t1-derrumbe de las torres gemelas

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA CIVILDEPARTAMENTO ACADMICO DE ESTRUCTURAS

POR QU COLAPSARON LAS TORRES GEMELAS?TAREA N1

Curso: Estructuras Especiales Docente: Vctor Fernndez-Dvila Gonzales Estudiante: Hernn Martn Hernndez Morales Cdigo: 20074515I Lima Per 2012

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NDICE GENERAL

INTRODUCCIN OBJETIVOS METODOLOGA 1. IDEA CONCEPTUAL 2. DESAFOS PRESENTADOS DURANTE EL PROYECTO DE INGENIERA 3. CONSTRUCCIN Y MATERIALES EMPLEADOS 4. COMPORTAMIENTO EXPERIMENTADO DURANTE Y DESPUS DEL ATAQUE DEL 11-11-2001 5. RAZONES FUNDAMENTALES DEL COLAPSO CONCLUSIONES LINKS DE FUENTES OBTENIDAS EN INTERNET

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NDICE DE FIGURASFig. N1: Esquema del diseo estructural propuesto por el Ing. Leslie Robertson Fig. N2: Vista isomtrica de la unin entre las vigas de suspensin y las columnas exteriores Fig. N3: Seccin transversal de una columna perimetral de 0,45 m x 0,45 m Fig. N4: Vista isomtrica de la Torre Norte Fig. N5: Torre Norte minutos despus de ser impactada Fig. N6: Secuencia del desplome de la Torre Norte Fig. N7: Bola de fuego causada por el impacto del avin contra la Torre Sur Fig. N8: Colapso por hundimiento en cascada, con inclinacin, de la Torre Sur 7 9 10 11 11 12 13 7

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INTRODUCCINEn la maana del 11 de setiembre del ao 2001 se perpetu el ataque terrorista ms catastrfico y aterrador de la historia de los Estados Unidos de Norteamrica, e incluso, me atrevera a afirmar sin miedo a equivocarme, el ms trgico e impresionante jams visto por la humanidad. Este atentado fue ejecutado por miembros del grupo extremista Al-Qaeda, quienes, tras haber secuestrado 2 aviones Boeing 767 cuyo destino comn era Los ngeles, los desviaron de su trayectoria para luego impactarlos contra los rascacielos ms importantes del comercio mundial: Las Torres Gemelas, ubicadas en el World Trade Center en New York; teniendo como resultado la destruccin total de ambos edificios y la prdida de 2753 vidas despus de, tan slo, 2 horas. Desde entonces hasta el da de hoy, ingenieros estructurales del mundo entero han estudiado y analizado al detalle todos los registros grficos que se tienen de cada instante luego de acontecidas las brutales colisiones, tratando de comprender y contestar varias interrogantes que se originaron tras el colapso total de dichas estructuras. En ese sentido, algunas de las ms interesantes son: Por qu la Torre Sur, golpeada 15 minutos despus que su par Norte, fue la que sucumbi primero? Cual es la razn por la cual el sistema contra incendios, consistente en tabiques de yeso y recubrimiento del acero con una espuma especial, no funcion? Habran permanecido en pie las torres si se hubiera utilizado en su construccin materiales de mayor resistencia? Otro diseo estructural podra haber ofrecido un comportamiento no tan desfavorable? Es realmente posible que se proyecte la construccin de un edificio que soporte el impacto de un avin, tal como los mentores de las Torres Gemelas aseveraron refirindose a su obra maestra? En la actualidad, gracias a la labor incansable de varias personalidades de la ingeniera a travs de instituciones como la Agencia Federal de Manejo de Emergencia (FEMA) y el Instituto Nacional de Estndares y Tecnologa (NIST), ambas norteamericanas, muchas de estas preguntas ya han sido contestadas con slidos fundamentos. Sin embargo, existen quienes no estn muy convencidos de la veracidad de sus conclusiones.

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Sin duda, este sangriento suceso ha dejado una huella indeleble no solamente en la vida de cada una de las personas que perdieron a sus seres queridos, amigos y compaeros de trabajo aquel fatdico da, sino que tambin, ha marcado para siempre la concepcin de seguridad que se tena hasta el siglo pasado respecto a los grandes edificios y dems obras civiles, llevndola a una dimensin tal que, hoy por hoy, los anlisis y diseos estructurales deben realizarse pensando que cada decisin tomada sin tener en cuenta el peor de los casos podra desencadenar en el futuro la ocurrencia de un nuevo y ms calamitoso 11 de setiembre.

