Programa vigas continuas

1. SOFTWARE EDUCATIVO PARA EL ANÁLISIS DE VIGAS CONTINUAS
Ing. Delma Almada Navarro M.C., Ing. Humberto López Salgado
ITESM, Campus Monterrey
Departamento de Ingeniería Civil. Aulas IV
Sucursal de Correos “J”, C.P. 64849, Monterrey, N.L., México
Tel. y Fax (8) 358-2000 ext. 5411
1. INTRODUCCIÓN
Desde los inicios de la Ingeniería Civil, se han desarrollado herramientas que facilitan el proceso de
análisis y diseño de estructuras, como por ejemplo Tablas, Nomogramas, Métodos simplificados, Hojas de
cálculo, etc.
En la actualidad existe software comercial con el que se puede hacer el análisis y diseño de estructuras de
cualquier tipo y grado de complejidad, de una manera relativamente fácil, siempre y cuando el usuario sea
experto en el manejo del mismo y además cuente con una amplia experiencia en la materia. Por
mencionar algunos: Robot 97, Travilog, Prokon Structural Analysis, STAAD III, Structural Expert
Series.
Recientemente se ha desarrollado software orientado al aprendizaje en algunas universidades de Estados
Unidos y en la Unión Europea, pero no se tiene disponible comercialmente. La dificultad que tienen los
alumnos en asimilar ciertos temas que forman las bases en el análisis estructural, a motivado a los autores
a desarrollar un software educativo orientado a los alumnos que apenas inician su formación en el área de
análisis y diseño de estructuras, para que cuenten con una herramienta que facilite el proceso de
aprendizaje. Este software está diseñado para promover el autoaprendizaje, y dar apoyo al rediseño de los
cursos de Resistencia de Materiales, Mecánica de Sólidos, Análisis Estructural y Concreto Reforzado.
2. OBJETIVOS DEL PROYECTO
Desarrollar un software educativo que facilite el aprendizaje a los alumnos de 4° y 5° semestre de las
carreras de Ingeniería Civil y Arquitectura en los cursos relacionados con el análisis de vigas isostáticas e
hiperestáticas. Los conceptos teóricos que se reforzarán con el uso del software educativo son de un gran
impacto en el resto de su formación profesional.
3. ESTRATEGIAS
El programa ha sido desarrollado en el lenguaje de programación Visual Basic 5.0., una poderosa
herramienta para el desarrollo de aplicaciones con el sistema operativo de Microsoft Windows98/95. El
Visual Basic permite desarrollar un eficiente ambiente interactivo y amigable para el usuario, el cual
puede operar el programa mediante el ratón y teclado de su computadora utilizando menús, ventanas,
botones, etc. El Visual Basic no solo incluye un lenguaje de programación familiar y accesible, tan
poderoso como los Lenguajes Fortran, C++ o Pascal, sino también una extensa serie de herramientas que
facilitan al programador diseñar la interfaz con el usuario. Con el Visual Basic, el programador genera
automáticamente formas, ventanas, botones, cajas de texto y otros controles, los cuales reconocerán
automáticamente las acciones del usuario, tales como el movimiento del ratón, los click en los botones,
etc. Esta combinación simplifica las labores de programación, reduce los tiempos de desarrollo de la
aplicación y mejora la calidad del producto terminado.
El software funciona a través de menús como cualquier aplicación de Windows, pero se ha desarrollado
de tal manera que ciertos menús aparecen “congelados” para guiar al usuario en la entrada de información.
Conforme el usuario proporciona correctamente los datos que el programa solicita, los menús se van
encendiendo. El programa valida la entrada de datos recibidos del usuario.

