Tacoma Narrows

En el vídeo de ayer enseñábamos cómo determinadas frecuencias de sonido pueden generar patrones sobre una placa de metal cubierta de un material granulado al hacerla vibrar de maneras diferentes.

En la misma línea, el puente de Tacoma Narrows (EEUU) sufrió uno de los fallos más espectaculares de la historia de la ingeniería civil en el año 1940, deformándose y retorciéndose violentamente durante una hora como si la estructura estuviera hecha de goma elástica.

https://www.youtube.com/watch?v=LMTyIRBXeyE

La culpa del colapso la tuvo, en parte, el fenómeno de la resonancia, aunque vamos a ser algo tiquismiquis** y mencionaremos también la autoexcitación aerodinámica, porque incluso hoy en día sigue habiendo cierta polémica alrededor del tema y no queremos que nadie nos salte al cuello. Los que estáis preparándoos para denunciarnos, dejadnos explicarnos con más detenimiento.

La frecuencia de resonancia es una propiedad más o menos única para cada clase de objetos que tengan una forma y composición concretos y refleja la tendencia de éstos a vibrar con una mayor amplitud sometidos a esfuerzos cíclicos de determinadas frecuencias. Y con una mayor amplitud queremos decir un movimiento más bestia.Para ilustrar este ejemplo, suele usarse a un abuelo empujando a su nieto en un columpio para que llegue cada vez más alto, pero vamos a poner un ejemplo más ingenieril.

Si agarras la señal de tráfico y empiezas a pegarle tirones y empujones como un/a loco/a, conseguirás una especie de vibración desordenada y complicada de mantener por la falta de sincronización entre tus movimientos y los de la señal. En cambio, en el momento en que ejerces una fuerza rítmica, su comportamiento será algo diferente.

Dándole un sólo empujón a la señal, ésta se doblará un poco, oscilará unas cuantas veces y volverá a su posición inicial tras un par de oscilaciones. Pero, si le das otro empujón cuando la señal vuelve hacia ti en vez de permitirle que oscile libremente hasta detenerse y disipe la energía que llevaba, volverá a doblarse usando el impulso que tenía guardado y además del que le has aportado con el segundo empujón, así que llegará un poco más lejos que la primera vez. Si cada vez que la señal vuelve hacia ti le pegas un empujón con la misma fuerza, el movimiento continuará acentuándose hasta que te aburras o la señal se rompa.

En la siguiente animación que hemos hecho, las flechas rojas representan los “empujones”.

En el caso del puente de Tacoma Narrows, la estructura entró en resonancia por una causa diferente. Según Pedro Ortiz Morón, profesor del departamento de Máquinas y Mecanismos de la EUETIB (Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Barcelona, Universidad Politécnica de Cataluña): “el viento constante e intenso que soplaba aquel día propició la generación de vórtices sobre la superficie del puente y debajo de él, alternativamente, que empujaban los extremos de la estructura en la misma dirección y sentido en la que ésta intentaba volver a su posición natural, resultando sucesivamente mayor la amplitud de la oscilación.

Hemos hecho una animación simplificada para ilustrar el fenómeno, que es más complejo de lo que somos capaces de representar, pero creemos que da una idea aproximada de cómo se desarrolló.

¿Y por qué mencionábamos el asunto de la autoexcitación aerodinámica al principio? Como ya hemos dicho, hay algo de polémica alrededor de colapso del puente de Tacoma Narrows y opiniones dispares sobre el asunto. Primero se asumió que la resonancia era la única causante de este desastre, luego se empezó a sugerir que la culpa era de otra cosa totalmente diferente: la autoexcitación aerodinámica.

Nosotros hemos preferido salir de internet para preguntar a expertos y hemos recurrido a David Sánchez Molina, profesor del Departamento de Resistencia de Materiales y Estructuras en la Ingeniería en la EUETIB (Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Barcelona, Universidad Politécnica de Cataluña), que nos han comentado que en este caso concreto, aunque se considera que la autoexcitación aerodinámica causó el colapso en última instancia, fue consecuencia de un esfuerzo cíclico provocado por el flujo de aire alrededor del puente, así que puede considerarse que la causa principal del fallo fue la resonancia y no estaríamos diciendo ningún disparate en un contexto que no fuera puramente técnico.

No hay que viajar en el tiempo hasta una tierra lejana para observar el fenómeno. En España tenemos también un puente, el “Arcos del Alconétar“, que durante el proceso de construcción también sufrió oscilaciones debidas a la acción del viento.

https://www.youtube.com/watch?v=VH8-Xdfgf1

Parece raro que unas ráfagas de aire de unos 65 kilómetros por hora ejerzan tanta fuerza como para hacer que un puente baile, pero tenemos a la atmósfera infravalorada. El propio sonido, que no son más que frentes de aire a diferentes presiones, también puede mover las cosas al presionar contra su superficie (hablábamos del sonido más a fondo en esta entrada en la que evaluábamos cómo calentar las cosas a gritos). En este vídeo en el que se rompen copas de cristal puede verse cómo las ondas de presión empujan el vaso y lo deforman, formando pequeñas grietas que se acumulan hasta que el vidrio no puede soportar más la tensión y se quiebra.

https://www.youtube.com/watch?v=uLeYuxzpcm

2 pensamientos en “Tacoma Narrows”

  1. Me llegan este tipo de informes o articulos cientificos!!! me llega!! aun no se mucho de ciencia tengo 17 años pero eh aprendido a valorar mucho el arte cientifico aunq muchas veces cuesta (a mi en lo general) entender 🙂

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