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OBJETIVOS

1. Conocer los aspectos ms importantes acerca del diseo estructural de las Torres Gemelas, tales como su configuracin, materiales usados y el planteamiento de su comportamiento ante las cargas de viento. 2. Comprender el mecanismo del colapso de cada una de las Torres Gemelas, poniendo especial inters en entender por qu la torre impactada en segundo lugar fue la primera en colapsar. 3. Reconocer la influencia que tuvieron los materiales utilizados en la construccin de estos rascacielos y la propuesta de su sistema estructural, en su destruccin total. 4. Analizar si las explicaciones expuestas en los informes de la FEMA y el NIST son, desde mi joven punto de vista, factibles de ser ciertas.

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METODOLOGAEl tema se desarrollar por medio de los siguientes tems: 1. IDEA CONCEPTUAL En 1966, ao en el que se inici la concepcin de Las Torres Gemelas del World Trade Center, las estructuras rgidas tpicas de los rascacielos ms reconocidos de la poca, tal como el Empire State Building, cuyo sistema estructural se basaba en prticos de acero, no convencan al Ing. de 24 aos Leslie Robertson, jefe del proyecto; motivo por el cual, ste plante un diseo muy particular en su intencin de dotar a su obra de un corte innovador, moderno y vanguardista (Link 1). Dicho modelo revolucionario obedeca a la necesidad de encontrar una configuracin que no desperdiciara los espacios existentes en los extremos de cada uno de los pisos de las torres, como suceda con el modelo convencional de columnas y vigas (Link 1). En efecto, el susodicho consista en un armazn perimetral de acero que se generaba al mover la mayora de las columnas interiores de cada edificio hacia el exterior, de tal manera, que ste recibiera parte de la carga del edificio, pero cuya funcin principal sera resistir la fuerza del viento. Al mismo tiempo, un ncleo constituido por 48 columnas y una retcula de vigas, todas de acero, se proyectaba para soportar la mayor fraccin del peso de la torre. La Fig. N1 presenta el esquema descrito (Link 2).

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Fig. N1: Esquema del diseo estructural propuesto por el Ing. Leslie RobertsonFuente: Link 3

Entonces, al haberse formado una estructura del tipo entubada, con un escudo y un ncleo, se planearon instalar vigas de suspensin con el objetivo de unir ambos cuerpos (Ver Fig. N2), dndole al conjunto una gran capacidad de sostenimiento (Link 2).

Fig. N2: Vista isomtrica de la unin entre las vigas de suspensin y las columnas exterioresFuente: Link 3

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2. DESAFOS PRESENTADOS DURANTE EL PROYECTO DE INGENIERA Para alcanzar constituir una joya de la ingeniera, se deba dotar a ambos edificios de sistemas nuevos y eficaces que le imprimieran seguridad ante la posibilidad de la accin de vientos muy fuertes, incendios y hasta el impacto de un avin Boeing 707, el ms poderoso por aquellos aos. En referencia al problema que ocasionaran vientos potentes, ste se encontraba prcticamente anulado debido a la capacidad de curvarse que tena la coraza de columnas de acero; es decir, al cesar la fuerza excitadora, las torres volveran a su verticalidad normal sin haber sufrido dao estructural alguno (Link 1). Con respecto a la proteccin contra incendios, se idearon 2 maneras de hacerlo: conformando las paredes del ncleo con unas placas de yeso denominadas mdulos secos, y usando una espuma liviana y refractaria recientemente patentada como cubierta de las vigas de suspensin y las columnas interiores. Si bien es cierto, ambos materiales eran muy buenos aislantes trmicos, su resistencia era muy baja (Link 2).Como se ver ms adelante, esta deficiencia le costara la vida a ms de 1500 personas. Finalmente, en lo que se refiere a la proeza de poder resistir el impacto de un avin, est muy claro que se sobreestim la capacidad real de las Torres Gemelas para lograrlo, la cual estaba tremendamente ligada a la efectividad del conjunto anti-incendios ms que a la misma estructuracin de estos edificios. Esta afirmacin queda demostrada al saber que en 1993, tras un atentado terrorista que destroz con una bomba los 5 primeros pisos del complejo, la estructura no sufri daos considerables a excepcin del sistema contra fuego que fue despedazado en cada uno de los pisos siniestrados. El ataque mencionado asesin a 6 personas e hiri a ms de 1000 (Link 1). 3. CONSTRUCCIN Y MATERIALES EMPLEADOS Los materiales usados fueron especialmente 4: acero, para vigas y columnas; concreto, usado en las losas; yeso, en los mdulos secos; y espuma liviana y refractaria. En conjunto, permitieron la conformacin de:

