El puente de Tacoma Narrows construido en 1940, fue el primer cruce a través del estrecho de Tacoma. Este puente colgante, situado en el estado estadounidense de Washington, atravesaba el estrecho de Puget Sound en Tacoma Narrows, entre Tacoma y la península de Kitsap. Se abrió al tráfico el 1 de julio de 1940 y colapsó dramáticamente el 7 de noviembre del mismo año. En el momento de su construcción, era el tercer puente colgante más largo del mundo en términos de la longitud del vano principal, solo por detrás del Golden Gate y del puente George Washington.
mini|left|Mapa que muestra la ubicación del puente La obra del puente se inició en septiembre de 1938. Desde el momento en que se construyó el tablero, comenzó a moverse verticalmente los días de viento, lo que llevó a los trabajadores de la construcción a darle al puente el apodo de Galloping Gertie. El movimiento se apreciaba incluso cuando el puente se abrió al público. Varias medidas destinadas a detener este movimiento fueron ineficaces, y el vano principal del puente finalmente se derrumbó cuando soplaba un viento de 40 mph (64 km/h) la mañana del 7 de noviembre de 1940.
Tras el colapso, la participación de los Estados Unidos en la Segunda Guerra Mundial retrasó los planes para reemplazar el puente. Las partes del puente aún en pie después del derrumbe, incluidas las torres y los cables, fueron desmanteladas y vendidas como chatarra. Casi 10 años después del hundimiento, se abrió un nuevo Puente de Tacoma Narrows en el mismo lugar, utilizando los pedestales de las torres y los anclajes de los cables del puente original. La porción del puente que cayó al agua ahora sirve como un arrecife artificial.
El colapso del puente tuvo un efecto duradero en la ciencia y la ingeniería. En muchos libros de texto de física, el hecho se presenta como un ejemplo de resonancia forzada elemental. El puente se derrumbó porque los vientos de velocidad moderada produjeron un aleteo aeroelástico que coincidía con la frecuencia natural del puente. El colapso impulsó la investigación en aerodinámica y aeroelasticidad estructural, que ha influido en los diseños de todos los puentes con grandes luces posteriores.
Diseño y construcción El deseo de construir un puente entre Tacoma y la península de Kitsap se remonta a 1889, cuando se planteó una propuesta del Ferrocarril del Pacífico Norte para construir un puente de caballetes. Sin embargo, los primeros esfuerzos realmente concertados se iniciaron a mediados de los años 1920, cuando la Cámara de comercio de Tacoma comenzó a hacer campañas y a financiar estudios sobre el futuro puente en 1923. Varios consultores destacados de puentes, entre ellos Joseph B. Strauss, ingeniero jefe del Puente Golden Gate, y David B. Steinman, quien diseñó el Puente Mackinac, fueron consultados. Steinman realizó varias visitas financiadas por la Cámara de Comercio, que culminaron con una propuesta preliminar presentada en 1929, pero en 1931, se decidió cancelar el acuerdo, debido a que Steinman no estaba lo suficientemente activo para obtener financiación. Otro problema con la financiación del primer puente fue la compra del contrato del ferry de una empresa privada que prestaba servicios en el estrecho por entonces.
La legislatura del estado de Washington creó la Autoridad del Puente de Peaje del Estado de Washington y asignó 5000 dólares (equivalentes a dólares hoy) para estudiar la solicitud de Tacoma y el Condado de Pierce para construir un puente sobre el Estrecho. Plaut, RH (2008). "Carga rápida y oscilación torsional del puente original Tacoma Narrows". Diario de sonido y vibración . doi: 10.1016 / j.jsv.2007.07.057
Desde el principio, la financiación del puente fue un problema: los ingresos de los peajes propuestos no serían suficientes para cubrir los costos de construcción, pero hubo un fuerte apoyo para el puente de la Armada, que operaba el Astillero Naval Puget Sound en Bremerton, y del Ejército, que operaba el Campo McChord y Fort Lewis cerca de Tacoma.
El ingeniero del estado de Washington, Clark Eldridge, produjo un diseño preliminar de puente colgante convencional ya probado, y la Autoridad del Puente de Peaje de Washington solicitó 11 millones (equivalentes a millones de dólares hoy) de la Administración Federal de Obras Públicas (PWA). Los planes preliminares de construcción del Departamento de Carreteras de Washington habían previsto un armazón de 7,6 m de canto, suficientemente rígido para sustentar la calzada.
Sin embargo, según Eldridge, "ingenieros consultores de la costa este" - expresión con la que se refería a Leon Moisseiff, el famoso ingeniero de puentes de Nueva York que ejerció como diseñador y consultor para el puente Golden Gate- se pusieron en contacto con la PWA y la Corporación Financiera de Reconstrucción (RFC) para construir el puente con un costo menor. Moisseiff y Frederick Lienhard, este último ingeniero de lo que entonces se conocía como la Autoridad del Puerto de Nueva York, publicaron un artículo Leon S. Moisseiff y Frederick Lienhard. "Puentes de suspensión bajo la acción de las fuerzas laterales", con análisis. Transacciones de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles, No. 98, 1933, pp. 1080-1095, 1096-1141 que probablemente fue el avance teórico más importante en el campo de la ingeniería de puentes de la década.Richard Scott. In the Wake of Tacoma: Suspension Bridges and the Quest for Aerodynamic Stability. American Society of Civil Engineers (June 1, 2001) https://books.google.com/books?id=DnQOzYDJsm8C Su teoría de la distribución elástica amplió la teoría de la desviación originalmente ideada por el ingeniero austriaco Josef Melan para determinar la flexión horizontal bajo una carga de viento estática. Demostraron que la rigidez de los cables principales (a través de los tirantes) absorbería hasta la mitad de la presión estática del viento empujando una estructura suspendida lateralmente. Esta energía sería luego transmitida a los anclajes y las torres. Usando esta teoría, Moisseiff argumentó que bastaría utilizar en el puente un cajón de 2,4 m de canto, en lugar de los 7,6 m de la celosía propuesta por la Autoridad del Puente de Peaje de Washington. Este enfoque implicaba un diseño más esbelto y elegante, y también redujo los costos de construcción en comparación con el diseño del Departamento de Carreteras propuesto por Eldridge. El diseño de Moisseiff se impuso, ya que la otra propuesta se consideraba demasiado cara. El 23 de junio de 1938, la PWA aprobó casi 6 millones (equivalente a millones de dólares de hoy en día) para el Puente de Tacoma Narrows. Otros 1.6 millones ( millones hoy) se cobrarían de los peajes para cubrir el costo total estimado de 8 millones ( millones de hoy).
