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Metodos numericos aplicados a la ingenieria civil esctructuras - metodos numericos, aplicación de los metodos numericos en la estructura, metodologia



UNIVERSIDAD TECNICA DE MANABI



INTRODUCCION
Los métodos numéricos, en contraposición a los analíticos, se emplean para hallar soluciones aproximadas.
Esa es la diferencia clave. Se usan en los casos que no resultan practicos o posibles hallar una solución analítica, como por ejemplo para resolver una integral de la que no existe o no se conoce la primitiva. Suelen ser rapidos y sencillos de programar, siendo este su punto fuerte. A pesar de ser aproximaciones, dado que pueden calcularse hasta obtener la precisión deseada, proporcionan resultados perfectamente validos para la mayoría de situaciones. Existen, ademas, métodos muy generales aplicables a familias completas de casos. Por ejemplo, el método de Newton-Rhapson se puede utilizar para hallar raíces de la mayoría de funciones, sin necesidad de programar sistemas que sepan distintos métodos de resolución dependientes del caso. Desde tiempos ancestrales el papel del ingeniero ha sido basicamente el mismo, tratar de conocer e interpretar los mecanismos de la naturaleza para así poder modificarla al servicio del hombre. Para ello ha utilizado sus conocimientos, intuición, experiencia y los medios naturales a los que en cada momento ha tenido disponibles. Con el gran poder de cómputo que se tiene en estos días, el ingeniero dispone de grandesventajas para poder llevar a cabo su misión y abordar cada día retos mas ambiciosos en la solución de nuevos problemas, cuyos aspectos políticos, económicos, científicos o tecnológicos pueden tener un mayor impacto en la mejora de la calidad de vida del hombre. Encontramos así aplicaciones de los métodos numéricos en los ambitos mas diversos desde sectores tecnológicos tan clasicos como la ingeniería estructural o la aerodinamica de aviones, hasta aplicaciones mas sofisticadas como ingeniería de alimentos, ingeniería médica, diseño de farmacos, biología, construcción o diseño de estructuras.


En la actualidad, gracias a la gran evolución que han tenido los métodos numéricos y su implementación en potentes computadoras, es posible, por ejemplo, modelar el calculo de vigas o diseñas grandes urbanizaciones con cargas diferentes, permite calcular el porcentaje de error.





JUSTIFICACION
Los métodos numéricos que se estudian en el curso, proporcionan al estudiante de ingeniería un conocimiento basico de las aplicaciones matematicas para la solución numérica de problemas, permitiendo así mismo presentarle las pautas utilizadas para el diseño de algoritmos y la construcción de programas que, con la ayuda del computador, facilitan el trabajo al Ingeniero, es la razón del estudio de los métodos numéricos y su influencia en la construcción de estructuras.




OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
REALIZAR UN ESTUDIO DE LOS METODOS NUMERICOS Y SU APLICACION EN LA ING. CIVIL: ESTRUCTURAS
OBJETIVOS ESPECIFICOSAmpliar los conocimientos generales de los métodos numéricos conocidos.
Determinar la aplicación de los métodos numéricos a la Ingeniera Civil.
Determinar la importancia de la utilización de los métodos numéricos.
Identificar los modelos matematicos que facilitan el diseño y calculos de estructuras.



MARCO TERORICO
METODOS NUMERICOS
Los métodos numéricos son técnicas mediante las cuales es posible formular problemas matematicos de tal forma que puedan resolverse usando operaciones aritméticas. Hay muchos tipos de métodos numéricos, y comparten una característica común: invariablemente se deben realizar un buen número de tediosos calculos aritméticos.


