EL COLAPSO DEL PUENTE TACOMA (UTELVT)

UNIVERSIDAD TECNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE ESMERALDAS FACULTAD DE INGENIERÍAS Y TECNOLOGÍAS CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

ESTUDIO DE CASO:

“COLAPSO DEL PUENTE TACOMA NARROWS” Estudiante: ORELLANA VILA PABLO ANDRÉS Asignatura:

ESTÁTICA Docente: Ing. Paúl Viscaino Valencia

Esmeraldas – Ecuador 2018

ESTUDIO DE CASO – TIPO INTERPRETATIVO “COLAPSO DEL PUENTE TACOMA” Antecedentes.Realice una narrativa de los antecedentes previo al suceso. Recuerde realizarlo en orden cronológico.

Objetivo.Interpretar el colapso del puente Tacoma Narrows, mediante el estudio de fuentes investigativas del fenómeno físico presentado al momento del evento. No cambiar este objetivo.

Interrogantes a resolver.

1.- ¿Por qué colapso el puente Tacoma Narrows?

2.- ¿Qué tiempo estuvo en uso al público el puente Tacoma desde su inauguración hasta el día del colapso?

3.- ¿Hubieron fallas de diseño que no prestaron las garantías necesarias en aquella época?

4.- ¿Existieron personas en el puente durante el proceso y posterior colapso?

5.- ¿Cuál es la situación actual del puente Tacoma Narrows?

Análisis e interpretación del suceso Explique el fenómeno suscitado que originó el colapso. Se debe anexar imágenes o fotografías que describan el suceso.

Conclusión A cargo del estudiante

Bibliografía Detallar la bibliografía utilizada.

PUENTE TACOMA NARROWS

El puente de Tacoma Narrows es un puente colgante de 4600 metros de longitud con una distancia entre soportes de 50 m (el quincuagésimo tercero más grande del mundo en la época en que fue construido). El puente es parte de la carretera Washington State Route 16 en su paso a través de Tacoma Narrows de Puget Sounddesde Tacoma a Gig Harbor (Estados Unidos). La primera versión de este puente, apodado Galloping Gertie, fue diseñada por Clark Eldridge y modificado por Leon Moisseiff. En 1939, el puente se hizo famoso por su dramático colapso estructural inducido por el viento, evento que quedó registrado en una filmación. El puente de reemplazo se inauguró en 1950.

PRIMER PUENTE Las primeras ideas para ubicar un puente en este sitio se remontan a 1889, con una propuesta del Northern Pacific Railway, pero fue hacia mediados de la década de 1920 cuando la idea comenzó a cobrar fuerza. La cámara de comercio de Tacoma comenzó una campaña y estudios para su financiación en 1923. Varios renombrados ingenieros de puentes, incluidos Joseph B. Strauss, quien luego sería ingeniero principal del puente Golden Gate; y David B. Iñigo Homo Steinman, constructor del Puente Mackinac, fueron consultados. Steinman realizó varias visitas pagadas por la cámara culminando en la presentación de una propuesta preliminar en 1929, aunque hacia 1931 la cámara decide cancelar el acuerdo con Steinman debido a que Steinman "no era lo suficientemente activo" en la búsqueda de financiación.

En 1937 el proyecto toma impulso, cuando la legislatura del estado de Washington State crea la Washington State Toll Bridge Authority y asigna 5.000 dólares para estudiar el pedido de los condados de Tacoma y Pierce para construir un puente sobre el Narrows.

Desde el comienzo, el problema fue la financiación; la recolección del peaje no sería suficiente para pagar los costes de construcción. Pero existía un fuerte apoyo para el puente por parte de la marina estadounidense, que operaba el astillero naval de Puget Sound en Bremerton, y del ejército estadounidense, que tenía el McChord Field y Fort Lewis en Tacoma.

El ingeniero Clark Eldridge del estado de Washington presentó un, "diseño preliminar de un puente convencional desarrollado sobre conceptos probados y demostrados," y la autoridad de peaje del puente solicitó 11 millones de dólares al Public Works Administration (PWA) federal. Pero según Eldridge, un grupo de "prominente ingenieros consultores del este", encabezados por el ingeniero Leon Moisseiff de Nueva York, propusieron al PWA construir el puente a menor costo.

