Fatores a serem considerados ao escolher um fator de segurança do projeto

Se uma declividade de aço tem uma resistência de escoamento de 40.000 psi, qualquer tensão acima desse limite resulta em alguma quantidade de deformação permanente. Se o projeto não for para deformar permanentemente indo além do limite de escoamento (verdadeiro para a maioria dos casos), então a tensão máxima permitida nesse caso é de 40.000 psi. Em uma tensão real de 40.000 psi, o fator de segurança é 1.0. Se você deseja um fator de segurança de 2,0, a resistência do material precisa ser de 80.000 psi, ou é preciso alterar o projeto para reduzir a tensão máxima para 20.000 psi.

Na prática comum, as tensões de projeto são limitadas a magnitudes significativamente menores que a resistência de escoamento do material. Por outras palavras, o fator de segurança é significativamente maior que 1,0. O quanto um fator de segurança deve ser maior que 1,0 depende de várias considerações:

• Um fator de segurança é responsável por imprecisões resultantes de suposições, simplificações ou desconhecidos na modelagem, configuração, processos de análise e propriedades de material. Quanto maior o número de suposições que você deve fazer, ou menos seguro você estiver sobre as propriedades e condições presumidas, mais conservador deverá ser o fator de segurança do projeto.
• Um fator de segurança pode fornecer uma tolerância para cargas dinâmicas. Uma carga que é aplicada de repente ou cíclica (isto é, dinâmica) produz mais tensão do que uma análise de tensão estática prevê. É possível exagerar a carga aplicada para considerar os efeitos dinâmicos ou aumentar o fator de segurança necessário.
• Um material sujeito a ciclos de carga repetitivos pode falhar devido à fadiga, em uma tensão significativamente menor que a resistência ao escoamento. Você deve considerar a tensão tolerável reduzida em condições de fadiga (conhecida como limite de resistência do material) ao escolher um fator de segurança do projeto.
• Considere a confiabilidade das propriedades de material presumidas. Uma fundição grande pode conter porosidade ou contaminar que reduzem a resistência do material localmente. Por outro lado, materiais laminados, forjados a quente ou a frio têm uma estrutura de granulação melhorada e suas propriedades são mais confiáveis. A mistura química de um determinado grau de material também pode variar de lote para lote. Você deve aumentar os fatores de segurança do projeto quando tiver menos confiança na confiabilidade das propriedades do material.
• Considere o acabamento da superfície das peças. As imperfeições ao longo de uma superfície bruta podem atuar como áreas de concentração de tensão, aumentando efetivamente a tensão da superfície para algo maior do que a magnitude calculada. Uma superfície de solo e polido ou finamente usinada é superior a uma superfície cortada por chama ou usinada grosseiramente. Aumente o fator de segurança do projeto para considerar acabamentos acidentais.
• Faça uma tolerância para a perda esperada de material e desbaste de superfície devido à corrosão. Estruturas e peças devem permanecer seguras à medida que a deterioração ocorre ao longo do tempo, seja causada por fatores ambientais normais ou por exposição química corrosiva.
• O peso do projeto é de importância crítica, como ao projetar aviões ou o equipamento a bordo? Nesses casos, você não pode ser excessivamente conservador e um fator de segurança de projeto menor é típico. No entanto, você também deve assegurar a melhor precisão possível da configuração do modelo e a confiabilidade das propriedades do material. Este tipo de trabalho de projeto requer que você minimize erros devido a simplificações e suposições.
• Por último, há que considerar as repercussões de um fracasso. Se uma falha de peça não produzir danos consequentes e for fácil de reparar, terá um impacto relativamente baixo. No entanto, se uma falha de peça puder resultar em falha estrutural catastrófica, em ferimentos graves ou em morte, é evidente que se justificam fatores de segurança maiores. Por exemplo, um elevador deve ser projetado usando fatores de segurança mais altos que um suporte usado para montar uma câmera.