Qu'est-ce qu'un coefficient de sécurité en calcul RDM?

Définition du Coefficient de Sécurité en calcul RDM (Résistance des Matériaux)

Le coefficient de sécurité ou marge de sécurité, appliqué sur le chargement maximum prévu que devra subir la structure, doit garantir la tenue de cette structure. 

Le coefficient de sécurité est donc un facteur multiplicateur appliqué sur le chargement normal maximum prévu pour tenir compte des incertitudes liées aux variations qui peuvent affecter les caractéristiques mécaniques d'un matériau et des défauts de fabrication de la structure. Cela permet de s'assurer que les structures sont sûres même en cas de conditions imprévues, de caractéristiques matériaux hors spécifictions, d'erreurs de calcul, de défauts de fabrication...
Ce coefficient est le rapport entre la charge ultime à ne jamais dépasser et la charge de service normale prévue au cahier des charges :

Coefficient de Sécurité = Charge ultime / Charge de Service normale.

Quelles sont les incertitudes?

• Les Matériaux : les caractéristiques mécaniques des matériaux, module d'Young, Re, Rm, A%, peuvent varier en fonction de nombreux facteurs, notamment les défauts dans le matériau et les variations des paramètres de fabrication. Le coefficient de sécurité permet de compenser ces variations.
• Les erreurs de calcul : Les calculs de RDM sont basés sur des modèles théoriques qui peuvent simplifier la réalité. Des approximations peuvent être faites, et des erreurs humaines sont toujours possibles. Le coefficient de sécurité intègre une marge pour ces erreurs potentielles.
• Conditions Imprévues : les structures peuvent être soumises à des charges imprévues ou à des conditions d'utilisation différentes de celles pour lesquelles elles ont été conçues, voire un détournement d'usage. Le coefficient de sécurité garantit que même dans ces situations, la structure reste sûre.
  
  

Comment déterminer le Coefficient de Sécurité ?

La détermination du coefficient de sécurité dépend de plusieurs facteurs :

• Nature du Projet : le secteur d'activité dans lequel le projet sera exploité influence le coefficient de sécurité. Les structures critiques, telles celles au levage, ou les ponts et bâtiments de grande hauteur, nécessitent des coefficients de sécurité plus élevés par rapport aux structures dont les risques de défaillances sont sans conséquences, ni humaine ni matérielle.
• Type de Matériau : les matériaux, en fonction de leurs processus de fabrication, ont des intervales de tolérances différents. Exemple entre un béton et un acier.
• Normes et Règlementations : les codes de construction (Eurocodes) et les normes spécifient les coefficients de sécurité nécessaires à la conceptin et aux calculs. Ces normes sont établies pour garantir un niveau de sécurité optimum en fonction d'une utilisation normale.
• Conditions d’Utilisation : la façon dont une structure sera utilisée et les charges auxquelles elle sera soumise influencent également le choix du coefficient de sécurité. Des charges variables ou des conditions extrêmes peuvent nécessiter un coefficient de sécurité plus élevé.
  
  

 Conclusion

Le coefficient de sécurité est un élément fondamental du calcul en Résistance des Matériaux. Il joue un rôle crucial dans la conception et l’évaluation des structures par calcul pour garantir qu'elles restent sûres et fonctionnelles même en cas de conditions imprévues ou d’erreurs. En intégrant une marge de sécurité appropriée, nous pouvons minimiser les risques de défaillance et garantir la sécurité des personnes qui les exploitent et la sécurité de ces structures.

À noter qu'en ingénierie mécanique, nous utilisons ces notions de critère de tenue et de coefficient de sécurité.

Le critère de tenue est défini en fonction du type de sollicitation :

• tenue statique, notamment pour la tenue en fatigue : critère Rp0.2 ou Re 
• risque de rupture ou évaluation de l'effort de rupture : critère Rm, calcul statique non linéaire exploitant la loi d'écrouissage complète du matériau
• tenue au flambage : critère d'Euler
• crash : critères Re ou Rm issus des essais de Hopkinson
  
  

Le coefficient de sécurité est une marge en effort (et donc en contraintes).

Quand vous discuterez avec votre ingénieur calcul préféré, donc de chez Mécastyle!, ce dernier évoquera d’abord, en fonction de votre projet, le type de tenue, est-ce une tenue fatigue donc critère statique Re ou Rp0.2, un risque de rupture, donc critère statique Rm, un flambage donc critère d’Euler, un crash donc critères Re ou Rm issus des essais de Hopkinson…
Puis, en fonction de votre projet, de son application et des normes, il vous parlera de coefficient de sécurité à appliquer sur l’effort normal de service prévu au CDC pour garantir l'intégrité de votre structure.