Factor de seguridad

Principios generales de la utilización de factores de seguridad en

diseño y evaluación

F.M. Burdekin *

Profesor Emérito, UMIST, Sackville Street, Manchester M60 1QD, Reino Unido

Recibido el 30 de agosto de 2005; aceptado 30 de agosto 2005

Disponible en línea 21 de agosto 2006

Cualquier estructura o componente se pueden hacer al fracaso si se somete a cargas en exceso de su fuerza. Integridad estructural

se logra asegurar la existencia de un factor adecuado margen de seguridad o reserva entre la fuerza y la carga de efectos. Los

principios básicos de la 'tensión admisible "y los métodos de diseño' límites estatales para evitar el fracaso en composición estructural y recipientes a presión

componentes se resumen. El uso de riesgo como medio de definir la seguridad adecuada se introduce donde el riesgo se define como la

producto de la probabilidad de fallo multiplicado por consecuencias del fracaso. El concepto de niveles aceptables 'objetivo' de riesgo es

discutido. El uso de la teoría de fiabilidad estructural para determinar las estimaciones de probabilidad de fallo y el uso del fiabilidad

índice de capacidad b se describen. La necesidad de considerar los efectos de las incertidumbres en la información de la carga, el cálculo de factores de estrés

ses, los datos de entrada y propiedades del material se enfatiza. La forma en que el efecto de diferentes niveles de incertidumbre puede ser

tratado mediante el uso de factores de seguridad parciales en el diseño de estado límite se explica. La necesidad de considerar todos los modos posibles de

fracaso, incluyendo lo inesperado, se enfatiza y un esquema determinado de tratamientos del factor de seguridad para el crack punta dependientes

y los modos dependientes del tiempo. Factores apropiados para la etapa de diseño y para la evaluación de la relación entre la seguridad

se considera integridad estructural en una etapa posterior. Los efectos del comportamiento del sistema de redundancia y en los niveles adecuados de

se discuten los factores de seguridad.

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Palabras clave: fiabilidad estructural; Limite diseño de estado; Los márgenes de seguridad y factores de seguridad

1. Definiciones y consideraciones generales

1.1. Los márgenes de seguridad y factores de seguridad

Para aplicaciones de integridad estructural de seguridad está asegurada por asegurar que la resistencia al fallo es mayor

que los efectos combinados de los diversos tipos de carga que puede ocurrir. Es necesario tener en cuenta separada

separado todos los modos de fallo que pueda ocurrir. A los efectos que los efectos de resistencia serán definidas por

el término 'R' y los efectos de carga por el término 'L'. Por lo tanto para la seguridad, R L> 0.

* Dirección: Antiguamente Escuela de Mecánica, Aeronáutica e Ingeniería Civil, Departamento de Ingeniería Civil y Estructural,

Universidad de Manchester, P.O. Box 88, Manchester M60 1QD, Reino Unido. Tel .: +44 161 200 4600; fax: 44 161 200 4601.

E-mail: mburdekin@aol.com.

1350-6307 / $ - ver front matter 2006 Elsevier Ltd. Todos los derechos reservados.

doi: 10.1016 / j.engfailanal.2005.08.007

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El margen de seguridad para cualquier modo particular de fracaso, "Z" está dada por:

Z cuarta R L

El factor de seguridad global para cualquier modo de falla, 'c' está dado por:

c cuarta R = L

En la práctica, tanto los efectos de resistencia 'R' y los efectos de carga 'L' implicará una serie de variables o mate-

propiedades rial, cada uno de los cuales pueden estar sujetos a incertidumbre o de dispersión. Además, con el fin de comparar la

efectos de carga y resistencia, es necesario disponer de ecuaciones que dan la relación entre ellos para cada po-

Modo tencial de fracaso que predice fracaso cuando R = L. también habrá incertidumbres en este modelado

El margen de seguridad, o, alternativamente, el factor de seguridad, que es apropiado para una aplicación particular

debe tener en cuenta lo siguiente:

 La dispersión o incertidumbre en las variables que forman los datos de entrada para los efectos de carga y resistencia.

 Cualquier incertidumbre en la ecuación utilizada para modelar el fracaso.

 Las consecuencias del fracaso.

 La posibilidad de cargas o mecanismos de fallo que se produzca desconocidos.

 La posibilidad de un error humano causando acontecimientos imprevistos.

1.2. Modos de falla

Los modos potenciales de fallo se pueden dividir en los que causan el fracaso en la sección transversal neta y

los que causan fallo por el crecimiento progresivo de una grieta de la siguiente manera:

Fracaso punta de la grieta fracaso sección Net

Fractura colapso plástico

Doblado Fatiga

Pandeo corrosión Estrés

Fluencia general

Torsión lateral

Nota: la sección transversal neta puede ser reducido por crecimiento de la grieta.

1.3. Tipos de carga

Los tipos de carga que pueden tener que considerarse incluyen los siguientes:

 Efectos permanentes - - peso propio Dead

 Live - impuesto - el servicio

- Oficina / fábrica de suelo de carga

- El movimiento humano

- Presión

- Thermal

- Diferencia de temperatura

 Ambiental - viento, las olas, las mareas, la nieve

 Extreme / accidente - terremoto, el impacto, el fracaso de otros miembros o componente.

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 Nota: Probabilidad de ocurrencia / incertidumbre es diferente para cada caso y la probabilidad global debe ser

obtenida mediante la combinación de las probabilidades para cada modo como eventos independientes.

2. Códigos y normas: fallo del sistema y los efectos de la redundancia en los márgenes de seguridad

2.1. Tensión admisible y estatales límite de códigos de diseño

Es necesario definir exactamente qué constituye fracaso. Códigos y normas se basan generalmente en una de

dos alternativas a este respecto, a saber, «esfuerzo permisible" o "estados límite". En los códigos de tensión admisible, el

intención es que el estrés en las condiciones máximas de carga debe ser superior a la nada el rendimiento de material o

resistencia a la rotura dividida por un factor de seguridad apropiado (típicamente 1,5 de límite elástico o 2,5-3,0 para en última

aparearse fuerza). En el diseño de estado límite, la estructura está diseñada para alcanzar un estado límite definido bajo carga con-

condiciones derivadas de la máxima prevista se multiplicaron por un «factor de carga». Los estados límites usuales son o bien

el último estado en el que la estructura falla real o un estado límite de servicio en el que el rendimiento de

la estructura se deteriora hasta un nivel inaceptable. Con un diseño de estado límite, es una práctica común el uso de 'par-

factores de seguridad ciales ', donde los factores separados cL y CR se aplican a las partes de carga y resistencia de la falla

ecuación, respectivamente. Estos factores CL y CR pueden entonces dividirse aún más a factores de seguridad parciales cL1,

CL2, CL3, CL4 y CR1, CR2, CR3, CR4, etc. aplicadas a las variables individuales para los términos de carga y de resistencia en

la ecuación de fracaso, respectivamente. Esto se discute más adelante.

Códigos de diseño de estado límite han estado en uso en el Reino Unido y algunos países europeos desde hace algunos años. Estas

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