Este documento describe el papel de la probabilidad y los métodos probabilísticos en la ingeniería civil. Explica que la incertidumbre es inevitable en problemas de ingeniería debido a datos incompletos y procesos naturales aleatorios. La teoría de probabilidad proporciona un marco formal para cuantificar el riesgo e incertidumbre. Luego, detalla algunas aplicaciones de los métodos probabilísticos en áreas como la ingeniería ambiental, geotécnica, hidrológica, estructural, de construcción y transporte. Final

1. M1L1
La probabilidad y su papel en la ingeniería civil
1. Introducción
Se considera que las suposiciones idealizadas y la simplificación de los procesos naturales ignoran la incertidumbre.
y adoptar enfoques deterministas/cuantitativos. Sin embargo, tales suposiciones y simplificaciones
no son suficientes en muchos casos y las incertidumbres son inevitables en casi todas las ingenierías
problemas de análisis y diseño. Por lo tanto, los métodos cuantitativos, al estar basados en supuestos idealizados,
puede no ser válido debido a la existencia de incertidumbre, independientemente del grado de sofisticación
adoptado. La incertidumbre surge principalmente debido a: a) información/datos disponibles incompletos,
yb) consideración de procesos y fenómenos naturales, que son inherentemente aleatorios. Definido
no se puede tomar una decisión en tales casos. Sin embargo, las decisiones son necesarias incluso con la
información/datos incompletos y para los procesos naturales.
Las decisiones en tales situaciones se toman en condiciones de incertidumbre. Hacia esto un adecuado
la evaluación de la incertidumbre asociada es esencial, y los efectos de la incertidumbre en la ingeniería
Los problemas son muy cruciales. La teoría de la probabilidad proporciona unabase formalpara cuantificar el riesgo o
incertidumbre en problemas de ingeniería que de otro modo se tratarían enfoque cualitativo
utilizando juicios de ingeniería. El papel de los métodos de probabilidad en la ingeniería puede ser ampliamente
resumir como (Ang y Tang, 1975) - a) El modelado de problemas de ingeniería y evaluación de
rendimiento de los sistemas en condiciones de incertidumbre; b) Desarrollo sistémico de criterios de diseño,
teniendo en cuenta explícitamente la importancia de la incertidumbre, y c) El marco lógico del riesgo
evaluación y análisis de riesgo-beneficio en relación con la toma de decisiones.
2. Métodos de Incertidumbre y Probabilidad
Podría haber diferentes tipos de incertidumbres a considerar: a) incertidumbres de los parámetros; b)
Incertidumbres de los datos; c) Incertidumbres operativas, etc.
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2. La incapacidad para cuantificar los parámetros precisos del modelo y la variabilidad inherente en las entradas del modelo conducen a
la incertidumbre del parámetro. Además, diferentes estadísticas descriptivas, como media, estándar
la desviación, la asimetría, etc. también varían de un dato de muestra a otro. Por lo tanto, las incertidumbres también son
asociados con estas estadísticas descriptivas.
Los errores en las mediciones, los problemas de consistencia y homogeneidad de los datos se conocen como datos
incertidumbre. Las limitaciones en la representación adecuada de los datos de la muestra se abordan mediante la cuantificación
incertidumbre de los datos. En general, los histogramas son una representación gráfica básica de dicha incertidumbre y
Las funciones de densidad de probabilidad (pdf) se ajustan con los histogramas para evaluar la incertidumbre.
asociado con los datos. Esto será discutido en detalle en las clases subsiguientes.
Las incertidumbres operativas surgen del cambio en las condiciones operativas de las estructuras y los errores.
asociados a la construcción, fabricación, deterioro, mantenimiento, actividades humanas, etc. Todos los
las incertidumbres se evalúan con la ayuda del concepto incorporado en la teoría de la probabilidad.
3. Aplicaciones en Ingeniería Civil
3.1. Ingeniería Ambiental
Los temas relacionados con la evaluación del riesgo ambiental incluyen los efectos sobre la salud, el impacto sobre los recursos naturales
o estructuras hechas por el hombre debido a la contaminación, cambios en las condiciones climáticas, calidad del agua de los arroyos
etc. Existen diferentes modelos paramétricos, no paramétricos y empíricos que se utilizan para abordar estos
problemas. Los métodos de probabilidad desempeñan un papel en (i) la estimación de los parámetros del modelo, (ii) la identificación de
distribución de probabilidad, (iii) determinación de dependencias entre variables, (iv) estimación de
incertidumbres del modelo, etc.
3.2. Ingeniería geotécnica
En ingeniería geotécnica existen diferentes fuentes de incertidumbre. Por ejemplo, la naturaleza variable
de las características de la roca afecta la capacidad de carga. Propiedades heterogéneas del suelo y otras
las condiciones in situ también son inciertas. Debido a la heterogeneidad inherente de las características del suelo

