  MEF  en  ingeniería  estructural.  El  método  de  los  desplazamientos.  Elementos  y  funciones  de  interpolación.  Introducción  a  programas  de  análisis  por  elementos  finitos  (ANSYS,  SAP).  Interfase  gráfica  de  usuario.  Técnicas  de  modelado.  Preproceso,  análisis  y  postproceso.  Modelado  y  resolución  de  diversos  problemas  estructurales en ingeniería civil.    

5.2. Programa de teoría    UNIDAD DIDÁCTICA I.  INTRODUCCIÓN AL MEF.    TEMA 1.     INTRODUCCIÓN AL MEF.     TEMA 2.     SISTEMAS DISCRETOS.     TEMA 3.     INTRODUCCIÓN A LOS MÉTODOS DE APROXIMACIÓN.   UNIDAD DIDÁCTICA II.  FORMULACIÓN BÁSICA.    TEMA 4.     MÉTODO DE LOS DESPLAZAMIENTOS.    TEMA 5.     TENSIÓN Y DEFORMACIÓN PLANA.     TEMA 6.     ANÁLISIS TRIIMENSIONAL.     TEMA 7.     FUNCIONES DE FORMA.  UNIDAD DIDÁCTICA III.  ELEMENTOS CURVOS, ISOPARAMÉTRICOS E        INTEGRACIÓN NUMÉRICA.    TEMA 8.     ELEMENTOS TRANSFORMADOS.    TEMA 9.     INTEGRACIÓN NUMÉRICA.  UNIDAD DIDÁCTICA IV.  APLICACIÓN  DEL       FINITOS.    TEMA 10.    PREPROCESO.     TEMA 11    ENSAMBLAJE Y SOLUCIÓN.     TEMA 12.    POSTPROCESO.    

MÉTODO 

DE 

LOS 

ELEMENTOS 

 

5.3. Programa de prácticas  Las practicas se agrupan por bloques:  BLOQUE  1 

Análisis de errores (Práctica 1). 

BLOQUE  2 

Problemas de tensión plana o de deformación plana (Prácticas 2 y 3). 

BLOQUE  3 

Estructuras continuas bidimensionales (Prácticas 4 y 5). 

BLOQUE  4 

Estructuras continuas tridimensionales (Práctica 6). 

BLOQUE  5 

Estructuras de cimentación (Práctica 7). 

  Las prácticas son las siguientes:    Práctica 1.  Análisis de errores en un problema de elasticidad plana con solución analítica.  Práctica 2.  Preproceso, análisis y postproceso de un elemento metálico plano: cartela de      enlace.  Práctica 3.  Preproceso, análisis y postproceso de un muro de contención de tierras.  Práctica 4.  Preproceso, análisis y postproceso de una placa de hormigón armado.  Práctica 5.  Preproceso,  análisis  y  postproceso  de  una  lámina  delgada  de  hormigón    armado.  Práctica 6.  Preproceso, análisis y postproceso de un aparato de apoyo.  Práctica 7.  Preproceso, análisis y postproceso de un emparrillado de cimentación.       

6.  Metodología docente   

6.1. Actividades formativas  Actividad 

Trabajo del profesor 

Trabajo del estudiante 

Clase de teoría 

Clase expositiva empleando el  método de la lección. Resolución de  dudas planteadas por los estudiantes. 

Presencial: Toma de apuntes. Planteamiento  de dudas. 

0,4 

No presencial: Estudio de la materia. 

0,6 

Presencial: Participación activa. Resolución  de ejercicios. Planteamiento de dudas. 

0,13 

Clase de  problemas.  Resolución de  problemas tipo y  casos prácticos 

Se resolverán problemas tipo y se  analizarán casos prácticos. Se  enfatizará el trabajo en plantear  métodos de resolución y no en los  resultados. En ocasiones se da un  tiempo para que el estudiante  intente resolverlo, con posibilidad de  participación activa a través de  estudiantes voluntarios. Se  propondrán problemas y/o casos  prácticos similares. 

No presencial: Estudio de la materia.  Resolución de ejercicios propuestos por el  profesor. Se entregan en clase, en el  despacho o se envían a través de correo  electrónico. 

0,42 

Presencial: Manejo de instrumentación.   Desarrollo de competencias en expresión  oral y escrita con la presentación de  informes de prácticas por  los alumnos con  apoyo del profesor 

0,47 

Clase de Prácticas.  Sesiones de  laboratorio y aula  de informática 

Las sesiones prácticas de laboratorio  acercan el entorno de trabajo  industrial al alumno y permiten  enlazar contenidos teóricos y  prácticos de forma directa. Mediante  las sesiones de aula de informática se  pretende que los alumnos adquieran  habilidades básicas computacionales  y manejen programas y herramientas  de cálculo y simulación profesionales. 

