Las dificultades asociadas a las vigas Vierendeel y su rotura frágil

Jules Arthur Vierendeel (1852-1940). https://es.wikipedia.org/wiki/Jules_Arthur_Vierendeel

Los entramados en bastidor, también llamados Vierendeel, surgieron de la patente de 1897 de una viga reticulada que lleva el nombre de su creador, el ingeniero belga Jules Arthur Vierendeel (1852-1940). La viga Vierendeel tiene una forma de celosía ortogonal que presenta la ventaja de prescindir de las tradicionales diagonales. Esta característica obliga a rigidizar fuertemente los nudos, estando sometidas sus barras a esfuerzos flectores y cortantes, además de los esfuerzos axiles. La tipología de la estructura presenta ventajas como la de permitir el paso a su través, ya sea de personas o de conducciones, facilitando también la colocación de carpinterías en edificación.

En el caso de los puentes, los de este tipo se hicieron muy populares en el primer tercio del siglo XX, existiendo un buen número de ejemplos en Bélgica y en el antiguo Congo Belga. El primer puente de estas características se construyó en Avelgem, Bélgica, en 1902. En España, por ejemplo, tenemos un ejemplo en Riera de Caldas, terminado en 1933.

 

Vigas Vierendeel en el teatro Alla Scala de Milán. https://www.e-zigurat.com/blog/es/ejemplos-estructurales-aplicacion-vigas-vierendeel/
Puente Hafe vu Léck. https://es.wikipedia.org/wiki/Puente_Vierendeel

Sin embargo, esta tipología no está exenta de dificultades relacionada con la tenacidad del acero y la mecánica de fractura. Un ejemplo es el colapso del puente Vierendeel de Hasselt, sobre el canal Alberto, en Bélgica, en 1938. Este desastre ocurrió con una temperatura de -20ºC. Se trataba de un puente metálico soldado donde, al desaparecer las diagonales de la celosía, se debía reforzar los cordones y montantes. Pero lo más importante, la ejecución de los nudos soldados requiere de una delicadeza y cuidado máximos. En efecto, estos nudos soldados fueron el origen de sonados desastres como el descrito debido a que con las bajas temperaturas del invierno y con cierta sobrecarga, se produce con cierta facilidad la rotura frágil del acero si no se concibe y ejecuta los innumerables detalles asociados a la soldadura.

Otra dificultad añadida es su deformabilidad frente a otras tipologías de celosías trianguladas. Por ejemplo, para una pasarela de 60 m, la flecha de una viga Vierendeel es unas 10 veces mayor que el resto. Aproximadamente del orden de Luz/100, mientras que en las celosías son menores que Luz/1000.

Sin embargo, hoy día existe cierta tendencia en arquitectura en utilizar este tipo de estructura sin informar claramente sobre las dificultades de esta tipología, muy tentadora, como nos comenta Javier Rui-Wamba en su libro “Teoría unificada de estructuras y cimientos. Una mirada transversal“.

Os dejo a continuación un vídeo sobre la construcción con vigas Vierendeel en el Centro Cultural Nestor Kirchner, en Buenos Aires (Argentina).

En este otro vídeo, donde unos estudiantes rompen un modelo reducido de viga Vierendeel, vemos la gran deformabilidad de esta estructura.

Un ejemplo arquitectónico singular fue la construcción de las Torres Gemelas, donde se recurrió a la viga Vierendeel y a un sistema invertido de estructura.

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Los buques Liberty, la presa Hoover y Henry John Kaiser

Henry John Kaiser (1882-1967). https://www.timetoast.com/timelines/emprendedor-9b6a7454-6cc7-44e6-b64e-962191522820

Pocos emprendedores han influido tanto en el desarrollo de su país como Henry John Kaiser (1882-1967). No solo se le conoce como el padre de la moderna construcción naval norteamericana, con la construcción de los buques de la Clase Liberty, sino que sus empresas abordaron aspectos tan dispares como la construcción de la presa Hoover, la fabricación de automóviles, la producción de cemento o la construcción de viviendas prefabricadas y autopistas. Pero también destaca su labor altruista construyendo centro cívicos, hospitales y escuelas de medicina.

Una de sus primeras compañías construyeron en 1915 las primeras carreteras de hormigón en Cuba. Ganó en 1921 su primer contrato de pavimentación en California y fue ganando contratos por sus costes y plazos reducidos, destacando los buenos salarios de sus trabajadores. Pero fue en 1931, tras la Gran Depresión, cuando asociándose con Bechtel Corporation, construyeron la presa Hoover, acabándola dos años antes de lo previsto.

Pero uno de los hitos de este empresario fue la construcción de unos 2700 buques de la Clase Liberty con motivo de la participación de Estados Unidos en la Segunda Guerra Mundial. Eran barcos que se construyeron sustituyendo las uniones roblonadas por la incipiente soldadura. La rapidez en la construcción de estas embarcaciones era asombrosa. Así, la quilla del Robert E. Peary de 10.500 toneladas se izó el domingo 8 de noviembre de 1942, y el barco se botó desde el Astillero de Richmond (California) el jueves 12 de noviembre, cuatro días y 15 horas y media después. Estas embarcaciones se diseñaron para una vida media de 5 años, participando en todos los escenarios de la guerra, incluido el Desembarco de Normandía.

Pero, como suele ser habitual, las innovaciones tecnológicas pasan por un calvario técnico. Los cascos soldados de estas embarcaciones presentaban una fragilidad desconocida hasta entonces. Las temperaturas bajas hacían fallar las soldaduras, lo que partía en dos el casco. Por ejemplo, en 1943, el buque cisterna Schenectady se partió cuando navegaba por las frías aguas entre Siberia y Alaska. La fisura apareció en el ángulo agudo de la escotilla de la cubierta, pasando prácticamente de modo casi instantáneo a través de la cubierta y por ambos bordes del cuerpo hasta la obra viva junto a la misma quilla. Todo ello ocurrió durante un tiempo sin viento a temperatura del aire de 3 °C bajo cero y temperatura del agua de 4,5 °C sobre cero. la placa de acero de un buque, no son perfectamente elásticas, ya que sufren importantes deformaciones plásticas en la punta de una grieta. Era la primera vez que se utilizaba la soldadura para construir los cascos de los buques y el acero empleado no tenía las características de ductilidad y tenacidad necesarias, siendo frecuente que los detalles de las zonas singulares no estuviesen bien resueltos.

Avería del petrolero «Schenectady» (enero de 1943). https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:TankerSchenectady.jpg

Este tipo de problemas alumbró la mecánica de fractura, que ya tenía antecedentes en 1920 con la publicación del artículo “The Phenomena of Rupture and Flow in Solids”, del ingeniero aeronáutico Alan Arnold Griffith (1983-1963). Pero a este tema ya le dedicaremos un artículo, que bien se lo merece.

Os dejo un par de vídeos sobre Henry Kaiser (en inglés). Espero que os gusten.