izquierda|mini| Programa para la apertura del Puente de Tacoma Narrows, 30 de junio de 1940|306x306px
Siguiendo el diseño de Moisseiff, la construcción del puente comenzó el 27 de septiembre de 1938. La construcción duró solo diecinueve meses, a un costo de 6.4 millones ( millones en la actualidad), que fue financiada por la subvención de la PWA y un préstamo de la RFC.
El puente de los estrechos de Tacoma, con un tramo principal de , fue el tercer puente colgante más largo del mundo en ese momento, después del Puente George Washington entre Nueva Jersey y la Ciudad de Nueva York, y el Puente Golden Gate, que conecta San Francisco con el Condado de Marin al norte. Henry Petroski. Ingenieros de sueños: los grandes constructores de puentes y la expansión de América. Nueva York: Knopf / Random House, 1995.
Debido a que los planificadores esperaban volúmenes de tráfico bastante ligeros, el puente se diseñó con dos carriles, y solo tenía de ancho, un tablero bastante estrecho especialmente en comparación con su longitud. Con una viga-cajón de tan solo 2,4 m de canto total, la sección de la calzada del puente también era bastante estrecha.
La decisión de usar un cajón tan estrecho y con tan poco canto resultó ser la perdición del puente de Tacoma original. Con esta mínimo cajón, el tablero del puente no era lo suficientemente rígido, siendo fácilmente desplazado por el viento. Desde el principio, el puente se hizo famoso por su movimiento. Un viento de leve a moderado podría hacer que las mitades alternativas del tramo central se elevasen y cayesen visiblemente varios pies en intervalos de cuatro a cinco segundos. Esta flexibilidad del puente fue experimentada por los constructores y por los trabajadores durante la obra, lo que llevó a bautizarlo informalmente como "Galloping Gertie". El apodo pronto se popularizó, e incluso el público (cuando comenzó el tráfico de peaje) sintió estos inusuales movimientos el día en que se abrió el puente el 1 de julio de 1940.
Intento de controlar la vibración estructural Dado que la estructura experimentó considerables oscilaciones verticales mientras aún estaba en construcción, se utilizaron varias estrategias para reducir el movimiento del puente. Incluyeron: Rita Robison. "Tacoma Narrows Bridge Collapse". En Cuando la tecnología falla, editado por Neil Schlager, pp. 18–190. Detroit: Gale Research, 1994.
Conexión del tablero con cables de atado, que se anclaron a bloques de hormigón de 50 toneladas en la costa. Esta medida resultó ineficaz, y los cables se cortaron poco después de su instalación. Adición de un par de cables oblicuos que conectaban los cables principales a la plataforma del puente en la mitad del tramo. Permanecieron en su lugar hasta el colapso, pero también fueron ineficaces para reducir las oscilaciones. Finalmente, la estructura estaba equipada con amortiguadores hidráulicos instalados entre las torres y el tablero para amortiguar el movimiento longitudinal del tramo principal. Sin embargo, la efectividad de los amortiguadores hidráulicos se anuló debido a que las juntas de las unidades de la viga-cajón se dañaron cuando el puente se trató con chorro de arena antes de ser pintado.
La Autoridad del Puente de Peaje de Washington contrató al profesor Frederick Burt Farquharson, profesor de ingeniería de la Universidad de Washington, para realizar pruebas en el túnel de viento y recomendar soluciones para reducir las oscilaciones del puente. El profesor Farquharson y sus alumnos construyeron un modelo a escala 1: 200 del puente y un modelo a escala 1: 20 de una sección de la cubierta. Los primeros estudios concluyeron el 2 de noviembre de 1940, cinco días antes del colapso del puente el 7 de noviembre. Propuso dos soluciones:
Taladrar orificios en los laterales de la viga-cajón y a lo largo de la cubierta para que el flujo de aire pudiera circular a través de ellas (reduciendo así las fuerzas de elevación) Dar una forma más aerodinámica a la sección transversal de la cubierta agregando carenados o placas deflectoras a lo largo de la cubierta, unidas al recubrimiento de la viga.
La primera opción no fue favorecida por su carácter irreversible. La segunda opción fue la elegida, pero no se llevó a cabo, porque el puente se derrumbó cinco días después de que se concluyeron los estudios.
Colapso mini| El puente se derrumba, en un fotograma de una película cinematográfica|270x270px
El colapso inducido por el viento ocurrió el 7 de noviembre de 1940, aproximadamente a las 11:00 a.m. (PST), y fue causado por un fenómeno físico conocido como flameo aeroelástico.
Leonard Coatsworth, un editor de Tacoma News Tribune, fue la última persona que condujo un coche sobre el puente: