Puentes
Es la disciplina suprema entre los ingenieros civiles. Hay un proverbio que dice que "no sirve de nada construir un puente para quien no quiere llegar al otro lado". A veces podemos aplicar esta frase a la ingeniería civil. Todavía hay mucha gente que se muestra escéptica con respecto a los puentes, ya sea por la altura o por la incertidumbre de que pueda pasar algo.
Los acontecimientos anteriores en el pasado muestran que estas preocupaciones no siempre son infundadas. En esta publicación de blog, presentamos un puente del que probablemente todos los ingenieros civiles hayan oído hablar. En los primeros semestres, los profesores utilizarán este ejemplo para mostrar lo importante que es considerar la dinámica. En el caso del puente Tacoma Narrows, incluso un aficionado pudo ver que algo no está del todo bien.
Historia del puente misterioso
La bahía de Pudget Sound se encuentra en el noroeste del estado estadounidense de Washington. La ruta por tierra es muy larga. Por esta razón, está previsto un puente para 1940, lo que debería acortar el viaje. La ciudad de Tacoma es especialmente adecuada para esto.
Para un puente de este tipo, la luz juega un papel crucial. Esta es la distancia entre los dos pilares del puente. Los ingenieros quieren acortar esta luz instalando dos pilares. Aun así, será uno de los puentes colgantes más grandes del momento. Solo el puente Golden Gate en San Francisco y el puente George Washington en Nueva York son más largos.
El ingeniero ruso Leon S. Moisseiff fue el encargado de realizar el proyecto. En Estados Unidos, es un conocido ingeniero estructural con muy buena reputación.
Un ejemplo de sus proyectos es el puente de arco de acero más grande de la ciudad de Nueva York: el Puente de Bayona.
Los ingenieros solo esperan un poco de tráfico en el puente Tacoma Narrows. Por lo tanto, se diseñan dos carriles y dos aceras.
Como tipo de puente, se elige un puente colgante clásico. Es el rey de los puentes porque permite luces muy grandes. Esta estructura consta de cinco elementos.
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Los pilares, también llamados pilones, son el componente estructural sobresaliente al que se anclan los cables. Llevan el peso de la superestructura. Las cuerdas transfieren las fuerzas a los pilones y a los bloques de anclaje. Los soportes colgantes están conectados a los cables de soporte y transfieren las fuerzas de tracción debido a la carga del tablero del puente. La superestructura o la viga del tablero se utiliza para rigidizar el puente. Los extremos de los cables se fijan en los contrafuertes para que se absorban las fuerzas de tracción.
En 1938, se plantearon por primera vez críticas sobre las dimensiones, incluso antes de que comenzara la construcción. El ancho de la superestructura es de casi 12 metros. Las vigas del tablero consisten en vigas macizas de acero con una altura de aproximadamente 2,5 metros. Las regulaciones generalmente válidas establecen que se alcanza la rigidez suficiente si existe una cierta relación entre el ancho y alto de la viga y la longitud estructural. Sin embargo, el problema es que a menudo ha dado lugar a resultados económicamente ineficientes. Por lo tanto, algunos ingenieros civiles han cuestionado este enfoque. Leon Mosseiff es uno de ellos.
El puente colgante fue construido de forma clásica, como todos los demás puentes colgantes en ese momento. La cimentación de pilones en el agua es un desafío. Las cimentaciones deben realizarse mediante cajones a 54 y 68 metros de profundidad por debajo de la superficie del agua. En ese momento, eran los pozos de cimentación más profundos del mundo.
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Cajón
Las secciones de vigas prefabricadas se instalan en los soportes colgantes verticales. Los ingenieros notaron que cuando sopla el viento, la estructura no se comporta de acuerdo con sus predicciones. Por este motivo, los trabajadores de la construcción tienen que realizar las primeras medidas de renovación y amortiguar las deformaciones de la viga antes de la abertura. A pesar de estos problemas, el puente estará terminado el 01. Inaugurado en julio de 1940.
El comportamiento inusual del puente ya no se puede ocultar más al público. No solo se mueve hacia los lados, sino que también hay fuertes movimientos ondulantes de la cubierta a lo largo. La sociedad llama cariñosamente a este fenómeno "Gertie al galope".
Muchas personas evitan por ello el puente y continúan tomando la ruta más larga a través del continente. Aun así, el viento convierte el puente en un atractivo turístico. La gente viaja desde todas partes para dar un paseo por el "puente de la montaña rusa".
Como primer paso de la solución, se colocan cables tirantes para calmar la situación. Hoy en día no es comprensible por qué no se cerró el puente de inmediato.