2. A continuación se da un panorama general del contenido del software.
Figura 1. Portada del programa

3. Figura 2. Menú Principal
3.1 Menú de análisis de vigas
El módulo de análisis de vigas cuenta con los siguientes submenús:
1. Unidades
2. Geometría
3. Apoyos
4. Cargas
5. Analizar
6. Resultados
7. Ayuda
El único menú que no aparece congelado es el de unidades, de tal manera que el usuario debe escoger el
sistema de unidades en el que va a trabajar. Los Sistemas de Unidades que utiliza el programa son:
1. Utilizar kilogramos y metros, para cargas y longitudes respectivamente.
2. Sistema Inglés, donde se utilizan libras y pies.
Después de seleccionar el sistema de unidades se pide al usuario que introduzca la geometría de la viga,
que consiste en indicar el número de claros y la longitud de cada uno de ellos. El programa está preparado
para analizar vigas desde 1 hasta 5 claros, tomando en cuenta que para una viga de más de 5 claros los
resultados son repetitivos para los claros interiores. Se considera que la sección de la viga es constante a lo
largo de toda su longitud.
Terminada la geometría de la viga, el usuario deberá proporcionar las condiciones de apoyo en los
extremos de la viga. Las condiciones de apoyo disponibles son:
1. Articulado
2. Empotrado
3. Libre

4. Figura 3. Apoyos
A continuación, se agregan las cargas sobre la viga. Las cargas permitidas para cada claro son:
1. Hasta dos cargas distribuidas.
2. Hasta dos momentos concentrados.
3. Hasta cinco cargas puntuales.
El menú de cargas se muestra en la siguiente figura:
Figura 4. Menú de Cargas
Una vez que los datos de la viga están completos, se procede a hacer el análisis de la viga. El Análisis de
vigas se resuelve mediante el uso de análisis matricial, aplicando el método de Cholesky para resolver
sistemas de ecuaciones simultáneas.
3.2 Menú de Resultados
El menú de resultados tiene dos opciones:
1. Módulo interactivo
2. Diagramas exactos
El módulo interactivo, permite al usuario dibujar en forma los diagramas de corte, momento y deformada,
utilizando el ratón de la computadora. El programa presenta en pantalla la viga con apoyos y cargas (ver
figura 5), y en la parte inferior el alumno dibuja por tramos los diagramas de corte y momento. El
programa verifica, que cada tramo dibujado sea correcto, de lo contrario, despliega un mensaje en pantalla
indicando que hay un error y mencionando las causas del mismo.
Si el usuario desea ver los resultados exactos del análisis realizado, lo que el programa presenta son los
diagramas de corte y de momento, cada uno por separado o los dos juntos. El módulo interactivo y el
menú de resultados se muestran en las siguientes figuras:

5. Figura 5. Menú Resultados
Figura 6. Módulo interactivo

6. 4. RESULTADOS
Las primeras pruebas del software las han realizado alumnos que actualmente cursan Resistencia de
Materiales y Diseño de Elementos de Concreto Reforzado. A estos alumnos se les pidió retroalimentación
en cuanto a la presentación del programa, facilidad de uso o limitaciones del mismo. También se validó el
programa mediante una serie de problemas, comparando los resultados obtenidos utilizando el software
educativo con resultados analíticos y/o resultados obtenidos utilizando software comercial. Los problemas
utilizados se anexan al final de esta propuesta, y los resultados obtenidos con los alumnos se presentarán
en el congreso.
5. CAPITALIZACIÓN
A continuación se indican los cursos y los temas (entre paréntesis) dentro del plan de estudios del
I.T.E.S.M. en los que tendrá impacto este software:
En la carrera de Ingeniaría Civil:
 Mecánica de Sólidos I (Análisis de vigas isostáticas, diagramas de corte y momento)
 Análisis Estructural (Análisis de vigas continuas)
 Diseño de Elementos de Concreto Reforzado (Análisis de vigas continuas, fléxión y corte en vigas de
concreto y columnas)
 Diseño de Elementos de Acero (Análisis de vigas continuas)
En la carrera de Arquitectura:
 Resistencia de Materiales (Análisis de vigas isostáticas; diagramas de corte y momento)
 Concreto Reforzado (Análisis de vigas continuas, flexión y corte en vigas de concreto y columnas)
 Estructuras I y II (Análisis de vigas continuas)
6. REFERENCIAS
 Amundsen, Mike
Visual Basic 5 Fundamentals
Sams Publishing, 1997
 García, José Javier
Cálculo por Computadora de Estructuras de Concreto
Ed. Mc Graw Hill, 1994
 Gere, James. Timoshenko, Stephen
Mecánica de Materiales
Ed. Iberoamericana, 1986
 Ross, David
Las Computadoras en el Diseño de Columnas de Concreto Reforzado
 Tartaglione, Louis
Structural Analysis
Ed. Mc Graw Hill, 1991