Desarrollo de material docente que integre la implementación del método matricial en Python y la validación mediante modelos en OpenSees

Abstract

Este proyecto de grado tuvo como objetivo desarrollar material docente complementario para la enseñanza del análisis estructural, mediante la implementación del método matricial de rigidez en Python y su validación a través del framework de simulación OpenSees. La propuesta surgió como respuesta a la necesidad de integrar las herramientas computacionales empleadas en la asignatura de Análisis Estructural del programa de Ingeniería Civil de la Universidad Industrial de Santander (Excel®, MATLAB®, SAP2000® y OpenSees), con el fin de ofrecer un flujo de trabajo unificado que permitiera al estudiante transitar desde el desarrollo algorítmico propio hasta la verificación computacional. A través de una metodología estructurada en cinco fases, se analizaron nueve casos de estudio bidimensionales clasificados en tres tipologías estructurales: armaduras (elementos biarticulados que transmiten únicamente esfuerzo axial), pórticos (elementos con tres grados de libertad por nodo, capaces de transmitir axial, cortante y momento) y sistemas mixtos (combinación de ambos tipos en un mismo modelo), con tres niveles de complejidad creciente cada una. Para cada caso, se desarrollaron códigos modulares en Python basados en el método matricial, modelos equivalentes en OpenSees para validación cruzada, y recursos didácticos que incluyeron guías explicativas, videos tutoriales y presentaciones. Los resultados comprenden algoritmos documentados y verificados frente a SAP2000® con un error máximo obtenido del 2.32%, dentro del margen de aceptación del 5% definido en el alcance del proyecto, así como una evaluación preliminar mediante una prueba piloto con estudiantes. El trabajo busca fortalecer el proceso de enseñanza-aprendizaje, dotando a los futuros ingenieros civiles de competencias en programación aplicada al análisis estructural.