TRABAJO DEL CURSO DE RESISTENCIA DE MATERIALES I:
“PUENTE DE QUEBEC” Integrantes:
Torres Pizarro, Oscar Renato
León Riojas, Gianelly Goretty
Dávila Cardoso, Luis Alberto
Rodríguez Rodríguez, Alex Oscar Fecha: 07 de Diciembre del 2015
CURSO:
RESISTENCIA DE MATERIALES I
CICLO DE ESTUDIOS:
IV CICLO
CICLO ACADÉMICO:
2015-II
DOCENTE DE LA ASIGNATURA: Ing. Paz García, Mónica Giuliana
Índice Resumen .............................................................. .................................................................................................................................... ................................................................................... ............. 3 Abstract................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... 4 Objetivos .............................................................. .................................................................................................................................... ................................................................................... ............. 5 1.
2.
3.
HISTORIA DE LA CONSTRUCCIÓN .............................................................. .................................................................................................... ...................................... 6 1.1.
Cronología ................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................ 6
1.2.
Personas y entidades intervinientes ............................................................ ....................................................................................... ........................... 7
1.3.
Importancia y necesidad de la obra ............................................................. ........................................................................................ ........................... 9
1.4.
Presupuesto de la obra ......................................................... ......................................................................................................... ................................................ 10
1.5.
Datos técnicos de la obra .................................................................. ...................................................................................................... .................................... 11
1.5.1.
Medidas del puente .................................................................. ...................................................................................................... .................................... 11
1.5.2.
Material usado .............................................................. .............................................................................................................. ................................................ 12
FALLA DE LA ESTRUCTURA ............................................................ ............................................................................................................ ................................................ 12 2.1.
Cronología de evidencias de fallas ............................................................... ........................................................................................ ......................... 12
2.2.
Víctimas mortales .................................................................. ................................................................................................................. ............................................... 14
2.3.
Motivo de la falla ................................................................... .................................................................................................................. ............................................... 15
2.4.
Justificación estructural ........................................................ ........................................................................................................ ................................................ 16
2.5.
Lección para actuales construcciones .......................................................... ................................................................................... ......................... 22
ANEXOS ................................................................... ......................................................................................................................................... ...................................................................... 24 3.1.
Fotografías del puente Quebec......................................................... Quebec............................................................................................. .................................... 24
3.1.1.
De su historia ................................................................. ................................................................................................................ ............................................... 24
3.1.2.
De su construcción ........................................................ ........................................................................................................ ................................................ 25
3.2.
Glosario ........................................................... .............................................................................................................................. ...................................................................... ... 30
4.
CONCLUSIONES ................................................................... ............................................................................................................................. .......................................................... 33
5.
BIBLIOGRAFÍA Y LINKOGRAFÍA .................................................................. ...................................................................................................... .................................... 33
Índice Resumen .............................................................. .................................................................................................................................... ................................................................................... ............. 3 Abstract................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... 4 Objetivos .............................................................. .................................................................................................................................... ................................................................................... ............. 5 1.
2.
3.
HISTORIA DE LA CONSTRUCCIÓN .............................................................. .................................................................................................... ...................................... 6 1.1.
Cronología ................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................ 6
1.2.
Personas y entidades intervinientes ............................................................ ....................................................................................... ........................... 7
1.3.
Importancia y necesidad de la obra ............................................................. ........................................................................................ ........................... 9
1.4.
Presupuesto de la obra ......................................................... ......................................................................................................... ................................................ 10
1.5.
Datos técnicos de la obra .................................................................. ...................................................................................................... .................................... 11
1.5.1.
Medidas del puente .................................................................. ...................................................................................................... .................................... 11
1.5.2.
Material usado .............................................................. .............................................................................................................. ................................................ 12
FALLA DE LA ESTRUCTURA ............................................................ ............................................................................................................ ................................................ 12 2.1.
Cronología de evidencias de fallas ............................................................... ........................................................................................ ......................... 12
2.2.
Víctimas mortales .................................................................. ................................................................................................................. ............................................... 14
2.3.
Motivo de la falla ................................................................... .................................................................................................................. ............................................... 15
2.4.
Justificación estructural ........................................................ ........................................................................................................ ................................................ 16
2.5.
Lección para actuales construcciones .......................................................... ................................................................................... ......................... 22
ANEXOS ................................................................... ......................................................................................................................................... ...................................................................... 24 3.1.
Fotografías del puente Quebec......................................................... Quebec............................................................................................. .................................... 24
3.1.1.
De su historia ................................................................. ................................................................................................................ ............................................... 24
3.1.2.
De su construcción ........................................................ ........................................................................................................ ................................................ 25
3.2.
Glosario ........................................................... .............................................................................................................................. ...................................................................... ... 30
4.
CONCLUSIONES ................................................................... ............................................................................................................................. .......................................................... 33
5.
