Guía docente de Vibraciones en Obras Civiles e Interacción Viento-Estructura (MZ1/56/3/114)

Matemática básica para análisis de vibraciones Vibraciones en cables. Vibraciones longitudinales y torsionales en barras. Vibraciones en vigas. Vibraciones en membranas y placas. Vibraciones en puentes de ferrocarril. Clima de viento. Estructura espacio-temporal del viento. Introducción a los efectos del viento en estructuras. Aerodinámica de cuerpos romos. Buffeting. Estabilidad Aerodinámica. Casos prácticos. Puentes, edificación y estructuras para la energía renovable.

Se presentan dos bloques dentro de esta asignatura. 

El primer bloque se centra en vibraciones en obras civiles. Se trata de un tratamiento analítico de sistemas de masa y elasticidad distribuidos característicos de obras civiles. Se abordará el análisis de vibraciones en cables, barras, y vigas. Dentro de las aplicaciones particulares, se analizarán vibraciones en puentes de ferrocarril de alta velocidad. 

En la segunda parte, la asignatura se centrará en el estudio del efecto del viento sobre las estructuras. Se partirá de una descripción del origen y la estructura de los vientos atmosféricos, prestando especial atención a la caracterización espacio-temporal mediante el estudio de la capa límite atmosférica y de la turbulencia. A continuación, se abordará la formulación general de las acciones y efectos del viento sobre estructuras civiles, con especial referencia a puentes y edificios. Se introducirá el análisis de la estabilidad aerodinámica y de los principales fenómenos aeroelásticos. El enfoque metodológico incluirá procedimientos analíticos, normativos, técnicas de modelización numérica y ensayos experimentales en túnel de viento.

Para ambas partes se emplearán asistentes matemáticos y ejemplos mediante uso de Python, C++, Mathematica o Matlab.  

Fundamentos de dinámica estructural, especialmente sistemas de uno y múltiples grados de libertad. 

El alumno conocerá y comprenderá:

- Planteamientos clásico y variacional de los problemas vibratorios en sistemas continuos.
Método de separación de variables. Ecuaciones diferenciales ordinarias en problemas
vibratorios. Concepto de Funcional. Ecuaciones de Euler-Lagrange. Formulación
unificada.
- Resolución numérica aproximada de problemas vibratorios: métodos de Ritz y Galerkin.
Cociente de Rayleigh.

- Problemas vibratorios con planteamiento clásico en casos 1D: cuerda vibrante,
vibraciones axiles y torsionales en barras. Vibraciones lineales y no lineales.
-Amortiguamiento y fuentes de amortiguamiento.
-Problemas vibratorios en vigas. Viga de Bernoulli-Euler. Influencia de la masa rotacional
y viga de Rayleigh. Viga de Timoshenko con inercia rotacional.

-Programación de problemas de vibraciones en distintos entornos: orientado a objetos
(C++, Python), simbólicos (Mathematica), Interpretado (Matlab).

- El origen, la estructura y la caracterización del viento atmosférico desde el punto de vista de la ingeniería estructural, incluyendo la capa límite atmosférica, la turbulencia, la variación espacial y temporal de la velocidad del viento y los principales parámetros empleados en su modelización.

- Los fundamentos de la formulación de acciones de viento sobre estructuras civiles, incluyendo presiones, fuerzas globales, coeficientes aerodinámicos y efectos dinámicos asociados.

- Los principios básicos de la interacción viento-estructura, con especial atención a la respuesta frente a turbulencia, la estabilidad aerodinámica y los fenómenos aeroelásticos.

- Los enfoques normativos, experimentales y numéricos empleados en el análisis de los efectos del viento sobre estructuras, incluyendo su aplicación a tipologías como puentes y edificios.

El alumno será capaz de:

-Plantear un problema de vibraciones en un sistema continuo general, independiente del
método particular de resolución numérica.
-Obtener numéricamente frecuencias naturales y modos de vibración mediante métodos
numéricos o analíticos.
-Plantear e implementar en entorno computacional de cálculo simbólico y numérico
(Mathematica, Python, Matlab, Maxima, C++) problemas vibratorios en sistemas
continuos.

- Analizar la dinámica estructural básica del proyecto de un puente de ferrocarril de alta velocidad. 

