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Academic Year/course: 2023/24

423 - Bachelor's Degree in Civil Engineering

28714 - Structure Theory


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
Subject:
28714 - Structure Theory
Faculty / School:
175 - Escuela Universitaria Politécnica de La Almunia
Degree:
423 - Bachelor's Degree in Civil Engineering
ECTS:
6.0
Year:
2
Semester:
First semester
Subject type:
Compulsory
Module:
---

1. General information

The subject of Theory of Structures is the first contact that the students have in the degree with the subject of structures. It provides essential training for future professional performance as professionals in the construction sector. This course provides the foundations of structural knowledge that will give the necessary competences to design the best possible structures from regulatory, physical-mechanical, technological,environmental and economic criteria.

These approaches and objectives are aligned with the Sustainable Development Goals (SDGs) of the 2030 Agenda of United Nations (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), specifically with Goals 4 and 9, so that the acquisition of the learning results of the subject provides training and competence to contribute to some extent to their achievement.

2. Learning results

1. -To explain the theory of deformable bodies. Capturing the physical phenomenon of the deformation of solids, as well as the resistance schemes attached to the different structural typologies.

2. -Correctly determine the two basic principles that every deformable solid must comply with: Equilibrium of both external forces and internal forces and Compatibility of deformations of the solid with external and internalconstraints.

3. -To formulate for simple structural elements, the equations in which both basic principles are reflected.

4. -Explain how sectional features affect the overall structural behavior and analysis.

5. -Explain the structural strength performance for subsequent sizing.

6. -Organize, plan and solve a simple strength of materials and/or structural problem.

7. -Determine stresses and strains in pure, compound and simple bending.

8. -Solve isostatic and hyperstatic structures.

9.-Know how to use the general methodology and software tools at the appropriate level to work with structural systems.

10.- To know and apply the fundamentals of Structural Safety Theory based on regulations and standard construction

instructions in force.

11.- Pre-dimensioning of steel, reinforced and prestressed concrete structures.

3. Syllabus

Unit 1: Introduction. Fundamental concepts.

Introduction - Purpose of Strength of Materials and Structural Design / Stress and Deformation / Basic Structural Forms . The Beam /Fundamental Hypotheses /Types of Loads / Types of Supports and Bonds /Relationship between applied loads and support reactions / Stresses: concept /Relationship between loads and stresses /Isostatic and hyperstatic structures/ Actions in Structures - Hypotheses of Loads - Combination of actions / Introduction to the Theory of Structural Safety

Unit 2: Isostatic stress calculation.

Laws of Stresses / Introduction to hyperstatic structures / Decomposition of structures into elements / Principle of 

Superposition and Symmetry

Unit 3: Mechanical properties of materials.

Introduction to the elastic body / Hooke's Law / Principle of Superposition / Generalization of Hooke's Law / Experimental study: stress-strain relationship / Structural safety factor / Equivalent stress and failure criteria

Unit 4: Simple tension and compression. Extension bar systems.

Introduction / Axial force in a prismatic piece / Composite cross-sections: various materials / Non-mechanical deformations / Deformation energy and work of external forces / Articulated structures / Isostatic Articulated Structures / Hyperstatic Articulated Structures /

Unit 5: Pure Flexion

Previous Concepts: Static Moment, CDG, Centroid, Inertia, Principal Inertia, Inertia Product / Introduction / Pure Straight Bending / PF in mid-plane parts / PF with respect to a principal plane of inertia / Maximum Allowable Moments and Stresses / Elastic modulus of resistance / Geometric shape and yield / Strain energy: Bending / Flexure Pure bending / PF bending: main axes / PF bending: deformation / Mixed beams: composite section / Non-mechanicaldeformations

Unit 6: Compound Bending.

Introduction / Compound Straight Bending / Compound Deflected Bending: principal axes / Composite Beams Mixed: composite cross-section / Central core / Temperature deformation: non-linear variation

Unit 7: Simple bending. Shear forces.

Simple bending / Shear stress / Elemental shear stress / Collignon's shear stress / Tangential stresses in mass sections (Rectangular, Symmetrical, Circular, Triangular) / Shear stresses in thin-walled sections (Double T-section, C-section) / Closed sections / Shear deformation (Reduced shear area) / Deviatoric shear stress / Mixed sections / Deformation energy Double section, C-section) / Shear strain /

Unit 8: Pure torsion.

Introduction / Coulomb Theory (Circular Cylinder, Hollow Circular Cylinder, Mixed Sections) / Saint-Venant Theory (Rectangular Section, Open Section) / Deformation Energy / Analepsis: shear center of shear stresses PART II

Unit 9: Deformation in beams.

Introduction / Eq. Deformation differential (elastic equation) / Conjugate beam theorem / Navier-Bresse formulas / Mohr's theorems / Symmetry and Antisymmetry (Symmetric load, Antisymmetric load) / Elastic equations of straight bars / Imposed movements and deformations

Unit 10: Energy Theorems.