BIBLIOGRAFÍA Y LINKOGRAFÍA .................................................................. ...................................................................................................... .................................... 33
Resumen A lo largo de la historia, la necesidad de establecer rutas de comunicación obligó a los ingenieros y diseñadores de caminos, carreteras y vías férreas a salvar los obstáculos o frecidos por los cursos de los ríos. Las primitivas estructuras, que permitían vadear los cauces a pie o en cabalgaduras, fueron perfeccionándose hasta alcanzar las actuales instalaciones, algunas de las cuales soportan cientos de miles, sino millones, de desplazamientos desplazamientos diarios. No obstante, la historia de los puentes ha estado marcada, cómo no, por desastres derivados de múltiples causas: sobre exceso de peso, riadas, temporales de viento, decisiones mal tomadas, etc. A lo largo de este texto se vio el caso particular del puente más relevante que sacudió a un país entero desarrollado, como lo es Canadá, y también causó grandes reacciones a nivel mundial. El Puente de Quebec ubicado en Canadá, es una estructura compleja que une dos zonas del país: zona Este y zona Oeste. Su construcción se planteó a partir de la necesidad económica de la ciudad de Quebec para seguir desarrollándose y aprovechar la ubicación del río San Lorenzo para establecer conexiones y traslado de mercancías tanto dentro como fuera del país. El protagonista fue un puente levantado sobre el cauce fluvial del río San Lorenzo que divide a las ciudades de Lewis y Quebec. El presente trabajo se realizó con el fin de conocer la historia y analizar las fallas en la construcción del puente de Quebec. Para cumplir con este objetivo se recurrió a diferentes fuentes de los tipos textuales y audiovisuales que fueron obtenidas en la red. Se logró establecer y plasmar diferentes ideas de cómo es que pudo haber fallado el puente en aquellos tiempos y además, se conoció la historia del puente tipo cantiléver más famoso del mundo por su historia y envergadura, por la que llegó a ser considerada la octava maravilla del mundo. Todo esto significó una gran lección para futuras construcciones acerca de la realización de este tipo de proyectos, y de esta forma se llegó a la conclusión de que es importante conocer la historia de estructuras que han marcado un antes y un después en el tiempo para que no se vuelvan a repetir en la actualidad y, lo importante que es el cálculo estructural de cualquier elemento grande o pequeño que nos permitirá llegar a la meta trazada en el proyecto y satisfacer las necesidades que el mundo actual exige a la ingeniería.
Palabras clave: cantiléver, vadear, riadas, cauce fluvial
Abstract Throughout history, the need to establish communication paths forced the engineers and designers of roads, highways and railways to overcome the obstacles offered by the courses of rivers. Primitive structures, allowing the procedure to wade foot or horses, were perfected up to the existing facilities, some of which support hundreds of thousands, if not millions, of commuting. However, the history of the bridges has been marked, of course, by disasters resulting from multiple causes: on overweight, floods, windstorms, poor decisions, etc. Throughout this text was the case of the most important bridge that shook the whole country to a developed, as is Canada, and also caused great reactions worldwide. The bridge located in Quebec Canada, is a complex structure that connects two parts of the country: East and West zone. Its construction was raised from the economic need to Quebec City to continue to develop and exploit the location of the St. Lawrence River to establish connections and transfer of goods both inside and outside the country. The protagonist was a bridge built over the river bed of the St. Lawrence River that divides the cities of Lewis and Quebec. The present study was conducted to know the history and analyze the fl aws in the construction of the Quebec Bridge. To meet this target it will be turned to various sources of textual and visual types that were obtained on the network. It was possible to establish and embody different ideas of how the bridge could have failed at the time and also the history of bridge type cantilever world's most famous is known for its history and size, for which he came to be considered the eighth wonder of the world. All this meant a great lesson for future construction on the realization of these projects, and thus came to the conclusion that it is important to know the history of structures that have marked a before and after in time for not be repeated today and how important is the structural design of any large or small element that will allow us to reach the goal set in the project and meet the needs of today's world requires engineering.
Keywords: cantilever, wading, rivers, river bed
Objetivos Objetivo general:
Conocer la historia , las fallas y a su vez, determinar las principales causas estructurales que han originado el colapso parcial del puente Quebec en el río San Lorenzo entre Lewis y Quebec
Objetivos específicos:
