El peligroso bamboleo de los puentes peatonales podría reducirse mediante el uso de modelos biomecánicamente inspirados de respuesta peatonal al movimiento del puente y una fórmula matemática para estimar el tamaño crítico de la multitud en la que comienza el bamboleo del puente, según un estudio dirigido por la Universidad Estatal de Georgia.
Muchos puentes peatonales en todo el mundo han experimentado vibraciones dramáticas y peligrosas oscilaciones cuando multitudes de peatones han intentado cruzarlos, con algunos puentes cayéndose. En 2000, el London Millennium Bridge comenzó a balancearse en su día inaugural cuando miles de peatones cruzarony el puente de $ 32 millones tuvo que cerrarse.
En 2003, el Clifton Suspension Bridge en Bristol, Reino Unido, originalmente diseñado como un puente de carretera, tuvo que cerrarse cuando comenzó a tambalearse de lado abruptamente cuando una multitud lo cruzó durante la Fiesta Internacional del Globo. En 2014, el Puente Squibb Park enBrooklyn, Nueva York rebotó de lado a lado cuando los peatones cruzaron el puente y no se reabrieron hasta principios de 2017. El Puente Mezzanine Changi del Aeropuerto de Singapur es otro ejemplo de un puente peatonal inestable.
"En esto Avances científicos documento, revelamos este efecto de umbral y mostramos que este es un fenómeno general para los puentes ", dijo el Dr. Igor Belykh, profesor del Departamento de Matemáticas y Estadísticas del Estado de Georgia." Desafiamos la opinión generalizada de que aumentar el tamaño de la multitudaumente gradualmente la oscilación del puente. La vista actual es que cuanto más peatones agreguemos al puente, más salvajes serán las oscilaciones. Esto es cierto, pero solo para los tamaños de multitudes por encima de este tamaño crítico. Hay un efecto umbral importante.
"Nuestro documento brinda una guía y una fórmula explícitas sobre cómo estimar este tamaño de multitud crítico, que puede usarse para limitar la capacidad de carga de un puente existente y para ayudar a los diseñadores a construir mejores puentes. Los modelos biomecánicos que estamos desarrollando son particularmenteimportante para comprender el papel de la dinámica de multitudes en un puente tambaleante porque el código de los EE. UU. para diseñar puentes peatonales no contiene pautas específicas que tengan en cuenta el comportamiento colectivo de los peatones. Los programas estándar de la industria utilizados por los diseñadores de puentes solo usan modelos lineales. Estamos trabajando enla inclusión de modelos biomecánicos como el nuestro en las herramientas estándar y los programas de software utilizados por los diseñadores de puentes para predecir mejor los efectos no lineales asociados con la interacción entre multitudes de peatones y puentes ".
Estudios anteriores han encontrado una conexión entre el tamaño de la multitud crítica y el bamboleo del puente. Los ingenieros determinaron que el London Millennium Bridge se balancearía si un tamaño de la multitud crítica de 165 peatones cruzara el puente de una vez, pero bajo el tamaño crítico no hubo vibraciones. Además, los ingenieros descubrieron un tamaño de multitud crítico para el puente colgante de Clifton, diciendo que una vez que la multitud alcanzara el tamaño crítico, el bamboleo se hizo notable y peligroso. Es probable que este efecto umbral esté presente en otros puentes, dijo Belykh.
Los modelos inspirados biomecánicamente de la respuesta de los peatones al movimiento del puente desarrollados por los investigadores se pueden usar como "maniquíes de prueba de choque" al probar numéricamente un diseño de puente específico. Los modelos, basados en el péndulo invertido, imitan el equilibrio lateral humano.
El documento encuentra que la sincronización del movimiento de los pies de los peatones podría no ser necesariamente la causa principal del inicio de las vibraciones del puente, aunque es necesario que el puente se balancee significativamente. Se cree comúnmente que la sincronización entre los peatones inició el bamboleo en LondresPuente del Milenio, pero este documento argumenta lo contrario.
El inicio del bamboleo del puente sin sincronización se observó anteriormente durante los períodos de inestabilidad del Puente Mezzanine Changi del Aeropuerto de Singapur y el Puente de Suspensión Clifton. Ambos puentes experimentaron vibraciones inducidas por multitudes a una frecuencia de puente diferente de la frecuencia promedio de los peatones, mientras quelos peatones continuaron caminando sin sincronización visible.
En trabajos anteriores publicados en Caos: una revista interdisciplinaria de ciencia no lineal Belykh estudió la interacción entre peatones y puentes y descubrió que esta interacción puede hacer que el peatón camine con dos pasos laterales distintos. Ambos pasos pueden corresponder a los peatones que caminan fuera de fase con el puente, pero un paso es más peligroso porque produce muchooscilaciones de puente más grandes. Estos hallazgos podrían arrojar luz sobre la estrategia que deberían usar los alpinistas al cruzar puentes ligeros y tambaleantes con una mochila pesada, como las escaleras metálicas necesarias para cruzar grietas gigantes en el Monte Everest. El peso adicional de la mochila podría causar abruptosvibraciones, por lo que el documento recomienda que los escaladores envíen la mochila por el puente por separado usando cuerdas.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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