3.2.3.2.3. Acciones térmicas

Al considerar estas acciones se tendrá en cuenta tanto la componente de variación uniforme de temperatura que experimenta el elemento, asociada fundamentalmente al rango anual de la temperatura ambiente en el lugar de su emplazamiento, como las de los gradientes térmicos en las secciones transversales, asociados a variaciones diarias.

Para la determinación de los efectos que producen se considerarán los coeficientes de dilatación térmica de los correspondientes materiales utilizados.

a) Elementos de hormigón y metálicos

a1) Variación uniforme de temperatura

La componente de variación uniforme de temperatura depende de la temperatura efectiva (temperatura media en sus secciones transversales) mínima y máxima que pueda alcanzar el elemento en un periodo de tiempo determinado.

Su valor dependerá de la tipología estructural del elemento, sus dimensiones, los materiales que lo constituyan, y de los valores de la temperatura ambiente de la zona climática en que se vaya a ubicar el puente.

En la figura 7 y en la tabla 7 se indican las zonas climáticas en las que se divide España a efectos de la evaluación de las acciones térmicas.

El valor característico de la variación uniforme anual de temperatura del tablero, DT, diferencia entre los valores medios mínimos y máximos a lo largo del año de la temperatura media en sus secciones transversales, se obtendrá en el caso de tableros de hormigón y metálicos, a partir de la siguiente expresión:

DT = K z^a h^b s^c

siendo:

• z = número árabe que corresponde al número romano que designa a la zona climática (por ejemplo: z = 3 para la zona III).
• h = canto del tablero (m), h_mín < h < h_máx.
• s = separación entre ejes de vigas (m) para tableros de vigas de hormigón; 1,5 m < s < 3,5 m. En otro caso s = 1.

Las constantes K, a, b, c, h_mín y  h_máx se recogen en la tabla 8, para las tipologías transversales de tablero más habituales en el diseño de puentes de hormigón y metálicos.

Para valores de h > h_máx.hmáx, y a falta de estudios específicos, se puede considerar conservadoramente como valor de la variación uniforme anual de la temperatura del tablero, el valor obtenido considerando h = h_máx.. De igual forma, en tableros de vigas de hormigón en los que la separación entre ejes de vigas sea inferior a 1.5, se estará del lado de la seguridad tomando como valor de la variación uniforme anual de la temperatura del tablero, el obtenido a partir de este valor del intereje entre vigas.

TABLA 7
ZONA CLIMÁTICA SEGÚN REGIÓN GEOGRÁFICA

TABLA 8
CONSTANTES PARA LA DETERMINACIÓN DE LA VARIACIÓN UNIFORME DE TEMPERATURA DEL TABLERO

a2) Gradientes térmicos

Se define como gradiente térmico al obtenido a partir de una diferencia de temperatura entre las fibras extremas de una sección transversal del elemento

a2.1) Gradiente térmico vertical positivo del tablero

A efectos de la aplicación de la presente Instrucción, se define como gradiente térmico vertical positivo del tablero la diferencia de temperatura positiva entre la fibra superior y la inferior del tablero dividida por la distancia entre ambas fibras, con unidades, por tanto, de grados Celsius por metro (ºC/m). Esta variación de temperatura se supondrá lineal entre ambas fibras.

A continuación se presenta el método y los pasos a seguir para la obtención de la diferencia de temperaturas entre la fibra superior e inferior de tablero, en adelante DT_SI, a considerar en el dimensionamiento de puentes de hormigón y metálicos en función de la tipología transversal de su tablero. En general se partirá de unos valores de referencia, obtenidos a través de mapas de isolíneas, a los que se aplicará posteriormente unos coeficientes correctores.

a2.1.1) Losa maciza de hormigón

La diferencia de temperatura vertical positiva entre la fibra superior e inferior del tablero, DT_SI, se obtendrá de la expresión:

DT_SI = (K₁· K₂) DT_SI,ref

siendo:

• K₁ = Factor de corrección relativo al canto del tablero (figura 8a).
• K₂ = Factor de corrección relativo al espesor de pavimento bituminoso (figura 8b). En caso de espesor nulo será igual a 1.
• DT_SI,ref = DT_SI de referencia (figura 9).

a2.1.2) Losa aligerada de hormigón

La diferencia de temperatura vertical positiva entre la fibra superior e inferior del tablero, DT_SI, se determinará con la expresión:

DT_SI = (K₁· K₃· K₄) DT_SI,ref

siendo:

• K₁ = factor de corrección relativo al canto del tablero (figura 8a).
• K₃ = factor de corrección relativo a la existencia de aligeramientos (figura 8c).
• K₄ = factor de corrección relativo al espesor de pavimento bituminoso (figura 8d). En caso de espesor nulo será igual a 1.
• DT_SI,ref = DT_SI de referencia (figura 9).

a2.1.3) Cajones de hormigón

La diferencia de temperatura vertical positiva entre la fibra superior e inferior del tablero, DT_SI, se obtendrá a través de la expresión:

DT_SI = (K₁· K₂· K₃) DT_SI,ref

siendo:

• K₁ = factor de corrección relativo al canto del tablero (figura 10a)
• K₂ = factor de corrección relativo a la relación entre el ancho de la losa superior del tablero y el ancho de la losa inferior (figura 10b).
• K₃ = factor de corrección relativo al espesor de pavimento bituminoso (figura 10c). En caso de espesor nulo será igual a 1.
• DT_SI,ref = DT_SI de referencia (figura 11).