Investigar acerca de la historia de la construcción y el procedimiento usado para la realización de la obra
Identificar las fallas que se produjeron en ambos colapsos ocurridos en el puente en distintos años para tener una hipótesis de lo que ocu rrió en aquellos tiempos
Comparar ,utilizando nuestros conocimientos del curso, los hechos ocurridos en el puente y la teoría de la resistencia de materiales
1. HISTORIA DE LA CONSTRUCCIÓN 1.1. Cronología Ante el interés de la construcción de un puente por parte de Quebec para poder avanzar económicamente, en el año 1900 se tomó la decisión de construir un puente. A finales del año 1900 se iniciaron las obras en la torre sur, se excavo un orificio de 25 metros de profundidad en la orilla para colocar el pilar, se llevó a cabo manualmente utilizando gigantes cajones de madera. Tras 7 años de arduo trabajo los pilares fueron levantados, luego el brazo cantiléver sur hacia la orilla fue construido con la ayuda de andamiajes y el tramo central también comenzó obras orientado hacia el río. El 15 de agosto de 1907 durante su construcción se notó que algunas piezas habían empezado a doblarse y tenían problemas para enderezarlas, eso no era una buena señal. Además en ese mismo mes de 1907 se detecta un ligero pandeo en el arco inferior que se refería a una desviación de 40 mm ocasionada por compresión, por lo cual se envió un mensaje al ingeniero responsable de la obra Theodore Cooper, el mismo que respondió que detuvieran todos los trabajos a través de un telegrama, pero éste llegó demasiado tarde porque para cuando llegó el colapso ya había ocurrido. Para el 29 de agosto de 1907 el puente de Quebec o lo que se tenía construido de él ya había colapsado. Cooper fue gran responsable ya que nunca estuvo presente en obra, ni siquiera se presentó una vez a revisar el avance de obra. Un año más tarde en 1908, un segundo intento por terminar el puente se hace, pero ahora con la empresa canadiense Saint Lawrence Bridge, las obras se inician con la construcción de la viga en el extremo norte. Esta nueva construcción requería el doble de acero en comparación al anterior y se reemplazaron las piezas frágiles del diseño anterior, se toman 3 años para construir los brazos cantiléveres del sur y norte. Un tramo central fue prefabricado para unirlo a ambos brazos cantiléveres. El 11 de setiembre de 1916, el tramo colgante que pesaba 5200 toneladas iba a ser elevado a una altura de 46 metros sobre la superficie del agua, sin embargo fracasó apenas 4 metros levantado ya que uno de los apoyos cedió. Otra vez ocurrieron pérdidas mortales en el puente. Un año más tarde se terminó finalmente el puente, para esto el tramo central fue transportado desde la pequeña ciudad Sileville y fue montado sobre soportes de acero colgados sobre dos foques. El 20 de septiembre de 1917 el puente Quebec estaba
por fin terminado además, el tráfico ferroviario ya atravesaba Quebec. Aquel día de la inauguración personas importantes de todo el mundo asistieron a apreciar semejante obra de la ingeniería civil considerada una maravilla en el rubro. 1.2. Personas y entidades intervinientes -Theodore Cooper: Fue un ingeniero civil, fue elegido para ser el ingeniero consultor del puente de Quebec cuando este colapsó en 1907. Al recibir un título en ingeniería civil del Instituto Resselaer (ahora Rensselaer Polytechnic Institute) en 1858, Cooper aceptó un puesto c omo asistente de ingeniero en el Troy y Greenfield Ferrocarril y Hoosac (Massachusetts) Túnel. Ingresó en la Armada en 1861; su carrera militar duró más de una década y se incluye servicio activo a bordo del cañonero Chocorua y Nyack en el Pacífico Sur, así como las asignaciones como un instructor y el ingeniero en la Academia Naval. Después de dimitir de la Armada en 1872 con el rango de Primer Asistente Ingeniero, fue nombrado inspector en los Midvale Steel Works por James Eads, diseñador del notable arco de acero del puente del río Mississippi (puente de Eads) en Saint Louis; él tuvo éxito con Eads, como ingeniero del puente y del túnel entre 1872 y 1875. Cooper también fue asistente del ingeniero a cargo de la construcción de los primeros ferrocarriles elevados en la ciudad de Nueva York. Fue uno de los cinco ingenieros expertos seleccionados por el presidente para determinar el lapso del puente sobre el río Hudson. Cooper también fue el ingeniero consultor para la Biblioteca Pública de Nueva York. Los diseños de Cooper incluyen una amplia variedad de estructuras, su carrera en la construcción de puentes se extendía desde su puesta en libertad de la Marina hasta su retiro en 1907. Él diseñó los Puentes Junction sobre el río Allegheny en Pittsburgh (1876), el Puente Seekonk en Providence, Rhode Island, el puente de la segunda avenida sobre el río Harlem en la ciudad de Nueva York, y el Newburyport (Massachusetts), puente que se encuentra ubicado sobre el río Merrimack. El tercer puente de la calle Sexta ha sido identificado como la única estructura sobreviviente totalmente diseñado por Cooper, cuya participación se extiende incluso a detalles tales como el puente de barandilla, lámparas, y la fascia.