Los planes preliminares especificaban el uso de vigas horizontales de 7,6 m de espesor, que se ubicarían debajo del puente para hacerlo más rígido. Moisseiff, diseñador muy respetado del Golden Gate Bridge, propuso utilizar vigas más esbeltas, de solo 2,4 m de espesor. Según su propuesta el puente sería más delgado y elegante, y además se reducirían los costes de construcción. El diseño de Moisseiff se impuso. El 23 de junio de 1938, the PWA aprobó un presupuesto de casi 6 millones de dólares para el puente de Tacoma Narrows. Un monto adicional de 1,6 millones de dólares sería recolectado de los peajes para alcanzar el coste total de 8 millones de dólares

COLAPSO DEL PUENTE TACOMA NARROWS El colapso inducido por el viento ocurrió el 7 de noviembre de 1940 a las 11.00, a causa de un fenómeno aerodinámico de flameo (flutter en inglés). Únicamente se registraron 4 víctimas como consecuencia del derrumbe del puente. Theodore von Kármán, director del Guggenheim Aeronautical Laboratory y renombrado estudioso de aerodinámica, fue miembro del comité de investigación del colapso. Von Kármán menciona que el estado de Washington no pudo cobrar una de las pólizas de seguro porque el agente de seguros se había embolsado en forma fraudulenta los pagos del seguro. El agente, Hallett R. French que representaba a la Merchant's Fire Assurance Company, fue acusado de fraude por retener las primas correspondientes a un valor asegurado de 800.000 dólares. Sin embargo el puente estaba asegurado por varias otras pólizas que cubrían el 80% del valor de 5,2 millones de dólares de la estructura. La mayoría de estos fueron cobrados sin inconvenientes.

DESASTRES DE LA INGENIERÍA: EL PUENTE DE TACOMA NARROWS Cuando los constructores subestiman el poder de las fuerzas de la Naturaleza, las consecuencias suelen ser desastrosas. El viento, la lluvia, la nieve y otros fenómenos meteorológicos pueden derribar o dañar severamente una edificación si no se toman los debidos recaudos durante la fase de planificación del proyecto.

Uno de los casos emblemáticos sobre desastres de la ingeniería es el del colapso del puente de Tacoma Narrows, en el año 1940, derribado por acción del viento. Este puente colgante construido en la ciudad estadounidense de Seattle, de 1600 metros de longitud, fue uno de los de mayor extensión de su época, superado sólo por el puente de Washington de la ciudad de Nueva York y el puente Golden Gate, sobre San Francisco.

Con sólo dos carriles para los vehículos, uno en cada dirección, el puente de Tacoma Narrows era notablemente más angosto que los otros grandes puentes, lo que lo volvía más liviano pero también mucho más flexible. Aunque una gran construcción debe mantener un cierto grado de flexibilidad para soportar sin problemas las tensiones que se

producen sobre su estructura, en el caso del puente de Tacoma Narrows ésta era excesiva.

Apenas poseía un tercio de la rigidez mínima recomendada por los manuales de ingeniería.

Su flexibilidad provenía de una decisión de los constructores. Leon Moisseiff, ingeniero que había diseñado el puente Golden Gate, quiso darle un aspecto “delgado y elegante” al Tacoma Narrows, y para lograr ese efecto estético colocó vigas horizontales de 2.4 metros de espesor en lugar de las vigas de 7.6 metros previstas en el proyecto preliminar.

Debido al prestigio de Moisseiff y como el cambio reducía los costos de construcción de manera considerable, los planos fueron aprobados de inmediato Luego de su inauguración, aparecieron los problemas. Desde que los primeros automóviles comenzaron a atravesarlo, unas bruscas oscilaciones sacudían al puente de un extremo al otro. La acera se bamboleaba debido a que la vibración de los vehículos provocaba un efecto de resonancia mecánica capaz de amplificar esas vibraciones de manera notable.

Según los cálculos de los ingenieros, a pesar de los bamboleos provocados por la resonancia, la estructura del puente no correría peligro. El Tacoma Narrows, bautizado por los lugareños con el apodo de “Gertrudis galopante”, pronto se convirtió en una atracción turística, ya que la experiencia de cruzarlo se parecía a la de subirse a una montaña rusa.

