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    Diseñado para la confiabilidad

    7 Mins Read Construcción
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    🕑 Tiempo de lectura: 1 minuto

    ¿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?)
    clip_image002
    • 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.
    clip_image004

    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

    clip_image006

    placas tectónicas

    clip_image008

    teoría del rebote elástico

    clip_image010

    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:

    clip_image012

    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:
    clip_image014
    • clip_image016 = factor de resistencia/capacidad
    • clip_image018 = 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

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