Entre 1885 y 1902, Cooper publicó varias obras importantes sobre el diseño de ferrocarriles y de carreteras en puentes. Sus teorías se vieron fuertemente influenciadas por la adopción de análisis de la rueda de carga para puentes de
ferrocarril. También durante este período, se desempeñó como consultor de numerosas comisiones que cobran con el desarrollo de sistemas de tránsito rápido en ciudades como Nueva York y Boston. La carrera de este ingeniero distinguido y célebre (dos veces galardonado con la Medalla Norman por la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles) terminó en tragedia cuando el monumental puente de Quebec, para el que Cooper estaba como ingeniero consultor, se derrumbó durante la construcción en 1907, dando lugar a 72 víctimas mortales. Cooper fue duramente criticado en informes posteriores a los accidentes por su falta de juicio y la falta de trabajo en equipo en el período previo a la catástrofe. Cooper murió en su casa en la ciudad de Nueva York el 24 de agosto 1919 de neumonía a la edad de 81. Él era soltero. -Primera Empresa Phoenix Bridge: La Phoenix Bridge Co. fue organizada en 1864 como una división del auge de la Phoenix Iron Company. Fue creada después de la invención del 1862 la famosa Columna de Phoenix. El Phoenix Puente Co. se convirtió en un constructor que lleva armadura de metal después de la Guerra Civil. La compañía utiliza a menudo la Columna Phoenix que era superior a la utilizada previamente fundido puentes de hierro que eran susceptibles a las grietas indetectables que conducen a fallos repentinos. Desde 1869 hasta 1884, la empresa fabricó más de 800 puentes, 500 de los cuales utilizaron el Phoenix Columna. La columna de Phoenix era más ligera de peso y tenía más fuerza que las columnas de hierro fundido de forma y tamaño similar. Los ferrocarriles eran sus mayores clientes aunque construyeron más de 280 puentes carreteros desde Maine a Carolina del Norte desde 1885 a 1895. Los puentes cambiaron de diseños en 1900 porque se necesitaban pasadores con desgaste sufrido y más fuertes, de mayores cargas de peso. En 1900, los puentes comenzaron a utilizar una tecnología más reciente de miembros de acero remachada. Phoenix Puente Co. hizo un montón de negocios en una industria de hacinamiento en las últimas décadas del siglo XIX, la fabricación y colocación de cientos de puentes y viaductos de ferrocarril y alguna carretera ocasionalmente, principalmente en los Estados Unidos, Canadá y América Latina. Los productos que aparecieron en los catálogos de ventas de la empresa ya se habían reproducido muchas veces. Phoenix Bridge tenía un muy cómodo lugar de mercado en la fabricación de productos poco espectaculares pero fácilmente disponibles y fiables.
Phoenix Hierro Co. comenzó la fabricación de acero en 1889. Antes de eso sus productos eran de hierro. Los mejores años de Phoenix Bridge fueron en 1907 dada la competencia principalmente con American Bridge Co. y el accidente en Quebec. En 1907, Phoenix Puente Co. todavía tenía algunos proyectos fascinantes sobre la mesa de dibujo incluyendo el puente de Manhattan en la ciudad de Nueva York, que se completó en 1909. Un gran esfuerzo se hizo a finales de 1940 para vender la empresa sin éxito. Phoenix Puente Co. continuó hasta que salió del negocio en 1962. Columnas Phoenix se utilizaron para construir casi 1.400 puentes en todo el mundo. La última hornada de acero en Phoenix Steel Co. fue el 18 de noviembre 1976. -Segunda Empresa Saint Lawrence Bridge: Es el resultado de una combinación de dos empresas canadienses constructoras de puentes: la Dominion Bridge Company, de Montreal, y la Canadian Bridge Company, de Walkerville, Ontario. En 1911 se adjudicó el contrato para construir el nuevo puente de Quebec a través del río San Lorenzo en Canadá. Empezó la construcción de un nuevo puente sobre el río San Lorenzo en Canadá, para reemplazar el St Lawrence River Bridge de Quebec, el tramo central se derrumbó durante la construcción. En 1911, el contrato para la construcción del puente fue otorgado a la St. Lawrence Bridge Co. Luego en 1916, durante la elevación del tramo central, el ascensor falló y el tramo central se perdió para que después en 1917, un tramo central nuevo fue finalmente levantado en su posición original. 1.3. Importancia y necesidad de la obra La ciudad de Quebec queda a orillas del río San Lorenzo de casi 4000 km de longitud, dicho río divide a Canadá en dos zonas: Este y Oeste, además une los lagos del Atlántico convirtiéndose en una especie de cordón umbilical. Existe una gran cantidad de traslado de mercancías entre ambas partes del país, por lo que desde tiempos remotos en la historia de Canadá está presente la necesidad del transporte y su continua mejora para lograr beneficios económicos. Antiguamente, la ruta del río
solo era navegable en épocas de deshielo que duraba tan sólo 6 meses del año, iniciaba a fines de abril y culminaba a fines de octubre. En el año 1986, se da por establecida una eficiente conexión por ferri entre orillas, por lo que las compañías de ferrocarril podían transportar y cargar vagones de mercancía, aproximadamente cerca de 3000 vagones al mes. A pesar de esto, el avance y crecimiento económico junto con las exigencias que se debían cumplir con el pasar del tiempo hicieron que la conexión por ferri no fuera suficiente para satisfacer las necesidades mercantiles. Aquí radica la importancia de tener vías que permitan el acceso y salida de distintos negocios rápidamente y poseer medios para facilitar dichos trabajos. También existía una competencia entre Quebec y Montreal por conseguir la mayor cantidad de mercancías por lo cual empezó a surgir la necesidad de ampliar e l rango de productividad, aquí es donde Quebec se impulsa más por encontrar una solución a esta alerta para mejorar sus índices económicos con respectos a la otra ciudad, Montreal. Especialistas del área de economía dieron la alerta de que la ciudad (Quebec) estaría en una grave situación de desventaja frente a otras, si es que los concejales en Quebec no actuaban. El efecto que tuvo esta noticia fue un resultado positivo, se tomó la decisión de construir un puente, Quebec era la más interesada en la construcción de mismo, ya que la ruta comercial con Estados Unidos podría pasar por ella y se aprobó esta decisión para Quebec en 1900. 1.4. Presupuesto de la obra El presupuesto de la obra fue que cruza la parte inferior del rio San Lorenzo, el puente en ménsula más largo del mundo tuvo un costo de alrededor de 22 millones de dólares canadienses lo que es algo increíble para la época. Hoy en día se cobra la pasantía de los móviles a través de un peaje. Hasta el primero de septiembre de 1906 los gastos de la subestructura y superestructura ascendió a $ 3,9 millones de dolares , mientras que $ 640,000 dolares se habían gastado en los accesos ferroviarios. El saldo de los $ 8.000.000 dolares se refiere al costo de la empresa y sus enfoques del propio puente de la ciudad de Quebec.
