En este parcial veremos vibraciones en los sistemas, como introducción veremos algunas definiciones y formulas, las cuales veremos y ocuparemos en las siguientes clases.
El colapso del puente Tacoma Narrows: cuando la naturaleza nos dio una ejemplar lección de física
Antes de empezar con las formulas y todo lo demás vamos a platicar sobre el puente Tacoma
En Washington 1938, donde se hablaba desde hace un tiempo de la posibilidad de construir un puente que uniese la ciudad de Tacoma con la península de Kitsap. La falta de fondos hizo que fuera difícil llevar a cabo el proyecto, pero finalmente Leon Moisseiff (diseñador del Golden Gate y el Puente de Manhattan) presentó una idea donde a cambio de reducir algunas de las especificaciones del puente se podría construir relativamente barato.
Aquí comienza lo interesante, y es que el puente oscilaba siempre que había un poco de viento. Los ingenieros salieron a tranquilizar a las personas, advirtiendo de que era algo normal y no había de qué preocuparse. Y en cierto sentido si era, a pesar de ser de acero y hormigón, una estructura tan grande no es 100% rígida y sufre ligeramente las presiones del aire. La gente empezó a acudir a Tacoma sólo para ver el puente balancearse, como si fuera una atracción turística.
El 7 de noviembre de 1940, el día en el que el puente dijo que era suficiente. Con una media de unos 68 km/h ese día, el puente en principio debería haber aguantado sin problemas.
Ante tal fenómeno comenzaron a acudir personas a presenciar el puente. Si nos fijamos en las imágenes vemos cómo el puente no solo se tambalea creando una especie de olas, sino que también lo hace en su anchura, creando las hipnóticas imágenes donde da la sensación de que el vídeo es falso.
El puente se derrumbó al completo y sólo quedaron en pie los pilares sobre los que se sustentaba.
Poca resonancia y mucha autoexcitación aerodinámica
El primer culpable que siempre sale y se creyó que realmente lo era durante muchas décadas es un fenómeno llamado resonancia. Lo primero que tenemos que entender es qué es la resonancia. Este fenómeno se caracteriza por conseguir que la vibración de un elemento crezca sin parar hasta romperlo. Es resonancia.
Para que se produzca, hay que conseguir que las oscilaciones propias del objeto coincidan con las de la fuerza externa que está excitando/impulsando el objeto. Se dice que el columpio entra en resonancia cuando los impulsos están sincronizados. El puente de Tacoma Narrows estaba sujeto a este fenómeno físico. Las brisas del aire entre los 30 km/h y los 40 km/h provocan sobre el puente los llamados vórtices de Von Kármán, que se generan cuando el aire encuentra un obstáculo.
El 7 de noviembre, sin embargo, no fue este fenómeno el que causó el colapso del puente. Hay dos razones obvias por las que no era un efecto de la resonancia. Según los diversos estudios que se han realizado posteriormente, el colapso se lo debemos a la autoexcitación aerodinámica, un fenómeno que se produce cuando un objeto entra en contacto con una corriente de aire. Las corrientes de aire, si son lo suficientemente fuertes como para mover un objeto, provocarán que este se mueva para adaptarse a las distintas presiones que lo rodean.
Un imagen vale más que mil palabras y un vídeo mucho más, en el siguiente podemos ver una animación recreando el efecto sobre el puente:
En consecuencia el aire genera unas condiciones distintas debido al movimiento del objeto. En velocidades más bajas cuando había resonancia los remolinos de viento que generaban los vórtices de Von Kármán entraban por encima y por debajo del puente, pero lo hacían a una velocidad suficientemente lenta como para que el puente acabase su oscilación a tiempo y ambos remolinos se anulase el uno al otro.
Créditos:
Vía | Erikssen Aquino Díaz
Electromechanical Engineer, Master Degree In Engineering Of Automation Of Industrial Processes
Vía | Simscale y Washington State Department of Transportation
by:
Pedro Reyes Badillo
David Pérez Alemán
Jesús Maldonado Botello
Saul Ramírez Madriz
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