Introduction / Work and Energy / Deformation energy and complementary energy / Virtual Work (Unity Force Method) / Castigliano's Theorem Unity) /

Unit 11: Introduction to hyperstatic structures

Introduction / Compatibility method / Equilibrium method / Example of both methods

Unit 12: Hyperstatic Structures: Compatibility Method

Introduction / Simple Hyperstatic Beams (Bi-Supported: horizontal Load, Supported-Embedded, Inclined Bi-Supported, Embedded-Embedded with Temperature, Cable Bracket, Inclined Cable Bracket, Spring Supported Bracket, Embedded-Embedded with Support Lowering) / Continuous Beams (Example Continuous Beam, Continuous Beam with Temperature, Continuous Beam with Support Lowering, Three Moment Equation) / Porches / Arches / Self-Balancing Structures Unit 13: Hyperstatic Structures: Equilibrium Method (Stiffness)

Introduction / Introduction to Matrix Calculus / Cross Method

Unit 14: Buckling

Introduction to buckling / Stability / Euler's critical load / Influence of support conditions / Application of Euler's formula / Mechanical slenderness: Profile Orientation / Buckling Calculation according to structural standards

Unit 15: Articulated Structures

General / Articulated isostatic structures. Stress calculation / Articulated structures. Displacement calculation / Hyperstatic hinged structures

PRACTICAL CONTENTS

Each topic presented in the previous section, has associated practices, either by means of practical assumptions in class or in the laboratory of structures-computer room, interpretation and commentary of readings associated to the subject and/or works leading to obtain results and their analysis and interpretation.

As the topics are developed, these practices will be proposed, and the follow-up will be done through the platform

 

4. Academic activities

  • Participative lectures.
  • Practical classes with problem solving and case studies.
  • Laboratory and structural and/or related software practices.
  • Visits to construction sites and facilities of interest for the subject.
  • Lectures, seminars and technical conferences.
  • Evaluation Tests.

 

This should include:

  • Study and personal work.
  • Tutorials and generic non face-to-face activities.

5. Assessment system

There are two assessment systems: continuous and global assessment.

Continuous assessment

It will consist of:

  • Partial Tests. 80%
  • Practical sessions. 20%

 

The subject is divided into two parts. Part I of the subject will be assessed by 1 or 2 tests, and Part II will be assessed by 1 test. Part I will account for 60% of the percentage of the Partial Tests and Part II for the remaining 40%.

In order to pass the subject it will be necessary to obtain a minimum score of >40% in each of the parts of the subject (I and II) and that the average obtained between the two parts of the subject is 50%

During the course there will be a series of practices that will be of obligatory and correct realization by the students in this modality of evaluation. Failure to do so or late delivery will result in not being able to continue in this evaluation system.

It will be an indispensable condition to pass the subject by continuous assessment to attend/perform 100% of the classroom activities: classroom exercises, technical visits, practicals, seminars, structural software courses, etc

Provided that all continuous assessment practices have been completed, portions will be kept during the academic year.

Overall assessment

The student must opt for this modality when, due to his/her personal situation, he/she cannot adapt to the pace of work required in the continuous assessment system, or has not passed the subject in the continuous assessment.

The global evaluation test will consist of a written exam in which there will be theoretical, theoretical-practical questions and problems. This test will account for 100% of the grade for the course, and students must obtain more than 50% to pass it.

In the case of students who have followed the continuous evaluation but have not passed the subject (or any of the two parts of the subject) by this modality, the global evaluation test will represent 80% and the practices carried out in the continuous assessment will represent 20%. Likewise, they must obtain >50% in the global evaluation test in order to be able to mediate.


Curso Académico: 2023/24

423 - Graduado en Ingeniería Civil

28714 - Teoría de estructuras


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
Asignatura:
28714 - Teoría de estructuras
Centro académico:
175 - Escuela Universitaria Politécnica de La Almunia
Titulación:
423 - Graduado en Ingeniería Civil
Créditos:
6.0
Curso:
2
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1. Información básica de la asignatura

La asignatura de Teoría de Estructuras es el primer contacto que los/as alumnos/as tienen en la titulación con la materia de estructuras. Aporta una formación esencial para el futuro desempeño profesional como profesionales del sector de la construcción. En esta asignatura se cimentan las bases del conocimiento estructural que otorgarán las competencias necesarias para diseñar estructuras lo más óptimas posibles desde unos criterios normativos, físico-mecánicos, tecnológicos, medioambientales y económicos.

Estos planteamientos y objetivos están alineados con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), en concreto con los Objetivos 4 y 9, de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia para contribuir en cierta medida a su logro.