Las acciones de capital de la Sociedad ascienden a $ 265,585.70, además han recibido en subvenciones a las sumas de un tercio de millón de dólares del gobierno: a Dominion, $ 250,000 de la provincia de Quebec, y $ 300.00 de la ciudad de Quebec. Desde el parlamento federal también se obtuvieron una autorización para una garantía del gobierno de la capital y el interés de tres por ciento a la cantidad de $ 6,678 millones, a pagar en cincuenta años. El presupuesto de la obra fue que cruza la parte inferior del rio San Lorenzo, el puente en ménsula más largo del mundo tuvo un costo de alrededor de 22 millones de dólares canadienses lo que es algo increíble para la época. Hoy en día se cobra la pasantía de los móviles a través de un peaje.
1.5. Datos técnicos de la obra 1.5.1.Medidas del puente
Al cierre de la temporada de trabajo de 1906 hubo considerables progresos logrados en el trabajo de acero. El brazo en voladizo del extremo sur se levantó completo: • Cinco paneles dobles (562 ft. 6 ins.) desde el muelle principal.
El extremo del brazo es el punto donde la 675-ft. lapso de suspensión comenzará. El trabajo de la temporada comprende la construcción de siete paneles dobles, o 762 ½ pies del puente, incluidos los muy pesados miembros de los paneles cerca del muelle principal. La parte principal del puente es una estructura en voladizo pin-conectada de 2.800 pies de largo, que consiste en: • Un vano central de 1.800 pies de largo (16 paneles principales en 112 pies. 6 ins.) • Dos de anclaje de armas cada 500 pies de largo (5 paneles principales en 100 pies).
El vano central contiene un palmo suspendido de 675 pies de largo (6 paneles a 112 pies. 6 ins.), realizadas en los extremos de brazos voladizos cada 562 ft. 6 ins. largo.
El tramo central del puente Quebec debe tener 548 mts. O sea 30 mts más que cada uno de los del puente sobre el Forth. La altura el tablero por encima de las agua más altas debería ser de 50 mts. La estructura principal se conecta con la parte superior del banco a ambos lados por medio de unos 210 pies. Las dos cerchas (elemento sometido a fuerzas axiales directas (tracción o compresión)) de la estructura en voladizo son 67 pies de distancia c. a c o. cerca de 62 ½ pies clara. La profundidad de la cercha, entre los centros de acordes es de 315 pies en los principales muelles, 97 pies en los puntos más bajos, y 130 pies en el centro del tramo suspendido. Las armaduras de aproximación, que son 35 pies de profundidad, están separadas 23 pies de distancia 1.5.2. Material usado
Las partes de acero del puente fueron elaboradas en fábricas de acero en Pensilvania, fueron transportadas a Quebec en ferrocarril y montadas en el lugar de la obra. 2. FALLA DE LA ESTRUCTURA 2.1. Cronología de evidencias de fallas En primer lugar, en el año 1900 se tomó la decisión de la construcción de un puente. Sin embargo, en Agosto de 1907 se detectó un ligero pandeo por lo que algunas piezas de la construcción habían comenzado a doblarse. Éste informe fue enviado a el ingeniero a cargo de la obra, por lo que Theodore Cooper da órdenes por telégrafo para que los trabajos en la construcción se paren de inmediato. Sin embargo no se pudo evitar el desastre. El 29 de Agosto de 1907 fue el primer desastre.
Luego, un año más tarde en 1908 se hace un segundo intento de terminar el puente. Esta vez la obra se adjudica a una empresa canadiense “San Lawrence Bridge”, esta
construcción requería el doble de acero. Los brazos cantiléver del sur y norte se construyeron en 3 años.
Asimismo, un tramo central fue prefabricado para unirlo a ambos brazos cantileveres, La medida del tramo de 195 m de longitud hasta las torres era el doble que la del Forth
Bridge de Escocia. El 11 de septiembre de 1916 el tramo colgante con un peso de 5200 ton iba a ser elevado a una altura de 46 m sobre la superficie del agua.
Desafortunadamente el intento de alzarlo fracaso, apenas 4 m uno de los apoyos cedió. De esta manera, 13 personas perdieron la vida. No obstante, los constructores no desistieron, un año más tarde el puente estaba definitivamente terminado.
Finalmente, el 20 de septiembre de 1917 el puente de Quebec estaba por fin terminado.
