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¿fiabilidad?
- “El servicio de autobús BEST es muy confiable”
- “El suministro de agua de BMC no es muy confiable”.
- “En Mumbai, el Ferrocarril Occidental es más confiable que el Ferrocarril Central”.
Técnicamente hablando, ¿qué es la fiabilidad?
- ¿Por qué mi sistema es completamente poco confiable?
sistema de ingenieria civil
- Estructuras (edificios, puentes, presas, pasos elevados)
- Transporte (carretera/ferrocarril/aéreo)
- Agua (red de abastecimiento de agua, red de alcantarillado)
Cada sistema está diseñado de manera diferente, pero tiene una filosofía común
método de diseño
requisito | regulaciones |
pedido | capacidad/oferta |
Carga | resistencia |
x millones de litros/día | x millones de litros/día |
agua IITB | agua IITB |
residentes | residentes |
Concepto de diseño básico
La capacidad debe exceder la demanda
CD
Ejemplo: Proporcionar a los residentes de la colonia al menos x millones de litros de agua por día
más que la demanda?
- Sin embargo, el diseñador ofrece mucho más
- ¿por qué? -> debido a la incertidumbre
incertidumbre
Incertidumbre sobre los valores de los parámetros utilizados en la especificación de diseño Fuente/razón de la incertidumbre:
- Errores/fallas/discrepancias en la medición (por demanda) o fabricación (por capacidad)
- Aproximación/Idealización/Supuestos en Modelado
- Incertidumbre inherente – “oportunidad”
- Falta de Conocimiento — “Epistemológico”
Error de medición y error de fabricación.
- La resistencia del concreto no es la misma para cada parte de las columnas y vigas del sistema de construcción
- El canto de la viga de acero no es exactamente el mismo en cada sección (no como se especifica) (¿Son incorrectas las estimaciones de demanda/capacidad?)
- El peso del concreto no es el mismo para cada columna o viga que forma parte de un sistema de construcción (¿Son incorrectas las estimaciones de demanda/capacidad?)
- Las ruedas de los aviones golpean la pista a diferentes velocidades para cada vuelo.
Moraleja de la historia:
Repita la medición/estimación/experimento varias veces, pero no exactamente los mismos resultados cada vez
idealización en el modelado
- Todo sistema real se analiza a través de su “modelo”
- Para lograr este modelo se utilizan idealizaciones/simplificaciones
Ejemplo: (modelado de una carga viva en el piso de un salón de clases)
- Las cargas vivas son de “residentes” no residentes. Personas, muebles muebles, etc.
- Suponga que la carga viva es uniforme en el aula (¿unidad?).
- [We also assume the floor concrete to be “homogeneous” (that is, having same properties, such as strength, throughout)]
- Por lo tanto, los resultados de nuestro análisis difieren de la situación real.
Ejemplo: (modelado de fricción en un sistema de agua)
- La fricción entre el agua y la superficie interior de la tubería reduce el caudal
- Suponga un coeficiente de fricción constante para un material de tubería dado
- En la práctica, las uniones, los codos y las válvulas de la tubería cambian la cantidad de fricción.
- El procedimiento analítico se vuelve muy complicado cuando es necesario considerar estos efectos.
- Sin embargo, es importante recordar que existen diferencias entre el comportamiento del modelo y el sistema real.
Incertidumbre Epistemológica y Aleatoria
epistemología
- por falta de entendimiento
- No sé cómo funciona realmente el sistema.
- Es probable que estas incertidumbres disminuyan con el tiempo (mejora del conocimiento, más observaciones).
- debido a la variabilidad específica del parámetro
- Imprevisibilidad en la predicción de eventos futuros.
- Estas incertidumbres pueden reducirse de manera similar con más observaciones.
En caso de terremoto
- Las estructuras deben estar diseñadas para soportar los efectos de los terremotos.
- Los terremotos que enfrentará una estructura antes de llegar al final de su vida son impredecibles.
- No sabemos cuándo, qué tan grande (magnitud) o cuánto daño (intensidad) causará.
