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Al observar el puente Golden Gate flotando sobre el océano Pacífico, tus ojos pueden fijarse en su hermoso sistema de cables en suspensión. ¿Qué le ocurriría al puente si este sistema de cables no estuviese allí? En pocas palabras, sería una catástrofe.
Desafiamos las corrientes mortales del océano Pacífico y construyamos el puente Golden Gate con su ingeniero jefe de diseño, Joseph Strauss. También vamos a explorar las fascinantes hazañas detrás de la ingeniería que ha logrado el puente Golden Gate. Acompáñanos.
El puente Golden Gate es un puente en suspensión. Un puente en suspensión muy simplificado puede construirse de la siguiente forma: levanta dos torres en los dos extremos del océano y suspende un largo cable entre las torres. Este cable puede aproximarse como una parábola.
Ahora fijemos una cubierta de carretera de concreto con pilares. Esto claramente aporta un soporte al extremo de la cubierta de la carretera. Cuando conectamos los cables de suspensión entre el cable principal y la cubierta de la carretera, el puente también se apoya a lo largo de su longitud, por lo que la superficie de la carretera no fallará como vimos anteriormente.
Este es el diseño básico del puente en suspensión. Antes de explorar más sobre el puente Golden Gate, intentemos primero por qué los ingenieros eligieron un diseño en suspensión para este lugar.
La distancia entre las dos costas del Golden Gate es nada menos que 2,7 kilómetros. Construyamos un puente de vigas convencional aquí. Se puede ver que la cubierta se apoya en varios pilares. La presencia de estos pilares bloquea el movimiento de los barcos por debajo. Como puedes imaginar, construirlos a 300 pies de profundidad en el agua sería extremadamente costoso. Por lo tanto, el diseño de las vigas no tiene sentido en este caso.
Ahora consideremos un puente de arco. Esto sí proporcionaría caminos de paso para los barcos. Sin embargo, para mantener la forma de arco, el puente tendría que ser extremadamente alto. Semejante estructura sería bastante compleja de construir.
Es por esto que Joseph Strauss optó por un diseño de suspensión: un puente que podía suspender todos los inconvenientes que hemos comentado de una forma muy eficaz. Ahora entremos en detalles del diseño del puente en suspensión.
Este diseño tiene un evidente problema. Si construyes el puente de esta manera, las torres se doblarán hacia adentro, como se muestra. El cable principal está bajo una enorme carga de tracción. Esto aplica una fuerza en la torre.
Cuando solucionas esta fuerza, puedes ver que hay una fuerza horizontal desequilibrada que actúa hacia dentro de la torre, lo que explica por qué las torres se doblan. ¿Puedes encontrar una solución para este problema?
Para anular esta fuerza horizontal necesitamos que la misma fuerza actúe en la dirección opuesta. La solución directa es extender el cable principal y anclarlo hacia el suelo mediante un sistema de anclaje. Sin embargo, podemos optimizar los recursos financieros necesarios para construir este puente con una simple idea: todo lo que debemos hacer es acercar las torres entre sí.
Ahora, la longitud de la cubierta del puente sin soporte se reduce. Debido a esto, la tensión en el cable será reducido. Esto, por supuesto, va a causar que el cable tenga una menor área de sección transversal.
La anchura de los cables principales es más de la mitad de la altura del ser humano medio. Como atracción turística, un pedazo de este impresionante cable principal se muestra cerca del puente Golden Gate. Sin embargo, si construyeras el puente con este diseño exacto, este experimentaría una muerte prematura. ¿Puedes adivinar por qué sería este el caso?
Las conexiones son la parte más débil de cualquier sistema estructural. La conexión directa de los suspensores de acero con la cubierta de concreto provocará la formación de grietas en la cubierta, ya que el concreto es frágil por naturaleza.
Veamos cómo Strauss resolvió este problema. Strauss decidió conectar los suspensores a una estructura de acero. La conexión de acero a acero es siempre fuerte. Los detalles de la conexión entre los suspensores y la estructura de acero son mostrados aquí.
La cubierta de la carretera se coloca sobre esta estructura. Strauss mantuvo la anchura de la carretera en 27 metros para tener en cuenta las demandas del tráfico actuales y futuras. El ensamblaje de esta estructura no fue nada fácil debido a las condiciones de niebla y viento en el lugar de la obra.
