Hay varias formas de comparar el factor de seguridad de las estructuras. Todos los cálculos diferentes miden fundamentalmente lo mismo: cuánta carga adicional más allá de lo previsto soportará realmente una estructura (o se le exigirá que la soporte). La diferencia entre los métodos es la forma de calcular y comparar los valores. Los valores del factor de seguridad pueden considerarse una forma estandarizada de comparar la resistencia y la fiabilidad entre sistemas.
El uso de un factor de seguridad no implica que un artículo, estructura o diseño sea «seguro». Muchos factores de garantía de calidad, de diseño de ingeniería, de fabricación, de instalación y de uso final pueden influir en que algo sea seguro o no en una situación concreta.
Factor de diseño y factor de seguridadEditar
La diferencia entre el factor de seguridad y el factor de diseño (factor de seguridad de diseño) es la siguiente: El factor de seguridad, o tensión de fluencia, es lo que realmente podrá soportar la pieza diseñada (primer «uso» desde arriba). El factor de diseño, o tensión de trabajo, es lo que el artículo debe ser capaz de soportar (segundo «uso»). El factor de diseño se define para una aplicación (generalmente se proporciona por adelantado y a menudo se establece por los códigos de construcción reguladores o la política) y no es un cálculo real, el factor de seguridad es una relación de la resistencia máxima a la carga prevista para el elemento real que fue diseñado.
Factor de seguridad = tensión de fluencia tensión de trabajo {displaystyle {\text{Factor de seguridad}}={frac {text{tensión de fluencia}}{text{tensión de trabajo}}}}
- Carga de diseño es la carga máxima que la pieza debe ver en servicio.
Por esta definición, una estructura con un FOS de exactamente 1 soportará sólo la carga de diseño y no más. Cualquier carga adicional hará que la estructura falle. Una estructura con un FOS de 2 fallará al doble de la carga de diseño.
Margen de seguridadEditar
Muchos organismos gubernamentales e industrias (como la aeroespacial) requieren el uso de un margen de seguridad (MoS o M.S.) para describir la relación entre la resistencia de la estructura y los requisitos. Existen dos definiciones distintas del margen de seguridad, por lo que hay que tener cuidado para determinar cuál se utiliza para una aplicación determinada. Uno de los usos de M.S. es como medida de capacidad, como FoS. El otro uso de M.S. es como medida de satisfacción de los requisitos de diseño (verificación de requisitos). El margen de seguridad puede conceptualizarse (junto con el factor de reserva que se explica a continuación) para representar la cantidad de capacidad total de la estructura que se mantiene «en reserva» durante la carga.
M.S. como medida de la capacidad estructural: Esta definición de margen de seguridad que suele aparecer en los libros de texto describe qué carga adicional más allá de la carga de diseño puede soportar una pieza antes de fallar. En efecto, se trata de una medida del exceso de capacidad. Si el margen es 0, la pieza no soportará ninguna carga adicional antes de fallar; si es negativo, la pieza fallará antes de alcanzar su carga de diseño en servicio. Si el margen es 1, puede soportar una carga adicional de fuerza igual a la carga máxima que fue diseñada para soportar (es decir, el doble de la carga de diseño).
Margen de seguridad = carga de fallo carga de diseño – 1 {\displaystyle {\text{Margen de seguridad}}= {\frac {\text{carga de fallo}} {\text{carga de diseño}}-1}
Margen de seguridad = factor de seguridad – 1 {\displaystyle {\text{Margen de seguridad}}={text{factor de seguridad}}-1}
M.S. como medida de verificación de requisitos: Muchas agencias y organizaciones como la NASA y la AIAA definen el margen de seguridad incluyendo el factor de diseño, es decir, el margen de seguridad se calcula después de aplicar el factor de diseño. En el caso de un margen de 0, la pieza tiene exactamente la resistencia requerida (el factor de seguridad sería igual al factor de diseño). Si hay una pieza con un factor de diseño requerido de 3 y un margen de 1, la pieza tendría un factor de seguridad de 6 (capaz de soportar dos cargas iguales a su factor de diseño de 3, soportando seis veces la carga de diseño antes de fallar). Un margen de 0 significaría que la pieza pasaría con un factor de seguridad de 3. Si el margen es inferior a 0 en esta definición, aunque la pieza no fallará necesariamente, el requisito de diseño no se ha cumplido. La conveniencia de este uso es que, para todas las aplicaciones, un margen de 0 o superior significa que se aprueba; no es necesario conocer los detalles de la aplicación ni compararlos con los requisitos; basta con echar un vistazo al cálculo del margen para saber si el diseño se aprueba o no. Esto es útil para la supervisión y revisión en proyectos con varios componentes integrados, ya que los diferentes componentes pueden tener varios factores de diseño involucrados y el cálculo del margen ayuda a evitar la confusión.
Factor de seguridad de diseño =
Margen de seguridad = carga de fallo carga de diseño × factor de seguridad de diseño – 1 {\displaystyle {\text{Margen de seguridad}}={frac {\text{carga de fallo}}{text{carga de diseño × factor de seguridad de diseño}}-1}
Margen de seguridad = factor de seguridad realizado factor de seguridad de diseño – 1 {\displaystyle {\text{Margen de seguridad}}={frac {\text{factor de seguridad realizado}}{text{factor de seguridad de diseño}}-1}
Para que un diseño tenga éxito, el factor de seguridad realizado debe ser siempre igual o superior al factor de seguridad de diseño, de modo que el margen de seguridad sea mayor o igual a cero. El margen de seguridad se utiliza a veces, aunque con poca frecuencia, en forma de porcentaje, es decir, un M.S. de 0,50 equivale a un M.S. del 50%. Cuando un diseño satisface esta prueba se dice que tiene un «margen positivo» y, por el contrario, un «margen negativo» cuando no lo hace.
En el ámbito de la seguridad nuclear (tal y como se aplica en las instalaciones propiedad del gobierno de Estados Unidos) el margen de seguridad se ha definido como una cantidad que no puede reducirse sin una revisión por parte de la oficina gubernamental de control. El Departamento de Energía de EE.UU. publica el documento DOE G 424.1-1, «Implementation Guide for Use in Addressing Unreviewed Safety Question Requirements» como guía para determinar cómo identificar y determinar si un margen de seguridad se reducirá por un cambio propuesto. La guía desarrolla y aplica el concepto de un margen de seguridad cualitativo que puede no ser explícito o cuantificable, pero que puede evaluarse conceptualmente para determinar si se producirá un aumento o una disminución con un cambio propuesto. Este enfoque es importante cuando se examinan diseños con márgenes grandes o indefinidos (históricos) y aquellos que dependen de controles «blandos», como los límites o requisitos programáticos. La industria nuclear comercial estadounidense utilizó un concepto similar en la evaluación de los cambios planificados hasta 2001, cuando se revisó la norma 10 CFR 50.59 para captar y aplicar la información disponible en los análisis de riesgos específicos de las instalaciones y otras herramientas cuantitativas de gestión de riesgos.
Factor de reservaEditar
Una medida de resistencia utilizada frecuentemente en Europa es el factor de reserva (RF). Con la resistencia y las cargas aplicadas expresadas en las mismas unidades, el Factor de Reserva se define de una de las dos maneras, dependiendo del sector:
FRF = resistencia a la prueba/carga a la prueba
FRF = resistencia a la última/carga a la última
Las cargas aplicadas tienen muchos factores, incluidos los factores de seguridad aplicados.