UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES

Facultad de Ciencias Puras y Naturales

Postgrado en Informática

Maestría en Ingeniería del Software

“Diseño e Implementación Orientada a Objetos de Algoritmos en la Plataforma Java Edición Tecnología Inalámbrica para el

Cálculo de Elementos Estructurales de Hormigón Armado”

(Perfil de Proyecto de Investigación)

Presentado por: Ing. Roger Saravia Aramayo

La Paz, Bolivia – Abril de 2008

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Contenido 1 Introducción ....................................................................................................................................... 2

1.1 Escenario .................................................................................................................................... 2 1.2 Problema ..................................................................................................................................... 2 1.3 Abordaje del Problema ............................................................................................................... 2

2 Objetivos ............................................................................................................................................ 2 2.1 Objetivo General ......................................................................................................................... 2 2.2 Objetivos Específicos ................................................................................................................. 2

3 Justificación ....................................................................................................................................... 3 4 Marco Teórico .................................................................................................................................... 3

4.1 Dispositivos Móviles .................................................................................................................. 3 4.1.1 Características del 1G .......................................................................................................... 3 4.1.2 Características del 2G .......................................................................................................... 3 4.1.3 Características del 2.5G ....................................................................................................... 4 4.1.4 Características del 3G .......................................................................................................... 4 4.1.5 Sistema GSM de 2.5G ......................................................................................................... 4 4.1.6 Definición de Aplicaciones 2.5G ........................................................................................ 4 4.1.7 WAP .................................................................................................................................... 5 4.1.8 WML Wireless Markup Language ...................................................................................... 6 4.1.9 WML Script ......................................................................................................................... 7 4.1.10 Java 2 Micro-Edition (J2ME) .............................................................................................. 7 4.1.11 Arquitectura J2ME .............................................................................................................. 8 4.1.12 Máquina Virtual .................................................................................................................. 8 4.1.13 Configuración y Perfiles ...................................................................................................... 8 4.1.14 MIDP ................................................................................................................................... 9 4.1.15 MIDlet ............................................................................................................................... 10

4.2 Campo de Aplicación: Hormigón Armado ............................................................................... 10 4.2.1 Vigas Reforzadas a Tensión .............................................................................................. 11 4.2.2 Diseño de Vigas Reforzadas a Tensión ............................................................................. 11 4.2.3 Ecuaciones para el Diseño de Vigas Reforzadas a Tensión .............................................. 11

5 Plan de Trabajo ............................................................................................................................. 12 5.1 Metodología de la Investigación ........................................................................................... 12 5.2 Metodología de Desarrollo ................................................................................................... 13 5.3 Materiales, Equipos e Instrumentación ................................................................................. 13

6 Cronograma de Actividades ............................................................................................................ 13 7 Costos y Presupuestos ..................................................................................................................... 14 8 Referencias ...................................................................................................................................... 14

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1 Introducción

1.1 Escenario

Este proyecto se extiende en el paradigma de la programación orientada objetos (POO) de las ciencias de la computación y con campo de aplicación en el cálculo del hormigón de la ingeniería civil.

1.2 Problema

Un problema identificado es la carencia de software básico y práctico para el cálculo de hormigón armado para tecnología celular (inalámbrica).

1.3 Abordaje del Problema

Se pretende abordar el problema mediante el diseño y programación de algoritmos de cálculo de los principales elementos de hormigón armado para plataforma Java de tecnología inalámbrica.

2 Objetivos

2.1 Objetivo General

Desarrollar en Java una suite básica de cálculo de hormigón armado para tecnología celular inalámbrica.

2.2 Objetivos Específicos

Diseñar y programar un módulo para la dosificación de hormigón armado.

Diseñar y programar un módulo para el cálculo de vigas rectangulares reforzadas a tensión.

Diseñar y programar un módulo para el cálculo de vigas con refuerzo en el alma (cortante).

Probar el software mediante la resolución de casos de estudio.

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3 Justificación

La justificación es mayormente tecnológica y de servicio.

