ESTUDIO DE LA FACTIBILIDAD DE LA MAQUETA FÍSICA COMO RECURSO DIDÁCTICO PARA LA ENSEÑANZA DEL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL EN LA CURRÍCULA DE LA ASIGNATURA DE ESTRUCTURAS I DE LA CARRERA DE ARQUITECTURA DE LA USFX

ÍNDICE DE TABLAS viii ÍNDICE DE FIGURAS ix RESUMEN xii CAPÍTULO I 1 INTRODUCCIÓN 1 1.1. Antecedentes 1 1.2. Planteamiento del problema 3 1.2.1. Situación problémica 3 1.2.2. Formulación del problema 4 1.3. Objetivos 4 1.3.1. Objetivo general 4 1.3.2. Objetivos específicos 5 1.4. Hipótesis 5 1.5. Justificación 5 1.6. Diseño metodológico 6 1.6.1. Métodos 6 1.6.2. Técnicas de investigación 7 1.6.3. Instrumentos de investigación 7 CAPÍTULO II 8 MARCO TEÓRICO 8 2.1. Marco conceptual 8 2.1.1. Asignatura 8 2.1.2. Unidad temática 8 2.1.3. Recurso didáctico 8 2.1.4. Maqueta física 9 2.2. Marco teórico 9 2.2.1. El contenido en el Proceso de Enseñanza – Aprendizaje 9 2.2.2. Selección y estructura de los contenidos 11 2.2.3. Las maquetas físicas para la enseñanza de las estructuras 12 CAPÍTULO III 20 ESTADO ACTUAL DE LA ASIGNATURA – ESTRUCTURAS I 20 3.1. Tipo de investigación 20 3.2. Marco contextual 21 3.2.1. Universidad Mayor, Real y Pontificia de San Francisco Xavier de Chuquisaca y carrera de Arquitectura de la Facultad de Arquitectura y Ciencias del Hábitat 21 3.1.1. 22 3.1.2. Perfil profesional del arquitecto de la USFX 22 3.1.3. Aptitudes requeridas del profesional del arquitecto de la USFX 23 3.1.4. Área de acción y campo de trabajo del profesional del arquitecto de la USFX 23 3.1.5. Plan de estudios de carrera de arquitectura de la USFX 23 3.3. Asignatura de Estructuras I (CON300) 25 3.3.1. Descripción de la asignatura 25 3.3.2. Objetivos de la asignatura 26 3.3.3. Contenidos de la asignatura 27 3.4. Análisis de los contenidos de la asignatura de Estructuras I 29 3.4.1. Grupo 1: Desarrollo teórico – descriptivo de las formas estructurales 30 3.4.2. Grupo 2: Principios básicos de estática en dos dimensiones 31 3.4.3. Grupo 3: Principios básicos de resistencia de materiales 32 3.5. Análisis de la metodología de enseñanza y recursos didácticos de la asignatura 32 3.5.1. Metodología de enseñanza y recursos didácticos según el Programa 32 3.5.2. Análisis de los recursos didácticos usados en la asignatura según encuestas 33 CAPÍTULO IV 38 LA MAQUETA FÍSICA COMO RECURSO DIDÁCTICO EN LA CURRÍCULA DE LA ASIGNATURA DE ESTRUCTURAS I 38 4.1. Grupo de conocimiento – Laboratorio práctico 39 4.2. Modelos físicos para la sustentación de los conocimientos 40 4.2.1. Comportamiento de Arcos funiculares 42 4.2.2. Comportamiento de Armaduras – Sistemas de vector activo 43 4.2.3. Comportamiento de Cascaras delgadas 44 4.2.4. Comportamiento de vigas 45 4.2.5. Comportamiento de Pórticos 47 4.2.6. Comportamiento de placas rectangulares 49 4.2.7. Equilibrio de una partícula 52 4.2.8. Equilibrio de un cuerpo en el plano 54 4.2.9. Determinación de centros de gravedad 56 4.2.10. Comprensión de la flexión en vigas prismáticas 57 CONCLUSIONES 60 RECOMENDACIONES 62 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 63 ANEXO 1 1 CUESTIONARIO 1   ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3. 1. Plan de estudios de la carrera de Arquitectura de la USFX 24 Tabla 3. 2. Unidades temáticas desarrolladas en la asignatura de Estructuras I 27   ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. 1. Diagrama de Ishikawa para la identificación del problema 4 Figura 2. 1. Modelos físicos para la interpretación de las deformaciones en vigas con diferentes condiciones de apoyo 13 Figura 2. 2. (a) Equilibrio externo de un sistema; (b) Deformaciones de un pórtico y (c) comportamiento de un reticulado 14 Figura 2. 3. Maqueta física elaborada con barras de fideo interconectados en una estructura que trabaja por vector activo 15 Figura 2. 4. Modelos físicos elaborados por los estudiantes baso el seguimiento del Dr. Fargier Gabaldon 16 Figura 2. 5. (a) Esquema de esfuerzos identificados en la configuración tridimensional; (b) Configuración elaborada a partir del ensamblaje de triángulos; (c) Modelo de tenso estructuras; (d) Modelo de cáscara en el que se identifican los esfuerzos de compresión y tracción. 17 Figura 2. 6. (a) Maqueta de cerchas planas bidimensionales; (b) Alternativas de estructuras articuladas para soportar una carga determinada; (c) Alternativas de estructuras aporticadas para soportar una carga determinada 18 Figura 2. 