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Coefficienti di sicurezza cosa sono

Coefficienti di sicurezza: cosa sono e come utilizzarli

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I coefficienti di sicurezza garantiscono che le strutture siano progettate per resistere alle sollecitazioni senza comprometterne l’integrità. Ecco come usarli

Il compito dell’ingegneria strutturale è garantire che ogni struttura presenti un adeguato margine di sicurezza per affrontare le potenziali sfide, come variazioni dei carichi, imperfezioni nella costruzione o invecchiamento dei materiali nel corso del tempo. L’utilizzo di opportuni coefficienti di sicurezza nella progettazione strutturale è fondamentale per raggiungere questo obiettivo.

Qui di seguito ci concentreremo sull’importanza di questi parametri. Capiremo cosa sono i coefficienti di sicurezza e come utilizzarli al fine di progettare strutture che siano in grado di resistere ai carichi agenti e alle sollecitazioni senza subire collassi o danni.

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Che cosa sono i coefficienti di sicurezza?

In linea generale, il termine “coefficiente di sicurezza” si riferisce a un parametro utilizzato in ingegneria, progettazione e altri campi tecnici per valutare il grado di sicurezza e affidabilità di un sistema, ovvero, la sua capacità di operare in modo sicuro, considerando eventuali incertezze o variabilità nei dati o nelle condizioni di funzionamento.

Nell’ingegneria strutturale, i coefficienti di sicurezza sono intesi come fattori moltiplicativi che vengono applicati ai carichi di progetto e alle resistenze strutturali al fine di garantire un margine di sicurezza adeguato. Questi parametri tengono conto dell’estrema variabilità nei valori di carico e resistenza reali, rispetto ai valori di progetto stabiliti. In altre parole, permettono di considerare le condizioni effettive di funzionamento di una struttura, che possono differire dalle condizioni di progetto previste.

È importante sottolineare che i coefficienti di sicurezza possono variare in base alle normative tecniche e agli standard di progettazione adottati nei diversi paesi o settori. È essenziale, pertanto, seguire scrupolosamente le indicazioni e linee guida previste per l’area geografica in cui viene effettuata la progettazione strutturale. In Italia, il principale riferimento normativo per il corretto utilizzo dei coefficienti di sicurezza è rappresentato dalle NTC 2018, le norme tecniche nelle quali sono definiti i criteri da seguire per il progetto, l’esecuzione e il collaudo delle costruzioni.

A cosa servono i coefficienti di sicurezza?

I coefficienti di sicurezza sono parametri adottati nell’ambito dell’ingegneria strutturale per valutare la capacità di una struttura portante di resistere in modo sicuro a carichi e sollecitazioni. Questi coefficienti riflettono il rapporto tra la capacità massima di carico (o la resistenza) di un elemento strutturale e il carico massimo (o la sollecitazione) a cui la struttura sarà sottoposta durante la sua vita utile.

La loro funzione principale è quella di garantire che la struttura sia in grado di sopportare i carichi previsti senza subire collassi o danni. Questi coefficienti tengono conto dei molteplici fattori che possono influenzare la sicurezza strutturale, come le imperfezioni dei materiali, le variazioni nei carichi di progetto e le condizioni ambientali.

I coefficienti di sicurezza consentono, quindi, di gestire al meglio il rischio associato alla progettazione strutturale. Forniscono un margine di sicurezza che tiene conto delle incertezze e delle variabilità al fine di garantire che una struttura sia capace di fronteggiare situazioni impreviste o condizioni avverse. Ciò significa che anche in presenza di carichi o resistenze leggermente superiori o inferiori rispetto ai valori di progetto, la struttura rimarrà sicura e affidabile.

Classificazione ed esempi sull’utilizzo di coefficienti di sicurezza

I coefficienti di sicurezza comunemente utilizzati nella progettazione strutturale si dividono in:

  1. coefficienti di sicurezza sulla resistenza: vengono applicati alle resistenze di progetto dei materiali strutturali, come il calcestruzzo o l’acciaio, per diminuirne il valore a vantaggio della sicurezza. Permettono di considerare l’incertezza dovuta alla variabilità delle proprietà dei materiali, della qualità della produzione e di altri fattori che possono influenzare la resistenza reale dei materiali rispetto ai valori di progetto. Per verificare la resistenza di una colonna in acciaio, si inizia determinando la resistenza di progetto dell’acciaio, che dipende dalle proprietà del materiale e dalla sezione trasversale della colonna. Successivamente, si applica il coefficiente di sicurezza alla resistenza di progetto per ottenere la resistenza di calcolo. Ad esempio, se la resistenza di progetto dell’acciaio è di 200000 kN/m2, e il coefficiente di sicurezza totale è 1,1, allora la resistenza di calcolo sarà di 200000 kN/m2 / 1,1 = 181800 kN/m2;
  2. coefficienti di sicurezza sul carico: questi coefficienti vengono applicati ai carichi parziali considerati nel processo di progettazione strutturale. Sono utilizzati per tenere conto delle incertezze nei valori reali dei carichi, poiché questi possono variare in modo imprevedibile durante la vita utile della struttura. Le azioni di progetto possono includere il peso proprio della struttura, i carichi permanenti (come le pareti, le pavimentazioni, ecc.) e i carichi variabili (come il carico di esercizio, il carico del vento, ecc.). Di solito, i coefficienti di sicurezza parziali sono maggiori di 1 per fornire un margine di sicurezza adeguato. Ad esempio, se il carico di progetto è di 100 kN e viene applicato un coefficiente di sicurezza parziale di 1,5, il carico di progetto effettivo utilizzato nel calcolo strutturale sarà di 150 kN.
Coefficienti di sicurezza

Classificazione dei coefficienti di sicurezza

La differenza tra coefficienti di sicurezza parziali e globali

I coefficienti appena descritti vengono definiti coefficienti di sicurezza parziali, poiché applicati a specifici carichi e resistenze durante il processo di progettazione strutturale. Questo termine riflette il fatto che non è applicato un singolo coefficiente di sicurezza globale per l’intera struttura, ma diversi coefficienti di sicurezza parziali per ciascun carico e ciascuna resistenza considerati nella progettazione.

Dal momento che risulta difficile prevedere con precisione la variabilità dei materiali e delle condizioni di carico, l’ingegnere strutturista utilizza coefficienti di sicurezza parziali per introdurre un margine di sicurezza appropriato a ciascun aspetto specifico della progettazione. Ad esempio, si potrebbe avere un coefficiente di sicurezza parziale applicato ai carichi permanenti e un altro ai carichi accidentali. Lo stesso principio si adotta per le resistenze. È possibile, infatti, utilizzare coefficienti di sicurezza parziali diversi per il calcestruzzo, l’acciaio, il legno, ecc.

I coefficienti di sicurezza globali si differenziano da quelli parziali in quanto considerano sia la resistenza del materiale che i carichi applicati. Sono spesso il risultato del rapporto tra la resistenza ultima del materiale e il carico massimo previsto. Questi coefficienti rappresentano il margine globale di sicurezza della struttura e includono tutte le incertezze e le variabilità considerate durante la progettazione. Il loro scopo è quello di garantire che la costruzione abbia una robustezza generale sufficiente per far fronte a tutte le possibili situazioni di carico senza comprometterne l’integrità.

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