Cargas de temperatura en puentes según el Eurocódigo

Bases normativas

La determinación de los efectos de la temperatura en puentes se regula en EN 1991-1-5, sección 6 [1]. En primer lugar, se distingue entre el efecto de la temperatura en la superestructura de puente (sección 6.1) y el efecto de la temperatura en los pilares del puente (sección 6.2).

Efectos de la temperatura en la superestructura del puente

Las superestructuras de puente se clasifican en los siguientes tres tipos:

El efecto de la temperatura se compone de una parte constante y una parte variable de la temperatura. [1]

Determinación de la parte constante de la temperatura

La parte constante de la temperatura se determina según EN 1991-1-5, sección 6.1.3 [1]. En función del tipo de superestructura, se determinan los valores característicos de la temperatura mínima del aire exterior T_e,min y la temperatura máxima del aire exterior T_e,max. La temperatura de montaje T₀ se define en el Anejo nacional. Si no hay información disponible allí, se puede asumir T₀ = 10 °C. El valor característico del cambio negativo máximo (acortamiento) T_N,con debe asumirse como

. El valor característico del cambio positivo máximo (expansión) ∆T_N,exp debe asumirse como . La variación total de la parte constante de la temperatura resulta, por lo tanto, de la siguiente manera:

Determinación de la parte variable de la temperatura en vertical

Debido al calentamiento (p. ej., radiación solar durante el día) y al enfriamiento (p. ej., contacto con precipitaciones) de la parte superior de la superestructura del puente, se produce una diferencia de temperatura vertical. Esta puede provocar tensiones dentro de la estructura. Para la determinación de la parte variable de la temperatura en vertical hay dos métodos disponibles. La elección del método que debe aplicarse en un país puede definirse en el Anejo nacional [1].

Para Alemania debe aplicarse el método 1 [2].

Método 1

El método 1 se describe en EN 1991-1-5, sección 6.1.4.1 [1]. La diferencia de temperatura vertical es lineal en este caso. En el caso de que la cara superior esté más caliente que la inferior, se utiliza una parte lineal con ∆_TM,heat. En el caso de que la cara inferior esté más caliente que la superior, se utiliza una parte lineal con ∆_TM,cool. Los valores ∆T_M,heat y ∆T_M,cool se rigen por el Anejo nacional y dependen del tipo de superestructura así como del espesor del revestimiento superficial.

Método 2

El método 2 se describe en la sección 6.1.4.2 [1] y los efectos no lineales sobre la parte variable de la temperatura. Las diferencias de temperatura verticales se rigen por el Anejo nacional y dependen del tipo de superestructura así como del sistema estructural.

Determinación de la parte horizontal de la temperatura

Una parte horizontal de la temperatura solo debería considerarse en casos excepcionales [1].

Consideración simultánea de partes constantes y variables de la temperatura

La ocurrencia simultánea de una carga de temperatura constante y variable puede interpretarse como una combinación de cargas. Como combinación de las dos cargas de temperatura se utiliza la siguiente expresión:

o

En este caso, debe elegirse la expresión más desfavorable. Los valores numéricos de ω_N y ω_M se definen en el Anejo nacional [1].

En el modelo de RFEM 6/RSTAB 9 deben crearse casos de carga propios para ∆T_N,exp, ∆T_N,con, ∆T_M,heat y ∆T_M,cool. En la pestaña "Ajustes adicionales" se puede definir entonces si la carga de temperatura es una parte constante (∆T_N) o una parte variable de la temperatura (∆T_M). Este ajuste debe realizarlo el usuario manualmente. La pestaña "Ajustes adicionales" aparece solo cuando se han creado al menos dos casos de carga de la categoría de acción "Temperatura (sin incendio)".

A partir de estos 4 casos de carga, el asistente para combinaciones genera entonces 8 subcombinaciones de cargas, que luego se combinan con los demás casos de carga para formar combinaciones de cargas.

• ∆T_M,heat + ω_N · ΔT_N,exp
• ∆T_M,cool + ω_N · ΔT_N,exp
• ∆T_M,heat + ω_N · ΔT_N,con
• ∆T_M,cool + ω_N · ΔT_N,con
• ω_M · ∆T_M,heat + ΔT_N,exp
• ω_M · ∆T_M,cool + ΔT_N,exp
• ω_M · ∆T_M,heat + ΔT_N,con
• ω_M · ∆T_M,cool + ΔT_N,con

Ejemplo de aplicación

En el ejemplo de aplicación se utilizan, para los valores definidos en los Anejos nacionales, los valores recomendados del Comité Europeo de Normalización (CEN).

La superestructura consiste en una losa de hormigón armado (tipo 3). Para las temperaturas características del aire exterior T_min y T_max se utilizan los valores de DIN EN 1991-1-5 NA, NDP de 6.1.3.2 (1) [2]. Las partes constantes de temperatura máximas y mínimas se calculan según el esquema recomendado en la Imagen 6.1 [1]:

Como valor de montaje se utiliza el valor recomendado de T₀ = 10 °C según DIN EN 1991-1-5, sección 6.1.3.3 [1]. De ello resultan los siguientes valores para las partes constantes de temperatura:

∆T_N,con corresponde al cambio negativo máximo. En consecuencia, en el modelo debe aplicarse una carga de temperatura constante de T_c = –26 °C.