2.2. Víctimas mortales La ciudad de Quebec está situado a orillas del rio san Lorenzo, el rio divide Canadá en este y oeste y solo la conexión de un puente uniría el traslado de mercancías entre ambas partes del país. En el canal marítimo vía fluvial la ruta era navegable solo 6
meses al año (desde finales de abril hasta finales de octubre) .Por ello, era de suma importancia la construcción de un puente, para elevar la economía. En el primer desastre del 29 de Agosto de 1907 un centenar de trabajadores se encontraban encima del puente cuando la tragedia ocurrió y 76 de ellos murieron sepultados bajo 9000 toneladas de acero. En la siguiente fotografía se muestra la choza de los trabajadores donde los cuerpos fueron colocados antes de ser trasladados al depósito de cadáveres. Mucha gente fue ahí para ver si había algún familiar o amigo del fallecido. La mayoría de las víctimas fue enterrada en el Cementerio de San Romual, (un suburbio de Quebec) de donde procedían muchas de ellas y de donde habían pasado sus vidas.
Así pues, un monumento conmemorativo de las víctimas fue realizado con acero del puente derrumbado, además de ser monumento conmemorativo también sirve como aviso contra la codicia arrogancia y fracaso.
2.3. Motivo de la falla Analizaremos los distintos causantes de las fallas que ocurrieron en el puente Quebec. Se debe tener en cuenta que actualmente ya se conocen las principales deficiencias estructurales que se pueden dar en puentes de acero, estas pueden ser que los elementos principales no cumplen las relaciones ancho-espesor. Otra deficiencia es que los esfuerzos actuantes son mayores a los permitidos. En algunos casos los
elementos de arco diseñados solamente a compresión sin tener en cuenta la flexión biaxial junto a la compresión. Utilización de modelos estructurales incompletos. Incumplimiento de las características mínimas para un adecuado análisis y diseño. Selección errónea de la longitud efectiva (K) para la evaluación del pandeo general de la parte inicial de los elementos de un arco. Entre los principales motivos del primer desastre en el puente de Quebec fue porque el ingeniero a cargo de la obra decidió aumentar la longitud del puente de 488 a 569 metros, pero olvido calcular de nuevo la presión de carga. Por lo que contestando a una pregunta crítica sobre esto fue: “no hay nadie lo suficientemente competente como para criticarnos”. Además, había proclamado que la estabilidad de un pu ente se
basa masen el instinto del ingeniero que en la teoría de las cargas. De esta manera, quería que su tramo fuera más largo que el del puente Firth so forth em Escocia, puente cantiléver más largo del mundo en aquella época, tal comportamiento era común entre las empresas con construcción del siglo 19, competían entre ellas para obtener el puente más largo. La segunda caída del puente fue el 11 de septiembre de 1916, el tramo colgante con un peso de 5200 ton iba a ser elevado a una altura de 46 m sobre la superficie del agua. Desafortunadamente el intento de alzarlo fracaso puesto que se derrumbó en el acto mismo esto se debe a varios factores como es la mala utilización del sistema de poleas las cuales cedieron; apenas 4 m uno de los apoyos cedió De nuevo 13 personas perdieron la vida. Se pueden considerar dos tipos de fallas: La primera falla, fue la falla por deformación elástica excesiva, en el caso de las piezas del puente Quebec produjeron deformaciones que impiden su funcionamiento normal. Además dicha deformación excesiva origina esfuerzos secundarios que ocasionan fallas más graves. De esta manera, la segunda falla, fue la falla por separación total, al producirse ocasiona considerables pérdidas económicas y de vidas. Un material que falla de modo súbito, requiere un mayor margen de seguridad. Por ello, la empresa Lawrence Bridge requería el doble de acero (mejorando su factor de seguridad) 2.4. Justificación estructural El método de Cantiléver fue elegido para el puente de Quebec por dos razones:
1.
Permitía un tramo más largo que un puente convencional
2. Le daba la estabilidad necesaria para soportar cargas extremadamente pesada como el transito ferroviario También se puede agregar que se pueden fijar los apoyos principales y hacer móviles las articulaciones, acumulando en ellas las deformaciones por temperatura de la estructura. Otro aspecto positivo, y ésta era probablemente una de las principales cuando se empezaron a utilizar, que la determinación analítica de las leyes de esfuerzos en ellas es mucho más fácil que en las vigas continuas, a causa precisamente de su isostatismo. A continuación definiremos los puentes cantiléveres, que son estructuras con tramos de luz considerables y alguno de estos o todos están provistos de brazos cantiléveres en ambos o en uno de sus extremos. Ya que los puentes descansan sobre estribos y pilares, estos son estáticamente determinados y todos los momentos y fuerzas componentes pueden ser determinadas por reglas básicas de la estática como ya se ha aprendido durante el curso de Resistencia de Materiales I. Además, ya está comprobado que estas estructuras no se ven afectadas por un desigual asentamiento de los apoyos. El diseño de los puentes cantiléveres es más barato que los simplemente apoyados, sin embargo, son más caros que los puentes continuos, estos últimos puentes son usados cuando es necesario reducir la altura de los puentes sin tener que llegar a la condición de estáticamente indeterminados, como sucede con los puentes continuos y en arcos. Los puentes cantiléveres podrían ser usados ventajosamente en lugares donde el terreno de cimentación es firme, conviene para estructuras estáticamente indeterminadas que no son fácilmente obtenibles debido a que no basta con los principios de la estáticas para resolver su equilibrio. La altura en el centro del tramo es aproximadamente 1/30 de la luz del tramo. Al ser una viga de tramo con dos cantiléveres estáticamente determinados en sus extremos, las fuerzas aplicadas en el cantiléver producen un momento flector y fuerza cortante, no solo en el cantiléver sino también en el paño central de la viga, sin embargo, las fuerzas que siguen en el tramo central no tienen efecto en el cantiléver.
