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Avances en la regionalización de las cargas térmicas para el diseño de puentes en Colombia Edison Osorio Bustamante
Cargas térmicasTemperatura uniforme Gradiente de temperatura
Código Colombiano de puentes 2014
TmaxTmin
(CCP-14, 2015)
Fuente: http://ravenelbridge.net/wrapper_mobile.php?may_14_2005_west_ramp.html
Dimensionamiento de apoyos y juntas
Solicitaciones para el diseño de los elementos estructurales
Fuente: https://www.steelconstruction.info/Integral_bridges
CCP-14:Temperatura uniforme
Clima Metálicos [°C] Concreto [°C]
Moderado -18 a 49 -12 a 27
Frío -35 a 49 -18 a 27
• Procedimiento A
• Procedimiento B: Mapas – Faltan para Colombia
Fuente (IDEAM, 2015)
(CCP-14, 2015)
¿En dónde se considera?
TU mayor para deformaciones
TU – 0.5 para análisis con secciones totales
TU – 1.0 para análisis con secciones fisuradas
TG 0.0 Estados límites de resistencia
TG 1.0 Estados límites de servicio sin carga viva
TG 0.5 Estados límites de servicio con carga viva (CCP-14, 2015)
Tipo de tablero Δ Te,minοC Δ Temax
οC
Tipo 1 tablero de acero -3 16
Tipo 2 tablero mixto 4 4
Tipo 3 tablero de concreto 8 2
Temin= Tmin+ Δ Te, min
Eurocódigo: Temperatura uniforme
Temax= Tmax+ Δ Te, max
Tmin: Temperatura máxima anual para período de retorno (100 años)
Tmax: Temperatura máxima anual para período de retorno (100 años)(IAP-11,2012)
Material Costa οC Sierra οC Selva οC
Hormigón 10 a 40 -10 a +35 10 a 50
Acero 5 a 50 -20 a +50 10 a 60
Perú: Temperatura uniforme
(Resolución 589-2003-MTC/02, 2013)
Monitoreo
Modelación
𝑘𝛻2𝑇 + 𝑄 = 𝑐𝜕𝑇
𝜕𝑡𝑘𝜕𝑇
𝜕𝑥 𝑛𝑥 + 𝑘
𝜕𝑇
𝜕𝑦 𝑛𝑦 + 𝑘
𝜕𝑇
𝜕𝑧 𝑛𝑧 = 𝑞
• T temperatura en cualquier punto e instante
• k coeficiente de conductividad térmica
• Q calor generado dentro del cuerpo
• es la densidad
• c es la capacidad calorífica específica
• q es la cantidad de transferencia de calor por unidad de
tiempo y área de la superficie = convección y radiación
(Hoffman & Phares, 2014 )
TITLE ( bridge AND ( load OR loading OR stress ) AND ( temperature OR thermal ) )
Fuente: consulta (Scopus, 2018)
Interés científico
𝑇𝑎𝑣𝑔𝑀𝑎𝑥,𝑠𝑐 = 𝑑𝑎𝑦=1
4 𝑇𝑀𝑎𝑥𝐴𝑖𝑟,𝑑𝑎𝑦
41.186 + 12.88 °C
𝑇𝑎𝑣𝑔𝑀𝑖𝑛,𝑠𝑐 = 𝑑𝑎𝑦=1
4 𝑇𝑀𝑖𝑛𝐴𝑖𝑟,𝑑𝑎𝑦
40.9543 + 1.74 °C
𝑇𝑎𝑣𝑔𝑀𝑎𝑥,𝑐 = 𝑑𝑎𝑦=1
4 𝑇𝑀𝑎𝑥𝐴𝑖𝑟,𝑑𝑎𝑦
41.096 + 7.04 °C
𝑇𝑎𝑣𝑔𝑀𝑖𝑛,𝑐 = 𝑑𝑎𝑦=1
4 𝑇𝑀𝑖𝑛𝐴𝑖𝑟,𝑑𝑎𝑦
41.015 + 3.88 °C
Modelo base de AASHTO para los mapas: (Kuppa & Roeder, 1991)
Puente de vigas I de acero y tablero de concreto
Puentes de vigas y tablero de concreto
Número
estación
Nombre Fuente Latitud
(°)
Longitud
(°)
01 San Isidro IDEAM 5.626 -76.750
02 Villa Rosa IDEAM 10.193 -73.547
03 Parque Amacayacu IDEAM 3.819 -70.261
04 La Vuelta IDEAM 5.459 -76.545
05 Villarteaga IDEAM 7.413 -76.599
06 Española IDEAM 5.450 -75.217
07 Matanzas IDEAM 7.036 -75.666
08 Sta Rosa de Simiti IDEAM 7.965 -74.059
09 Lejanías IDEAM 3.533 -74.017
10 Llano Grande IDEAM 7.026 -73.167
11 Salazar IDEAM 7.783 -72.800
12 Univ. del Valle IDEAM 3.378 -76.534
13 Landazuri IDEAM 6.217 -73.817
14 Venecia CENICAFE 4.333 -75.833
15 Ita Andes IDEAM 5.691 -75.880
16 Paraguaicito CENICAFE 4.400 -75.733
17 Arturo Gómez CENICAFE 4.667 -75.783
18 El Agrado CENICAFE 4.517 -75.800
19 La Catalina CENICAFE 4.750 -75.733
20 Maracay CENICAFE 4.600 -75.733
21 La Bella CENICAFE 4.500 -75.667
22 La Sierra CENICAFE 4.283 -75.900
23 Piunti Hda IDEAM 6.730 -75.913
24 Cuatro Esquinas IDEAM 5.667 -75.417
25 Villa de Leiva IDEAM 5.633 -73.533
26 Brasilia Fca IDEAM 5.550 -73.733
27 Aragón Automática IDEAM 6.533 -75.000