El análisis, diseño y programación orientada a objetos para tecnología celular inalámbrica es un campo emergente y de desafío porque se trata de una plataforma muy limitada. El diseño e implementación de estrategias de programación para dispositivos móviles amplían el campo de conocimiento de las ciencias de la computación.

Por otra parte, el hormigón armado es el material de construcción más usado en las obras a nivel nacional (Bolivia). Y el teléfono celular es el dispositivo inalámbrico más usado por los profesionales de la construcción. Un software de este tipo, aparte de ser interesante o de poder salvar de apuros al ingeniero civil, podría ser de gran apoyo para el supervisor y director de obra.

Un software de este tipo podría ampliar la dimensión de utilidad de un teléfono celular.

4 Marco Teórico

4.1 Dispositivos Móviles

Primera generación (1G)

Segunda generación (2G)

Segunda generación mejorada (2.5 G)

Tercera generación (3G)

4.1.1 Características del 1G

Servicio analógico

Telefonía básica

Un solo servicio

4.1.2 Características del 2G

Servicio digital

Tasa máxima de datos: 14.4 KBPS.

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No se tiene conectividad IP

Servicio de mensajes cortos (SMS), fax y servicios de voz para grupos cerrados de usuarios

4.1.3 Características del 2.5G

Mayor ancho de banda

Conectividad IP

Soporte a navegación Web

Terminales con capacidades de voz y datos

4.1.4 Características del 3G

Mayor ancho de banda que la 2.5G

Soporte a calidad de servicio

Nueva arquitectura de soporte y desarrollo de servicios

4.1.5 Sistema GSM de 2.5G

GPRS (General Packet Radio Service)

WAP (Wireless Application Protocol)

Aplicaciones en el móvil

Mejora en las prestaciones de los terminales

4.1.6 Definición de Aplicaciones 2.5G

Véase la siguiente ilustración.

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Ilustración 1. Aplicaciones 2.5G

4.1.7 WAP

WAP consiste en una pila de protocolos que permiten la interacción directa de los teléfonos móviles con aplicaciones Internet.

Protocolo basado en los estándares de Internet.

Desarrollado para permitir a teléfonos celulares navegar a través de Internet.

Acceder a información disponible de Internet así como realizar operaciones de comercio electrónico.

Ilustración 2. Arquitectura WAP

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4.1.8 WML Wireless Markup Language

Lenguaje de marcado similar al HTML

Comprendido dentro del estándar XML 1.0

Las paginas WML son llamadas barajas ya que están compuestas por cartas

Un navegador WAP solo puede mostrar una carta al mismo tiempo

Características Principales

Soporte para imágenes y texto.

Tarjetas agrupadas en barajas.

Posibilidad de navegar entre cartas y barajas de la misma forma que se navega entre páginas Web.

Manejo de variables y formularios para el intercambio de información entre el teléfono celular y el servidor.

<?xml version="1.0"?> <!DOCTYPE wml PUBLIC "-//WAPFORUM//DTD WML 1.1//EN" "http://www.wapforum.org/DTD/wml_1.1.xml"> <wml> <card id="t1" title="Tarjeta 1"> - <p>Hola Mundo</p> </card> </wml>

Barajas y Cartas

A una página WML se le llama baraja porque está compuesta por cartas:

<?xml version="1.0"?> <!DOCTYPE wml PUBLIC "-//WAPFORUM//DTD WML 1.1//EN" "http://www.wapforum.org/DTD/wml_1.1.xml"> <wml> <card id="t1" title="Tarjeta 1"> <p>Hola Mundo !</p> </card> <card id="t2" title="Otra tarjeta"> <p>Bienvenido</p> </card> </wml>

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4.1.9 WML Script

Validación de datos.

Manejar funciones propias del dispositivo.

Realizar alertas, mensajes de error, confirmaciones.

extern function calcular (cantidad)

{

var dolar = (cantidad/8.97);

var dolarString = String.toString(dolar);

WMLBrowser.setVar("resultado", dolarString);

WMLBrowser.refresh();

}

4.1.10 Java 2 Micro-Edition (J2ME)

Es la versión de Java para el desarrollo de aplicaciones en dispositivos móviles.