Cuatro meses después de la inauguración, ocurre el trágico evento. de Noviembre de 1940 hay un viento fuerte y tormentoso con velocidades de hasta 65 km/h. En contraste con la situación habitual, también hay otra carga además de esta fuerza del viento: la torsión. Surgen fuertes rotaciones horizontales y perforaciones.
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torsión
La amplitud aumenta hasta doce vibraciones por minuto. Además, hay una inclinación transversal con una posición inicial de casi 45 grados.
Esto hace que los soportes colgantes verticales se rompan. La gran sección de la viga se derrumba. Afortunadamente, nadie resulta herido.
¿Qué pasó después de este desastre?
El hundimiento del puente Tacoma Narrows es trágico y probablemente nunca se olvide. Sin embargo, es igualmente instructivo para la ciencia técnica y los proyectos de puentes posteriores. En octubre de 1950, se inauguró un segundo puente Tacoma Narrows en el mismo lugar, que todavía está en servicio. Sin embargo, se realizaron algunos cambios importantes antes de que se abriera al tráfico. Más tarde se añadió un tercer puente.
¿Cómo es posible que suceda un incidente tan fatal?
Después de esta tragedia, hay una investigación con ingenieros experimentados, que proporciona resultados reveladores. El puente colgante fue el tipo de puente más adecuado y, sobre todo, el más rentable. No había mejor ubicación para esta estructura. Los ingenieros invirtieron mucho en una buena planificación y ejecución. Los materiales utilizados fueron de una calidad muy alta. En resumen, este servicio se basó en los mejores conocimientos de ingeniería de la época.
Sin embargo, el accidente es el resultado de vibraciones inusuales provocadas por los efectos del viento. En el caso de puentes de este tipo, se sabe que pueden surgir ondas transversales a lo largo del puente. El puente ya estaba excitado al vibrar con vientos suaves. La carga del viento hace que el puente vibre cada vez más. Fue cargado dinámicamente por el viento de tal manera que alcanzado exactamente la frecuencia de resonancia. Además, existen vibraciones verticales y torsionales excesivas. Debido a su diseño, el puente ya no pudo compensar estos efectos.
Las fuerzas dinámicas no se pueden absorber suficientemente. Por lo tanto, la amplitud de la vibración era demasiado alta. Con respecto a las esbeltas dimensiones, el puente Tacoma Narrows también sufrió la desfavorable geometría de la viga. La viga del tablero delgada en combinación con las paredes laterales a prueba de viento crea una sección transversal. Esto es particularmente susceptible a las ondas de aleteo. Por esta razón, se hunde. En ese momento, la conciencia de los efectos de las fuerzas aerodinámicas era baja.
Para el segundo y tercer puente Tacoma Narrows, los ingenieros tuvieron que ocuparse no solo del análisis estructural de los puentes, sino también del análisis dinámico. La viga del tablero se amplió a 18,30 metros. Incluso se ha triplicado la altura. Como resultado, fue una construcción mucho más rígida. La viga del tablero ahora también consta de una estructura de celosía abierta. Como resultado, al viento solo se le ofrece una pequeña área de ataque.
Fue una catástrofe extraordinaria. Sin embargo, es instructivo para la ciencia y proyectos de puentes posteriores. Los modelos ahora se están probando en un túnel de viento. Esto significa que no solo se tiene en cuenta el análisis estructural, sino también el análisis dinámico. También conduce a la instalación ocasional de refuerzos adicionales para otros puentes ya existentes.
Las vibraciones dinámicas pueden ser causadas por el viento, los terremotos, el movimiento de personas, vehículos y el desequilibrio de las máquinas. Por lo tanto, no solo se pone en peligro la resistencia de las estructuras, sino también la capacidad de servicio.
El viento se simuló previamente utilizando un modelo en el túnel de viento. Hoy en día, esto es mucho más rápido, más fácil y más eficiente. Dlubal Software también ha creado un túnel de viento digital con RWIND Simulation.
Los edificios son estructuras rodeadas de viento. El flujo a su alrededor crea cargas específicas en las superficies. Se requiere una simulación numérica de los flujos de viento para generar cargas de viento en edificios u otros objetos. Se importan los objetos en 3D, se agregan los objetos del entorno y se tiene en cuenta la topología. Luego, se aplican el perfil del viento dependiente de la elevación y la dirección del viento. Hay resultados, como la presión sobre la superficie del cuerpo, los campos de velocidad y las líneas de corriente.
Gracias a este desarrollo progresivo y a los numerosos conocimientos de los últimos años, es probable que estos trágicos acontecimientos no ocurran en el futuro.