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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

GLOSARIO DE TÉRMINOS CURSO

: PUENTES Y OBRAS DE ARTE

DECENTE

: Ing. Deyvin Vilcapoma Mendoza

ALUMNA

: VENTURA YUPANQUI, Liliana Betti

AYACUCHO – PERÚ 2018

RESONANCIA Cada estructura cuenta con un periodo natural (o frecuencia natural) inherente a sí misma. Al entrar la estructura en un estado de excitación externa de vibración (por ejemplo: un movimiento sísmico, la fuerza del viento, mesa vibradora, un motor sobre una estructura que la soporte, etc.), éste generalmente hace que la estructura adopte un movimiento oscilatorio con una frecuencia determinada. Cuanto más se acerque el valor de la frecuencia generada por la excitación (variable) a la frecuencia natural de la estructura (fija), mayor será la intensidad con que se visualizará el fenómeno de resonancia, el cual se expresaría como movimientos oscilatorios con amplitudes máximas (grandes desplazamientos) en la estructura. En la ingeniería civil, este efecto se ve mayormente en sismos y viento; y siendo un poco más específicos, en el Perú lo observamos especialmente en sismos, a causa de la localización geográfica del país. Cuando el sismo excita el suelo, base de nuestras estructuras empotradas en él (viviendas, edificios, puentes, etc), le brinda una aceleración variable en un movimiento oscilatorio (o de vaivén) tridimensional con una frecuencia variable, y este movimiento es transmitido por medio de la cimentación de las estructuras a los demás elementos estructurales de estas mismas, dando como resultado que toda la estructura adopte una frecuencia de vibración. Como habíamos mencionado anteriormente, cada estructura cuenta con una frecuencia natural inherente. Si la frecuencia que el sismo le impone a la estructura coincide o se acerca a la frecuencia natural de la estructura, se dará el fenómeno de resonancia, generando unos desplazamientos exagerados en la estructura. Por ello, este fenómeno de resonancia es sumamente perjudicial, ya que exige demasiada ductilidad a la estructura, mucha más que la que ésta puede proveer, con lo que la estructura, naturalmente, buscará la forma de liberar la energía de un modo generalmente destructivo. Como ejemplo podríamos citar al concreto armado (material muy usado en la industria de la construcción): liberaría energía fisurándose éste, aplastándose, fluyendo el acero en tracción, dejando como resultado una estructura dañada severamente que probablemente quedaría irreparable. La resonancia como fenómeno físico se presenta como un objeto de estudio de gran importancia dentro de las diversas ramas de la ingeniería. Se han realizado investigaciones del proyecto teniendo en cuenta los movimientos sísmicos a los cuales ha estado sometido, no sólo en el territorio Colombiano sino en el mundo entero. En el marco de este proyecto surge la necesidad de evaluar diferentes casos de estudios y analizar la historia de las catástrofes y sus efectos en el sistema territorial, y resulta estratégico trabajar en los diferentes aspectos donde se encuentran impactos por este fenómeno natural (Cárdenas Hernández & Cepeda Isidro, 2016).

Todas las estructuras que poseen masa y elasticidad son capaces de vibrar. Estas vibraciones pueden ser excitadas por fuentes tales como motores, compresores, vientos, terremotos, etc. Si la frecuencia de estas fuentes de vibración coincide con una de sus frecuencias naturales de vibración, la estructura entra en resonancia y su amplitud de vibración puede alcanzar magnitudes lo suficientemente grandes para dañar o incluso destruirla.

Ilustración 1 : Edificio en resonancia.

Fuente: Articulo Vibraciones de estructuras complejas (Peralta, Reyes Lopez, & Godinez Muñoz, 2009).

FENÓMENOS DE RESONANCIA Para que se produzca el fenómeno de la resonancia se requiere: a) De un sistema elástico que presente frecuencias naturales de vibración, b) De una fuerza externa de tipo periódico que actúe sobre el sistema elástico, c) De una coincidencia entre ambos tipos de frecuencia. Un cuerpo, dependiendo de su forma, de su masa, del material de que esté hecho, oscilará con ciertas frecuencias propias a las que, se les denomina frecuencias naturales o frecuencias características. Cuando un sistema es excitado con alguna de sus frecuencias características,

