"AO DE LA PROMOCIN DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y DEL COMPROMISO CLIMTICO"

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

PUENTE TACOMA NARROWS

CURSO: Grandes Obras

DOCENTE:ING. Sofa Terrones Abanto

ALUMNO:Andonayre Zavaleta Vctor Jair

UNIDAD:III

TRUJILLO PER

2014

NDICE

I. INTRODUCCIN 3

II. OBJETIVOS 3

III. PUENTE TACOMA NARROWS 4

1. Ubicacin4

2. Historia4

3. Caractersticas5

4. Desplome del Puente Tacoma Narrows 6

5. Causas7

6. Fallas en el diseo y construccin 11

IV. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 12

V. ANEXOS 14

I. INTRODUCCIN:

En el presente informe se presentara informacin recolectada y analizada acerca del desastre ocurrido en el ao 1940 en Estados Unidos, el desplome del Puente Tacoma Narrows. Daremos a conocer algunas caractersticas generales de este puente que se convirti tempranamente en uno de los ms famosos de la historia, pero no precisamente por su belleza o su tamao.Afortunadamente, a excepcin de las prdidas econmicas en el momento, no hubo que lamentar la prdida de vidas humanas, y adems se gan mucho con la cada del puente Tacoma, debido a que fue materia de investigacin dando muchos conocimientos que muchos ingenieros y cientficos ignoraron durante aos; a partir de entonces se mejoraron mtodos constructivos y de diseo, las teoras establecidas y los controles requeridos cambiaron radicalmente.En el presente trabajo se dar a conocer las caractersticas ms resaltantes sobre esta estructura pero sobre todo nos adentraremos en conceptos de fsica y de aerodinmica en estructuras tratando de interpretar las posibles causas de dicho accidente.

II. OBJETIVOS: Dar a conocer algunas caractersticas del puente Tacoma Narrows. Explicar las diferentes causas que pudieron ocasionar el derrumbe del Puente Tacoma Narrows.

III. PUENTE TACOMA NARROWS:

1. UBICACIN:Este puente colgante una la ciudad de Tacoma con la pennsula de Kitsap y estaba situado en Puget Sound, en el estrecho de Tacoma Narrows (Washington, Estados Unidos).

2. HISTORIA: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 dcada de 1920 cuando la idea comenz a cobrar fuerza. La cmara de comercio de Tacoma comenz una campaa y estudios para su financiacin en 1923. Varios renombrados ingenieros de puentes, incluidos Joseph B. Strauss, quien luego sera ingeniero principal del puente Golden Gate; y David B. Iigo Homo Steinman, constructor del Puente Mackinac, fueron consultados. Steinman realiz varias visitas pagadas por la cmara culminando en la presentacin de una propuesta preliminar en 1929, aunque hacia 1931 la cmara decide cancelar el acuerdo con Steinman debido a que Steinman "no era lo suficientemente activo" en la bsqueda de financiacin.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 dlares 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 financiacin; la recoleccin del peaje no sera suficiente para pagar los costes de construccin.Pero exista un fuerte apoyo para el puente por parte de la marina estadounidense, que operaba el astillero naval de Puget Sound en Bremerton, y del ejrcito estadounidense, que tena el McChord Field y Fort Lewis en Tacoma.El ingeniero Clark Eldridge del estado de Washington present un, "diseo preliminar de un puente convencional desarrollado sobre conceptos probados y demostrados," y la autoridad de peaje del puente solicit 11 millones de dlares al Public Works Administration (PWA) federal. Pero segn 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 ubicaran debajo del puente para hacerlo ms rgido. Moisseiff, diseador muy respetado del Golden Gate Bridge, propuso utilizar vigas ms esbeltas, de solo 2,4 m de espesor. Segn su propuesta el puente sera ms delgado y elegante, y adems se reduciran los costes de construccin. El diseo de Moisseiff se impuso. El 23 de junio de 1938, the PWA aprob un presupuesto de casi 6 millones de dlares para el puente de Tacoma Narrows. Un monto adicional de 1,6 millones de dlares sera recolectado de los peajes para alcanzar el coste total de 8 millones de dlares.