Para analizar el comportamiento que provocan las fuerzas de las cargas vivas y muertas en un puente cantiléver se establecerán ecuaciones de estática a través del método de secciones, que se realizarán en el tramo central del puente. Usaremos la siguiente notación: II: Longitud del cantiléver I: Longitud de la viga en el tramo central. Para el caso de fuerzas concentradas sobre el cantiléver, son las distancias el apoyo a las fuerzas P1 ,P2 Mc: Momento resistente en el apoyo debido a las fuerzas en el cantiléver Vc: Fuerza cortante en el apoyo, debido al as fuerzas en el cantiléver Mcx: Momento resistente en el cantiléver en un punto situado a una distancia x del apoyo Vx: Fuerza cortante en el cantiléver en un punto x del cantiléver Fórmulas para cantiléveres cargados uniformemente o por fuerzas concentradas, las fórmulas para fuerzas cortantes y para momentos resistentes en los cantiléver en el tramo central son las siguientes:
Para un tren de carga, el momento resistente positivo en el tramo principal es el mismo que para un simplemente apoyado. El momento negativo máximo debido a las fuerzas del cantiléver puede no ser considerado como que está reduciendo el momento positivo en el paño principal porque el paño principal puede estar enteramente cargado cuando no hay fuerzas sobre el cantiléver. El mayor momento negativo para fuerzas vivas en el tramos principal es producido cuando ambos cantiléveres son enteramente cargados no hay fuerzas sobre este tramo. El máximo esfuerzo cortante en el tramo principal es producido cuando se suma el producido por la más desfavorable posición sobre el tramo principal, el que resulta de cargar uno del cantiléver; para el esfuerzo cortante positivo, el cantiléver izquierdo es cargado
En la imagen se muestra el comportamiento de la estructura ante esfuerzos de tracción y compresión ocasionados por la distintas cargas que pueden ser aplicadas sobre el puente pudiendo ser puntuales o distribuidas a lo largo de todo el cargo o solo en el tramo central, las flechas representan los esfuerzos internos son las flechas de color rojo.
-Puentes Cantiléveres con tramos suspendidos: El objeto del diseño de estos puentes es llegar a adquirir las, ventajas del diseño de vigas continuas, sin las ventajas del diseño estáticamente indeterminado. Es un hecho conocido que para una condición particular de carga una viga continua puede ser cambiadas por varios tramos estáticamente determinados provistas las luces alternadas de pestañas de enlaces, en los puntos de contra flexión (inflexión) ó sea en los punios de momentos nulos, la estructura resultante consiste en un número de vigas cantiléver y de pequeñas vigas suspendidas de los cantiléver. El momento resistente de tal estructura para la carga particular es idéntica con la producida en una viga continua, en una viga que soporta un tren de carga la localización de los puntos de inflexión varia con las condiciones de carga. Existen dos clases de puentes: a) Puentes simétricos que tienen un número impar de tramos y que pueden tener los tramos extremos suspendidos o anclados. b) Asimétricos que tienen un número par de tramos. -Ventajas y desventajas de estos puentes: 1.- Requiere menos concreto y acero que las vigas simplemente apoyadas pero más que las continuas. 2.- Requiere menos encofrados que las vigas continuas ya que se puede armar tramo a tramo igual que si fuera simplemente apoyada, no asi el continuo.
3.- En cada pilar el diseño del cantiliver usa tan solo un apoyo requiriendo un menor ancho que la simplemente apoyada que requiere de dos apoyos, con el consiguiente ahorro del material. 4.- La reacción del pilar es siempre centrada; y los apoyos móviles se trasladan a los puntos de menor reacción. 5.- Su principal ventaja sobre el continuo es que soporta asentamientos en los apoyos sin que ocasione esfuerzos en la estructura. Como desventajas en comparación con las simplemente apoyadas, es que el diseño del cantiléver requiere algo más de pericia de parte del diseñador y el arreglo de los esfuerzos es algo más complicado. En comparación con las vigas continuas el diseño del cantiléver tiene la ventaja de que son estáticamente determinadas y que la posibilidad de malos efectos por un desigual asentamiento de los apoyos es menor. Siendo la desventaja que el costo de estos puentes es algo mayor debido al costo extra de las pestañas de enlace y de las uniones entre los tramos suspendidos con los extremos de los cantiléveres, y finalmente que el diseño del cantiléver es menos rígido que el continuo.
-Diseño de cantiléver con tramos suspendidos: EI tablero incluyendo lasas, sardineles, barandas se hacen en igual forma que en los casos anteriores. Existen tres clases de vigas principales: 1°) En tramo de anclaje con voladizo. 2°) Tramo suspendido que va entre las juntas de voladizo o entre el voladizo y el estribo. 3º) Tramo intermedio que aparece en los puentes de más de tres tramos, es un tramo con dos voladizos.