28 San Cayetano IDEAM 4.917 -74.182
29 Guachetá IDEAM 5.386 -73.691
30 Toquilla IDEAM 5.524 -72.705
31 Betania IDEAM 4.219 -74.147
Aplicando el modelo (Kuppa & Roeder, 1991) en Colombia
• Periodo de análisis: 1980 a 2010 con datos diarios
• Periodo de retorno de 100 años (análisis de valores extremos)
Período de análisis y resultadosNúmero
estación
Altitud
[msnm]
Puentes de
hormigón
Puentes Mixtos
TMAX,C
[°C]
TMIN,C
[°C]
TMAX,C
[°C]
TMIN,C
[°C]
01 30 42.8 24.4 51.9 21
02 70 49.3 24.5 58.9 21.1
03 82 43.0 23.0 52.1 19.8
04 100 43.3 23.6 52.4 20.3
05 111 41.9 23.4 50.9 20.1
06 400 46.2 24.7 55.6 21.3
07 500 45.8 21.9 55.2 18.7
08 650 42.5 23.0 51.6 19.7
09 680 41.3 21.6 50.3 18.4
10 777 43.0 21.2 52.1 18.0
11 870 40.9 19.6 49.8 16.5
12 985 43.3 20.9 52.5 17.8
13 1085 39.2 15.8 48.0 12.9
14 1168 42.2 19.6 51.3 16.6
15 1180 42.5 16.6 51.6 13.7
16 1203 41.6 19.2 50.6 16.1
17 1259 40.9 18.8 49.9 15.8
18 1275 41.5 19.0 50.5 16.0
19 1321 40.3 20.0 49.2 16.9
20 1402 39.7 18.7 48.6 15.7
21 1449 39.0 18.8 47.8 15.7
22 1,519 38.2 19.1 46.9 16.0
23 1650 39.8 18.8 48.7 15.8
24 1900 35 14.0 43.4 11.2
25 2200 34.7 11.2 43.2 8.6
26 2550 33.5 11.9 41.8 9.3
27 2600 31.6 10.0 39.8 7.5
28 2650 28.5 8.3 36.4 5.9
29 2690 36.9 12.2 45.5 9.6
30 2950 30.2 10.3 38.3 7.8
31 3150 30.4 5.7 38.4 3.5
AASHTO LRFDProcedimiento A
[°C]
AASHTO LRFDProcedimiento B
Hawái [°C]
AASHTO LRFDProcedimiento B Sur
de la Florida [°C]
Tc39 (0.55) 33.4 (0.65) 30.6 (0.71)
Tsc67 (0.50) 41.7 (0.54) 38.9 (0.86)
Puentes de concreto Tc [°C] 21.6 (=1.9)
Puentes mixtos Tsc [°C] 33.4 (=2.0)
Intervalo de variación de temperatura
Sensor Modis
• Producto temperatura en superficie
• Resolución 1.0 km2
• Datos diarios (noche y día)
• Satélites AQUA y TERRA
Sensor LANDSAT
• Producto temperatura en superficie
• Resolución 30 m2
• Semanal (noche y día)
Comparación de medida de temperatura
Pixel de Modis Pixel de LANDSAT
Barranquilla
• Aeropuerto zona de pista
• Zona urbana
Cali
• Aeropuerto zona de pista
• Zona urbana
15
20
25
30
35
40
45
50
55
20 25 30 35 40 45
MO
DIS
Ts
max
[°C
]
Tmax [°C]
Datos de temperatura en superficie
Validación de temperatura de superficie
Plataforma de acceso Aeropuerto el Dorado
05:45 aprox 13:00 aprox
Conclusiones
• Las cargas térmicas es requisito incluirlas en los estados límites de resistencia y servicio para el diseño de puentes y dispositivos de apoyo y juntas
• Los valores de cargas térmicas definidas en la CCP-14 corresponden a zonas con clima estacional y continental por falta de estudios particulares al respecto
• Con el modelo de los estudios base de la AASHTO para el procedimiento B se obtienen un Tc 21.6 °C (=1.9) para puentes de concreto y Tsc 33.4 °C (=2.0) para puentes mixtos los cuales se recomienda validar con mediciones en campo
• Se propone el uso de datos de temperatura de superficie como un parámetro de entrada a los modelos numéricos
• Para dos casos de estudio, se observa datos de temperatura superficie obtenidas del sensor MODIS con resolución 1.0 km2 son mayores que los medidos por el LANDSAT con resolución de 30m2
Créditos
Estudiantes de ingeniería civil
Luis RomeroSebastián PalaciosLorena RamírezJorge Grimaldos
Estudiantes de especialización en SIG
Jorge DuarteLisney PáezJenny Rodríguez
Profesores UAN
Andrés Felipe CarvajalHéctor LunaJuan ValderramaRaúl EcheverryJuan Pablo Rodríguez
Profesores
Alvaro Viviescas (UIS)José Daniel Pabón (Universidad Nacional de Colombia)
Financiación: Proyecto UAN 2017206