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Coefficients de sécurité : définition et utilisation

Les coefficients de sécurité garantissent que les structures sont conçues pour résister aux sollicitations sans compromettre leur intégrité. Voici comment les utiliser.


La tâche de l’ingénierie structurelle est de garantir que chaque structure présente une marge de sécurité adéquate pour relever les défis potentiels tels que les variations de charge, les imperfections de construction ou le vieillissement des matériaux au fil du temps. L’utilisation de coefficients de sécurité appropriés dans la conception structurelle est essentielle pour atteindre cet objectif.

Nous nous concentrerons ici sur l’importance de ces paramètres. Nous comprendrons ce que sont les coefficients de sécurité et comment les utiliser pour concevoir des structures capables de résister aux charges et aux sollicitations sans subir de collapse ou de dommages.

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Qu’est-ce que les coefficients de sécurité ?

En général, le terme « coefficient de sécurité » fait référence à un paramètre utilisé en ingénierie, en conception et dans d’autres domaines techniques pour évaluer le niveau de sécurité et de fiabilité d’un système, c’est-à-dire sa capacité à fonctionner en toute sécurité, en tenant compte des incertitudes ou des variations dans les données ou les conditions de fonctionnement.
En génie structurel, les coefficients de sécurité sont considérés comme des facteurs multiplicatifs appliqués aux charges de conception et aux résistances structurelles pour garantir une marge de sécurité adéquate. Ces paramètres tiennent compte de l’extrême variabilité des valeurs de charge et de résistance réelles, par rapport aux valeurs de conception fixées. En d’autres termes, ils permettent de prendre en compte les conditions de fonctionnement effectives d’une structure, qui peuvent différer des conditions de conception prévues.

À quoi servent les coefficients de sécurité ?

Les coefficients de sécurité sont des paramètres adoptés dans le domaine de l’ingénierie structurelle pour évaluer la capacité d’une structure porteuse à résister en toute sécurité aux charges et aux sollicitations. Ces coefficients reflètent le rapport entre la charge maximale admissible (ou la résistance) d’un élément structurel et la charge maximale (ou la sollicitation) à laquelle la structure sera soumise pendant sa durée de vie.
Leur fonction principale est de garantir que la structure est capable de supporter les charges prévues sans subir de collapse ou de dommages. Ces coefficients prennent en compte les multiples facteurs pouvant influencer la sécurité structurelle, tels que les imperfections des matériaux, les variations dans les charges de conception et les conditions environnementales.

Les coefficients de sécurité permettent donc de gérer au mieux le risque associé à la conception structurelle. Ils fournissent une marge de sécurité qui tient compte des incertitudes et des variations afin de garantir qu’une structure est capable de faire face à des situations imprévues ou à des conditions défavorables. Cela signifie que même en présence de charges ou de résistances légèrement supérieures ou inférieures aux valeurs de conception, la structure restera sûre et fiable.

Classification et exemples d’utilisation des coefficients de sécurité

Les coefficients de sécurité couramment utilisés dans la conception structurelle se divisent en : 

  1. coefficients de sécurité sur la résistance : ils sont appliqués aux résistances de conception des matériaux structurels tels que le béton ou l’acier, afin de réduire leur valeur au profit de la sécurité. Ils permettent de prendre en compte l’incertitude due à la variabilité des propriétés des matériaux, de la qualité de la production et d’autres facteurs pouvant influencer la résistance réelle des matériaux par rapport aux valeurs de conception. Pour vérifier la résistance d’une colonne en acier, on commence par déterminer la résistance de conception de l’acier, qui dépend des propriétés du matériau et de la section transversale de la colonne. Ensuite, on applique le coefficient de sécurité à la résistance de conception pour obtenir la résistance de calcul. Par exemple, si la résistance de conception de l’acier est de 200000 kN/m2, et que le coefficient de sécurité total est de 1,1, alors la résistance de calcul sera de 200000 kN/m2 / 1,1 = 181818,18 kN/m2 ;
  2. coefficients de sécurité sur la charge : ces coefficients sont appliqués aux charges partielles considérées dans le processus de conception structurelle. Ils sont utilisés pour tenir compte des incertitudes dans les valeurs réelles des charges, car celles-ci peuvent varier de manière imprévisible pendant la durée de vie de la structure. Les actions de conception peuvent inclure le poids propre de la structure, les charges permanentes (telles que les murs, les planchers, etc.) et les charges variables (telles que la charge d’exploitation, la charge de vent, etc.). Généralement, les coefficients de sécurité partiels sont supérieurs à 1 pour fournir une marge de sécurité adéquate. Par exemple, si la charge de conception est de 100 kN et qu’un coefficient de sécurité partiel de 1,5 est appliqué, la charge de conception effective utilisée dans le calcul structurel sera de 150 kN.
Classification des coefficients de sécurité

Classification des coefficients de sécurité

La différence entre les coefficients de sécurité partiels et globaux

Les coefficients décrits précédemment sont appelés coefficients de sécurité partiels, car ils sont appliqués à des charges et des résistances spécifiques lors du processus de conception structurelle. Ce terme reflète le fait qu’un seul coefficient de sécurité global n’est pas appliqué à toute la structure, mais plutôt différents coefficients de sécurité partiels pour chaque charge et résistance considérées dans la conception.
Étant donné qu’il est difficile de prédire avec précision la variabilité des matériaux et des conditions de charge, les ingénieurs structurels utilisent des coefficients de sécurité partiels pour introduire une marge de sécurité appropriée à chaque aspect spécifique de la conception. Par exemple, il peut y avoir un coefficient de sécurité partiel appliqué aux charges permanentes et un autre aux charges accidentelles. Le même principe s’applique aux résistances, avec différents coefficients de sécurité partiels pour le béton, l’acier, le bois, etc.

Les coefficients de sécurité globaux diffèrent des coefficients partiels car ils tiennent compte à la fois de la résistance du matériau et des charges appliquées. Ils résultent souvent du rapport entre la résistance ultime du matériau et la charge maximale prévue. Ces coefficients représentent la marge de sécurité globale de la structure et englobent toutes les incertitudes et variabilités considérées lors de la conception. Leur objectif est de garantir que la construction a une robustesse globale suffisante pour supporter toutes les situations de charge possibles sans compromettre son intégrité.

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Résultats du calcul des coefficients de sécurité issu du logiciel EdiLus

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