2. Resultados de aprendizaje

  1. Explicar la teoría de los cuerpos deformables. Captando el fenómeno físico de la deformación de los sólidos, así como los esquemas resistentes anejos a las diferentes tipologías estructurales.
  2. Determinar correctamente los dos principios básicos que todo sólido deformable debe cumplir: Equilibrio tanto de fuerzas exteriores como de esfuerzos internos y Compatibilidad de deformaciones del sólido con las coacciones externas e internas.
  3. Plantear para elementos estructurales sencillos, las ecuaciones en que ambos principios básicos quedan reflejados.
  4. Explicar cómo afectan las características seccionales en el comportamiento y análisis estructural global.
  5. Explicar el funcionamiento resistente estructural para un posterior dimensionamiento.
  6. Organizar, planificar y resolver un problema de resistencia de materiales y/o estructural sencillo.
  7. Determinar tensiones y deformaciones en flexión pura, compuesta y simple.
  8. Resolver estructuras isostáticas e hiperestáticas.
  9. Saber utilizar la metodología general y las herramientas de software en el nivel apropiado para trabajar con sistemas estructurales.
  10. Conocer y aplicar los fundamentos de la Teoría de la Seguridad Estructural en base a las normativas e instrucciones de construcción vigentes.
  11. Predimensionar estructuras en acero y hormigón armado y pretensado.

3. Programa de la asignatura

PARTE I

Tema 1: Introducción. Conceptos fundamentales.

Introducción – Objeto de la Resistencia de Materiales y del Cálculo de Estructuras / Tensión y deformación /Formas estructurales básicas. La Viga /Hipótesis fundamentales /Tipos de Cargas / Tipos de Apoyos y Vinculaciones /Relación entre cargas aplicadas y reacciones en apoyos / Esfuerzos: concepto /Relación entre cargas y esfuerzos /Estructuras isostáticas e hiperestáticas / Acciones en Estructuras - Hipótesis de Cargas - Combinación de acciones / Introducción a la Teoría de la Seguridad Estructural

Tema 2: Cálculo isostático de esfuerzos.

Leyes de Esfuerzos / Introducción a las estructuras hiperestáticas / Descomposición de estructuras en elementos / Principio de Superposición y Simetría

Tema 3: Propiedades mecánicas de los materiales.

Introducción al cuerpo elástico / Ley de Hooke / Principio de Superposición / Generalización de la Ley de Hooke / Estudio experimental: relación tensión-deformación / Seguridad Estructural: tensión límite, admisible y coeficiente de seguridad / Tensión equivalente y criterios de falla

Tema 4: Tracción y compresión simples. Sistemas de barras a extensión.

Introducción / Esfuerzo axil en una pieza prismática / Secciones compuestas: varios materiales / Deformaciones no mecánicas / Energía de deformación y trabajo de fuerzas exteriores / Estructuras Articuladas / Estructuras Articuladas Isostáticas / Estructuras Articuladas Hiperestáticas

Tema 5: Flexión Pura

Conceptos Previos: Momento Estático, CDG, Centroide, Inercia, Inercias principales, Producto de Inercia / Introducción / Flexión Pura Recta / FP en piezas de plano medio / FP respecto a un plano principal de inercia / Momentos y Tensiones máximas admisibles / Módulo resistente elástico / Forma y rendimiento geométrico / Energía de deformación: Flector / Flexión Pura Esvidada / FP Esvidada: ejes principales / FP Esvidada: deformación / Vigas Mixtas: sección compuesta / Deformaciones no mecánicas

Tema 6: Flexión Compuesta.

Introducción / Flexión Compuesta Recta / Flexión Compuesta Esviada / Flexión compuesta esviada: ejes principales / Vigas Mixtas: sección compuesta / Núcleo central / Deformación por temperatura: variación no lineal

Tema 7: Flexión Simple. Esfuerzos cortantes.

Flexión simple / Esfuerzo cortante / Tª elemental de la cortadura / Tª de Collignon / Tensiones tangenciales en secciones macizas (Rectangular, Simétrica, Circular, Triangular) / Tensiones tangenciales en secciones de pared delgada (Sección doble T, Sección en C) / Seccione cerradas / Deformación por cortante (Área reducida de cortante) / Esfuerzo cortante esviado / Secciones mixtas / Energía de deformación

Tema 8: Torsión pura.

Introducción / Teoría de Coulomb (Cilindro Circular, Cilindro Circular Hueco, Secciones mixtas) / Teoría de Saint-Venant (Sección rectangular, Sección abierta) / Energía de deformación / Analepsis: centro de esfuerzos cortantes

PARTE II

Tema 9: Deformación en vigas.

Introducción / Ec. Diferencial de la deformada (ec. de la elástica) / Teorema de la viga conjugada / Fórmulas de Navier-Bresse / Teoremas de Mohr / Simetría y Antisimetría (Carga simétrica, Carga antisimétrica) / Ecuaciones elásticas de barras rectas / Movimientos y deformaciones impuestos

Tema 10: Teoremas Energéticos.

