Page 1

LA CAIGUDA DE LES TORRES BESSONES

DAVID ESCOBAR


EXEMPLE D'INFORME DETALLAT SOBRE LA CAIGUDA DE LES TORRES BESSONES

Índex 1.- Construcció i descripció de les Torres Bessones 2.- Estructura 3.- Impacte de l‟avió i danys inicials 3.1.- Torre 1 3.2.- Torre 2 4.- Protecció contra el foc 5.- Per que van caure les Torres Bessones 5.1.- Resposta del edifici al foc 5.2.- Propietats de l‟acer 5.3.- Temperatura a la que va arribar l„acer 5.4.- Resum 6.- Bibliografia

3 3 7 7 8 9 10 10 12 13 13 14

2


EXEMPLE D'INFORME DETALLAT SOBRE LA CAIGUDA DE LES TORRES BESSONES

1.- Construcció i descripció de les Torres Bessones El World Trade Center és construí durant 1960 – 1970 i volia representar una nova era en el món de la construcció dels gratacels on les pesades estructures pretenen deixar pas a unes de més lleugeres que podien ser erigides més ràpidament. De fet el WTC és una construcció on el 90-95% és aire.

Figura 1: Esquema de la ubicació els edificis del World Trade Center. També indica la profunditat dels seus fonaments.

Les dues torres eren molt semblants però no idèntiques. Tenien 110 pisos per sobre del nivell del carrer i 7 per sota. La WTC1, la del nord, tenia una alçada de 417m mentre que la WTC2, la del sud, en tenia 415. Les plantes eren de forma quadrada de 72m per banda. Les cantonades tenien xamfrà de 2,1002m. Cada planta tenia gairebé 4,046m2. Cada torre presentava un cor rectangular que tenia aproximadament les mides següents: 26,52 x 41,76m . Cal dir que WTC1 i WTC2 eren molt iguals però no idèntiques. La WTC1 era 1,82888m més alta que laaWTC2 i amés suportava una antena de comunicació de 109,72m. El cor de la WTC1 estava orientat de est cap a oest mentre que el de la WTC2 ho estava de nord cap a sud. S‟ha d‟afegir que la presencia de cada torre afectava al es carregues de vent de l‟altre edifici, cosa que va fer que el disseny estructural per resistir el vent fos diferent per a cada torre.

2.- Estructura L‟estructura era semblant però no idèntica a les dues torres, però en aquest treball es descriurà les característiques generals, per la qual cosa farà referència a les dues torres a la vegada. El disseny estructural consistia en un perímetre que envoltava l‟edifici, l‟encerclava. L‟element predominant van ser unes columnes prefabricades que estaven poc espaiades entre si. 3


EXEMPLE D'INFORME DETALLAT SOBRE LA CAIGUDA DE LES TORRES BESSONES

Figura 2: Plànol d‟una planta tipus basat en les plantes 94 i 95 dels WT C1.12

En una planta tipus hi havia 59 d‟aquestes columnes per a cada cara de l‟edifici, que formaven part de l‟estructura del perímetre. Aquestes columnes van ser construïdes per unir entre ells 4 pisos a la vegada. Les columnes tenien 355mm2 de secció quadrada separades entre elles 1m des de el centre. Les columnes del perímetre eren connectades a cada pis per un “spandrel” d‟aproximadament d‟1m de fondària. A més a més, hi havia una columna addicional al centre del xamfrà en pisos alternats. Aquesta configuració de columnes poc espaiades i profunds “spandrels” creava un conjunt perforat d‟acer amb una estructura externa d‟acer que s‟estenia al voltant de tot l‟edifici.

Figura 3: Elevació parcial de l‟exterior on es mostra el mòdul emprat en la construcció del perímetre.

El cor estava constituït per 127mm de concret a l‟interior del qual hi havia columnes d‟acer.

4


EXEMPLE D'INFORME DETALLAT SOBRE LA CAIGUDA DE LES TORRES BESSONES

Figura 4: Reforç de concret a les columnes del cor

Algunes d‟aquestes columnes eren molt llargues, amb una secció de 355,6mmi 914,4m de llarg. En els pisos superiors, aquestes columnes quadrades feien una transició cap a columnes rodones.

Figura 5: Esquema estructural de les plantes superiors.

La construcció de cada pis consistia en 101,6mm de concret de baix pes.

Figura 6: Secció transversal mostrant la doble estructura de cada planta.

5


EXEMPLE D'INFORME DETALLAT SOBRE LA CAIGUDA DE LES TORRES BESSONES

A l‟àrea del cor, el grossor de la planxa era de 127 mm Fora del cor central, la planta estava suportada per una sèrie d‟armadures que “spandred” entre el cor central i la paret exterior. El comportament del conjunt planxa-terra s‟aconseguia mitjançant un tensor diagonal.

Figura 7: membre estructural del terra amb detall de les connexions finals.

El pes total de l‟estructura era aproximadament 500000t, però va ser la carrega del vent i no pas la de la gravetat la que va condicional l‟estructura. L‟edifici era una gran columna que havia de resistir 225km/h de vent huracanat. Va ser dissenyada per a resistir una carrega de vent de 2hPa, un total de carrega lateral de 5000t.

Figura 8: Comportament de l‟estructura davant de carregues de vent.