a2.1.4) Vigas de hormigón

La diferencia de temperatura vertical positiva entre la fibra superior e inferior del tablero, DT_SI, se obtendrá mediante la relación:

DT_SI = K· DT_SI,ref

siendo:

• K = factor de corrección relativo al canto de las vigas y a la distancia entre ejes de vigas (figura 12).
• DT_SI,ref  = DT_SI de referencia (figura 13).

a2.1.5) Cajones metálicos

La diferencia de temperatura vertical positiva entre la fibra superior e inferior del tablero, DT_SI, se obtendrá por la relación:

DT_SI = K · DT_SI,ref

siendo:

• K = factor de corrección relativo al canto del tablero y a la relación entre el ancho de la chapa superior del tablero y el ancho de la chapa inferior (figura 14).
• DT_SI,ref  = DT_SI de referencia (figura 15).

a2.1.6) Vigas metálicas

La diferencia de temperatura vertical positiva entre la fibra superior e inferior del tablero, DT_SI, se obtendrá por la relación:

DT_SI = K· DT_SI,ref

siendo:

• K = factor de corrección relativo al canto del tablero (figura 16).
• DT_SI,ref = DT_SI de referencia (figura 17).

a2.2) Gradiente térmico vertical inverso o negativo del tablero

Los mayores gradientes térmicos inversos aparecen en las horas previas al amanecer de los meses de invierno, como consecuencia del fenómeno de enfriamiento del tablero. En la tabla 9 se recogen los valores de la diferencia de temperaturas entre las fibras superior e inferior del tablero DT_SI, para la comprobación de tableros de hormigón y metálicos.

TABLA 9
DIFERENCIA DE TEMPERATURA DT_SI (ºC) PARA EL GRADIENTE TÉRMICO VERTICAL INVERSO O NEGATIVO

a.2.3) Gradiente térmico transversal del tablero

Esta acción térmica, inducida por la falta de simetría transversal de la distribución de temperaturas, se tendrá en cuenta cuando pueda incidir radiación solar directa sobre los paramentos laterales del tablero del puente: costeros en puentes losa, almas exteriores en puentes cajón y vigas extremas en puentes de vigas.

Esta situación será la normal en puentes que presenten una orientación próxima a la este-oeste, es decir, aquéllos cuya dirección forme un ángulo inferior a veinticinco grados centesimales (25^g) con la dirección este-oeste.

En la tabla 10 se recogen los valores de la diferencia de temperatura entre las dos caras laterales externas del tablero que se deben considerar en las situaciones anteriormente descritas.

TABLA 10
DIFERENCIA DE TEMPERATURA (ºC) TRANSVERSAL ENTRE LAS DOS CARAS LATERALES EXTERNAS DEL TABLERO PARA EL GRADIENTE TÉRMICO TRANSVERSAL

Tableros de hormigón		Tableros metálicos
lv < 0,5·ha	lv>0,5·ha	lv< 0,5·ha	lv> 0,5·ha
2,5-3,0	0	6,0-8,0	0

 

siendo:

• l_v = longitud del voladizo
• h_a = proyección vertical del paramento lateral del tablero

a2.4) Gradiente local en paredes de secciones en cajón

En el dimensionamiento de las paredes de las células de tableros de sección cajón, especialmente los situados en emplazamientos donde puedan registrarse cambios bruscos de la temperatura ambiente exterior, se considerarán las diferencias de temperaturas (T_int-T_ext) entre sus caras interior y exterior (en contacto con el ambiente) recogidas en la tabla 11.

TABLA 11
DIFERENCIA DE TEMPERATURAS T_int-T_ext (ºC) ENTRE LA CARA INTERIOR Y EXTERIOR DE PAREDES DE SECCIONES EN CAJÓN PARA GRADIENTE LOCAL

Cajones de hormigón		Cajones metálicos
Positiva	Negativa	Positiva	Negativa
14	-6	18	-2

b) Elementos mixtos

El presente apartado se refiere a secciones mixtas constituidas por acero y hormigón. En el caso de que fuesen otros los materiales constituyentes, el proyectista adoptará los criterios que considere oportuno, sometiendo su justificación a la aprobación de la Dirección General de Carreteras.

Debido a las características especiales de estos elementos, para el estudio de los efectos térmicos, independientemente de la ubicación del puente, se considerarán, a partir de una temperatura de montaje que en general se tomará de quince grados Celsius (15ºC), las variaciones térmicas (ºC) que a continuación se indican:

EFECTO	MATERIAL
	Hormigón	Acero
Calentamiento	-20-0,75(e)1/2	35
Enfriamiento	-20+0,75(e)1/2	-35

 

donde e (cm) es el espesor ficticio de las secciones parciales de hormigón, que se deducirá de la expresión:

e=B/(P/2)

siendo:

• B = área de la sección de la pieza (m²).
• P = perímetro de la misma sección (m).

c) Casos especiales

En el caso de puentes constituidos por tableros atirantados o que contengan péndolas metálicas, se puede producir una diferencia de temperatura entre los tirantes o péndolas y el resto de los elementos del tablero. Este hecho se tendrá en cuenta considerando una diferencia de temperatura entre tirantes y péndolas metálicas y el resto de elementos de:

• Diferencia positiva: T_tirantes - T_{resto puente} = +33ºC
• Diferencia negativa: T_tirantes - T_{resto puente} = -10ºC

En caso de que los tirantes o péndolas estén pintados de un color poco absorbente de la luz solar, se podrá reducir la diferencia positiva indicada hasta un mínimo de dieciocho grados Celsius (+18ºC).