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Cincuenta y nueve (59) columnas externas de acero (Ver Fig. N3), espaciadas cada 1,02 m (Link 3), a lo largo de cada lado a partir del sptimo nivel (Link 2), las cuales componan una especie de coraza.

Fig. N3: Seccin transversal de una columna perimetral de 0,45 m x 0,45 mDonde: 36 = Columna de acero; 38, 39 = Recubrimiento resistente al fuego; 40 = Fachada de aluminio; 42 = Vidrio de ventana; 43 = Prtico de la ventana Fuente: Link 3

Un ncleo constitudo por 48 columnas y una serie de retculas de vigas puente ligeras de celosa y vigas principales, sobre las cuales descansaban los ascensores, escaleras de seguridad y las losas de concreto ligero de 10 cm de espesor que haban sido vertidas sobre acero estriado. Cabe mencionar que las citadas vigas se extendan 18 m en las reas anchas y 11 m en las reas cortas (Link 2).

Las vigas de suspensin, cuyos extremos se fijaron con pernos; en el lado exterior, a unos asientos en L soldados, y en el interior, a un canal soldado a las columnas centrales (Link 2).

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Finalmente, se obtuvieron dos rascacielos idnticos de 110 pisos, 411 m de altura, 63,5 m de lado, 4000 m2 de rea en planta aprox., un ncleo de 24 m x 42 m, y aprox. un total de 100 000 toneladas de acero en cada uno; tal como se muestra en la Fig. N4 (Link 2).

Fig. N4: Vista isomtrica de la Torre NorteDonde: 13 = Columna exterior; 17 = Columna interior; 20 = Losa de concreto ligero Fuente: Link 3

4. COMPORTAMIENTO EXPERIMENTADO DURANTE Y DESPUS DEL ATAQUE DEL 11-11-2001 4.1. Torre Norte A las 8:46:30 am, el Boing 767 de American Airlines se estrell en la Torre Norte entre el piso 93 y 98, dirigindose directamente hacia el ncleo (Ver Fig. N5). Su velocidad de impacto fue 700 km/h, abriendo un agujero de 6 pisos y ocasionando la formacin inmediata de una inmensa bola de fuego. sta no se hubiera expandido hacia las escaleras de evacuacin de no haber sido por que los mdulos secos de esos niveles salieron disparados y se despedazaron ante la energa liberada por la explosin, y a causa de su baja consistencia. He aqu el detalle en que no se haban fijado los diseadores: no sirve de nada un sistema aislante si ste no es resistente y si el avin que choca trae una respetable cantidad de combustible y motores de 4 toneladas cada uno (Link 2). 10

Fig. N5: Torre Norte minutos despus de ser impactadaFuente: Link 3

Fue as que, con las salidas bloqueadas por un intenso fuego que habra alcanzado los 800C, 950 personas se quedaron atrapadas por sobre el punto de impacto (Link 1). Ahora bien, conociendo que el acero pierde la mitad de su resistencia cuando se somete a una temperaruta de 500C, es fcil entender que las columnas de acero internas que no haban experimentado daos graves en los primeros instantes de terror, las cuales representaban 1/3 del total, estaban comenzando a ceder. Su agona durara 102 minutos, tras lo cual qued reducida a escombros dando la impresin de haber sido demolida usando explosivos debido a la verticalidad del hundimiento en cascada (Ver Fig. N6).

Fig. N6: Secuencia del desplome de la Torre NorteFuente: Link 3

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4.2. Torre Sur En la Torre Sur, el mismo tipo de avin de la empresa United Airlines alcanz las plantas 78 hasta 84 a las 9:02:59 am, generando tambin una gran bola de fuego, la cual es mostrada en la Fig. N7. ste se estrell en la esquina derecha y se despedaz contra la fachada oriental (Link 2).