Para facilitar el proceso, los trabajadores prefabricaron cada uno de los miembros de la armadura y los llevaron a la obra en barcos. El ensamblaje individual de los miembros se realizó con una torre de perforación y sus conexiones se aseguraron con remaches.
Para garantizar la seguridad de los trabajadores, se instaló una red bajo la cubierta del puente. A medida que avanzaba la construcción del puente, se conectaba simultáneamente la estructura con el cable principal mediante cables de suspensión.
Además, para mantener la igualdad de carga en el cable, los trabajadores tuvieron que montar este sistema simultáneamente y por igual en dos direcciones para cada torre. De este modo, el Golden Gate se convirtió en un puente.
Se utilizaron 250 pares de cables verticales que colgaron toda la cubierta del puente al cable principal. Luego de la construcción de las estructuras de acero, los trabajadores pintaron el puente de un color naranja internacional especial.
Para continuar, examinemos algunos detalles en la construcción de carreteras de concreto sobre esta estructura sólida. Los trabajadores colocaron primero el encofrado de madera, fijaron las barras de acero, las soldaron a las secciones de acero que había debajo y después vertieron y compactaron el concreto con un vibrador de aguja.
Ya nuestro puente parece perfecto, pero ¿está listo para soportar el movimiento de vehículos? Aún no. Primero debemos afrontar otro gran reto de ingeniería: la expansión térmica.
Desafiamos las corrientes mortales del océano Pacífico y construyamos el puente Golden Gate con su ingeniero jefe de diseño, Joseph Strauss. También vamos a explorar las fascinantes hazañas detrás de la ingeniería que ha logrado el puente Golden Gate. Acompáñanos.
El puente Golden Gate es un puente en suspensión. Un puente en suspensión muy simplificado puede construirse de la siguiente forma: levanta dos torres en los dos extremos del océano y suspende un largo cable entre las torres. Este cable puede aproximarse como una parábola.
Ahora fijemos una cubierta de carretera de concreto con pilares. Esto claramente aporta un soporte al extremo de la cubierta de la carretera. Cuando conectamos los cables de suspensión entre el cable principal y la cubierta de la carretera, el puente también se apoya a lo largo de su longitud, por lo que la superficie de la carretera no fallará como vimos anteriormente.
Este es el diseño básico del puente en suspensión. Antes de explorar más sobre el puente Golden Gate, intentemos primero por qué los ingenieros eligieron un diseño en suspensión para este lugar.
La distancia entre las dos costas del Golden Gate es nada menos que 2,7 kilómetros. Construyamos un puente de vigas convencional aquí. Se puede ver que la cubierta se apoya en varios pilares. La presencia de estos pilares bloquea el movimiento de los barcos por debajo. Como puedes imaginar, construirlos a 300 pies de profundidad en el agua sería extremadamente costoso. Por lo tanto, el diseño de las vigas no tiene sentido en este caso.
Ahora consideremos un puente de arco. Esto sí proporcionaría caminos de paso para los barcos. Sin embargo, para mantener la forma de arco, el puente tendría que ser extremadamente alto. Semejante estructura sería bastante compleja de construir.
Es por esto que Joseph Strauss optó por un diseño de suspensión: un puente que podía suspender todos los inconvenientes que hemos comentado de una forma muy eficaz. Ahora entremos en detalles del diseño del puente en suspensión.
Este diseño tiene un evidente problema. Si construyes el puente de esta manera, las torres se doblarán hacia adentro, como se muestra. El cable principal está bajo una enorme carga de tracción. Esto aplica una fuerza en la torre.
Cuando solucionas esta fuerza, puedes ver que hay una fuerza horizontal desequilibrada que actúa hacia dentro de la torre, lo que explica por qué las torres se doblan. ¿Puedes encontrar una solución para este problema?
Para anular esta fuerza horizontal necesitamos que la misma fuerza actúe en la dirección opuesta. La solución directa es extender el cable principal y anclarlo hacia el suelo mediante un sistema de anclaje. Sin embargo, podemos optimizar los recursos financieros necesarios para construir este puente con una simple idea: todo lo que debemos hacer es acercar las torres entre sí.
Ahora, la longitud de la cubierta del puente sin soporte se reduce. Debido a esto, la tensión en el cable será reducido. Esto, por supuesto, va a causar que el cable tenga una menor área de sección transversal.
La anchura de los cables principales es más de la mitad de la altura del ser humano medio. Como atracción turística, un pedazo de este impresionante cable principal se muestra cerca del puente Golden Gate. Sin embargo, si construyeras el puente con este diseño exacto, este experimentaría una muerte prematura. ¿Puedes adivinar por qué sería este el caso?
Las conexiones son la parte más débil de cualquier sistema estructural. La conexión directa de los suspensores de acero con la cubierta de concreto provocará la formación de grietas en la cubierta, ya que el concreto es frágil por naturaleza.
Veamos cómo Strauss resolvió este problema. Strauss decidió conectar los suspensores a una estructura de acero. La conexión de acero a acero es siempre fuerte. Los detalles de la conexión entre los suspensores y la estructura de acero son mostrados aquí.
La cubierta de la carretera se coloca sobre esta estructura. Strauss mantuvo la anchura de la carretera en 27 metros para tener en cuenta las demandas del tráfico actuales y futuras. El ensamblaje de esta estructura no fue nada fácil debido a las condiciones de niebla y viento en el lugar de la obra.
Para facilitar el proceso, los trabajadores prefabricaron cada uno de los miembros de la armadura y los llevaron a la obra en barcos. El ensamblaje individual de los miembros se realizó con una torre de perforación y sus conexiones se aseguraron con remaches.
Para garantizar la seguridad de los trabajadores, se instaló una red bajo la cubierta del puente. A medida que avanzaba la construcción del puente, se conectaba simultáneamente la estructura con el cable principal mediante cables de suspensión.
Además, para mantener la igualdad de carga en el cable, los trabajadores tuvieron que montar este sistema simultáneamente y por igual en dos direcciones para cada torre. De este modo, el Golden Gate se convirtió en un puente.
Se utilizaron 250 pares de cables verticales que colgaron toda la cubierta del puente al cable principal. Luego de la construcción de las estructuras de acero, los trabajadores pintaron el puente de un color naranja internacional especial.
Para continuar, examinemos algunos detalles en la construcción de carreteras de concreto sobre esta estructura sólida. Los trabajadores colocaron primero el encofrado de madera, fijaron las barras de acero, las soldaron a las secciones de acero que había debajo y después vertieron y compactaron el concreto con un vibrador de aguja.
Ya nuestro puente parece perfecto, pero ¿está listo para soportar el movimiento de vehículos? Aún no. Primero debemos afrontar otro gran reto de ingeniería: la expansión térmica.
El concreto y la estructura de acero asociada se expandirán o contraerán de acuerdo a las variaciones de la temperatura ambiental. Si hubiéramos construido este puente como una sola pieza, durante un día caluroso y soleado el puente se expandiría y provocaría una enorme tensión en la torre y en la carretera. Eventualmente el puente experimentaría daños.
Si alguna vez has visto el puente Golden Gate, te habrás dado cuenta de unas conexiones peculiares en la carretera. Estas conexiones, llamadas articulación de expansión de los dedos, fueron la solución de Strauss para resolver el problema de la expansión térmica. Strauss dividió el tablero en siete piezas separadas. Puedes ver que este puente tiene tres cunetas. Las articulaciones de expansión de dedos se instalan entre los espacios. Durante un aumento extremo de temperatura, la longitud de la cubierta aumenta y estas articulaciones se mueven casi un metro.
Qué solución tan elegante para un problema serio. Sin embargo, aún queda un pequeño problema por resolver: la expansión térmica del acero es ligeramente mayor a la del concreto. Esta expansión diferencial puede causar problemas a la cubierta de concreto, que está compuesta por una mezcla de concreto y barras de acero. Pero este problema de expansión es insignificante cuando la longitud es pequeña. Por eso el Golden Gate contiene pequeñas articulaciones de expansión cada 50 pies.
Otro gran reto de diseño al que se enfrentó Strauss fue la altura de la torre. Hagamos un experimento para lograr un mejor entendimiento. Tengo dos diseños de puentes conmigo: una alta torre como diseño que tiene un gran hundimiento; el siguiente, una torre corta como diseño, obvio poco hundimiento.
