coeficiente de seguridad Tiempo de lectura: 3 minutos

¿Qué es el coeficiente de seguridad?

El coeficiente de seguridad, también conocido como factor de seguridad, es el cociente resultante entre el valor calculado de la capacidad máxima de un sistema y el valor del requerimiento esperado real al que se verá sometido. Por este motivo, se trata de un número mayor que uno, que indica la capacidad de exceso que tiene el sistema sobre sus requerimientos.

Los criterios de fallo y los coeficientes de seguridad utilizados en resistencia de materiales y mecánica de estructuras son sencillos, aunque deben ser comprendidos de manera correcta. En este sentido, es importante que no se estudien menos que otras operaciones de álgebra pese a su sencillez, así como no menospreciarlos debido a la variedad de conceptos que subyacen en ellos. De hecho, hablar de coeficientes de seguridad es en realidad hablar de toda una filosofía de diseño.

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El coeficiente de seguridad es un índice de la seguridad que cabe esperar de un determinado diseño desde un punto de vista referido a su resistencia mecánica. La forma más usual de definir el coeficiente de seguridad de un diseño mecánico es una las siguientes:

  • Como cociente entre la resistencia del material y la tensión realmente existente.
  • Como cociente entre la fuerza última o máxima para un funcionamiento correcto y la fuerza realmente existente.

Por otro lado, en el proyecto de elementos mecánicos, existen dos alternativas para incluir un coeficiente de seguridad en el diseño:

  • Mayorar las fuerzas realmente esperadas, multiplicándolas por el coeficiente de seguridad (coeficiente de seguridad de mayoración de carga).
  • Minorar la resistencia realmente esperada del material, dividiéndola por el coeficiente de seguridad (coeficiente de seguridad de minoración de resistencia).

Las dos aproximaciones anteriores son equivalentes siempre que las tensiones mantengan una proporcionalidad con las cargas externas aplicadas, lo que ocurre en la mayor parte de los problemas mecánicos, aunque no siempre.

Un valor del coeficiente de seguridad superior a la unidad indica seguridad ante el fallo, tanto mayor, cuanto más elevado sea su valor, mientras que un valor inferior a la unidad indica inseguridad o probabilidad elevada de que ocurra el fallo. En función de la variabilidad de las cargas aplicadas y las propiedades del material, cada valor del coeficiente de seguridad se puede asociar a una probabilidad de fallo o de supervivencia de la pieza analizada.

 

Conceptos teóricos

Algunas teorías de fallo utilizadas en ingeniería tratan de predecir cuándo colapsará el material en cuestión, lo que, en muchos casos, significará superar el límite elástico y pasar al dominio plástico. Estas teorías proporcionan grosso modo un valor de tensión que es equivalente al inicial, dado por las tres tensiones principales. Sin embargo, al venir dado por un único valor, es más fácil de comparar con otros de referencia.  De esta forma, lo que se va a hacer es determinar la tensión equivalente a través de algunos de los criterios y, finalmente, dividir la tensión máxima entre esta para determinar el coeficiente de seguridad.

De manera general, cuando dos o tres de las tensiones principales de un sólido deformable sean distintas de cero, es posible determinar la deformación permanente, es decir, cuando se sobrepasa la región elástica mediante las denominadas teorías de resistencia o de fluencia.

En el caso de materiales dúctiles (como el acero), se suele utilizar el Criterio de Tresca, que es la forma más sencilla, y que hace que se empleé en la sección III del código ASME.

Por otro lado, en el caso de materiales frágiles (como son el hormigón o el hierro fundido), lo más común será utilizar el Criterio de Rankine, que predice que un punto material falla cuando, bien la tensión principal mayor alcanza la tensión de rotura a tracción, o bien la menor tensión principal alcanza la tensión de rotura a comprensión.

 

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