Introducción / Trabajo y Energía / Energía de deformación y energía complementaría / Trabajos Virtuales (Método de la Fuerza Unidad) / Teorema de Castigliano

Tema 11: Introducción a las estructuras hiperestáticas

Introducción / Método de la compatibilidad / Método del equilibrio / Ejemplo de ambos métodos

Tema 12: Estructuras Hiperestáticas: Método de Compatibilidad

Introducción / Vigas Simples Hiperestáticas (Bi-Apoyada: carga horizontal, Apoyada-Empotrada, Inclinada Bi apoyada, Empotrada-Apoyada con Temperatura, Ménsula con cable, Ménsula con cable inclinado, Ménsula apoyada en muelle, Empotrada-Apoyada con descenso de apoyo) / Vigas Continuas (Ejemplo Viga Continua, Viga Continua con Temperatura, Viga Continua con descenso de apoyo, Ecuación de los Tres Momentos) / Pórticos / Arcos / Estructuras Autoequilibradas

Tema 13: Estructuras Hiperestáticas: Método del Equilibrio (Rigidez)

Introducción / Introducción al Cálculo Matricial / Método de Cross

Tema 14: Pandeo

Introducción al pandeo / Estabilidad / Carga crítica de Euler / Influencia condiciones de apoyo / Aplicación de la fórmula de Euler / Esbeltez Mecánica: Orientación de Perfiles / Cálculo de pandeo según normativas estructurales

Tema 15: Estructuras Articuladas

Generalidades / Estructuras isostáticas articuladas. Cálculo de esfuerzos / Estructuras articuladas. Cálculo de desplazamientos / Estructuras articuladas hiperestáticas

CONTENIDOS PRÁCTICOS

Cada tema expuesto en la sección anterior, lleva asociadas prácticas, ya sean mediante supuestos prácticos en clase o en el laboratorio de estructuras-sala de ordenadores, interpretación y comentario de lecturas asociadas a la temática y/o trabajos conducentes a la obtención de resultados y a su análisis e interpretación.

Conforme se desarrollen los temas se irán planteando dichas Prácticas, el seguimiento se realizará mediante la plataforma Moodle.

4. Actividades académicas

  • Clases magistrales participativas.
  • Clases prácticas con resolución de problemas y casos prácticos.
  • Prácticas de laboratorio y de software estructural y/o relacionado.
  • Visitas a obras de construcción e instalaciones de interés para la asignatura.
  • Charlas, seminarios y jornadas técnicas.
  • Pruebas de Evaluación.

A esto habrá que incluir:

  • Estudio y trabajo personal.
  • Tutorías y actividades genéricas no presenciales.

5. Sistema de evaluación

Existen dos sistemas de evaluación: evaluación continua y evaluación global.

Evaluación continua

Consistirá en:

  • Pruebas Parciales. 80%
  • Prácticas. 20%

La asignatura se divide en dos partes. La Parte I de la asignatura se evaluará mediante 1 o 2 pruebas, y la Parte II se evaluará mediante 1 prueba. La Parte I supondrá el 60% del porcentaje de las Pruebas Parciales y la Parte II el 40% restante.

Para superar la asignatura será necesario obtener una puntuación mínima de >40% en cada una de las partes de la asignatura (I y II) y que la media obtenida entre las dos partes de la asignatura sea >50%.

Durante el curso se realizarán una serie de prácticas que serán de obligada y correcta realización por los/as estudiantes en esta modalidad de evaluación. La no realización de las mismas o entrega fuera de plazo supondrá no poder continuar en este sistema de evaluación.

Será condición indispensable para superar la asignatura por evaluación continua el asistir/realizar el 100% de las actividades presenciales: ejercicios en el aula, visitas técnicas, prácticas, seminarios, cursos de software estructural, etc.

Siempre que se hayan completado todas las prácticas de evaluación continua se guardarán partes durante el curso académico.

Evaluación global

El alumno/a deberá optar por esta modalidad cuando, por su coyuntura personal, no pueda adaptarse al ritmo de trabajo requerido en el sistema de evaluación continua, o no haya superado la asignatura en la evaluación continua.

La prueba global de evaluación consistirá en un examen escrito en el que habrá cuestiones teóricas, teórico-prácticas y problemas. Esta prueba supondrá el 100% de la nota de la asignatura, debiendo obtener más de 50% para superarla.

En el caso de estudiantes que hayan seguido la evaluación continua pero no hayan superado la asignatura (o alguna de las dos partes de la asignatura) por esta modalidad, la prueba global de evaluación supondrá el 80% y las prácticas realizadas en la evaluación continua el 20%. Igualmente deberán obtener >50% en la prueba global de evaluación para poder mediar.