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La resonancia y el puente de goma

La resonancia es un fenómeno que se produce cuando un cuerpo capaz de vibrar es sometido a la acción de una fuerza periódica. Lo notamos cuando estiramos una gomilla y la hacemos vibrar o empujamos el columpio de un niño. Es capaz de hacer estallar vasos o incluso hundir puentes, como el curioso caso del puente de Tacoma.

Torsión del puente de Tacoma

Torsión del puente de Tacoma

Seguramente todos hayáis visto en Youtube el vídeo en el que se ve cómo la acción del viento hace ‘bailar’ al “Galloping Gertie” (pseudónimo que recibió el puente de Tacoma) como si se tratara de una goma elástica y lo parte en dos hundiéndolo bajo el mar. Hubo muchas dudas sobre las causas de este fenómeno pero lo que sí quedó claro desde el principio es que hubo resonancia.

Un hermoso puente colgante, en 1940. Su forma recordaba al Golden Gate de San Francisco: más de 1.800 metros de longitud, con una separación de 850 metros entre soportes.  Fue en su momento el tercer puente más grande del mundo, compuesto por miles de toneladas de acero y cemento, diseñado para durar. Y duró, exactamente cuatro meses y seis días.

El puente sufría pronunciadas oscilaciones verticales, incluso ante vientos moderados, originando quejas de los conductores que protestaban por sufrir mareos durante el cruce. Los suaves vientos de la zona hacían que el tablero del puente subiese y bajase cada pocos segundos.

Remolinos de aire sobre el tablero

Remolinos de aire sobre el tablero

El motivo de las galopadas de “Gertie” era la resonancia. En la naturaleza existen muchos sistemas que, alejados de la posición de equilibrio, tienden a volver a él. Eso le sucede, por ejemplo, a un muelle cuando lo estiramos, o a un péndulo cuando lo desplazamos de la vertical. Esto siempre implica una fuerza que tiende a desequilibrar el sistema. Cuando esa fuerza es proporcional a la distancia que el cuerpo se ha alejado del equilibrio, tenemos el llamado movimiento armónico simple. La naturaleza, por su parte, suele imponer fuerzas opuestas (viscosidad, rozamiento del aire, amortiguamiento magnético) para restablecer el equilibrio. De esta forma ni el muelle ni el péndulo van a estar oscilando eternamente, y la amplitud de las oscilaciones se va reduciendo con el tiempo. Para compensarlo y conseguir que los ciclos continúen, podemos efectuar una fuerza externa. Es lo que todo abuelo que se precie hace con el columpio de su nieto.

Y eso es lo que sucedió en el puente de Tacoma Narrows. En ese caso, el papel del abuelo lo hacía el viento. El puente estaba formado por un tablero horizontal y dos paneles verticales a los lados. El viento viene horizontalmente, digamos de izquierda a derecha. Cuando topa con el panel izquierdo, se reparte en dos flujos de aire que recorren la estructura. Pero como el puente carecía de líneas aerodinámicas, el aire formaba remolinos en la parte superior, y también en la inferior.

Periodista en el momento del desastre

Periodista en el momento del desastre

Cada vez que uno de estos remolinos abandonaba el puente por la parte superior, creaba una fuerza de arriba abajo que hacía desequilibrar el puente. La frecuencia de esta fuerza se llama frecuencia de Strouhal y si coincidía con la frecuencia natural del puente, se producía resonancia, provocando los movimientos del tablero.

Y, lógicamente, tuvo que llegar el día del desastre. El 7 de noviembre de 1940, cuatro meses después de su inauguración, los vientos en la zona eran más fuertes que lo habitual, unos 65 km/h.  Hacia las diez de la mañana, el puente se vio sacudido por fuertes movimientos de torsión.  Esto se debía a la autoexcitación aerodinámica, que fue realmente la causa de la rotura del puente. El tablero central no se limitaba a subir y bajar suavemente, sino que se retorcía de una forma que solamente se puede calificar como salvaje.

En las grabaciones podemos observar a una persona que baja de su coche. Se trata de un periodista del Tacoma News Tribune que tuvo la mala fortuna de presenciar el inicio del movimiento de torsión mientras cruzaba el puente en su coche. Tuvo el tiempo justo de abandonarlo y ser testigo de los instantes finales. A las once y diez de la mañana, secciones enteras del tablero del puente caían al agua, incluidos el coche del periodista.

Y lo más impactante: ¿sabéis cual podría haber sido la solución? Unos simples agujeros en los paneles habrían aportado al puente la cualidad aerodinámica necesaria para resistir los empujes del viento y el puente de Tacoma seguiría en pie. De hecho, todos los puentes que se construyen en la actualidad deben pasar la prueba de ‘El Túnel de Viento’ para evitar tales desgracias.

 

Vía| Nuakas

Más información| Ojo científico

Imágenes| Puente de Tacoma, Remolinos, Periodista

En QAH| ¿Cómo es posible construir bajo el agua?

Vídeo| Youtube: Puente de Tacoma (efecto de resonancia)

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