3. CARACTERSTICAS:El puente de Tacoma Narrows se inaugur el 1 de julio de 1940. Fue diseado por Clark Eldridge y modificado por Leon Moisseiff Diseado para que lo atravesaran 60.000 coches al da, con una longitud de 1.600 metros y con una distancia entre soportes de 850 m, pas a ser el tercer puente colgante ms grande del mundo (por detrs del puente de Washington de Nueva York y del Golden Gate de San Francisco).El puente sobre el Estrecho Puget fue revolucionario en su concepcin y caus muchas expectativas durante la construccin pues resultara de mucha importancia para el desarrollo de la zona.El diseo era ligero, elegante y flexible, la construccin comenz el da 23 de noviembre de 1938. Se trataba de una estructura colgante, con dos torres de suspensin, que cubra la apertura del estrecho con un puente de 854 metros de largo y 12 metros de ancho, slidamente construido, con vigas de acero ancladas en grandes bloques de hormign.

La estructura del puente era sumamente ondulante para poder resistir los embates de los vientos de la zona. Gertrudis galopante la llamaron los obreros que la construyeron debido a su temprana tendencia a oscilar, oscilacin que apareci durante su construccin.

4. DESPLOME DEL PUENTE TACOMA:Que un puente construido en acero y hormign oscilase de esa manera no era nada normal, pero los ingenieros responsables del proyecto aseguraron que su movimiento no afectaba a su integridad estructural y ste sigui abierto al trfico. Y qu pas? Pues que mucha gente empez a acudir a Tacoma para cruzar el extraordinario puente a pie o en coche. Era como una atraccin de feria, una atraccin que dur slo cuatro meses y seis das.El da de 7 noviembre de 1940amaneci con buen tiempo y un poco de brisa. Haban pasado solo unos pocos meses desde la inauguracin del puente y todo pareca normal, sin embargo nadie poda esperarse lo que ocurrira ese da. Con un viento de alrededor de 65 km/h que soplaba de manera constante, el puente comenz a moverse peligrosamente y a oscilar como si se tratara de una bandera, lo cual llam poderosamente la atencin de los que estaban viendo semejante espectculo.

Tras poco ms de una hora en esta situacin de vaivenes y sacudidas, el puente se desmoron y cay hecho pedazos al agua. Afortunadamente no hubo que lamentar la prdida de ninguna vida.

