5 cagadas en la ingeniería 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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José Antonio Agudelo Zapata

Ing. Caminos, Canales y Puertos y Máster de Estructuras por la Universidad de Granada. Cofundador y responsable de Estructurando.net

21 Responses to 5 cagadas en la ingeniería de puentes por culpa de la resonancia

  1. […] Cinco cagadas en la ingeniería de puentes por culpa de la resonancia […]

  2. Jorge dice:

    No sé si ha sido de forma consciente, pero una buena forma de celebrar el 120 cumpleaños de otro puente que, aunque no goza de resonancias, es probablemente el más conocido del mundo. Tal día como hoy hace 120 años se inauguraba el Tower Birdge: http://www.guirilandia.com/2014/01/21/7-curiosidades-tower-bridge/

  3. Eduardo dice:

    Me ha gustado el articulo…. pero no el titulo. Todos somos humanos y creo que hay que mostrar algo mas de respeto. ‘Cagadas’?

    El problema en el puente de Tacoma Narrows por ejemplo no fue una ‘cagada’, sino falta de conocimiento de la profesión sobre la interacción de las estructuras con el viento.

    Y respecto a la pasarela del milenio, ya me gustaría a mi hacer ‘cagadas’ de ese calibre.

    Todos los días voy al trabajo pensando en que me he podido olvidar y que puede pasar. Como profesión tenemos una gran responsabilidad y lo mínimo que podríamos hacer es mostrar algo mas de respeto entre compañeros.

    • Gracias Eduardo por comentar.
      Tienes toda la razón. Quizás no haya estado nada acertado con el título. Es más, mi idea inicial era del estilo “errores en ingeniería de puentes que nos enseñaron mucho”. Y es que en el fondo, la mayoría de los ejemplos que he puesto enseñaron mas a la ingeniería que quizás otras grandes estructuras sin problemas. Los de “cagada” no se si al final lo puse por hacer el título mas llamativo (con lo que se me ha ido la mano) o por que algún ejemplo de los que he dejado (no voy a decir cual) creo realmente que lo fué (mucho presupuesto, mucho firma conocida y al final pasa lo que pasa). En esa línea, y dado que también me dedico a las estructuras, me gustaría incidir que tenemos gran responsabilidad y, aveces, se llevan los reconocimientos quienes menos deben.
      En fin, siento si he sido poco sensible con el título. Por lo menos me alegra que el artículo en si, si te haya gustado.
      Un saludo

      • Olaguer dice:

        No se retracte del titulo….es que eso no fueron embarradas …fueron autenticas CAGADAS…las haya hecho el que las hizo y como fueron realizadas no importa…muy bien por el articulo

      • Jorge Piscoya fernández dice:

        Me parece una buena idea lo de “cagada” para lograr atraer al lector, cosa que sucedió conmigo, fue esa palabra la que mayormente me atrajo, además los médicos pediatras ya no dicen “las eses” ahora mayormente dicen “la caca”, no le veo nada de malo, es cuestión cultural.
        saludos cordiales

  4. Yo creo que, a día de hoy, después de la cantidad de casos documentados de colapsos de estructuras por resonancia y del conocimiento teórico del problema, recogido múltiples publicaciones y normativas, consideró una completa CAGADA el proyectar una estructura con este tipo de problemas. Dicho esto, creo también que muchos de los casos recientes que se han producido (y se vayan a producir) no se deben a una falta de conocimiento por parte de los ingenieros o proyectistas en general, sino al contexto de plazos y presupuestos excesivamente ajustados para la entrega de los proyectos en la que estamos inmersos casi siempre. Ello hace finalmente que uno (por orden del que “gestiona” el proyecto) no tenga mas remedio que centrarse en las comprobaciones habituales que permiten cumplir “expediente”, dejando de lado otras como ésta de la resonancia, qué podría incluso llegar a condicionar la integridad global de la estructura.

    Hay muchas veces que es difícil salirse del tiesto de una serie de comprobaciones estandarizadas, de forma que a veces te la juegas con el cliente. Llevado al caso extremo es como la escena de la Lista de Schindler cuando una ingeniera dice al nazi de turno, que un barracón que están construyendo se va a caer…lo que acaba con su ejecución, pero haciendo lo que ella decía…: )

    Un caso de colapso estructural por resonancia que tenemos mucho más próximo es el famoso “incidente” de las farolas de la circunvalación de Granada.

    • Carlos, gracias por comentar.
      Sobre el caso de las farolas, lo que realmente me encanta es la sencillez con lo que lo solucionaron el problema.
      Un saludo!

      • Juliano dice:

        ¿¿Sencillez?? La solución es más “cagada” que el propio error de diseño. Arreglaron el problema con una solución “quick and dirty” destrozando defintivamente la estética de las farolas, que ya eran feas de por sí.

