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 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.