En este objeto de aprendizaje se introducirán los conceptos de esfuerzo último y factor de seguridad, los cuales determinan la confiabilidad de una estructura.
Concepto de esfuerzo
Esfuerzo último y factor de seguridad
Un factor importante que se debe considerar en el diseño de piezas y estructuras es la cantidad de carga o esfuerzo que el material usado puede soportar. Existe una serie de pruebas que nos da estadísticas del comportamiento de un material sujeto a esfuerzo normal, de corte, etcétera.
En el caso del esfuerzo normal, existirá una carga máxima antes de que el material falle (se rompa), esto significa que el material estará sometido a lo que se conoce como esfuerzo último normal, también conocido como resistencia última de tensión:
donde A representa el área de la probeta usada en las pruebas. Una cantidad semejante es la resistencia última de corte, también determinada estadísticamente para cada material.
El máximo esfuerzo al que son sometidos los elementos estructurales o de maquinaria, en condiciones normales de uso, tiene que ser considerablemente más pequeño que los esfuerzos últimos. A esta cantidad se le denomina carga permisible o esfuerzo permisible. La relación de capacidad entre el esfuerzo último y el esfuerzo permisible determina la capacidad remanente en el elemento para soportar más carga y asegurar su desempeño seguro. Esta relación es llamada factor de seguridad.
Factor de seguridad
El factor de seguridad es un número mayor a la unidad, el cual se determina con base en diversas consideraciones en el uso de una estructura, como:
- Variaciones en las propiedades del elemento.
- Número de cargas esperadas en el ciclo de vida (fatiga).
- Tipo de cargas.
- Tipo de falla que pudiera ocurrir.
- Incertidumbre en los métodos de análisis.
- Deterioro normal e inevitable.
- Importancia del elemento en la estructura.