5. CAUSAS:El puente Tacoma Narrows ha sido, durante mucho tiempo, el tpico ejemplo que se ha usado en la escuela (e incluso en muchas universidades) para explicar un interesante fenmeno fsico: la resonancia. La explicacin de la cada del Tacoma la podemos encontrar en muchos textos de Fsica, por ejemplo el Resnick Halliday (tercera edicin, 1977): El primero de Julio de 1940 se termin el Tacoma Narrows Bridge en Puget Sound, Washington, y se abri al trfico. Tan solo cuatro meses despus, un ventarrn moderado puso al puente en oscilacin, hasta romper al tramo principal que se desprendi de los cables y cay al agua. El viento produjo una fuerza resultante cuyas fluctuaciones entraron en resonancia con la frecuencia natural de la estructura. Esto provoc un aumento continuo en la amplitud hasta destruir el puente. (Resnick Halliday, 1977) Curiosamente, los mismos autores en la siguiente edicin de su libro plantean una explicacin diferente: Otro ejemplo de resonancia ocurri en el puente sobre el estrecho de Tacoma en el estado de Washington en 1940. El viento que soplaba en el estrecho de Tacoma se dividi en torbellinos, suministrando as golpes de viento que sacudieron al puente con una frecuencia que igual a una de sus frecuencias de vibracin naturales. El resultado fue un suave movimiento de balanceo vertical, parecido a una montaa rusa, que le vali al puente el sobrenombre de Galloping Gertie. Unos cinco meses despus de haberse inaugurado el puente, el suave balanceo oscilatorio se convirti en violentas oscilaciones torsionantes, que no tardaron en provocar el colapso del puente. Estas oscilaciones no fueron consecuencia de la resonancia sino de los efectos no lineales de rfagas de viento particularmente fuertes. (Resnick-Halliday, 1996).Pues bien, resulta que no es cierto que el puente se desmoronara por culpa de la resonancia, hubo resonancia en el puente de Tacoma Narrows, pero no fue esa la causa de su colapso.El motivo de las galopadas de Gertrudis es la resonancia. En la naturaleza existen muchos sistemas que, alejados de la posicin de equilibrio, tienden a volver a l. Eso le sucede, por ejemplo, a un muelle cuando lo estiramos, o a un pndulo cuando lo separamos de la horizontal. Eso implica una fuerza que tiende a restaurar el estado inicial. Cuando esa fuerza es proporcional a la distancia que el cuerpo se ha alejado del equilibrio, tenemos el llamado movimiento armnico simple. La solucin es sencilla: el sistema efecta un movimiento sinusoidal con una frecuencia angular o (tambin llamada frecuencia natural). La naturaleza, por su parte, suele imponer fuerzas disipativas (viscosidad, rozamiento, amortiguamiento magntico), as que ni el muelle ni el pndulo van a estar oscilando eternamente, y la amplitud de las oscilaciones se va reduciendo con el tiempo. Para compensarlo, podemos efectuar una fuerza externa. Cuando la frecuencia de la fuerza externa coincide con la frecuencia o, tenemos el fenmeno de la resonancia: la amplitud A puede tomar valores muy grandes, incluso para fuerzas externas pequeas. Lo que sucede entonces es que la energa que recibe el sistema, por as decirlo, es absorbida por el sistema en su forma ms eficiente. Las oscilaciones crecen tanto ms cuanto menor sean las fuerzas disipativas.El puente estaba formado por un tablero horizontal y dos paneles verticales a los lados (todo sujeto a dos grandes torres por medio de la consabida maraa de cables), de forma que si le disemos un corte transversal tendramos una figura en forma de H, con el trazo horizontal mucho ms largo que los verticales. El viento viene horizontalmente, digamos de izquierda a derecha. Cuando topa con el panel izquierdo, se desdobla en dos flujos de aire, que recorren el puente. Pero como el puente careca de lnea aerodinmicas, el aire formaba remolinos en la parte superior, y tambin en la inferior. Aqu aparecen los llamados vrtices de Von Krmn.

Cada vez que un vrtice abandona el puente por la parte superior, crea una fuerza de arriba abajo; cuando lo hace por la parte inferior, la fuerza tiene sentido opuesto. Fjense cmo ambos remolinos se forman en instantes diferentes, la combinacin de ambos es una fuerza peridica. La frecuencia de esta fuerza (llamada frecuencia de Strouhal). Si coincide con la frecuencia natural del puente, o ms bien con una de las frecuencias naturales del puente (un objeto complejo tiene ms de una), tendremos resonancia.Por lo tanto las ondulaciones producidas en el puente con un movimiento vertical del tablero si era debido al fenmeno de resonancia que era causado por el aire al pasar por el puente. Sin embargo el da de la catstrofe el puente no presentaba un movimiento vertical que ya era usual, sino que empez a tener movimientos de torsin.La causa puede ser la autoexcitacin aerodinmica, para entenderlo, volvamos al puente. Recordarn cmo los vrtices o remolinos se iban generando tanto encima como debajo del puente, generando en ste un movimiento vertical. Lo importante ahora es que tambin provocaban un movimiento rotacional, esto es, una torsin.Digamos que la torsin es en el sentido de las agujas del reloj. Ahora el trazo vertical izquierdo de la H est ms elevado que el de la derecha. La consecuencia es que el viento, que viene del lado de la izquierda, genera en la parte superior un remolino ms grande que en la parte inferior.Si la velocidad del viento es pequea, el remolino ir recorriendo el puente durante ms de un perodo de torsin. Es decir, mientras el remolino se encuentra a medio camino, la torsin del puente habr cambiado de sentido y ahora se formar un remolino en la parte inferior. El efecto de ambos remolinos se anula.

