Cargas de temperatura en puentes según el Eurocódigo

Bases normativas

La determinación de las acciones térmicas sobre puentes se regula en EN 1991-1-5, sección 6 [1]. Se distingue en primer lugar entre la acción térmica sobre la superestructura de puente (sección 6.1) y la acción térmica sobre pilares de puente (sección 6.2).

Acciones térmicas sobre la superestructura de puente

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

La acción térmica 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 para 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 allí no hay información disponible, puede asumirse T₀ = 10 °C. El valor característico de la máxima modificación negativa (acortamiento) T_N,con debe asumirse como

El valor característico de la máxima modificación positiva (expansión) ∆T_N,exp debe asumirse como La fluctuación total de la parte constante de la temperatura resulta entonces de la siguiente manera:

Determinación de la parte variable vertical de la temperatura

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

Para Alemania se debe aplicar 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 el caso de que la cara superior esté más caliente que la cara inferior, se utiliza una parte lineal con ∆_TM,heat. En el caso de que la cara inferior esté más caliente que la cara 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 pavimento.

Método 2

El método 2 se describe en la sección 6.1.4.2 [1] y las influencias no lineales sobre la parte vertical 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 debería considerarse solo 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 ambas cargas de temperatura se utiliza la siguiente expresión:

o

Deben 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 respectivamente. En la pestaña „Ajustes adicionales“ puede definirse 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 fuego)".

A partir de estos 4 casos de carga, el asistente para combinaciones genera 8 subcombinaciones de carga, 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 a 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 según DIN EN 1991-1-5, sección 6.1.3.3 [1] de T₀ = 10 °C. De ello resultan los siguientes valores para las partes constantes de la temperatura:

∆T_N,con es la máxima modificación negativa. 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 pavimento según EN 1991-1-5, tabla 6.2 [2]. Para el tipo de superestructura 3 (estructura de hormigón – losa) sin pavimento se calculan la parte variable de la temperatura para el caso de carga "cara superior más caliente que la cara inferior" ∆T_M,heat y la parte variable de la temperatura para el caso de carga "cara inferior más caliente que la cara superior" ∆T_M,cool de la siguiente manera:

Estos valores, incluido el factor del espesor del pavimento k_sur, deben ser determinados por el propio usuario y aplicarse después como carga de temperatura lineal. La distribución vertical de la temperatura debe aumentar linealmente de arriba hacia 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 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 de 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 respectivamente 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, el parte constante y el 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 incluyen en los prefactores. Junto con el coeficiente parcial de seguridad y el eventual coeficiente de combinación se forman entonces las subcombinaciones de carga 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 carga se combinan después 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 la temperatura entre diferentes componentes estructurales. Por ejemplo, pueden producirse partes constantes de la temperatura diferentes entre componentes con colores claros y oscuros. Estas tensiones deben aplicarse adicionalmente a las partes constantes de la temperatura. Los valores para las diferentes partes constantes de la temperatura se definen en el Anejo nacional. [1]

Acción térmica sobre pilares de puente

Las acciones térmicas sobre pilares de puente deben considerarse cuando ello provoque fuerzas de torsadura 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]