Ilustración 3. J2ME y la familia Java.

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4.1.11 Arquitectura J2ME

Ilustración 4. Arquitectura Java 2 Micro-Edition.

4.1.12 Máquina Virtual

KVM

Se trata de una implementación de la máquina virtual reducida y especialmente orientada a dispositivos con bajas capacidades computacionales y de memoria.

CVM

Soporta las mismas características que la máquina virtual de J2SE. Está orientada a dispositivos electrónicos con procesadores de 32 bits de gama alta y en torno a 2Mb o más de memoria RAM.

4.1.13 Configuración y Perfiles

Las configuraciones son dos:

Configuración de Dispositivos con Conexión Limitada (CDLC).

Configuración de Dispositivos Conectados.

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En base a las configuraciones se desarrollan los perfiles:

Perfil de Dispositivos de Información Móvil (MIDP).

Perfil Asistente Personal Digital.

Foundation Profile.

RMI Profile.

Personal Profile.

El más difundido es el MIDP. Está investigación se basa en la configuración CLDC y el perfil MIDP.

4.1.14 MIDP

Este perfil está orientado para dispositivos con las siguientes características:

Reducida capacidad computacional y de memoria.

Conectividad limitada (en torno a 9600 BPS).

Capacidad gráfica muy reducida (mínimo un display de 96x54 y monocromo).

Entrada de datos alfanumérica reducida.

128 KB de memoria no volátil para componentes MIDP.

8 KB de memoria no volátil para datos persistentes de aplicaciones.

32 KB de memoria volátil en tiempo de ejecución para la pila Java.

Paquetes de Clases de MIDP

Ilustración 5. Paquetes MIDP en Java 2 Micro-Edition

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4.1.15 MIDlet

Se denomina MIDlet a toda aplicación desarrollada en base a la configuración CLDC y al perfil MIDP.

Los MIDlets residen en el Application Management System conocido como AMS. Este software se encuentra en el dispositivo y se encarga de la gestión del ciclo de vida y el control de los estados del MIDlet.

Ciclo de Vida de un MIDlet

import javax.microedition.midlet.*;

public class Taller1 extends MIDlet {

public Taller1( ) {

}

void startApp( ) {

}

void pauseApp( ) {

}

void destroyApp(boolean incondicional) {

}

}

4.2 Campo de Aplicación: Hormigón Armado

El hormigón es un material semejante a la piedra obtenido mediante una mezcla de cemento, arena, grava y agua; mezcla que se endurece en encofrados con la forma y dimensiones del elemento deseado. La mayor parte consta de agregado fino y grueso. El refuerzo conformado por barras circulares de acero con deformaciones superficiales apropiadas para proporcionar anclaje, se coloca en los moldes antes de vaciar la mezcla.

Ilustración 6. Vistas frontal (sección) y lateral de una viga de hormigón armado.

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4.2.1 Vigas Reforzadas a Tensión

Las vigas de solo hormigón son ineficientes como elementos sometidos a flexión debido a que la resistencia a flexión es muy limitada. En consecuencia, estas fallan por tensión a cargas bajas. Por esta razón, se colocan barras de acero de refuerzo en el lado sometido a tensión y tan cerca como sea posible de la cara inferior (véase ilustración 6). En una viga de hormigón así reforzada, la tensión causada por los momentos flectores es resistida principalmente por el acero de refuerzo mientras que el solo hormigón es capaz de resistir la compresión correspondiente.

Las vigas de hormigón armado no son homogéneas debido a que están hechas de dos materiales completamente diferentes: hormigón y acero. Los métodos usados en el diseño son distintos a los de vigas elaboradas completamente de acero, madera o cualquier otro material estructural.

4.2.2 Diseño de Vigas Reforzadas a Tensión

Los problemas de flexión se clasifican en problemas de revisión y en problemas de diseño. En los de revisión, se conocen las dimensiones de la sección, el refuerzo y las resistencias de los materiales y se calcula la capacidad a momento además del tipo de falla. En los de diseño, se conocen la capacidad requerida a momento y las resistencias de los materiales, y deben calcularse las dimensiones de la sección y el refuerzo.