Los métodos numéricos son herramientas muy poderosas para a solución de problemas. Pueden manejar sistemas de ecuaciones grandes, no linealidades y geometrías complicadas, comunes en la ingeniería. También es posible que se utilice software disponible comercialmente que contenga métodos numéricos. El uso inteligente de estos programas depende del conocimiento de la teoría basica de estos métodos; ademas hay muchos problemas que no pueden plantearse al emplear programas hechos, conociendo bien los métodos numéricos se puede diseñar programas propios y así no comprar software costoso. Al mismo tiempo se aprende a conocer y controlar los errores de aproximación que son inseparables de los calculos numéricos a gran escala.
Los métodos numéricos son adecuados para la solución de problemas comunes de ingeniería, ciencias y administración, utilizandocomputadoras electrónicas.
En el proceso de solución de problemas por medio de computadoras se requieren los pasos siguientes
Especificación del problema: Con esto se indica que se debe identificar perfectamente el problema y sus limitaciones, las variables que intervienen y los resultados deseados.
Analisis: es la formulación de la solución del problema denominada también algoritmo, de manera que se tenga una serie de pasos que resuelvan el problema y que sean susceptibles de ejecutarse en la computadora.
Programación: Este paso consiste en traducir el método de analisis o algoritmo de solución expresandole como una serie detallada de operaciones.
Verificación: Es la prueba exhaustiva del programa para eliminar todos los errores que tenga de manera que efectúe lo que desea los resultados de prueba se comparan con soluciones conocidas de problemas ya resueltos.
Documentación: Consiste en preparar un instructivo del programa de manera que cualquier persona pueda conocer y utilizar el programa.
Producción: Es la última etapa en la que solo se proporcionan datos de entrada del programa obteniéndose las soluciones correspondientes.
INGENIERIA CIVIL:
La ingeniería civil es la disciplina de la ingeniería profesional que emplea conocimientos de calculo, mecanica, hidraulica y química para encargarse del diseño, construcción y mantenimiento de las infraestructuras emplazadas en el entorno, incluyendo carreteras, ferrocarriles, puentes, canales, presas, puertos, aeropuertos, diques y otras construcciones relacionadas.



Laingeniería civil es la mas antigua después de la ingeniería militar de ahí su nombre para distinguir las actividades no militares con las militares. Tradicionalmente ha sido dividida en varias subdisciplinas incluyendo ingeniería ambiental, ingeniería sanitaria, ingeniería geotécnica, geofísica, geodesia, ingeniería de control, ingeniería estructural, mecanica, ingeniería del transporte, ciencias de la Tierra, ingeniería del urbanismo, ingeniería del territorio, ingeniería hidraulica, ingeniería de los materiales, ingeniería de costas, agrimensura, e ingeniería de la construcción.
Los ingenieros civiles ocupan puestos en practicamente todos los niveles: en el sector público desde el ambito municipal al gubernamental y en el ambito privado desde los pequeños consultores autónomos que trabajan en casa hasta los contratados en grandes compañías internacionales.



ESTRUCTURA
Debe entenderse como una carga estructural aquella que debe ser incluida en el calculo de los elementos mecanicos (fuerzas, momentos, deformaciones, desplazamientos) de la estructura como sistema y/o de los elementos que la componen.
Las cargas estructurales son generalmente clasificadas como: cargas muertas que actúan de forma continua y sin cambios significativos, pertenecen a este grupo el peso propio de la estructura, empujes de líquidos (como en un dique) o sólidos (como el suelo en un muro de contención), tensores (como en puentes), presfuerzo, asientos permanentes; cargas vivas que son aquellas que varían su intensidad con el tiempo por uso o exposición de laestructura, tales como el transito en puentes, cambios de temperatura, maquinaria (como una prensa), acumulación de nieve o granizo, etcétera; cargas accidentales que tienen su origen en acciones externas al uso de la estructura y cuya manifestación es de corta duración como lo son los eventos sísmicos o rafagas de viento.