A pesar de las afirmaciones de sus constructores, el puente se mantuvo en pie durante sólo cuatro meses. Si bien los cálculos con respecto a las oscilaciones longitudinales eran

correctos, no se tuvo en cuenta la influencia del viento cruzado sobre la estructura. El 7 de noviembre de 1940, un viento lateral de intensidad moderada (64 kilómetros por hora) fue suficiente para hacer que el puente flamease como una bandera hasta terminar partiéndose en pedazos.

Al tratarse de uno de los puentes más largos de la época, no había experiencia previa en cuanto a la importancia de la aerodinámica en esta clase de estructuras. Por lo tanto, en ningún momento se consideró la resistencia al viento de la estructura del puente, y este gravísimo error, sumado a su falta de rigidez, terminó sellando el destino del Tacoma Narrows.

Tras varias horas de violentas sacudidas, el tramo central, de 850 metros de largo y 11 mil toneladas de peso, se desplomó estruendosamente sobre las aguas, ante la mirada de un gran número de testigos que se habían acercado al lugar al enterarse de la clausura preventiva del puente. Poco antes del colapso, sólo quedaba un automóvil en el puente, perteneciente al fotógrafo Leonard Coatsworth, quien se vio obligado a abandonarlo junto con su perro Tubby, la única víctima del derrumbe.

Theodore Von Kármán, uno de los pioneros de la aerodinámica, había descubierto que la resistencia al aire ofrecida por el puente causaba severas turbulencias que a su vez provocaban las fuertes oscilaciones, y sugirió practicar aberturas y canalizaciones en los costados del puente para regular el flujo del viento lateral y amortiguar sus efectos sobre la estructura; por desgracia, sus recomendaciones llegaron demasiado tarde. Aunque al principio sus palabras no fueron tomadas muy en serio por los ingenieros, luego de la meticulosa investigación efectuada tras el derrumbe se llegó a la conclusión de que Von Kármán estaba en lo cierto.

A partir del incidente del Tacoma Narrows, cada puente que se proyecta es analizado cuidadosamente en un túnel de viento para evitar que se produzca un nuevo colapso, y la espectacular filmación de su derrumbe suele proyectarse a los estudiantes de ingeniería de todo el mundo, como un ejemplo de los errores que no deben cometerse.

OPINIÓN PERSONAL DE PORQUE SE DESPLOMO EL PUENTE TACOMA NARROWS 

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Como hasta en ese entonces no se había registrado este fenómeno en ningún puente colgante y al no contar con un accidente similar. El Ing. Moisseff desprecio los efectos de la fuerza del viento sobre la estructura pues fue considerada en segundo orden.

El afán de hacer más económico, liviano y rápida la construcción del puente y poder obtener la adjudicación del contrato de construcción del Ing. Moisseff, redujo la rigidez del tablero tanto a flexión como a torsión a menos de un tercio de la del proyecto original elaborado por el Ing. Clark Eldridge.

Las vigas de rigidez del tablero debieron tener un peralte (canto) de 7.6m para que fuera estable ante los efectos del viento y no 2.4m como lo dispuso el Ing. Moisseff.

El monto con que el Ing. Moisseff construyo este puente fue de 8.0 millones, aproximadamente un 73% menos del monto de otros proponentes con estructuras del tablero más rígido con un monto de 11.0 millones de dólares.

El puente Tacoma antes de ser abierto el 1 de julio de 1940, ya presentaba extraños movimientos de vaivén por tal razón fue denominado como (tablero galopante) y al observar estos movimientos no se determinó como una amenaza o peligro para la sociedad solo hasta después varios meses de ser inaugurado el ing. Moisseff, solicito los servicios del profesor de física Frederick Burt Forquharson quien después de evaluar el comportamiento del puente ante las cargas del viento recomendó dos alternativas a fin de mejorar la aerodinámica del mismo, la primera era de perforar agujeros en el alma de las vigas de rigidez laterales y la segunda colocar un rompe vientos de fibra de vidrio en el borde del tablero, la segunda opción había sido la seleccionada sin embargo la falla se produjo 5 días después de la toma de decisión, cuando aún no había sido colocado el rompe viento. En consecuencia la sección del tablero no presentaba buenas propiedades aerodinámicas lo que condujo al colapso del mismo.

