La mayoría de los problemas de Ingeniería se trabajan con datos, parámetros y modelos matemáticos que tienen ciertas e inevitables incertidumbres. Los métodos probabilísticos posibilitan un manejo racional de ellas. En particular, permiten la determinación de la
probabilidad de falla, que es el problema fundamental de la seguridad estructural.(Santiesteban, 2010)
Estos métodos se emplean en la solución de problemas ingenieriles en los cuales se hace necesario conocer la respuesta de un determinado elemento o estructura cuando sobre este influyen varios factores que pudieran condicionar su comportamiento o disminuir su capacidad resistente.
Los métodos probabilísticos surgen a principios de los 50, aunque estas investigaciones, altamente teóricas, han podido ser aplicadas solo a partir de la década del 90 por razones evidentes. Estos métodos desafortunadamente no habían podido ser empleados como procedimientos de diseño, sí con el objetivo de calibrar los coeficientes de seguridad que se utilizan en el diseño por estados límites. (Meyerhof, 1984; Becker, 1996; Quevedo, 2002).
1.13.1 Métodos semi – probabilísticos
En este tipo de clasificación, realizando un estudio de la evolución histórica de los métodos de diseño geotécnico, se encuentra el método de los estados límites, el cual representa el método más novedoso en el diseño estructural, a pesar de que según Quevedo (2002), este constituye el método de diseño vigente en la mayoría de los países con alto desarrollo en esta temática, como es el caso de Cuba.
Los Estados Límites se han definido según Phoon (1995) y Quevedo (2002), como las condiciones bajo las cuales una estructura o parte de ella no puede llegar a cumplir las funciones para las cuales fue proyectada. En ninguna circunstancia una estructura, o parte de ella, deberá llegar a la falla para satisfacer uno de los criterios de diseño, de ocurrir esto se dirá que la estructura ha llegado a su estado límite, de aquí que se definan en este, dos condiciones límites de diseño:
1er Estado Límite: Estado en que se diseña para lograr la resistencia y estabilidad de la estructura, con los valores de cálculo. La ecuación que rige el diseño del 1er Estado Límite es:
Donde:
Y2* - Función de las cargas resistentes con su valor de cálculo.
s - Coeficiente de seguridad adicional, que depende de las condiciones de trabajo generales de la obra y el tipo de fallo.
2do Estado Límite: Estado que garantiza el servicio y utilización de la estructura, se chequean factores como la deformación y la fisuración de la misma, para los valores reales de servicio.
A este método también se le conoce como el método de los coeficientes parciales (Orr y Farrell, 1999; Martínez, 2010), pues su filosofía se basa en la introducción
de la
seguridad, no a través de un coeficiente global, como en el método del factor de seguridad global, sino con la utilización de varios coeficientes parciales, unos aplicados a las cargas actuantes, otros aplicados a las propiedades resistentes de los materiales y en algunos casos un tercer coeficiente que toma en cuenta aspectos que no pueden ser evaluados matemáticamente, como la importancia la de la obra, las condiciones de trabajo, etc.El método de los estados límites es considerado un método semi-probabilístico, ya que se aplica de forma independiente a las dos principales variables aleatorias que intervienen en el diseño, las cargas y la capacidad resistente del elemento, esto puede ser factible desde el punto de vista práctico pero no es representativo de un problema, donde ambas variables inciden en una misma ecuación de diseño, de aquí que en la actualidad se haya transitado al empleo de métodos probabilísticos, al menos en términos de investigación, debido a lo complejo de su implementación.(González, 1997; Álvarez, 1998; Oliva, 1999; Ibáñez, 2001; Quevedo, 2002; Martínez 2010)
1.13.2
Concepción general de los métodos probabilísticos
Al considerar las deficiencias que presentan varios métodos en cuanto al análisis independiente de las variables que inciden en el problema, puede afirmarse que ahora estas variables, consideradas aleatorias para el diseño, son valoradas en su conjunto, así como su influencia dentro de la seguridad del mismo, generando esto una mayor exactitud a la hora de evaluar este parámetro, aunque esto conlleva a un incremento notable en la complejidad del problema. Estas variables pueden ser caracterizadas estadísticamente
gracias al elevado volumen de información que existe al respecto, siendo las cargas actuantes y las propiedades de los materiales que intervienen en el diseño, quienes son consideradas como aleatorias por gran cantidad de autores. (Meyerhof, 1984); Becker, 1996;(Quevedo, 2002); Chen y Liu, 2007; Low, 2008).
Existen, según Grupo de trabajo 4/5 de ACHE (2003), dos tipos de métodos probabilísticos, un primer grupo considerado como aproximado, dado porque en estos se supone el tipo de distribución de probabilidad para las distintas variables, de las que se introducen normalmente dos valores: la media y la desviación típica, este tipo de métodos se utiliza en la calibración de las normativas de proyecto estructural, y otro grupo denominado métodos probabilísticos “exactos”, en los que se introducen las funciones de distribución reales de cada una de las variables, aquí las probabilidades de fallo obtenidas son utilizadas en un contexto más amplio que en las anteriores fases y su calidad será función de los datos introducidos para las variables. Este último resulta ser el de mayor aplicación en las investigaciones recientes debido a su superioridad con respecto al anterior (Martínez, 2010).