¿Cómo se pueden hacer puentes grandes resistentes a los terremotos?

¿Cómo pueden los puentes grandes, con tramos del orden de 1 km, hacerse resistentes a los terremotos?

No soy experto en temblores, pero hay al menos dos tipos de sacudidas: lateral y vertical. El temblor vertical en particular realmente me preocupa. No sé cómo se puede construir cualquier tipo de absorción de impactos en una estructura masiva y alta, como un edificio o una torre de puente.

(Originalmente iba a preguntar sobre puentes colgantes, pero luego leí que los puentes colgantes no son excelentes para trenes pesados. El trasfondo de esta pregunta se encuentra en mi exploración de la idea de un puente Bering (desde Alaska hasta Siberia, cruzando el estrecho de Bering ), que sería principalmente un puente ferroviario. Y tendría que manejar trenes de carga, el más pesado de todos, que a veces supera las 100 toneladas por vagón.

Así que solo haré la pregunta sobre puentes grandes en general.

Creo que el terremoto más grande de Alaska fue una escala de Richter 9.4 en 1964, que afectó a Fairbanks. (No sé cómo convertir a la escala Momento-Magnitud). ¿Es posible construir puentes grandes que no colapsen a partir de eso? Idealmente, queremos que el puente no se derrumbe durante un terremoto, incluso si está en plena carga.

PD Sé que no es rentable construir un puente así. Por un lado, el este de Siberia no tiene red ferroviaria (o mucha civilización en general). Se propuso un proyecto de túnel que creo que dijeron que era más barato que un puente, que no pude entender porque excavar en una roca dura parece mucho más difícil que conducir una pila en aguas de 50 m de profundidad. El proyecto del túnel fue suspendido IIRC, no es de extrañar.

De todos modos, solo estoy explorando si tal puente es técnicamente posible y puede ser resistente a los terremotos. Si necesita algo más cercano a la realidad, supongo que podemos mirar el puente Golden Gate en San Francisco. Yo vi aquí estaban trabajando para hacerlo seguro en terremotos de hasta 8.3, pero no entró en detalles. Y tenga en cuenta que el puente Golden Gate no admite trenes de mercancías.

De todos modos, ¿es posible resistir terremotos o resistir seriamente terremotos en puentes grandes cargados con un tren de carga? El puente no necesariamente tendría que permanecer completamente sin daños. Simplemente no quiero que se rompa y suelte el tren en el océano.

es posible?

Nunca puedes hacer algo a prueba de terremotos, pero hay muchas cosas que se pueden hacer para resistir los terremotos.

Hay puentes de largo alcance construidos en zonas sísmicas. Por ejemplo, el Akashi Kaikyo El puente en Japón es actualmente el puente más largo del mundo y se encuentra en una zona sísmica severa. Está diseñado para soportar un terremoto de magnitud 8.5. De hecho fue sometido a un terremoto de magnitud 7.2. durante la construcción . Galtor mencionó en otra respuesta el puente de la Bahía de San Francisco, que se ha modernizado para mejorar su resistencia sísmica. Por lo tanto, el diseño de puentes para resistir fuertes terremotos es ciertamente posible y se ha hecho.

¿Qué se puede hacer para mejorar la resistencia a los terremotos de un puente?

Amortiguadores de masa sintonizados se utilizan en edificios altos, así como en puentes para contrarrestar el movimiento debido a los terremotos, así como el viento y otras cargas laterales. El puente Akashi Kaikyo usa TMD en las torres de suspensión, por ejemplo.

Aislamiento de la base Es una de las técnicas más comunes utilizadas para resistir el movimiento sísmico. Estos son dispositivos que esencialmente separan el movimiento horizontal de la cimentación del resto de la estructura mediante el uso de algún tipo de rodamientos deslizantes. Si se diseña correctamente, esto puede reducir drásticamente el daño del terremoto.

Amortiguadores sísmicos También son comunes. Se trata de una gama de dispositivos que actúan para eliminar la energía sísmica de la estructura, de manera similar a cómo los amortiguadores de un automóvil eliminan la energía de vibración del vehículo al pasar por una carretera irregular.