- Esto se debe a la imprevisibilidad inherente a la física de los terremotos.
oportunidad incertidumbre
Cómo ocurren los terremotos
placas tectónicas
teoría del rebote elástico
AD = línea de falla (la dirección en la que un lado de la Tierra se desliza con respecto al otro)
A = epicentro del terremoto (donde ocurre el deslizamiento y se libera energía)
C = epicentro del terremoto (punto en el suelo directamente sobre el epicentro)
B = sitio (ubicación de la estructura)
Las ondas sísmicas viajan de A a B (ondas de cuerpo) y de C a B (ondas de superficie)
Las ondas sísmicas se transmiten desde el epicentro hasta el sitio (sitio = lugar donde hay una estructura)
- Las características de la onda de choque cambian según el medio por el que pasa.
- La fuerza sísmica transmitida a los cimientos de una estructura también está determinada por el suelo subyacente.
- Necesitamos saber exactamente estos procesos por los cuales se ve afectado el movimiento sísmico.
- La falta de conocimiento sobre estos puntos conduce a: Incertidumbre cognitiva
Impacto de la incertidumbre
- Los resultados analíticos no son exactos (es decir, no son los mismos que los resultados reales).
- Estimación incorrecta de los parámetros de demanda y capacidad
- Fórmula C – D
- pero no sabemos esto
- Solución: Aplicar un Factor de Seguridad (F)
C?FD o C/F?D
- Este factor maneja errores inesperados debido a la incertidumbre.
para C? Si es 2.5D, ¿debería ser C en la vida real? D
Diseño determinista: factor de seguridad
- Esta es la filosofía de diseño tradicional.
- Los procedimientos de diseño deterministas suponen que todos los parámetros se pueden medir (determinar) con precisión.
- Por lo tanto, no hay incertidumbre al estimar C o D.
- Por lo tanto, si se cumple la ecuación de diseño, el sistema es ‘100% seguro’. nunca falla
- Además, agregue un factor de seguridad para tener en cuenta los errores inesperados
- Este factor de seguridad se especifica con base en la experiencia y el juicio de ingeniería.
- Los valores del factor de seguridad varían de un caso a otro
ejemplo:
0.447fcAc + 0.8fsAs?P
- Especificaciones de diseño para columnas de hormigón armado (RC = hormigón armado).
- fc = resistencia del hormigón, fs = resistencia del acero
- Ac = área de concreto, As = área de barras de refuerzo
- 0,447 y 0,8 son factores de seguridad.
- P = fuerza (demanda) que actúa sobre la columna
Diseño basado en la confiabilidad
- Este es el nuevo concepto de diseño desarrollado
- Aquí aceptamos la incertidumbre de los parámetros de demanda y capacidad.
- Sin embargo, todas estas incertidumbres se tienen debidamente en cuenta
- Cuantificar la incertidumbre en la estimación de cada parámetro
- Las ecuaciones C?D no proporcionan un diseño de prueba completo
- Las pautas de diseño especifican la probabilidad de falla debido a estas incertidumbres
- Se utilizan factores de carga y resistencia en lugar de un solo factor de seguridad
- Estos factores se basan en el análisis, no en el juicio.
viejo y nuevo
determinista | Base de confiabilidad |
100% seguro | menos del 100% seguro |
Sin incertidumbre | Las incertidumbres se tienen debidamente en cuenta |
El factor de seguridad depende del juicio | Los factores se calculan a partir de las incertidumbres. |
Simple, pero la afirmación no es realista. | Más científico en todos los sentidos, pero más complejo |
Diseño basado en la confiabilidad
- Ecuación de diseño basada en la confiabilidad:
-
= factor de resistencia/capacidad
= factor de resistencia/capacidad-
= factor de carga/demanda
- Esta ecuación asigna la probabilidad de falla del diseño (Pf).
- Este Pf se basa en la carga y el factor de resistencia (también llamado “factor de seguridad parcial”).
- Los sistemas reales siempre tienen algún grado de potencial de falla (aunque el diseño determinista no lo reconoce).
La incertidumbre es inevitable.Existe en los sistemas naturales y en la forma en que medimos y fabricamos
- no es prudente ignorarlos
- La mejor manera de lidiar con las incertidumbres es cuantificarlas adecuadamente (usando estadísticas y probabilidades).
- El diseño basado en la confiabilidad explica científicamente la incertidumbre (mientras que el diseño determinista no lo hace).
- RBD asigna una cierta confiabilidad a un diseño a través de Pf (probabilidad de falla).
- No es malo que un sistema pueda fallar, pero es malo que no sepas la probabilidad de que falle.
- RBD intenta mantener Pf dentro del nivel objetivo