La pregunta es: ¿qué puente da más fuerza a un puente en suspensión? Vamos a probar el primer diseño usando una cubierta de carretera, una cubierta muy pesada. Cuando se fija la cubierta de carretera, este diseño se mantiene fuerte. Este diseño es seguro.
Ahora, al colocar el mismo peso en el siguiente diseño, una torre corta, este puente tuvo un fallo repentino. Ni pude reaccionar a eso. Así de breve, hemos probado experimentalmente que el diseño de torre alta es el mejor para un puente en suspensión. Es más fuerte.
La pregunta es: ¿por qué? Para obtener la respuesta a esto, invitemos al ingeniero jefe de todo este proyecto, Joseph Strauss, al video. La principal diferencia entre estos dos diseños es el ángulo del cable. En ambos, la carga a soportar es la misma. La componente vertical de la tensión del cable equilibra este peso.
Ya que el diseño de la torre pequeña tiene un ángulo bajo, para balancear el peso el cable debe inducir más tensión. Es por esto que la torre corta falla durante el experimento. La torre alta, por supuesto, va a reducir la tensión del cable, pero su construcción costaría mucho más. Precisamente por eso Strauss calculó la altura óptima de la torre en 746 pies, un promedio feliz entre estos dos escenarios.
Ahora entremos en la parte más emocionante de este vídeo: la construcción del puente Golden Gate en un entorno hostil.
Primero empecemos con la construcción de la torre. ¿Sabías que la construcción de la torre sur fue más difícil que la torre norte? Esto ocurre porque la construcción de la torre sur tuvo que superar el violento océano Pacífico.
Los cimientos de una torre deben ser construidos sobre un lecho de roca fuerte llamado estrato duro. En el caso del lado sur, el estrato duro estaba a 15 metros por debajo del nivel del lecho marino y tenía un suelo empinado. Hay que excavar a esta profundidad y construir unos cimientos de concreto armado para la torre sur.
Para hacer esto, primero se contrató buzos profesionales para que hicieran estallar bombas bajo el agua. Los buzos se limpiaron los escombros de la explosión e hicieron una mejor superficie.
Ahora es hora de construir un marco de acero y madera en esta superficie. Los buzos, por supuesto, hicieron un trabajo increíble aquí. Ahora veamos la sección transversal de la estructura que construyeron. Luego se vertió el concreto para crear algo llamado muros de defensa. Después de esto, toda el agua interna fue bombeada.
Ahora que el muro de defensa está listo, ¿pudiesen los trabajadores entrar y empezar a excavar los estratos duros? He aquí el problema: las corrientes marinas son tan desagradables que el muro de defensa tendrá que soportar una enorme fuerza hacia adentro y puede derrumbarse. Este tipo de construcción es altamente insegura.
Strauss tuvo una ingeniosa idea. Inicialmente se colocaron los tubos de chorro, el pozo de trabajadores y el pozo de material dentro de los muros de defensa. El truco era construir una losa gruesa de concreto armado para que los trabajadores pudieran trabajar debajo de ella.
La forma en que los trabajadores llegaban a la cámara de los trabajadores era bastante interesante: a través del pozo de los trabajadores. Ellos perforaban continuamente las rocas y excavaban por debajo de la losa de concreto armado. Esta losa de RCC soportaba los muros de defensa y protegía a los trabajadores que estaban debajo contra las corrientes mortales.
Durante este proceso, toda la estructura de los muros de defensa se dejó hundir lentamente. Puedes ver su forma de cuchillo. Eventualmente llegaron al estrato duro rocoso. Después de nivelar el estrato duro, hicieron una estructura de acero allí y construyeron unos cimientos de concreto armado.
Si alguna vez has visto el puente Golden Gate, te habrás dado cuenta de unas conexiones peculiares en la carretera. Estas conexiones, llamadas articulación de expansión de los dedos, fueron la solución de Strauss para resolver el problema de la expansión térmica. Strauss dividió el tablero en siete piezas separadas. Puedes ver que este puente tiene tres cunetas. Las articulaciones de expansión de dedos se instalan entre los espacios. Durante un aumento extremo de temperatura, la longitud de la cubierta aumenta y estas articulaciones se mueven casi un metro.