Seminarios 

Trabajo en pequeños grupos para el  estudio intensivo de un tema 

Presencial: Resolución de problemas o  profundización de un tema, explicación a los  compañeros. Discusión de dudas y puesta en  común del trabajo realizado. 

Visita técnica 

Visita  a obras o instalaciones cuya   actividad  esté  relacionada  con  los   contenidos  de  la asignatura. 

Presencial: Asistencia a la visita. 

0,0 

Tutorías 

Resolución de dudas sobre teoría y  ejercicios.  

Presencial: Planteamiento de dudas en  horario de tutorías.  No presencial: Planteamiento de dudas por  correo electrónico. 

0,1 

Evaluación escrita (examen oficial). 

Presencial: Asistencia al examen oficial. 

 

 

Exámenes   

No presencial: Elaboración de los informes  de prácticas en grupo y siguiendo criterios  de calidad establecidos 

ECTS 

0,47 

0,34 

0,07  3,0 

Nota: Debido a las particulares condiciones de implantación del segundo curso del Máster Universitario en Ingeniería de  Caminos, CC. y PP., esta distribución de actividades formativas se seguirá en la medida de lo posible, en particular algunas  actividades presenciales no convencionales (visita, seminarios). 

7.  Evaluación   

7.1. Técnicas de evaluación  Instrumentos 

Prueba escrita teoría 

Prueba escrita   ejercicios  

Memoria de prácticas 

Realización / criterios  Preguntas tipo test de conceptos y  definiciones.   Evalúan, principalmente,  conocimientos teóricos.  Es necesario obtener un mínimo de  3 puntos sobre 10 en la prueba  escrita para pasar a corregir la  parte de los ejercicios de la misma.  Dos ejercicios similares a los  resueltos en clase y propuestos.  Evalúan, principalmente,  habilidades.  Es necesario obtener un mínimo de  3 puntos sobre 10 en cada uno de  los dos problemas a realizar en la  prueba escrita para poder aprobar  la misma. 

Resolución en casa y entrega de  memorias de prácticas  informáticas. Evalúan habilidades y  competencias. 

Asistencia voluntaria a  Se pasa lista cada día, obteniéndose  al final del cuatrimestre un  clase  porcentaje de asistencia a clase. 

Peso 

Competencias  genéricas (4.2)  evaluadas 

Resultados  (4.4)  evaluados 

30%  

CB10, G01,  G11, G18, T01,  T16, OP08 

1 

30 % 

CB6, CB7, CB9,  CB10, G01,  G02, G11, G18,  T01, T04, T06,  T07, T16,  OP08 

1  

30 % 

10 % 

CB6, CB7,  CB10, G01,  G02, G06, G11,  G18, T02, T03,  T05, T07, T11,  T17, T19, T20,  T23, OP08  CB10, G01,  G11, G18, T01,  T16, OP08 

1 

1 

Nota:Una nota inferior a 4,5 puntos en la prueba escrita supone el suspenso de la asignatura. 

 

7.2. Mecanismos de control y seguimiento  El número de alumnos en clase es reducido, lo que permite realizar un seguimiento casi  personalizado del aprendizaje.      Las    pruebas    que    se    realizan    en    clase,  así  como  las  tutorías  individuales,    permiten   detectar  posibles  lagunas formativas y consolidar los conceptos más importantes de la  asignatura.     Las  tutorías  grupales  provocan  el  planteamiento  de  cuestiones  en  clase  que  permiten  comprobar el nivel que se va adquiriendo a lo largo del curso. 

8.  Distribución de la carga de trabajo del alumnado    Debido a las particulares condiciones de implantación del 2º curso del Máster ICCP, la planificación de la carga de trabajo se realizará, de  forma experimental, durante el primer cuatrimestre del curso 2012‐2013, adaptándose la carga de trabajo al rendimiento observado del  alumnado. Para ello, se tendrán en cuenta: 1º) la distribución de créditos por actividades expuesta en el punto 6.1 de esta guía y 2º) los  mecanismos de control y seguimiento expuestos en el punto 7.2 de esta guía.   

9.  Recursos y bibliografía    

9.1. Bibliografía básica   BATHE,  K.J.Finite  Element  Procedures,  2nd  ed.,  Prentice  Hall,  Upple  Saddle  River,  NJ,  1996.   BELTZER,  A.I.  Variational  and  Finite  Elements  Methods:  Symbolic  Computation  Approach. Springer‐Verlag, Berlín, 1990.   NAFEMS. A Finite Element Primer. NEL, Hamilton, UK, 2003.   OÑATE, E. Cálculo de Estructuras por el Método de Elementos Finitos. Análisis  Estático  Lineal. CIMNE, Barcelona, 1995.   ZIENKIEWICZ, O.C. El Método de los Elementos Finitos. Volumen 1. Formulación Básica  y Problemas Lineales. CIMNE, Barcelona, 1994.    