2.5. Lección para actuales construcciones Ante el reconocimiento de los errores en el puente Quebec que han sido descritos en este trabajo, se pueden dejar lecciones aprendidas para futuras generaciones que realizarán parecidos o diferentes proyectos donde las fallas pueden seguir ocurriendo. Se afirma rotundamente que la soberbia como ingenieros civiles no debe estar presente durante el trabajo en campo o de oficina, se debe ser muy consciente de lo que se está a punto de ejecutar y no dejarse llevar por superioridades inexistentes.
Además, se debe analizar cada propuesta para un nuevo proyecto a ejecutar, se deben mantener valores que cumplan con lo requerido en cuanto a viabilidad y economía. Toda propuesta debe ser analizada para entender y darse cuenta de si es la mejor o no. Todo inconveniente que se presente en obra debe ser reportado inmediatamente y de manera directa ante el ingeniero o entidad encargada de supervisar el avance de la construcción para tomar las medidas más correctas según se requiera. Los medios para realizar esta tarea de comunicación deben ser lo más rápidos ya que podrían ocasionar lo que ocurrió en el puente Quebec. La competitividad que existe entre grandes empresas constructoras no debe llegar afectar las obras que realicen, es decir, la calidad de una estructura no puede verse comprometida solo para satisfacer logros personales que solo perjudicarían a otros. Siempre se debe realizar el trabajo por el camino más seguro y viable, manteniendo una economía estable para evitar un gasto adicional o mayor tiempo en el plazo establecido.
3. ANEXOS 3.1. Fotografías del puente Quebec 3.1.1.De su historia
Michel L’ Hebreux es quien estudia el
Puente por más de 30 años.
La elevación de la colina sobre la superficie del agua ayudo que el puente se construyera tan alto.
Une la ciudad de Quebec con Levis, separadas por el rio San Lorenzo – Canada.
Ingeniero Theodore Cooper, conocido como el In eniero consultor del uente uebec.
3.1.2. De su construcción
Primer puente de Quebec durante su construcción, fue tomada el 15 de agosto de 1907.
16 de Noviembre de 1911, interesante comparación del puente Firth of Forth con el diseño del puente cantiléver de Quebebc. Se muestran el diseño de la Company Fenix Bridge el cual colapso en 1907.
A finales de 1900, se construyeron las obras de la Torre Sur.
. En agosto de 1907 se detecta un ligero pandeo.
Fue tomada después del primer desastre el 29 de agosto de 1907.
La nueva construcción requería el doble de acero y se reemplazaron las partes frágiles del diseño de Cooper por otras rectangulares macizas y rectas, pero de nuevo comprimidas.
El 11 de septiembre de 1916 el tramo colgante con un peso de 5200 ton iba a ser elevado a una altura de 46 m, sobre la superficie del agua. Desafortunadamente el intento de alzarlo fracaso, apenas 4 m uno de los apoyos cedió.
El 20 de septiembre de 1917 el puente de Quebec estaba por fin terminado. Ya podía comenzar una nueva era, políticos y plebeyos celebraron por igual la nueva maravilla del mundo.
En una ilustración de la época este principio de edificación fue descrito de una manera humorística. Las caricaturas representan la masa y el peso tal como el tramo suspendido con sus 5200 ton. Aumentando esta masa estaban los dos brazos cantiléver a ambos lados de las orillas todos juntos formaban un rombo asimétrico.
El primer tren cruzo el puente en 1917. Sin embargo, solo 12 años más tarde comenzó la era del interminable crecimiento del tráfico por carretera.
Como ya no estaba preparada para el constante aumento del tráfico rodado, se levantó un nuevo puente junto a él, el Pierre Laporte , este se construyó el puente Pierre Laport, el puente suspendido más largo en Canadá y fue terminado en tan solo 4 años.
3.2. Glosario
CARGA: Fuerzas aplicadas directamente sobre las estructuras y que son la causa de sus posibles movimientos y deformaciones.
CARGA DE ENSAYO: Peso considerable repartido sobre un puente, para probar su solidez antes de abrirlo al tráfico
ESFUERZO DE COMPRESIÓN: Se produce cuando determinadas fuerzas actúan sobre un cuerpo, aplastándolo o reduciendo su longitud.
ESFUERZO DE TORSIÓN: Los materiales de determinado cuerpo sufren el esfuerzo de torsión cuando las fuerzas que actúan sobre ellos tienden a retrocederlos sobre sí mismos.
ESFUERZO DE TRACCIÓN: Se produce cuando sobre determinado cuerpo actúan fuerzas que "estiran" sus materiales. Los cables, cuerdas, hilos, trabajan a tracción.
FATIGA: Esfuerzo que soporta, por unidad de sección, un cuerpo sometido a fuerzas externas. Disminución de resistencia de un material sometido a la acción de tensiones variables.
FLEXIÓN: Una pieza experimenta tensiones de flexión cuando está sometida a fuerzas externas que se ejercen en sentido transversal a su longitud, cual es el caso, por ejemplo, de una viga de puente.
MÉNSULAS: Grandes escuadras colocadas a ambos lados de la orilla de un río y sobre las cuáles se apoya un puente.
PILAS: Apoyos intermedios de los puentes de dos o más tramos.
ANDAMIO: Se trata de una construcción provisional con la que se hacen puentes, pasarelas o plataformas sostenidas por madera o acero. Se hacen para permitir el acceso de los obreros de la construcción.