Qué solución tan elegante para un problema serio. Sin embargo, aún queda un pequeño problema por resolver: la expansión térmica del acero es ligeramente mayor a la del concreto. Esta expansión diferencial puede causar problemas a la cubierta de concreto, que está compuesta por una mezcla de concreto y barras de acero. Pero este problema de expansión es insignificante cuando la longitud es pequeña. Por eso el Golden Gate contiene pequeñas articulaciones de expansión cada 50 pies.
Otro gran reto de diseño al que se enfrentó Strauss fue la altura de la torre. Hagamos un experimento para lograr un mejor entendimiento. Tengo dos diseños de puentes conmigo: una alta torre como diseño que tiene un gran hundimiento; el siguiente, una torre corta como diseño, obvio poco hundimiento.
La pregunta es: ¿qué puente da más fuerza a un puente en suspensión? Vamos a probar el primer diseño usando una cubierta de carretera, una cubierta muy pesada. Cuando se fija la cubierta de carretera, este diseño se mantiene fuerte. Este diseño es seguro.
Ahora, al colocar el mismo peso en el siguiente diseño, una torre corta, este puente tuvo un fallo repentino. Ni pude reaccionar a eso. Así de breve, hemos probado experimentalmente que el diseño de torre alta es el mejor para un puente en suspensión. Es más fuerte.
La pregunta es: ¿por qué? Para obtener la respuesta a esto, invitemos al ingeniero jefe de todo este proyecto, Joseph Strauss, al video. La principal diferencia entre estos dos diseños es el ángulo del cable. En ambos, la carga a soportar es la misma. La componente vertical de la tensión del cable equilibra este peso.
Ya que el diseño de la torre pequeña tiene un ángulo bajo, para balancear el peso el cable debe inducir más tensión. Es por esto que la torre corta falla durante el experimento. La torre alta, por supuesto, va a reducir la tensión del cable, pero su construcción costaría mucho más. Precisamente por eso Strauss calculó la altura óptima de la torre en 746 pies, un promedio feliz entre estos dos escenarios.
Ahora entremos en la parte más emocionante de este vídeo: la construcción del puente Golden Gate en un entorno hostil.
Primero empecemos con la construcción de la torre. ¿Sabías que la construcción de la torre sur fue más difícil que la torre norte? Esto ocurre porque la construcción de la torre sur tuvo que superar el violento océano Pacífico.
Los cimientos de una torre deben ser construidos sobre un lecho de roca fuerte llamado estrato duro. En el caso del lado sur, el estrato duro estaba a 15 metros por debajo del nivel del lecho marino y tenía un suelo empinado. Hay que excavar a esta profundidad y construir unos cimientos de concreto armado para la torre sur.
Para hacer esto, primero se contrató buzos profesionales para que hicieran estallar bombas bajo el agua. Los buzos se limpiaron los escombros de la explosión e hicieron una mejor superficie.
Ahora es hora de construir un marco de acero y madera en esta superficie. Los buzos, por supuesto, hicieron un trabajo increíble aquí. Ahora veamos la sección transversal de la estructura que construyeron. Luego se vertió el concreto para crear algo llamado muros de defensa. Después de esto, toda el agua interna fue bombeada.
Ahora que el muro de defensa está listo, ¿pudiesen los trabajadores entrar y empezar a excavar los estratos duros? He aquí el problema: las corrientes marinas son tan desagradables que el muro de defensa tendrá que soportar una enorme fuerza hacia adentro y puede derrumbarse. Este tipo de construcción es altamente insegura.
Strauss tuvo una ingeniosa idea. Inicialmente se colocaron los tubos de chorro, el pozo de trabajadores y el pozo de material dentro de los muros de defensa. El truco era construir una losa gruesa de concreto armado para que los trabajadores pudieran trabajar debajo de ella.
La forma en que los trabajadores llegaban a la cámara de los trabajadores era bastante interesante: a través del pozo de los trabajadores. Ellos perforaban continuamente las rocas y excavaban por debajo de la losa de concreto armado. Esta losa de RCC soportaba los muros de defensa y protegía a los trabajadores que estaban debajo contra las corrientes mortales.
Durante este proceso, toda la estructura de los muros de defensa se dejó hundir lentamente. Puedes ver su forma de cuchillo. Eventualmente llegaron al estrato duro rocoso. Después de nivelar el estrato duro, hicieron una estructura de acero allí y construyeron unos cimientos de concreto armado.