- Caracterizar de forma básica el viento de diseño para su aplicación al análisis de estructuras civiles.

- Formular acciones de viento sobre estructuras mediante procedimientos simplificados, normativos o basados en coeficientes aerodinámicos experimentales.

- Identificar los mecanismos principales de respuesta dinámica e interacción viento-estructura en puentes, edificios y otras estructuras civiles.

- Valorar la posible relevancia de fenómenos aeroelásticos o de estabilidad aerodinámica en el comportamiento estructural frente al viento.

- Interpretar resultados básicos procedentes de modelos numéricos o ensayos experimentales en túnel de viento aplicados al análisis de acciones del viento.

Tema 1. Conceptos previos: ecuaciones diferenciales ordinarias; oscilador de 1 GDL;
concepto de funcional, ecuaciones de Euler-Lagrange.
Tema 2. Concepto de sistema continuo.
Tema 3. Vibraciones transversales en cuerdas.
Tema 4. Vibraciones longitudinales y torsionales en barras.
Tema 5. Vibraciones transversales en vigas.
Tema 6. Vibraciones en puentes de ferrocarril de alta velocidad.

Tema 7: Acciones y efectos del viento sobre estructuras civiles y de eficicación

Tema 8: Cálculo de los efectos del viento 

Tema 9: Estabilidad aerodinámica y fenómenos aeroelásticos

• Taller 1: Programación del método de Ritz para cálculo aproximado de frecuencias naturales en cables de sección variable.
• Taller 2: Cálculo dinámico de puente de ferrocarril de alta velocidad. 
• Taller 3: Aplicación práctica al análisis de viento en puentes o edificios.

• A. W. Leissa and M. H. Qatu. Vibrations of Continuous Systems.
• L. Fryba. Vibration of Solids and Structures under Moving Loads.
• L. Fryba. Dynamics of Railway Bridges.

• J. D. Holmes. Wind Loading of Structures. CRC Press.
• E. Simiu and R. H. Scanlan. Wind Effects on Structures: Fundamentals and Applications to Design. Wiley.

• L. Meirovitch. Analytical Methods in Vibrations.
• A. Leissa. Vibration of Plates.
• R.D. Blevins. Fórmulas for Natural Frequency and Mode Shape.
• W. Weaver, S.P. Timoshenko, D.H. Young. Vibration Problems in Engineering.
• A.K. Chopra. Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake
• Engineering.
• R.W. Clough, J. Penzien. Dynamics of Structures.
• R. D. Blevins. Flow-Induced Vibration. Van Nostrand Reinhold.
• E. Naudascher and D. Rockwell. Flow-Induced Vibrations: An Engineering Guide. Balkema / Routledge, 1994.
• T. V. Lawson. Building Aerodynamics. Imperial College Press, 2001.
• ASCE 49-21. Wind Tunnel Testing for Buildings and Other Structures. American Society of Civil Engineers.

La evaluación se realizará de forma continua, preferentemente. 

Se evaluará en base a tres talleres. Cada taller tendrá un peso de 1/3 de la calificación total. Es decir, sobre 10 puntos totales, cada taller puntúa 10/3. 

Deberán resolverse las tareas propuestas en la fecha planteada, y entregar cada taller de forma individual. 

Para aprobar en evaluación ordinaria se requerirá obtener un 50% de la calificación total (5 puntos sobre 10). Nota mayor o igual. 

Se plantará un examen escrito con dos partes, teoría (50%) y problemas (50%). 

Para cada una de las partes, será necesario obtener una nota mínima de 3 puntos sobre 10. 

La calificación final deberá ser superior o igual a 5 puntos sobre 10 (50%). 

Se plantará un examen escrito con dos partes, teoría (50%) y problemas (50%). 

Para cada una de las partes, será necesario obtener una nota mínima de 3 puntos sobre 10. 

La calificación final deberá ser superior o igual a 5 puntos sobre 10 (50%). 

Información de interés para estudiantado con discapacidad y/o Necesidades Específicas de Apoyo Educativo (NEAE): Gestión de servicios y apoyos (https://ve.ugr.es/servicios/atencion-social/estudiantes-con-discapacidad).

Python