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Coeficiente de seguridad: qué es y cómo utilizarlo

El coeficiente de seguridad garantiza que las estructuras estén diseñadas para resistir las tensiones sin comprometer su integridad. Aquí te explicamos cómo utilizarlo


La tarea de la ingeniería estructural es asegurar que cada estructura tenga un margen adecuado de seguridad para enfrentar los desafíos potenciales. Por ejemplo, las variaciones en las cargas, imperfecciones en la construcción o envejecimiento de los materiales con el tiempo. El uso de coeficientes de seguridad adecuados en el diseño estructural es fundamental para lograr este objetivo.

A continuación, nos centraremos en la importancia de estos parámetros. Entenderemos qué es el coeficiente de seguridad y cómo utilizarlo para diseñar estructuras capaces de resistir las cargas y tensiones sin sufrir colapsos o daños.

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¿Qué es el coeficiente de seguridad?

En términos generales, el término «coeficiente de seguridad» se refiere a un parámetro utilizado en ingeniería, diseño y otros campos técnicos, para evaluar el grado de seguridad y confiabilidad de un sistema. Es decir, su capacidad para operar de manera segura, teniendo en cuenta cualquier incertidumbre o variabilidad de los datos o de las condiciones de funcionamiento.

En ingeniería estructural, los coeficientes de seguridad se entienden como factores multiplicativos. Estos se aplican a las cargas de diseño y resistencias estructurales para garantizar un margen de seguridad adecuado. Estos parámetros tienen en cuenta la extrema variabilidad en los valores de carga y resistencia reales, en comparación con los valores de diseño establecidos. En otras palabras, permiten considerar las condiciones reales de operación de una estructura, que pueden diferir de las condiciones de diseño previstas.

¿Para qué sirven los coeficientes de seguridad?

Los coeficientes de seguridad son parámetros adoptados en el ámbito de la ingeniería estructural para evaluar la capacidad de una estructura portante para resistir de manera segura cargas y tensiones. Estos coeficientes reflejan la relación entre la capacidad máxima de carga (o resistencia) de un elemento estructural y la carga máxima (o tensión) a la que la estructura estará sometida durante su vida útil.

Entonces, su función principal es garantizar que la estructura sea capaz de soportar las cargas previstas sin sufrir colapsos o daños. Sin embargo, estos coeficientes tienen en cuenta múltiples factores que pueden influir en la seguridad estructural, como las imperfecciones de los materiales, las variaciones en las cargas de diseño y las condiciones ambientales.

Los coeficientes de seguridad permiten, por lo tanto, gestionar mejor el riesgo asociado al diseño estructural. Proporcionan un margen de seguridad que tiene en cuenta las incertidumbres y variabilidades para garantizar que una estructura sea capaz de hacer frente a situaciones imprevistas o condiciones adversas. Esto significa que incluso en presencia de cargas o resistencias ligeramente superiores o inferiores a los valores de diseño, la estructura seguirá siendo segura y confiable.

Clasificación y ejemplos de uso de coeficientes de seguridad

Los coeficientes de seguridad comúnmente utilizados en el diseño estructural se dividen en:

1. Coeficientes de seguridad sobre la resistencia

Se aplican a las resistencias de diseño de los materiales estructurales, como el hormigón o el acero, para disminuir su valor en beneficio de la seguridad. Permiten considerar la incertidumbre debido a la variabilidad de las propiedades de los materiales, la calidad de la producción y otros factores que pueden influir en la resistencia real de los materiales en comparación con los valores de diseño.

Para verificar la resistencia de una columna de acero, se comienza determinando la resistencia de diseño del acero, que depende de las propiedades del material y de la sección transversal de la columna. Luego, se aplica el coeficiente de seguridad a la resistencia de diseño para obtener la resistencia de cálculo. Por ejemplo, si la resistencia de diseño del acero es de 200000 kN/m2, y el coeficiente de seguridad total es 1,1, entonces la resistencia de cálculo será de 200000 kN/m2 / 1,1 = 181818,18 kN/m2;

2. Coeficientes de seguridad sobre la carga

Estos coeficientes se aplican a las cargas parciales consideradas en el proceso de diseño estructural. Se utilizan para tener en cuenta las incertidumbres en los valores reales de las cargas. Esto porque pueden variar de manera impredecible durante la vida útil de la estructura. Las acciones de diseño pueden incluir el peso propio de la estructura, las cargas permanentes (como paredes, pavimentos, etc.) y las cargas variables (como la carga de uso, la carga de viento, etc.). Por lo general, los coeficientes de seguridad parciales son mayores que 1 para proporcionar un margen de seguridad adecuado. Por ejemplo, si la carga de diseño es de 100 kN y se aplica un coeficiente de seguridad parcial de 1,5, la carga de diseño efectiva utilizada en el cálculo estructural será de 150 kN.

Clasificación de los coeficientes de seguridad

Clasificación de los coeficientes de seguridad

La diferencia entre coeficientes de seguridad parciales y globales

Los coeficientes recién descritos se denominan coeficientes de seguridad parciales, ya que se aplican a cargas y resistencias específicas durante el proceso de diseño estructural. Este término refleja el hecho de que no se aplica un solo coeficiente de seguridad global a toda la estructura, sino varios coeficientes de seguridad parciales para cada carga y resistencia consideradas en el diseño.

Dado que es difícil prever con precisión la variabilidad de los materiales y las condiciones de carga, el ingeniero estructural utiliza coeficientes de seguridad parciales para introducir un margen de seguridad apropiado a cada aspecto específico del diseño. Por ejemplo, se puede tener un coeficiente de seguridad parcial aplicado a las cargas permanentes y otro a las cargas accidentales. El mismo principio se aplica a las resistencias. Es posible utilizar coeficientes de seguridad parciales diferentes para el hormigón, el acero, la madera, etc.

Los coeficientes de seguridad globales difieren de los parciales en que consideran tanto la resistencia del material como las cargas aplicadas. A menudo son el resultado de la relación entre la resistencia última del material y la carga máxima prevista. Estos coeficientes representan el margen global de seguridad de la estructura e incluyen todas las incertidumbres y variabilidades consideradas durante el diseño. Su objetivo es garantizar que la construcción tenga una robustez general suficiente para hacer frente a todas las posibles situaciones de carga sin comprometer su integridad.

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Resultados del cálculo de los coeficientes de seguridad con EdiLus

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