7. (a) Análisis mediante maqueta del equilibrio en un punto y un cuerpo plano; (b) Análisis mediante maqueta del comportamiento de un arco; (c) Análisis mediante maqueta de comportamiento de una placa plana rectangular; (d) Análisis mediante maqueta del comportamiento de una viga 19 Figura 3. 1. Desarrollo del capítulo III 20 Figura 3. 2. Grupos de conocimiento de la asignatura de Estructuras I 30 Figura 3. 3. Contenido teórico de los tipos estructurales 31 Figura 3. 4. Pregunta 1 34 Figura 3. 5. Pregunta 2 34 Figura 3. 6. Pregunta 3 35 Figura 3. 7. Pregunta 4 36 Figura 3. 8. Pregunta 5 37 Figura 4. 1. Grupo de conocimientos adicional: desarrollo de modelos físicos 40 Figura 4. 2. Maquetas físicas que representen el comportamiento de los tipos estructurales 41 Figura 4. 3. Maquetas físicas que representen los fundamentos de Estática en 2D 41 Figura 4. 4. Maquetas físicas que representen el comportamiento de flexión y cortante en vigas prismáticas 42 Figura 4. 5. Generación del arco funicular en función del número de cargas sobre el cable 43 Figura 4. 6. Sistemas construidos a base de elementos esbeltos 44 Figura 4. 7. Generación de una superficie curva 44 Figura 4. 8. Modelo de reacción de viga 45 Figura 4. 9. Reacciones según el movimiento de cargas y aplicación de torque en la viga estática 46 Figura 4. 10. Reacciones por carga distribuida y puntual 46 Figura 4. 11. Comportamiento de una viga para la misma condición de carga 47 Figura 4. 12. Comportamiento de un pórtico con conexiones articuladas 48 Figura 4. 13. Alternativas de rigidización en pórticos 48 Figura 4. 14. Comportamiento de un pórtico con opciones de conexiones 49 Figura 4. 15. Modelo físico que representa una placa rectangular 49 Figura 4. 16. Deflexión de la placa y cambio de la condición de borde 50 Figura 4. 17. Deflexión de la placa y cambio de la condición de borde 50 Figura 4. 18. Deflexión de la placa y cambio de la condición de borde 50 Figura 4. 19. Comportamiento de una placa unidireccional 51 Figura 4. 20. Comportamiento de una placa bidireccional 51 Figura 4. 21. Áreas tributarias de una placa rectangular 51 Figura 4. 22. Desarrollo práctico del equilibrio de dos fuerzas aplicadas en un punto 52 Figura 4. 23. Desarrollo práctico de un sistema de tres fuerzas aplicadas en el anillo 53 Figura 4. 24. Representación del equilibrio de tres fuerzas aplicadas en un punto 53 Figura 4. 25. Representación del equilibrio varias fuerzas aplicadas en un punto 54 Figura 4. 26. Representación mediante un modelo del momento de una fuerza 54 Figura 4. 27. Representación mediante un modelo físico de la sumatoria de momentos respecto de un punto 55 Figura 4. 28. Representación mediante un modelo físico del equilibrio varias fuerzas aplicadas en el cuerpo rígido 55 Figura 4. 29. Representación mediante un modelo físico de fuerzas concurrentes 56 Figura 4. 30. Exploración del centro de gravedad mediante un modelo físico 56 Figura 4. 31. Exploración de la flexión mediante un modelo físico 57 Figura 4. 32. Medición de las deformaciones en vigas a partir de modelos físicos 58 Figura 4. 33. Comprensión de giros y desplazamientos relativos en el modelo físico 58 Figura 4. 34. Estudio de alternativas de vigas mediante modelos físicos 59

En este trabajo se desarrolla un estudio descriptivo sobre la factibilidad del uso de la maqueta física como recurso didáctico para la enseñanza del comportamiento estructural dentro de la currícula de la asignatura de estructuras I de la carrera de Arquitectura de la USFX. Para tal fin, se hace un abordaje de las diferentes prácticas y experiencias de la implementación de este recurso para una visualización más objetiva del comportamiento de una estructura. Por otro lado, según un análisis del programa actual de la asignatura y encuestas realizadas a 14 estudiantes que ya cursaron la asignatura, se identificaron recursos limitados para la enseñanza de las unidades temáticas a los estudiantes de Arquitectura, ya que en su contenido existe solo una carga teórica – abstracta desarrollada en aula. Posteriormente se estructuro las unidades temáticas de la asignatura en grupos de conocimiento con el fin de analizar la posibilidad de complementar con un grupo – practico adicional, en el que se desarrollen maquetas físicas basados en los contenidos teóricos de la asignatura. Por lo tanto, este estudio posibilitará una consideración para la implementación de la maqueta física como recurso didáctico dentro de la currícula de Estructuras I. Para ello, se realiza una investigación de tipo descriptivo con un enfoque cualitativo no experimental, transversal, aplicada y bajo un sustento documental.