3. y roca, los métodos probabilísticos son esenciales para calcular el rodamiento. Las incertidumbres se evalúan
a través de análisis probabilísticos y estadísticos básicos, tales como análisis de histograma, media muestral,
varianza, desviación estándar, coeficiente de varianza (CV) y función de densidad de probabilidad (pdf)
etc. Estos métodos son muy útiles para la estimación de propiedades in situ a partir de muestras de suelo limitadas.
y para la comparación de pruebas de campo con datos de rendimiento de campo. Fiabilidad de diseño y construcción.
métodos también se evalúa de forma probabilística. Además, el uso de métodos de probabilidad es inevitable.
para llevar a cabo el análisis de compensación entre el costo y los beneficios de las estrategias de diseño propuestas adoptadas
en ingeniería geotécnica.
3.3. Ingeniería en Hidrología y Recursos Hídricos
Las incertidumbres en hidrología e ingeniería de recursos hídricos surgen de la incompletitud de
datos históricos, limitaciones en la representación adecuada de datos de muestra, variabilidad de datos hidrológicos,
predicciones inciertas, etc. La evaluación de la incertidumbre se lleva a cabo a través de diferentes
ej., ajuste de distribución a datos, estimación de probabilidades y cuantiles, estimación de intervalos de
parámetros etc
Eventos hidrológicos extremos, tales como Precipitación Máxima Probable (PMP) y Precipitación Probable
Las inundaciones máximas (PMF) se estiman a partir de datos históricos. Sin embargo, el procedimiento de estimación
requiere diferentes métodos de probabilidad. Diferentes variables hidrológicas, tales como lluvia, caudal
son intrínsecamente inciertos. La predicción de tales variables hidrológicas a menudo requiere pruebas probabilísticas.
método para cuantificar la incertidumbre asociada a las predicciones. En diseño de hidráulica
estructuras, la estimación de la vida de diseño y el análisis de riesgos también requieren métodos de probabilidad.
3.4. Ingeniería estructural
En ingeniería estructural, la falla puede causar pérdidas monetarias excesivas y lesiones o la muerte. Así, un
Se asegura una tasa de falla extremadamente baja en el diseño. Los factores de seguridad se determinan considerando el riesgo
o probabilidad de falla. El concepto de eventos de riesgo de 'baja probabilidad y alta consecuencia' es la clave
problema en el diseño de estructuras complejas, tales como estructuras en alta mar, plantas nucleares y de alta

4. Exposición estructuras públicas. Las fuentes de incertidumbre en la ingeniería estructural radican en la magnitud de
carga, resistencia del material estructural, número de ciclos de carga hasta la falla por fatiga, etc. Por ejemplo,
la determinación del efecto máximo del viento, la consideración de la fuerza sísmica, etc. son inciertos y
su evaluación requiere métodos de probabilidad. Se aplica un razonamiento similar para la evaluación de la fuerza.
del material estructural y número de ciclos de carga hasta la falla por fatiga también. En el diseño estructural,
La optimización del diseño estructural probabilístico (PSDO) es capaz de manejar incertidumbres en el material
propiedades, geometría, cargas, condiciones de contorno y simulación matemática.
Se desarrollan diferentes estándares de aceptación basados en los conceptos de probabilidad. esto es util
para garantizar que las normas no sean demasiado estrictas ni demasiado laxas. Por ejemplo, característica
La resistencia del hormigón se define como la resistencia a la compresión que es excedida por el 95% del hormigón.
cubos de 150 mm de tamaño ensayados después de 28 días de curado. Esta marca del 95% es un concepto de probabilidad, por lo que
decidió que el criterio fuera "ni demasiado estricto ni demasiado laxo".
3.5. Planificación y gestión de la construcción
En la planificación y gestión de la construcción, varios factores son inciertos. Por ejemplo, la duración de
diversas actividades en un proyecto de construcción, tiempo de suministro de material, disponibilidad de
mano de obra, condiciones climáticas, etc. Por lo tanto, la estimación de la duración total del proyecto es incierta. Como
en consecuencia, la estimación del costo involucrado también es incierta. Para evaluar estas decisiones de parámetros
se infieren a diferentes niveles de confianza probabilísticos, para los cuales los métodos de probabilidad son
establecido para ser muy útil.
3.6. Ingeniería de Transporte
En ingeniería de transporte, las incertidumbres surgen de la vaguedad, la ambigüedad y el riesgo contra la seguridad.
de trafico Los accidentes en el movimiento del tráfico aéreo, los accidentes en las carreteras se consideran como 'Baja
Se utilizan eventos de probabilidad-riesgo alto y para tratar con dichos eventos se utilizan métodos de probabilidad.
Los métodos de probabilidad también son útiles en diferentes temas relacionados con el diseño. Por ejemplo, en pavimento
diseño, los diferentes factores de diseño pueden incluir el ancho del pavimento, el espesor de las capas de subrasante y

5. capa de acabado superior, pendiente, etc. Teniendo en cuenta solo el grosor, se entiende fácilmente que el costo
aumenta con el espesor manteniendo los demás factores iguales. El alto espesor incurrirá en un alto costo inicial
y menos costo de mantenimiento mientras que el bajo espesor incurrirá en un bajo costo inicial y alto mantenimiento
costo. Por lo tanto, se requiere un análisis de compensación para determinar el espesor. Para este análisis de compensación,
Se requiere una relación entre la vida útil del pavimento y su espesor. La vida del pavimento depende de
drenaje y contenido de humedad, rango de temperatura, densidad y grado de compactación del
subrasante Estos factores son aleatorios y, por lo tanto, la vida útil del pavimento debe estimarse
probabilísticamente. El análisis de costo total y compensación también requiere métodos de probabilidad.
4. Observaciones finales
Aunque los métodos probabilísticos no son adecuados para resolver todos los problemas de ingeniería, el papel de
métodos de probabilidad en ingeniería es proporcionar la base formal para analizar incertidumbres y
riesgos Particularmente en ingeniería civil, evaluación de riesgos, análisis de confiabilidad, QA/QC de datos, costo-
el análisis de compensación de beneficios son campos de aplicación comunes donde los métodos de probabilidad son
ventajoso. Las teorías y herramientas probabilísticas comunes como el histograma, la estimación de la media,
Las funciones de varianza, desviación estándar y distribución de probabilidad son útiles para todos los
disciplinas de la ingeniería civil.
Referencias
Ang, A. HS. y WH Tang, (1975), Probability Concepts in Engineering Planning and Design,
Volumen I, Principios básicos, John Wiley & Sons, Inc., EE. UU.