La parte lineal variable se determina según el método 1. Se utilizan los valores recomendados según EN 1991-1-5, Tabla 6.1 [2] y se multiplican por el factor k_sur para considerar diferentes espesores de revestimiento superficial según EN 1991-1-5, Tabla 6.2 [2]. Para el tipo de superestructura 3 (estructura de hormigón – losa) sin revestimiento, la parte variable de temperatura para el caso de carga "cara superior más caliente que la inferior" ∆T_M,heat y la parte variable de temperatura para el caso de carga "cara inferior más caliente que la superior" ∆T_M,cool se calculan de la siguiente manera:

Estos valores, incluido el factor de espesor de revestimiento superficial k_sur, deben ser determinados por el propio usuario y aplicarse luego como carga de temperatura lineal. La distribución vertical de la temperatura debe aumentar linealmente de arriba a abajo para el caso de carga T_M,cool. En consecuencia, para este caso de carga debe aplicarse en el modelo una carga de temperatura lineal de ∆T = –8,8 °C.

De acuerdo con las recomendaciones del CEN según el Eurocódigo 0 [3], el coeficiente parcial de seguridad para las cargas de temperatura en puentes carreteros se define con γ_Q = 1,5 y el coeficiente de combinación con ψ₀ = 0,6.

Para la consideración simultánea de partes constantes y variables de la temperatura se utilizan los valores recomendados ω_N = 0,35 y ω_M = 0,75 según EN 1991-1-5, sección 6.1.5 [2]. Los valores se rigen por el Anejo nacional seleccionado para el asistente para cargas (Imagen 2).

Para las partes de temperatura

• ∆T_N,con (T_c = –26 °C, ∆T = 0)
• ∆T_N,exp (T_c  = 27 °C, ∆T = 0)
• ∆T_M,heat (T_c = 0, ∆T = 12 °C)
• ∆T_M,cool (T_c = 0, ∆T = -8,8 °C)

se crea un caso de carga propio para cada una y en cada caso de carga se aplica una carga superficial del tipo "Temperatura" a la superficie de la superestructura. En este ejemplo de aplicación se considera además el peso propio (caso de carga 1) y se aplica una carga de tráfico (caso de carga 2).

Los casos de carga ∆T_N,con y ∆T_N,exp se definen según la Imagen 1 como parte constante de la temperatura T_N. Los casos de carga ∆T_M,heat y ∆T_M,cool se definen según la Imagen 1 como parte variable de la temperatura T_M.

Si el asistente para combinaciones está activado, la parte constante y la parte variable de la temperatura se combinan automáticamente entre sí con los demás casos de carga. En ello, los valores ω_N y ω_M se integran en los factores de prefactorización. Junto con el coeficiente parcial de seguridad y el eventual coeficiente de combinación, se forman entonces las subcombinaciones de cargas descritas en el capítulo anterior.

• (ψ₀ · γ_Q,T) · (ω_N · ΔT_N,exp + ∆T_M,heat)
• (ψ₀ · γ_Q,T) · (ΔT_N,exp + ω_M · ∆T_M,heat)
• (ψ₀ · γ_Q,T) · (ω_N · ΔT_N,exp + ∆T_M,cool)
• (ψ₀ · γ_Q,T) · (ΔT_N,exp + ω_M · ∆T_M,cool)
• (ψ₀ · γ_Q,T) · (ω_N · ΔT_N,con + ∆T_M,heat)
• (ψ₀ · γ_Q,T) · (ΔT_N,con + ω_M · ∆T_M,heat)
• (ψ₀ · γ_Q,T) · (ω_N · ΔT_N,con + ∆T_M,cool)
• (ψ₀ · γ_Q,T) · (ΔT_N,con + ω_M · ∆T_M,cool)

con ψ₀=0,6; γ_Q,T=1,5; ω_N=0,35 y ω_M=0,75

Las subcombinaciones de cargas se combinan luego con los demás casos de carga para formar combinaciones de cargas (Imagen 5).

Como ejemplo, la combinación de cargas 3 se muestra completamente desglosada en la Imagen 5:

Diferencia de temperatura constante entre diferentes componentes estructurales

También deben considerarse las tensiones desfavorables debidas a diferentes partes constantes de temperatura entre diferentes componentes estructurales. Por ejemplo, pueden producirse partes constantes de temperatura diferentes entre componentes estructurales con colores claros y colores oscuros. Estas tensiones deben aplicarse adicionalmente a las partes constantes de temperatura. Los valores para las diferentes partes constantes de temperatura se definen en el Anejo nacional. [1]

Efecto de la temperatura en los pilares del puente

Los efectos de la temperatura en los pilares del puente deben considerarse cuando esto provoca fuerzas de coacción o movimientos en las estructuras contiguas. Para pilares y muros debe aplicarse una diferencia de temperatura lineal variable entre las caras exteriores. Las diferencias de temperatura se definen en el Anejo nacional. [2]