Pero si el viento sopla con fuerza, el remolino recorrer el puente con rapidez y saldr por el lado de la derecha antes de que el tablero del puente haya vuelto a la horizontal. Cuando la torsin sea la opuesta, ser la parte inferior la que genere un remolino.Eso es lo que pas en el puente de Tacoma Narrows. Cada vez que se inclinaba lateralmente, se generaban remolinos, los cuales ejercan un momento de torsin que retorca el puente cada vez ms. A cada oscilacin, la torsin creca, lo que incrementaba el tamao de los remolinos, que a su vez aumentaba la torsin, y as sucesivamente. El efecto es un bombeo de energa del viento al puente conocido como Negative damping relacionado con un fenmeno denominado flameo.Esta es una de las teoras que podra explicar el derrumbe del puente Tacoma Narrows, sin embargo, existen ms teoras. Hay an mucho por investigar y aun no se ha podido resolver este misterio. Hay varios fenmenos aeroelsticos a los que podra deberse su colapso e investigadores de todo el mundo siguen discutiendo los detalles del suceso. Pero sigue sin entenderse del todo la razn por la que la oscilacin se amplific tanto hasta llegar al colapso.

6. FALLAS EN EL DISEO Y CONSTRUCCION:El anlisis de las causas de la cada de este puente demostr que hubo errores graves en su fabricacin que propiciaron que se viniera abajo con condiciones meteorolgicas tan benignas. Por ejemplo, en su construccin se emplearon vigas de acero que formaban una estructura de sustentacin horizontal maciza y cerrada que favoreca la resistencia del viento. Esto permita la formacin de peligrosas turbulencias y corrientes de aire alrededor del mismo.Los ingenieros del puente obviaron el efecto de la resonancia al pasar los coches sobre el puente, tambin obviaron lo que poda pasar con el viento, algo que se amplific con la excesiva flexibilidad de los materiales utilizados (al recortar en la robustez de las vigas) que dejaron al puente a un tercio de la rigidez recomendada para este tipo de construcciones (que son tan dependientes del lugar en el que se emplacen). De hecho, por aquella poca no se pensaba en que la aerodinmica tambin influa en estas construcciones y, desde entonces, construcciones a escala son sometidas a pruebas en tneles de viento y se aaden aberturas a los elementos de soporte para permitir el paso del viento.

Las lecciones aprendidas a partir de este desastre permitieron mejorar considerablemente la seguridad en la construccin de los nuevospuentes colgantesen todo el mundo, incluido el sustituto del fatalmente colapsado, el cual se inaugur en 1950 y afortunadamente, existe an en nuestros das.

IV. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.-

A. Sears & Zemansky. FSICA UNIVERSITARIA. Volumen 1. Dcimo Segunda Edicin. Captulo 13: Movimiento Peridico. Oscilaciones Forzadas y Resonancia. Pg. 443. Compaa Editorial Ultra S.A. de C.V. Mxico D.F.

B. Prof. Vachetta, Prof. Surez, Ing. Gabriel Glisenti. LA RESONANTE CADA DEL TACOMA NARROWS BRIDGE. Recuperado y consultado el 17 12 - 2014: http://www.fing.edu.uy/if/cursos/mecsis/apoyo/tacoma.pdf

C. Miquel Sureda. CAYO EL PUENTE DE TACOMA NARROWS POR LA RESONANCIA? Recuperado y consultado el 17 12 - 2014: http://www.gaiaciencia.com/2014/04/cayo-el-puente-de-tacoma-narrows-por-la-resonancia/

D. Arturo Quirantes. LA RESONANCIA BIEN ENTENDIDA: EL PUENTE DE TACOMA NARROWS. Recuperado y consultado el 17 12 - 2014: http://naukas.com/2012/03/26/la-resonancia-bien-entendida-el-puente-de-tacoma-narrows/

E. Nicole Grubb. TACOMA NARROWS BRIDGE. Recuperado y consultado el 17 12 - 2014: http://es.slideshare.net/nicolegrubb12/tacoma-narrows-bridge?related=1

F. Daril de la Nuez. EL DERRUMBE DEL PUENTE DE TACOMA NARROWS. Recuperado y consultado el 17 12 - 2014: http://curiosidades.batanga.com/5251/el-derrumbe-del-puente-de-tacoma-narrows

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