Estas tecnologías son bien conocidas y se utilizan con frecuencia en puentes y edificios. Hay más técnicas experimentales que también son posibles, tales como: aislamiento oscilante , o sistemas de amortiguación activa (amortiguadores controlados por computadora).

Si se desea, estos dispositivos también se pueden usar en combinación para mejorar aún más la respuesta al terremoto.

En la práctica de diseño sísmico estándar, una estructura está diseñada para acomodar algunos daños. Este daño, siempre que sea posible, se concentra en elementos que se reemplazan más fácilmente (vigas y tirantes) y que no causarán un colapso desproporcionado si se dañan.

Ciertamente, es técnicamente factible diseñar puentes grandes para resistir la carga de terremotos. Especialmente si no hubiera restricciones financieras.

Puede encontrar esta lectura útil: Cómo funcionan los edificios resistentes a los terremotos . Las técnicas utilizadas en edificios también se pueden aplicar a puentes.

En realidad, los puentes muy largos (y los edificios súper altos) a menudo tienen menos problemas con los terremotos que sus hermanos más pequeños. Esto se debe a que, en general, son mucho más flexibles y, por lo tanto, tienen períodos fundamentales más bajos, lo que los hace menos susceptibles a la resonancia en sus modos fundamentales. Los modos fundamentales son los patrones de balanceo que incluyen la mayoría de la masa estructural. Una simplificación extrema sería que la estructura principal se balancea tan lentamente que apenas nota los rápidos movimientos de un terremoto. Un poco como un gran barco en pequeñas olas.

En general, las estructuras de "tamaño mediano", con frecuencias fundamentales entre 1 Hz y 10 Hz, generalmente se ven mucho más afectadas, ya que existe un riesgo mucho mayor de resonancia fundamental que conduce a efectos de carga muy grandes. Para estructuras muy grandes y delgadas, la ingeniería eólica es generalmente un desafío mayor que la ingeniería sísmica.

Sin embargo, los muelles y los pilares y sus conexiones a la cubierta del puente principal son fundamentales, ya que suelen ser mucho más rígidos que el puente en su conjunto. Y, dada la cantidad invertida y las consecuencias potencialmente horribles de una falla de una estructura grande, se pondrá mucho esfuerzo en realizar y verificar (y en triple control) la ingeniería sísmica de cada parte de la estructura. Solo estoy señalando que los problemas no son simplemente proporcionales a la escala, las estructuras más grandes no son necesariamente más difíciles de "a prueba de terremotos" que las más pequeñas.

Voy a centrarme en uno de los puentes más famosos de estas condiciones en los últimos años: el puente de la Bahía de San Francisco.

Este puente no está previsto para trenes, por lo que se probaron con enormes gatos hidráulicos (ver aquí ). Este puente está diseñado para que no se derrumbe durante un terremoto, sino para sufrir pequeñas averías que podrían repararse fácilmente.

Cuando los terremotos, uno de los puntos cruciales que se encontraron es que la torre del puente debe resistir y no caer. Y este es un punto clave en el puente actual, ya que tiene un sótano individual y costoso y la torre principal está dividida en cuatro partes para no colapsar completamente ( mira aquí ). El puente podría ser robusto e indestructible, pero estéticamente sería mucho más feo y probablemente más caro para el aumento de concreto y otros materiales.

A diferencia de los puentes colgantes más convencionales, en los cuales los cables paralelos se cuelgan sobre torres y se anclan en ambos extremos en roca u hormigón, el puente de la Bahía de San Francisco Oakland tiene una sola torre y un solo cable que está anclado a la cubierta de la carretera, en bucle desde el Extremo oriental al extremo occidental y viceversa.

No tiene sentido defender los puentes romanos entre otros. Los romanos solo probaron los diseños de forma empírica hasta que se dieron cuenta de que un modelo en particular resistía, pero la ingeniería del puente no era demasiado grande en esos tiempos.