GRADIENTE DE TEMPERATURA en puentes - Manual de Diseño de Puentes MTC

[bmx]

Buenas. En el manual de puentes del MTC se brindan distribuciones bilineales de las variaciones de temperatura en las fibras del tablero de acuerdo a la profundidad de la misma (GRADIENTE DE TEMPERATURA). Mi duda es porque son tan altas estas temperaturas. En la selva por ejemplo se tienen valores de 50°C en la zona superior del tablero, bajando a 20°C en 10cm, terminando en 0°C en 300mm adicionales. Los momentos flectores resultan en valores muy grandes.

PORQUE 50°C ? Me parece irreal este valor, o en todo caso cual es la idea de aplicación de estos valores.

[Rapaig]

Bmx,


El problema con las temperaturas sería en los puentes integrales y semi-integrales, en zona de losa de continuidad, que une la superestructura con el  estribo. Y en efecto, la armadura para absorber estos gradientes de temperatura suele ser muy alta.


Pero en el caso de puentes simplemente apoyados sobre placas de apoyo, estas deberían ser capaces de absorber la deformación lineal por temperatura, junto con la sísmica, es decir :


Delta permitida por apoyo = Delta por tº/2 + Delta sísmico


Saludos!

[bmx]

Rapaig, gracias por comentar. Queda claro que en los puentes simplemente apoyados se puede generar momento negativo (gradiente positiva) o positivo (gradiente negativa) pero por lo general originan pequeños esfuerzos. Con respecto a los integrales tienes toda la razón y es un tema interesante a discutir.

Pero no hago referencia a las juntas en los puentes simplemente apoyados, sino me refiero al diagrama de momentos flectores en los tableros de los puente continuos, sean vigas acero-losa de concreto o tableros puramente de concreto. En puentes continuos se pueden incrementar los momentos negativos por el gradiente de temperatura, siendo importante considerarlos porque por lo general es en las zonas de pilas donde muchas veces el diseño prevalece.

Mas allá de esto, me interesan los elevados valores de temperatura definidos en el gradiente... hablamos de 30 a 50°C... que abuso!. Se debe notar que los valores del MTC están en el orden de los especificados en el AASHTO.

En todo caso, cual es la justificación de estos valores?

Se agradecen los comentarios.

[Rapaig]

Bmx,


La continuidad de tableros sobre cepas (pilas), puede hacerse de dos maneras:


1º La continuidad del tablero es completa tanto a nivel de vigas como losa, en esta situación se genera un aumento de la viga (cartela), que absorbe parte de los momentos negativos, no obstante, no quita que la concentración de aceros sea alta.


2º Continuidad del tablero solo mediante una losa, es común por temas de no realizar mantenimientos, la instalación de lo que acá llamamos losa de continuidad que se construye como hormigón de 2º o 3º etapa. Esta presenta grandes cuantías de acero (concentración), ya que requiere refuerzo especial para flexión y por efectos de temperatura que son menores.


Otro punto es la continuidad sobre estribos, en este caso se plantea lo que te indico más arriba, corresponde a puentes de tipo integral o semi-integral.


Ahora cuando tienes cepas, y hay continuidad en cepas y estribos, el refuerzo requerido por efectos de gradientes de temperatura son bastantes altos, dependiendo del largo del puente, temperatura ambiente, entre otras situaciones. Aquí puede ocurrí que la cuantía de acero sea superior a la máxima, en este caso no quedará más que descartar la opción de puentes integrales sobre los estribos, y colocar placas de apoyo para absorber los cambios de tº.


Saludos!




PD: Adjunta los valores o la página del MTC.

[eduardo]

bmx:
Eso de 50 oC grados de GRADIENTE debe ser un error. El AASHTO LRFD pone gradientes mucho menores en grados Farenheit (mira el art. 3.12.3 del AASHTO LRFD 2012).

El Eurocódigo (EC 1-5) trabaja con valores de unos 15 oC.

Eso debe referirse a diferencias entre temperatura máxima y mínima TOTALES del puente.

Cuando pensamos en cargas (propiamente, coacciones ) por temperatura, pensamos habitualmente en cargas como las de tráfico, que pueden aparecer en un periodo relativamente breve. El proceso de cambio de temperatura de un puente es un proceso gradual, cíclico (no es como meter una pizza al horno, por así decirlo).

La temperatura varía en realidad por ciclos: ciclo diario, en los que la temperatura varia hasta unos 5 o 10 grados. Ciclos anuales, con máximos y mínimos . Y el ciclo completo de vida del puente, en que se presenta UNA VEZ  el máximo y UNA VEZ  el mínimo. Cuando te mencionan máximos y mínimos en el reglamento, te hablan de esos valores extremos, que no se espera que coincidan con el máximo de la carga viva.

