epelpad

Poniendo un amortiguador a los puentes tambaleantes

Poniendo un amortiguador a los puentes tambaleantes
14 de noviembre de 2017

Poniendo un amortiguador a los puentes tambaleantes
Fotografía del puente colgante de Clifton
[puente
Control de multitudes: grupos grandes no pueden cruzar el puente colgante de Clifton
Las pasarelas tambaleantes pueden deleitar y aterrorizar a los peatones. Ahora, investigadores en los Estados Unidos y Rusia han desarrollado un modelo que muestra cómo un puente aparentemente estable puede repentinamente mostrar oscilaciones alarmantes y potencialmente peligrosas cuando un cierto número de personas lo cruzan.
Diseñar una pasarela peatonal puede ser un desafío porque puede ser difícil predecir cómo responderá una estructura al golpeteo de muchos pies a la vez. El "London Millennium Footbridge" al otro lado del río Támesis, por ejemplo, abrió con gran fanfarria en 2000, solo para cerrarse unos días después de que grandes multitudes encontraran el puente balanceándose nerviosamente mientras caminaban. El puente permaneció cerrado durante casi dos años mientras se instalaban los amortiguadores.
Peatones
Los puentes, como cualquier otra estructura, tienen frecuencias naturales de vibración. Es bien sabido que los puentes pueden colapsar debido a si un gran número de pies excita simultáneamente las vibraciones en estas frecuencias naturales. El "Albert Bridge", construido a través del Támesis en 1873, lleva un letrero que ordena a los soldados que marchan a que rompan el paso al cruzar. Sin embargo, los peatones comunes no marchan al paso. Además, el Puente del Milenio oscilaba de izquierda a derecha, no hacia arriba y hacia abajo.
amortiguadores
Amplificación inadvertida
En 2004, Steven Strogatz de la Universidad de Cornell en EE. UU. Y colaboradores internacionales, modelaron a los peatones en un puente como osciladores acoplados para mostrar de manera que, si un puente comienza a vibrar de forma natural, los peatones pueden seguir las vibraciones para mantener el equilibrio. Al hacerlo, amplifican inadvertidamente las oscilaciones. Esto es análogo al famoso modelo, desarrollado por primera vez por el físico holandés Christiaan Huygens en 1665, de péndulos suspendidos del mismo haz sincronizándose en fase debido al movimiento transmitido a través del haz.
oscilaciones
El modelo de Strogatz ha tenido una gran influencia en la comunidad de las matemáticas aplicadas, pero no puede proporcionar predicciones precisas y cuantitativas de las condiciones bajo las cuales un puente dado se tambaleará y podría usarse para modelar computadoras en el diseño de puentes. "Los programas industriales existentes que se utilizan para desarrollar puentes se basan en cálculos lineales", explica Igor Belykh de la Universidad Estatal de Georgia en los EE. UU. "Estos están muy desactualizados y no pueden capturar fenómenos altamente no lineales como este cambio a un tambaleo mayor como resultado de interacciones bidireccionales muy complicadas entre los peatones y el puente".

Belykh y sus colegas en Rusia combinaron sincronización de multitudes y dinámica de puentes con un modelo biomecánico de caminar humanos como péndulos invertidos presionando alternativamente en el suelo con los pies izquierdo y derecho. Consideraron muchos de tales péndulos en el puente a la vez, con un rango de frecuencias y fases, y formularon dos ecuaciones diferenciales no lineales para la amplitud y fase de las oscilaciones del puente.
Poniendo un amortiguador a los puentes tambaleantes
Multitud de péndulo
Los investigadores demostraron que, por encima de un número crítico específico de péndulos, puede aparecer una solución estable en la que todos los osciladores caen en fase y la amplitud aumenta repentinamente: "Pudimos dar estimaciones específicas de la relación de este tamaño crítico con la frecuencia natural del puente, la masa del puente y la frecuencia natural de la marcha humana ", dice Belykh. Las oscilaciones predichas del modelo del Puente del Milenio ocurrirían cuando más de 165 personas caminaron sobre él a la vez, coincidiendo con los hallazgos experimentales de la compañía de ingeniería "Arup", quien diseñó y arregló el puente. En el futuro, dice Belykh, el trabajo podría predecir anticipadamente si la cantidad de peatones que utilizan un puente planificado causará problemas, y si se necesitan amortiguadores adicionales u otras modificaciones de diseño. Los investigadores también desarrollaron un modelo matemáticamente abstracto que ofrece predicciones muy similares y que se puede resolver analíticamente.
Sin embargo, quedan preguntas y no está claro cómo se produce la sincronización de fases inicialmente. Por ejemplo, el puente colgante de Clifton en Bristol, Reino Unido, se cerró a grandes multitudes después de que se desarrollaron oscilaciones cuando miles de peatones lo atravesaron durante la celebración anual del Globo de la ciudad. Sin embargo, la frecuencia de oscilación de este puente era diferente de la frecuencia promedio del peatón y las personas no caían en fase al cruzar. Los investigadores ahora están investigando estos fenómenos en colaboración con John Macdonald y sus colegas de la Universidad de Bristol, quienes originalmente desarrollaron el modelo de péndulo invertido.
puente
Adilson Motter de la "Northwestern University" en Illinois dice que el trabajo encaja en un cuerpo de investigación de sistemas complejos sobre puentes y fenómenos de sincronización que siguió al asunto "Millennium Bridge": "Un paso clave aquí es que modelan a una persona que está en un puente que no es muy estable y tratar de entender cómo la persona interactúa con la respuesta del puente ", dice.
Hacia adelante
Henk Nijmeijer, de la Universidad Técnica de Eindhoven en los Países Bajos, está de acuerdo en que "es una obra de arte muy interesante que reúne aspectos de dinámica de multitudes y dinámica de puentes tambaleantes, y todavía hay mucho que no se entiende muy bien". Señala, sin embargo, al usar péndulos invertidos para modelar a los peatones, los investigadores han ignorado el hecho crucial de que los peatones cruzan un puente: "No se supone que los relojes de péndulo caminen de izquierda a derecha o de derecha a izquierda", dice. "Si perder en el andador el movimiento hacia adelante que debe estar allí, hay algo raro en el modelo ".
La investigación se describe en Science Advances .
Sobre el Autor
Tim Wogan es un escritor de ciencia basado en el Reino Unido

link: https://www.youtube.com/watch?v=owvjhr2H49A

link: https://www.youtube.com/watch?v=Rm_dy41KAm8

Resumen nivel cinco: Los peatones al caminar sobre un puente pueden sincronizarse con la frecuencia natural del puente y así causar que el puente oscile, se tambalee y se caiga. Por eso le pone amortiguadores a los puente.
PD:El post es sobre oscilación y puentes, no necesariamente tienen que ser personas las que causen la oscilación.

1 comentario - Poniendo un amortiguador a los puentes tambaleantes

Zippy_Again +1

link: https://www.youtube.com/watch?v=owvjhr2H49A
Zippy_Again +1
@Elcolapsodeluniv

Yo creo que los vehiculos son mas propensos a hacer que el puente oscile.
El siguiente video del puente esta muy bueno ya que mietras ves el video con el Mouse puedes hacer girar 360 grados la vista del puente y desde el puente...

link: https://www.youtube.com/watch?v=Rm_dy41KAm8
Elcolapsodeluniv
@Zippy_Again otro que incluyo, gracias titán.
Elcolapsodeluniv
@Zippy_Again Cool, ya había visto videos así, este es bueno, y sí, definitivamente la oscilación que puede generar un vehículo debe ser mayo debido a su peso.