Algunos principios basicos del calculo estructural son
Aleatoriedad e incertidumbre
Método de los estados límites
Hipótesis de carga
Normalmente el calculo y diseño de una estructura se divide en elementos diferenciados aunque vinculados por los esfuerzos internos que se realizan unos sobre otros. Usualmente a efectos de calculos las estructuras reales suelen ser divisibles en un conjunto de unidades separadas cada una de las cuales constituye un elemento estructural y se calcula de acuerdo a hipótesis cinematicas, ecuaciones de comportamiento y materiales diferenciados.

APLICACIÓN DE LOS METODOS NUMERICOS EN LA ESTRUCTURA
Existen hoy en día, un gran número de estructuras en ingeniería civil, que son modelados desde su concepción utilizando técnicas de elementos finitos. También puede notarse los primeros modos de vibración de la estructura, los cuales se pueden excitar bajo un movimiento sísmico. Dichos modos de vibración son obtenidos resolviendo un problema de valores y vectores propios generalizados.







Los métodos numéricos también pueden ser utilizados para estudiar el comportamiento de estructuras que son fabricadas en serie. Un ejemplo típico de esta aplicación es el modelado numéricode casas habitación de interés social. En este caso es muy importante hacer el modelado integral de la estructura, para ver su comportamiento como un todo y poder tomar acciones tanto de diseño como posibles reparaciones cuando sufre daño en condiciones de servicio.
También es posible hacer la simulación numérica entre dos sólidos, cada uno de ellos con un comportamiento diferente. Un ejemplo típico es la interacción entre una cimentación (zapata) y el suelo sobre el que se apoya.
El objetivo es determinar la maxima capacidad de carga que puede soportar el suelo en condiciones de servicioEn ocasiones es muy importante hacer el analisis de estructuras que fueron construidas hace muchos años.
Estas estructuras pueden tener ya daños estructurales y es muy importante poder predecir si la estructura es estable o bien si requiere algún tipo de reparación. También es importante modelar el tipo de reparación, qué materiales se utilizaran y qué estrategia constructiva se va a utilizar.












METODOLOGIA
Estudio de los métodos numéricos y su aplicación en la ingeniera civil “ESTRUCTURAS” da lugar a un tipo de investigación de caracter investigativo porque los métodos numéricos son teorías que fueron descubiertas en su gran mayorías hace varias décadas pero también hay métodos recientes requieren su estudio, ya que gracias a estas teorías la vida se nos facilita al momento de encontrarnos con problemas de calculos no tanto de calculos estructurales si no con problemas cotidianos.CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES:
CONCLUCIONES:
Con este proyecto de investigación pudimos concluir que el método número se encuentra en gran medida dentro de la ingeniería civil y la estructura que al encontrarse dentro de la ingeniería civil también utiliza mucho los métodos como pudimos notar rapidamente ya que en varias partes del cuerpo de la investigación se menciona sobre la estructura y la cantidad de métodos que son necesarios para lograr un calco estructural.
También se pudo concluir que el método y la ingeniería civil mas específicamente la estructura tiene una relación unida ya que si tomamos en cuenta que cada vez que se desarrolle un nuevo método de calculo u otra cosa dentro de lo que son los métodos numéricos los calculos en la estructuran se podrían volver mas exactos, mas veloces o en algunas ocasiones ambas.
RECOMENDACIONES
En la realización de este proyecto podemos enunciar las siguientes recomendaciones:
Empaparse bien del tema.

Asegurarse de que las fuentes de investigación son fiables.

Asegurarse de que las fuentes de información estan actualizadas.

Tener una comprensión como mínimo basica de método numérico

Tener por lo menos un poco de interés en el tema a realizar.

Tener un orden al realizar las investigaciones para evitar confusión.






DATOS BIBLIOGRAFICOS
https://www.uv.mx/fime/files/2013/01/Metodos-numericos.pdf
https://www.modeladoeningenieria.edu.ar/mei/repositorio/catedras/msa/apuntes/Capitulo_01.pdf
https://www.cimat.mx/Eventos/tallermn/img/botello_rionda.pdf





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