9.2. Bibliografía complementaria (por orden cronológico inverso)   HUEBNER,  K.H.,  DEWHIRST,  D.L.,  SMITH,  D.E.  and  BYROM,  T.G.  The  Finite  Element  Method for Engineers. 4ª ed., John Wiley & Sons, New York, 2001.   HOFSTETTER,  G.  and  MANG,  H.A.  Computational  Mechanics  of  Reinforced  Concrete  Structures. Vieweg, Weisbaden, 1995.   CRISFIELD,  M.A.  Non‐Linear  Finite  Element  Analysis  of  Solids  and  Structures Volume 1. Essentials. John Wiley & Sons, Chichester, UK, 1991.   

9.3. Normativa  NORMATIVA DE ACCIONES:   CTE. Código Técnico de la Edificación. Documentos Básicos SE “Seguridad Estructural”,  SE‐AE  “Acciones  en  la  edificación”,  SE‐C  “Cimientos”.  Ministerio  de  Vivienda:  BOE  28/03/2006 y modificaciones 23/10/07, 20/12/07, 25/01/09 y 23/04/09.   EC‐1.  Eurocódigo  1.  Norma  UNE‐ENV  1991.  Bases  de  proyecto  y  acciones  en  estructuras. Partes 1, 2‐1 a 2‐6, 3 y 4. AENOR: Madrid, 1997 y 1998.   NCSE‐02.  Norma  de  construcción  sismorresistente:  parte  general  y  edificación.  Ministerio de Fomento: Madrid, BOE 11/10/2002.   IAP‐11.  Instrucción  sobre  las  acciones  a  considerar  en  el  proyecto  de  puentes  de  carretera. Ministerio de Fomento: Madrid, BOE 21/10/2011.   IAPF‐07.  Instrucción  sobre  las  acciones  a  considerar  en  el  proyecto  de  puentes  de  ferrocarril.  Ministerio  de  Fomento:  Madrid,  BOE  17/12/2007  y  corrección  de  errores  01/11/2008.   NCSP‐07.  Norma  de  construcción  sismorresistente:  puentes.  Ministerio  de  Fomento:  Madrid, BOE 02/06/2007.    NORMATIVA DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN:   EHE‐08. Instrucción de hormigón estructural. Ministerio de Fomento, Madrid, 2009.  EC‐2. Eurocódigo 2. Norma UNE‐ENV 1992. Proyecto de estructuras de hormigón. Partes 1‐ 1 a 1‐6, 2, 3 y 4. AENOR, Madrid, 2010.    NORMATIVA DE ESTRUCTURAS DE ACERO:   EAE‐12. Instrucción de acero estructural. Ministerio de Fomento, Madrid, 2012.   EC‐3. Eurocódigo 3. Norma UNE‐ENV 1993. Proyecto de estructuras de acero. Parte 1‐1.   AENOR, Madrid, 1996.    NORMATIVA DE ESTRUCTURAS MIXTAS: 

 EC‐4.  Eurocódigo  4.  Norma  UNE‐ENV  1994‐1‐1.  Proyecto  de  estructuras  mixtas  de  hormigón y acero. Parte 1‐1.  AENOR, Madrid, 1995.   EC‐4.  Eurocódigo  4.  Proyecto  AN/UNE‐ENV  1994‐2.  Diseño  de  estructuras  mixtas  hormigón‐acero.  Parte    2.  Reglas  generales  y  reglas  para  puentes    Ministerio  de  Fomento, Madrid, 1995.   

9.4. Recursos en red y otros recursos    http://www.nafems.org/    http://www.feadomain.com/    http://math.nist.gov/mcsd/savg/tutorial/ansys/FEM/    http://www.ansys.com/    http://www.comp‐engineering.com/    http://www.cimne.com/cdl1/ctrhome/2#    http://dankuchma.com/stm  Strut‐and‐Tie Resource Web Site    http://carreteros.org  Carreteros    www.soloarquitectura.com  Web de Sólo Arquitectura    www.codigotecnico.org  Código Técnico de la Edificación    www.aenor.es  Asociación Española de Normalización y Certificación    www.structurae.de  Base de datos e imágenes de estructuras y puentes    Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos  www.ciccp.es     www.upct.es/caminosyminas Escuela de Ing. de Caminos, CC. y PP. y de Ing. de Minas    www.upct.es/~ingcivil  Departamento de Ingeniería Civil – UPCT