CONCLUCIÓN El colapso del puente Tacoma a pesar de haber sido una pérdida económica muy importante dejo varias ventajas para los nuevos diseños de puentes en el mundo entero ya que gracias a este accidente se realizaron muchos estudios referentes a los fenómenos que podrían causar el derrumbamiento de un puente, fortaleciendo sus deficiencias y dando mejores resultados tales como, mayor rigidez del tablero, aumento del diámetro de los cables de acero, estructura curva que permita el paso del aire entre otras, fueron las que permitieron el correcto y seguro diseño de los modernos puentes en la actualidad.

INTERROGANTES A RESOLVER. 1.- ¿Por qué colapso el puente Tacoma Narrows?  El colapso fue inducido por un viento de 67k/h que ocurrió el 7 de noviembre de 1940 a las 11.00, a causa de un fenómeno aerodinámico denominado flameo (flutter en inglés). Theodore Von Kármán, uno de los pioneros de la aerodinámica, había descubierto que la resistencia al aire ofrecida por el puente causaba severas turbulencias que a su vez provocaban las fuertes oscilaciones, y sugirió practicar aberturas y canalizaciones en los costados del puente para regular el flujo del viento lateral y amortiguar sus efectos sobre la estructura, ya que el diseño establecido del puente no constaba con la fuerza del viento.

2.- ¿Qué tiempo estuvo en uso al público el puente Tacoma desde su inauguración hasta el día del colapso? 

Desde su inauguración el 1 de julio de 1940, tuvo 5 meses de uso ya que el 7 de noviembre del mismo año con un viento de 67k/h el puente Tacoma colapso.

3.- ¿Hubieron fallas de diseño que no prestaron las garantías necesarias en aquella época? 

Si hubo fallas entre ellas esta que se descartó, la fuerza del viento que podría intervenir con el correcto funcionamiento del puente, la estructura del puente debió ser curva para permitir el paso del viento, la plataforma debió ser más rígida para que no genera ese efecto de torsión.

4.- ¿Existieron personas en el puente durante el proceso y posterior colapso? 

Si hubo personas en el puente que fueron evacuadas por las autoridades pero un automóvil quedo atrapado en la mitad del puente con un pasajero y su perro, el hombre era el fotógrafo Leonard Coatsworth, quien al verse atrapado decidió abandonar el vehículo con su perro, pero este lo mordió así que el hombre decidió irse solo al ir caminando hacia la orilla el hombre escucho fuertes sonidos como disparos de rifle que en realidad eran los cables de suspensión que iban del cable principal al puente, al llegar el hombre a la orilla quiso regresar por su perro pero le fue imposible ya que los movimientos eran cada vez más fuertes y la sección del medio del puente se desplomo llevándose consigo el auto y el perro.

5.- ¿Cuál es la situación actual del puente Tacoma Narrows?  El puente fue rediseñado y reconstruido utilizando una estructura de entramado abierto, además de elementos de apoyo para aumentar la rigidez. Esto permitió el paso del viento por el puente. El nuevo puente fue inaugurado el 14 de

octubre de 1950, y tiene una longitud de 5.979 pies (1822 m) —40 pies (12 m) más largo que su predecesor—. Es actualmente el quinto puente en suspensión más largo de los Estados Unidos. Los habitantes locales apodaron el nuevo puente Sturdy Gertie, ya que las oscilaciones que acabaron con el anterior han sido eliminadas en éste.

BIBLIOGRAFÍA https://es.wikipedia.org/wiki/Puente_de_Tacoma_Narrows https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/5251/el-derrumbe-del-puente-de-tacomanarrows http://www.hablandodeciencia.com/articulos/2011/04/14/caida-del-puente-tacomanarrows/ https://hipertextual.com/2012/02/puente-de-tacoma-viento-resonancia https://www.youtube.com/watch?v=l7W9x4-QQW8 https://www.youtube.com/watch?v=yQ5ucPK2IEI