Lee el capítulo 3 de esta tesis:
http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-01032001-003137/

Los gradientes de temperatura se toman en cuenta porque se han observado fallas debido a momentos POSITIVOS en la zona de los apoyos en puentes continuos, y también en edificios de estacionamientos.

Después comento más.

Saludos

[bmx]

Eduardo, en el eurocodigo se tienen valores adecuados, y en general, una representación mas real de este efecto que el especificado en el aashto. Muy aparte del valor que pueda obtenerse de un determinado gradiente de temperatura, en el aashto se muestran temperaturas (máxima) de en promedio 25°C, y en la normativa peruana del MTC de en promedio 30°C. Mi duda es con respecto a estos valores que me parecen exagerados... o es que hay una justificación al emplear ese tipo de distribución del gradiente de temperatura o como son considerados en las combinaciones de carga.

Hasta ahora, los gradientes de temperatura me han salido desfavorables para los momentos negativos sobre los apoyos. Los cálculos necesarios lo justifican así.

[eduardo]

bmx:
Puedes subir la página de la norma? Sobre esa base podemos analizar mejor.

Saludos

[Vlacev TE]

Con fines de comparación subo los valores de la AASHTO y del Manual de Puentes del Perú (positivos). Debo indicarles que no conviertan las unidades de ºF a ºC con las conversiones usuales, ya que no les saldrán los valores presentados, deben de convertir pero como gradientes de temperatura.

En la AASHTO no se toma en cuenta la presencia de, por ejemplo, capas asfálticas sobre el tablero "ignorando cualquier posible aislamiento", de ello que los valores del Manual de Puentes del Perú pueden ser correctos ya que asumimos que son tomados de estudios.

Así como les indico que no conviertan las unidades de ºC a ºF como si fueran temperaturas, el pensar, como menciona bmx, que en la selva se tengan temperaturas de 50ºC (de todas formas elevado) no debemos interpretarlo que se trata de temperatura ambiente, sino son gradientes de temperatura.

[eduardo]

bmx:

los valores de gradiente son altos, pero la norma es la norma. Como eres veterano en el foro asumo que estás diseñando un puente en la selva, y por tanto debe ser de vigas metálicas y tablero de concreto.

En el AASHTO LRFD, Art 3.4.1 (pag. 3.12, pag. 3.13), tienes lo siguiente:
The load factor for temperature gradient, γTG, should be considered on a project-specific basis. In lieu of project specific information to the contrary, γTG may be taken as:
• 0.0 at the strength and extreme event limit states,
• 1.0 at the service limit state when live load is not considered, and
• 0.50 at the service limit state when live load is considered.

Nota el gradiente de temperatura TG que NO se combina con la máxima carga viva, o para tal caso, con la máxima carga de temperatura. De hecho, tampoco se considera la temperatura uniforme  TU combinada con la carga Viva (mira la pag. 3-12).  Si no tienes otra indicación o referencia, es posible que el Manual del Florida DOT, de clima similar al de la Selva, te pueda dar pautas.

Saludos
 

[bmx]

Buenas. Díganme si estoy en lo correcto:

digamos que en algún lugar la temperatura ambiente representativa "Ta" al mediodía es de 25°C y que la temperatura representativa del tablero (que en realidad es un campo de temperatura la cual se suele asumir que varia de acuerdo al peralte de la superestructura) expuesta directamente al sol sea de 70°C llegando a un mínimo en alguna parte del alma a 20°C. De esto se puede deducir que la temperatura del concreto referencial "Tr" es la menor del campo de temperatura, es decir los 20°C; y que la máxima corresponde al gradiente "TGmax" es 70-20=50°C la cual tiene una forma variable tal como se indica en el capitulo 3.12.3 del AASHTO LRFD 2012.

Si la temperatura en un día especifico llega a los 50°C se supone que el campo de temperaturas aumentará uniformemente en (50-Ta) = 25°C, es decir que el incremento uniforme de temperatura será: ∆TU(+)=25°C.

Viendo el reglamento del MTC ítem 2.4.3.9 se pueden notar valores de rango de temperatura de 50°C (Tmax.norma) y de 45°C para el gradiente máximo (TGmax.norma) considerando una capa de asfalto de 5cm en la selva peruana. Así pues se tendría un valor de ∆TU(+)=(Tmax.norma - Tr)=50-20=30°C.

Asombraría pensar que la temperatura del ambiente es "∆TU(+) + TGmax = 30+45=75°C" pero en realidad este valor sería el correspondiente al tablero.
Si colocáramos una barra de acero y otra de madera ambas expuestas directamente al sol, obviamente la que indica una mayor temperatura sería la de acero, por esto es que la temperatura del concreto no es la del ambiente.

Sinceramente he revisado mucha información y en ninguna se especifica claramente los valores del AASHTO y mucho menos la del MTC, así que me ayudaría sus comentarios.