  5. Carlos dice:

    Algún articulo sobre lo que hablan de las farolas? Me da curiosidad, gracias

    • Hola Carlos,
      Pues no tengo ningún artículo pero puedes observar las farolas en este link:
      http://goo.gl/maps/8gMrW
      Como podrás ver, se trata de unas farolas con un gran voladizo. Por lo visto, al poco de ejecutarlas entraron en resonancia a causa del viento. Por eso, la cimentación sufría y aparecieron fisuras.
      La solución fue colocar unos tirantes que lo único que hicieron fue cambiar la frecuencia de la farola para que no entrara en resonancia. Mucha gente cree que los tirantes tiene una función de sostener las farolas pero nada mas lejos de la realidad. Los tirantes hacen mas rígida la estructura y eleva sus frecuencias distanciándolas de las frecuencias de las rachas de viento.
      Si encuentro algo mas lo pondré por aquí.
      Un saludo!

  6. jaumeguardia dice:

    Felicidades por el artículo. Sobretodo el título, lo encuentro de lo más acertado.

    En ingeniería civil es complicado hablar de los errores, pero yo he aprendido mucho más de las cagadas que de los aciertos, sobretodo cuando los he sufrido en mis propias carnes. Hay que reivindicar mucho más el término cagada, porqué el que la caga es porqué ha tomado alguna decisión, quien nunca la caga es porqué no se responsabiliza de lo que hace o directamente no hace nada.

    Un saludo 🙂

  7. Sin conocer el proyecto, creo que el refuerzo que se planteó para las farolas de la circunvalación de Granada, resulta eficaz por dos motivos:

    a) Aumenta la resistencia global de la estructura frente a las acciones (viento) que son perpendiculares al plano de la farola.

    b) Incrementa la frecuencia propia de vibración de la farola (fuera de su plano), de forma que se hace menos sensible a entrar en resonancia debido a las excitaciones transversales, más o menos periódicas, debidas al desprendimiento de remolinos de Von Karman, cuando el viento actúa en el plano de la farola.

    La norma que en España mejor trata estos temas es la ROM 0.4-95.

  8. […] 5 cagadas en la ingeniería de puentes por culpa de la resonancia […]

  9. Sobre lo de las farolas, no es que la cimentación sufriera y se fisurara (que también), es que la del enlace de Armilla llegó a caerse sobre la autovía…
    No recuerdo bien, pero creo que fue por el año 1995

  10. […] 2.-El efecto de la resonancia en los puentes, es detallado en la entrada de este interesante blog, ademas de llegar a comprender como es que la resonancia puede llevar al colapso de los puentes, también se puede apreciar este efecto a partir de 5 ejemplos muy bien explicados  clic aquí […]

  11. Juanjo dice:

    El puente de Tacoma no colapsó por resonancia. De hecho, la resonancia producía una deformación longitudinal que sí soportaba el puente; era conocido porque se podía ver desaparecer un vehículo en la primera mitad del puente mientras bajaba, cuando otro en la otra mitad subía. El asunto era conocido y contemplado a menudo. El problema fue la deformación transversal, mientras la mitad de la calzada ascendía, la mitad simétrica bajaba. Ese efecto es el mismo que se produce en las alas de los aviones (los aeronáuticos lo estudian bien), mientras el régimen del viento es laminar en ambas caras del tablero, superior e inferior, no hay problema, pero si pasa a régimen rápido uno de los dos, la turbulencia genera un efecto de succión. Si el fenómeno cambia de “cara”, la torsión es al revés. Así, si se alternan ambas situaciones, se produce el efecto “flutter”, muy temido en aeronáutica y por ello muy bien estudiado. Pero eso sólo no era suficiente para derribar el puente, pero si para aumentar la superficie de empuje del viento al aumentar el ángulo de ataque, primero al subir la mitad del tablero girando en el eje longitudinal (lo único que se opone a la subida del tablero es el peso propio por ser colgado) y luego al bajar (este sí está coartado por los tirantes, pero sube el semi-tablero simétrico y ahí le pega el aire, el efecto es el mismo). En cierto modo se trata de algún tipo de resonancia transversal, que nada tiene que ver con la resonancia forzada por la alternancia de cargas y acople de frecuencias. El puente falla cuando el empuje del viento no lo pueden soportar los cables y empiezan a romper. La cagada (yo mantendría el titulo sin ningún rubor) está en no considerar la resonancia en los dos planos, longitudinal y transversal, sobre todo en puentes de tableros anchos y “opacos” al paso del viento. La norma, salvo casos concretos, nos obliga a considerar las cargas verticales longitudinales, pero solo con efectos resistentes por el momento que producen, y la rigidez para evitar la resonancia dentro de determinadas frecuencias. Quizás tendrían que inspirarse en los conocimientos que ya tienen y aplican otras ramas de la ingeniería, ¿o es mucho pedir?¿complicaría demasiado los cálculos? Yo lo pondría como preceptivo para anchuras superiores a un umbral…no es excusa que, por este motivo, sólo fracase un puente por cada 20.000 (?) construidos.

  12. John Pillas dice:

    Hola, el artículo está muy interesante. Pero he estado buscando información sobre el colapso del Puente de Tacoma, y parece que no fue causado por resonancia. En este reportaje lo explican bastante bien: http://www.gaiaciencia.com/2014/04/cayo-el-puente-de-tacoma-narrows-por-la-resonancia/

    • Hola John,
      Exacto, el Tacoma no entró en resonancia forzada (lo indicamos en el artículo). Tuvo mas que ver efectos aerodinámicos. Aún así se suele utilizar este ejemplo mucho para explicar los efectos de la resonancia.
      Un saludo.

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