4.2.3 Ecuaciones para el Diseño de Vigas Reforzadas a Tensión

Cuantía balanceada

yu

u

y

cb f

f

Representa la cantidad de refuerzo necesaria para que la viga falle por aplastamiento del concreto al mismo tiempo que se produce la fluencia del acero

(1)

Cuantía mínima

ymín f

06.14

Para protección ante un tipo de falla inmediata causada por un refuerzo muy pobre a tensión.

(2)

Cuantía máxima bmáx 75.0 En la práctica, el límite de la cuantía

debe ser siempre menor a la cuantía balanceada por razones de fluencia, propiedades de los materiales, endurecimiento del acero y por el área suministrada de acero.

(3)

Cuantía

bdAs

Parámetro que indica la relación de acero de refuerzo con relación a la sección.

(4)

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X bfx c Variable intermedia para el cálculo. (5)

Y sus EAy Variable intermedia para el cálculo. (6)

Posición del eje neutro desde la fibra superior

)2/(42 xydxyyc

El eje neutro se caracteriza por tener los esfuerzos nulos.

(7)

Esfuerzo del acero en la falla

ccdEf sus /)( (8)

Posición del eje neutro desde la fibra superior

xfAc ys / (Véase más arriba) (9)

Esfuerzo del acero en la falla

ys ff (Véase más arriba) (10)

Resistencia de diseño a momento flector

)( cdfAM ssn La resistencia nominal representa el mejor estimativo disponible de la resistencia real a flexión del elemento.

(11)

5 Plan de Trabajo

5.1 Metodología de la Investigación

Alcance Exploratorio:

Porque el objetivo es aplicar un tema poco explotado.

Porque hay poco desarrollo local al respecto.

Porque se desea indagar el tema desde una nueva perspectiva.

Porque se desea ampliar un área existente.

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5.2 Metodología de Desarrollo

Metodología en Cascada:

Es el más antiguo.

Debe completarse un estado antes de comenzar el siguiente.

Es útil para que el desarrollador visualice lo que va a hacer.

5.3 Materiales, Equipos e Instrumentación

Material de referencia bibliográfica en formato digital y en formato impreso.

Material fungible de escritorio

Insumos de almacenamiento portátil digital como CD-ROM, memoria Flash y otros

Computadora IBM compatible procesador tecnología familia INTEL x86.

Impresora estándar.

Escáner de página.

Software de distribución libre como el J2ME o J2SE (familia Java).

Conexión a Internet ADSL.

6 Cronograma de Actividades

Actividad 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Revisión del marco teóricoAnálisis de requerimientosDiseño lógico y diseño físicoImplementaciónInstalaciónPruebasPublicaciónDocumentación

Semanas

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7 Costos y Presupuestos

Bs/equipo Equipos Subtotal Bs ObservacionesTeléfono celular tecnología Java 1800 1 1800 Dispositivo de implementación

Bs/mes Meses Subtotal Bs ObservacionesInternet 250 3 3 750 ADSL

Bs/libro Libros Subtotal Bs ObservacionesBibliografía impresa 150 2 300 Libros actualizado

CDs Bs/CD Cds Subtotal Bs Observaciones5 10 50 Almacenamiento, presentación y distribución

Papel Bs/resma Resmas Subtotal Bs Observaciones30 2 60 Documentación impresa

Total Bs 2960

8 Referencias

SUN MICROSYSTEMS (2005) “J2ME Wireless Toolkit”. Segunda Edición. California, USA.

SUN MICROSYSTEMS (2005) “MID Profile Specification”. Segunda Edición. California, USA.

CAMACHO, FERNANDEZ Y FUENTES (2007) “Dispositivos Móviles”. Postgrado en Informática. UMSA. LP-BOL.

N. WINTER (1997) “Diseño de Estructuras de Concreto”. Undécima edición. McGraw-Hill. México.

SAUL ESCALERA (1992) “Manual de Investigación para Ciencia y Tecnología”. Segunda Edición. Universidad Mayor de San Simón. Cochabamba, Bolivia.