la amplitud de la oscilación va creciendo cada vez más y decimos que el sistema ha entrado en resonancia. ” La resonancia es un fenómeno que se produce cuando un sistema capaz de vibrar u oscilar, es sometido a la acción de una fuerza periódica externa, cuya frecuencia de vibración coincide con alguna de las frecuencias naturales del sistema. El sistema vibra aumentando progresivamente la amplitud del movimiento.” Este efecto puede ser destructivo en algunos materiales rígidos. ¿Cómo puede presentarse este fenómeno en la vida real? Teniendo en cuenta que estamos en un mundo sometido continuamente a fuerzas oscilantes, como el viento, los terremotos, y si además estamos rodeados de estructuras elásticas, como ventanas , puentes, edificios. Se pueden presentar varios ejemplos de resonancia: Ejemplo 1: Un ejemplo impresionante de fenómenos de resonancia es lo ocurrido en 1940 en el puente de Tacoma (Narrows) en EE.UU. El puente fue construido con las mejores técnicas de ingeniera de la época. Fue inaugurado el 1 de julio de 1940 y solo 4 meses después, el 7 de noviembre de 1940 unas rachas de viento moderadas de 64 Km/h hicieron que el puente se retorciese violentamente y finalmente cayera. En la citada figura puede observarse como dicho coeficiente, resultado de dividir la máxima flecha que se produce ante el paso del tren entre la flecha estática de proyecto, es claramente mayor que la unidad a causa de que su valor aumenta notablemente a determinadas velocidades de paso. Éstas son precisamente las denominadas velocidades de resonancia, aquellas a las que se da la coincidencia entre el tiempo de paso de cargas consecutivas y el periodo natural de vibración del puente(Romero, 2002).

Ilustración 1: Fuerza y velocidad lateral de la tasa de resonancia forzada

TACOMA NARROWS El primer puente de Tacoma Narrows, era una estructura moderna e imponente con una longitud total de 1600 metros, dos torres soporte de 129 metros de altura sostenían su sección central separadas por una distancia de 853 metros. La construcción era uno de los 3 puentes colgantes de su categoría, más largos del mundo. Antes de su desplome el 7 de noviembre de 1940 (apenas 4 meses después de su inauguración), el puente se hizo famoso al sufrir un fenómeno de resonancia y pronto fue rebautizado de forma coloquial a “Galloping Gertie” (Quizas Leonard Coatsworth, un editor de Tacoma lo llamo Gertie como el dinosaurio). El fenómeno de resonancia longitudinal, hacia que el puente se deformara en esa dirección. Literalmente los coches galopaban sobre el asfalto como barquitos sobre las olas del mar, se movían de arriba abajo. Inmediatamente los ingenieros intentaron solventar el problema de oscilación del Puente de Tacoma Narrows. Se fabrico una maqueta a escala tanto del puente como de una seccion para su estudio en el túnel de viento. Después del análisis en la universidad de Washington se llego a dos conclusiones para solventar la oscilación. 

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Perforar algunos agujeros en el lateral del puente sobre las vigas para que el flujo de aire pudiera circular a través de ellos y reducir la fuerza de ascenso que ejercía sobre el puente. Darle una mejor aerodinámica a la sección transversal del puente por medio de deflectores instalados en las vigas, a lo largo de la cubierta.

Esta solución aerodinámica llego solo dos días antes de su desplome, por lo que nunca se puso en práctica.

Realmente el puente no se desplomo por el efecto de una resonancia la cual se pensaba no afectaría a la integridad estructural. El desplome de la estructura de Tacoma fue por causas aeronáuticas no vistas en un puente hasta la fecha. Sometido a una torsión lateral de izquierda a derecha por una acción llamada flameo. El puente no pudo aguantar la torsión y se colapso. El Flutter (flameo o aleteo) es una vibración que surge sola, cuando las fuerzas aerodinámicas ejercidas sobre un objeto provocan un movimiento periódico natural. Este movimiento se retroalimenta en condiciones positivas. Mas vibración mas movimiento y carga aerodinámica, cuanto mas carga aerodinámica mas movimiento y vibración. Es un fenómeno que ocurre dentro de cualquier fluido. Aunque Afecta a muchas estructuras (como los puentes), normalmente aparece en las alas de avión. El desplome del puente de Tacoma Narrows hizo que cambiara la forma en la que se construyen las estructuras. Desde entonces la concepción de proyectos tiene mucho mas en cuenta la forma en la que interactúan con la aerodinámica y la resonancia las estructuras y la carga que soportan.