Coeficientes de seguridad

Los criterios de fallo y los coeficientes de seguridad utilizados en resistencia de materiales y mecánica de

estructuras, son un tema que puede ser relativamente sencillo si se entiende bien, lo cual no siempre ocurre.

Con el tiempo, he ido comprobando que mucha gente no siempre termina de entenderlos correctamente,

bien sea porque al consistir en una sencilla operación algebraica se suelen estudiar menos, o bien por la amplia

variedad de conceptos que subyacen sobre ellos.

Por eso, y ante las numerosas veces que se escucha la pregunta: ¿Cuál de ellos es más conservador? ¿Cuándo

utilizo uno y cuanto utilizo otro? Voy a tratar de proporcionar un par de ideas que a mi entender ayudan a

comprenderlo mejor. Y sobre todo a entender mejor que los coeficientes de seguridad no son un simple

numerito, sino toda una filosofía de diseño. Quiero advertir por ello, que para estudiar realmente con rigor este

es necesario consultar bibliografía más detallada como la que se adjunta al final.

En este post vamos a hablar por tanto de algunas teorías de fallo utilizadas en ingeniería que tratan de predecir

cuando el material colapsará, lo que en muchos casos significará superar el límite elástico y pasar al dominio

plástico. Estas teorías proporcionan grosso modo, un valor de tensión (σe) que es equivalente al inicial dado por

las tres tensiones principales (σ1, σ2, σ3), pero al venir dado por un solo valor, es más fácil de comparar con otros

de referencia.

De esta forma lo que vamos a hacer es básicamente determinar la tensión equivalente mediante algunos de

los criterios, y finalmente dividir la tensión máxima entre esta para así determinar finalmente el coeficiente de

seguridad. Bien, pues después de esta introducción, comencemos.

De manera general, cuando dos o tres de las tensiones principales de un solido deformables 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. Las más utilizadas en función del tipo de material

son:

(1) Materiales dúctiles (como el acero):

Criterio de Tresca (o de la tensión cortante máxima). Es la más conservadora y sencilla y debido a eso es la que

se emplea en la sección III del código ASME (American Society of Mechanical Engineers). La tensión equivalente

es la diferencia entre la tensión máxima y mínima:

Una vez tenemos las tres tensiones principales, según este criterio se tiene que si: σ1 > σ2 > σ3 entonces: