Cinco errores en la Ingeniería de Puentes por culpa de la Resonancia

Estimados, en esta oportunidad les compartimos un interesante artículo del Ing. José Antonio Agudelo Zapata, encontrado en el Blog Estructurando http://estructurando.net/2014/06/30/5-cagadas-en-la-ingenieria-de-puentes-por-culpa-de-la-resonancia/

Dado el éxito del anterior post “Cómo obtener las frecuencias fundamentales de una estructura con tu Smartphone“, en este os presento 5 ejemplos de cómo una acción con una frecuencia parecida a la de la estructura puede ser capaz de colapsarla, aunque el valor de la acción sea mucho mas pequeña en comparación con la acción con la que fue diseñada la estructura. Estamos hablando del fenómeno de la  “Resonancia“.

Lo dicho, os dejo cinco ejemplos de estructuras en la que el efecto de la resonancia dio mucho de que hablar.

1) Puente de Broughton

Quizás no sea un puente famoso pero su colapso nos ha dejado una recomendación que siguen la mayoría de los ejércitos del mundo: “Todas las tropas deben romper el paso cuando marchen sobre un puente”.

broughton

 

El puente de Broughton era una estructura colgante de 144m de luz sobre el río Irwel, en Manchester, Inglaterra. En 1831 colapsó cuando 74 soldados lo cruzaron marcando el paso. Afortunadamente no hubo muertes.

Broughton2

Aunque actualmente no se esté seguro de que el fallo estructural se debiera a la entrada en resonancia por culpa la frecuencia inducida por el paso del ejercito, es indudable que la trascendencia de su colapso marcó nuestra cultura popular.

2) El puente Tacoma Narrows

Quizás el colapso de un puente más famoso de la historia y que, gracias a él, personas sin conocimientos de estructuras han oído hablar del fenómeno de la resonancia.

El 7 de noviembre de 1940, tan solo a 4 meses de su inauguración, el puente Tacoma Narrows (el tercero mas grande del mundo en ese momento) entró en resonancia con un viento de apenas 65 Km/h.  En este vídeo podéis ver el colapso:

Sin embargo el efecto que causó el colapso del puente no debe ser confundido con resonancia forzada. En este caso, no existía una perturbación periódica ya que el viento soplaba en forma constante. La frecuencia del modo destructivo fue 0,2 Hz, que no se corresponde ni con un modo natural de la estructura aislada ni con la frecuencia del desprendimiento de vórtices del puente a la velocidad del viento. El evento solo puede ser comprendido si se consideran acoplados los sistemas estructurales y aerodinámicos lo cual requiere un riguroso análisis matemático.

3) Pasarela del Milenio de Norman Foster

También bastante famosa fue la inauguración de la esta pasarela que cruza el Tamesis en Londres. El 10 de junio de 2000 se abrió al público e inmediatamente después se observaron vibraciones en la estructura. Diseñado para soportar a unas 5000 personas a la vez, la pasarela entró en resonancia llevando consigo tan solo a unas 2000 personas. Las primeras pequeñas vibraciones obligaron a los viandantes a caminar de manera sincronizada con el balanceo, incrementando el efecto, incluso cuando la pasarela se encontraba relativamente poco transitado al comienzo del día. El siguiente vídeo muestra las vibraciones detectadas ese día:

Como resultado, dos días después se cerró para realizar modificaciones que duraron casi dos años con un coste de 6,25 millones de euros.

4) Puente de Volgogrado

Otro puente que apenas a7 meses de ser inaugurado entro en resonancia. El 20 de mayo de 2010 una tormenta con rachas de viento provocaron impresionantes vibraciones en este puente de la ciudad de Volgogrado (Rusia):

Para suprimir estas oscilaciones se incorporaron amortiguadores de masa en la estructura y actualmente esta abierto sin que se hayan detectado mas episodios de vibraciones.

5) Puente Arcos de Alconétar

También en España tenemos nuestro ejemplo de estructura en resonancia. Esta vez, la estructura entró en resonancia antes de haberla terminado. Resultó que en una de las fases constructivas, teniendo solo ejecutado los arcos principales, vientos de reducida velocidad, apenas 25 Km/h hicieron oscilar a la estructura en su segunda frecuencia fundamental. La oscilación del arco impresiona y el ruido que produce lo hace aún más:

 

 

La solución consistió en modificar la aerodinámica de los arcos para que el viento transversal a estos no provocara vórtices con frecuencias parecidas al del arco. Se trataba de incorporar unos postizos a los arcos que cambiaban su aerodinámica. Una vez que se termino la construcción del tablero, la frecuencias de la estructura cambiaron y dejaron de existir problemas de resonancia pero aun así se dejaron los modificadores aerodinámicos de los arcos.


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