Fig. N7: Bola de fuego causada por el impacto del avin contra la Torre SurFuente: Link 3

Haban unas 500 personas sobre el punto de impacto y 1500 por debajo. Afortunadamente, una de las tres escaleras poda usarse debido a que el impacto no se haba dirigido al ncleo de lleno, y a pesar que el recubrimiento anti-incendio, al igual que en la Torre Norte, haba desaparecido instantneamente. Al menos 4 personas pudieron bajar de este rascacielo habindose encontrado por encima de la zona atacada (Link 1). Como la colisin fue ms abajo, el tercio superior del edificio aplastaba la daada estructura, mientras que las vigas de suspensin se doblaban y se soltaban como en la otra torre. Hasta que despus de 56 minutos, el segundo edificio en ser golpeado sucumba primero, tambin por un mecanismo de hundimiento en cascada aunque notoriamente inclinado (Ver Fig. N8), ante la mirada atnita de la comunidad estadounidense (Link 2).

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Fig. N8: Colapso por hundimiento en cascada, con inclinacin, de la Torre SurFuente: Link 3

5. RAZONES FUNDAMENTALES DEL COLAPSO La Agencia Federal de Manejo de Emergencia (FEMA), liderada por el Ing. Jim Corli, concluy su estudio de rendimiento de los edificios en mayo del 2002. Declar, pues, que el diseo del WTC era adecuado, atribuyendo por completo los colapsos a factores extraordinarios fuera del control de los constructores. Aunque peda un estudio ms detallado, la FEMA propuso que el derrumbe fue probablemente iniciado por el debilitamiento de las vigas de suspensin debido a su reblandecimiento al no contar con el recubrimiento de espuma especial, el cual se haba deshecho con el impacto de los aviones, para protegerse de las altas temperatura. As, los pisos separados de la estructura principal del edificio cayeron unos sobre otros, iniciando un colapso progresivo (Link 2). La investigacin inicial de la FEMA fue revisada por una posterior, ms detallada, llevada a cabo por el Instituto Nacional de Estndares y Tecnologa (NIST), que tambin consult a entidades de ingeniera externas. Esta investigacin se complet en septiembre de 2005. Al igual que la FEMA, NIST reivindic el diseo del WorldTrade Center y seal que la gravedad 13

de los ataques y la magnitud de la destruccin fueron ms all de todo lo experimentado en las ciudades de EE.UU. en el pasado. NIST tambin destac el papel de los incendios, pero no atribuy los colapsos a fallos de vigas. En cambio, NIST hall que los pisos, al hundirse, tiraron de las vigas perimetrales hacia el interior, lo cual produjo el arqueo hacia el interior de las columnas perimetrales y el fallo de la cara sur del WTC 1 y la cara este de WTC 2, iniciando el derrumbe de cada una de las torres (Link 2).

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CONCLUSIONES

1. A pesar que la posibilidad que las Torres Gemelas o cualquier otro rascacielos hubiera podido mantenerse en pie luego de tremendo ataque terrorista, son realmente bajas, pienso que el comportamiento estructural podra haber sido menos catastrfico si los materiales utilizados como proteccin contra incendio no hubieran sido tan frgiles; por lo tanto, discrepo con la afirmacin tanto de la FEMA como del NIST de que la respuesta de ambos edificios fue la mejor que pudo lograrse. 2. El mecanismo de colapso de la Torre Norte fue principalmente debido al reblandecimiento progresivo de las columnas y vigas de acero ubicadas en su ncleo, mientras que el de la Torre Sur, ocurri por el debilitamiento de las columnas de acero externas; por lo cual, esta ltima cedi primero a pesar de haber sido impactada despus. Sin embargo, el proceso de destruccin de ambas torres se vio influenciado por la cada progresiva de las vigas de suspensin, originndose la cada en cascada.

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LINKS DE FUENTES OBTENIDAS EN INTERNET

1. http://tu.tv/videos/DocumentalesBBCTorresGemelas11s

2. http://es.wikipedia.org/wiki/Derrumbe_del_World_Trade_Center

3. http://www.caddigest.com/subjects/wtc/select/clifton/p9.htm

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