6


EXEMPLE D'INFORME DETALLAT SOBRE LA CAIGUDA DE LES TORRES BESSONES

3.- Impacte de l’avió i danys inicials 3.1.- Torre 1 A la WTC1 l‟avió va impactar aproximadament entre la planta 94 i la 98, causant el màxim dany a la cara nord de l‟edifici.

Figura 9: Zona aproximada de l‟impacte de l‟avió a la cara nord de la torre 1.

L‟avió que va impactar era un Airlines Flight 11 que volava a 756,371 Km/h i s‟ha estimat que tenia 37854L de fuel. Degut a la col·lisió de l‟avió amb l‟edifici, a la zona central de l‟impacte corresponent al fusselatge de l‟avió i dels motors, al menys 5 de les peces prefabricades que formaven l‟estructura exterior es van trencar fent perdre l‟estructura inicial i alguns fragments d‟aquesta van entrar dins de l‟edifici.

Figura 10: Danys a les columnes exteriors de la cara nord de la T orre 1 degut a l‟impacte de l‟avió.

7


EXEMPLE D'INFORME DETALLAT SOBRE LA CAIGUDA DE LES TORRES BESSONES

Les evidencies fotogràfiques suggereixen que es van trencar de 31 a 36 de les columnes de la cara nord de l‟edifici. També es va arribar a danyar el cor central de l‟edifici, però no es sap en quina extensió. Cal dir que l‟efecte físic de la col·lisió no va produir el col·lapse de la torre, tal com ho demostra el fet que la WTC1 va aguantar 1 hora aproximadament abans de caure. Això es degut a que les carregues es van distribuir entre les columnes que no es van trencar de forma que l‟edifici hauria aguantat així a no ser que hi hagués un terratrèmol o un huracà. Per tant , el col·lapse el va produir el foc.

Figura 11: Redistribució de les carregues desprès de l‟impacte de l‟avió.

3.2.- Torre 2 A la torre 2, l‟avió va impactar aproximadament entre la planta 78 i la 84. La zona de l‟impacte s‟estenia des de la cantonada sud-est fins més de la meitat de la cara de l‟edifici.

Figura 12: Aproximadament la zona de l‟impacte de l‟avió a la cara sud de la torre 2.

8


EXEMPLE D'INFORME DETALLAT SOBRE LA CAIGUDA DE LES TORRES BESSONES

L‟avió que va impactar en aquesta torre era un United Flight 175 que volava aproximadament a 949.48 Km/h i s‟ha estimat que contenia 37854L de fuel. A la zona central de l‟impacte que es correspon amb el fusselatge i els motors de l‟avió, 6 de les estructures prefabricades que formaven part de l‟estructura exterior es van trencar i part dels seus components van entrar dins de l‟edifici.

Figura 13: Dany a les columnes exteriors de la cara sud de la WT C2 degut a l‟impacte de l‟avió.

Els pisos que suportaven aquestes parets exteriors sembla que van patir un col·lapse parcial. Les evidencies fotogràfiques suggereixen que des de la columna 27 fins a la 32 al llarg de la cara sud de l‟edifici van ser destruïdes aproximadament amb un radi de 5 pisos. Es possible que les columnes situades a la cantonada sud-est del cor també sofrissin algun dany, ja que haurien estat en el camí directe del fusselatge i dels motors. Cal dir que la causa de la caiguda de la torre no va ser l‟efecte físic de la col·lisió com ho demostra que la torre va aguantar 56min abans de caure. Això es degut al fet que les carregues es van distribuir entre les columnes que no es van trencar de forma que l‟edifici hauria aguantat així de no ser que hagués hagut un terratrèmol o un huracà. Per tant el col·lapse va ser degut a al foc.

4.- Protecció contra el foc La protecció contra el foc consistia en: - Sistema aspersors - Sistema d‟avis - Detector de fums - Sistemes passius com la compartició i la protecció estructural La protecció passiva contra el foc consistia en l‟aplicació mitjançant un esprai de materials de fibra lliure d‟asbestos. Cada element d‟acer del terra va ser protegit amb un material que consistia en un producte manufacturat de fibres inorgàniques.

9


EXEMPLE D'INFORME DETALLAT SOBRE LA CAIGUDA DE LES TORRES BESSONES

A partir de 1990 es va decidir fer més ample aquesta protecció. L‟11 de Setembre del 2001, un total de 31 van ser reforçades, incloent tota la zona de l‟impacte de la WTC1 (pisos del 94 al 98) però només el pis 78 de la WTC2 (pisos del 78 al 84).

5. Perquè van caure les Torres Bessones? El fet de que les torres aguantessin durant molts minuts indica que no van caure per l‟impacte de l‟avió. Per tant, això fa pensar que va haver un altre motiu que va conduir al col·lapse de les torres: el foc. S‟ha estimat que cada avió contenia aproximadament 10000 galons (37854 l ) de combustible en el moment de l‟impacte. Les evidencies fotogràfiques mostren que l‟avió va penetrar a l‟interior de l‟edifici abans que s‟observessin flames a l‟exterior de l‟edifici. Això suggereix que l‟avió va xocar, va lliscar per l‟interior de l‟edifici i va fer que distribuís el combustible per la zona de l‟impacte formant-se un núvol inflamable. Els vídeos enregistrats mostren que es van formar boles de foc el diàmetre de les quals era superior a 200 pies (60,96 m). S‟ha intentat fer un model de com era el foc i a quina temperatura va arribar. Aquest model suggereix que la temperatura del gas del sostre va ser de 1000 ± 100 ºC. Aquesta incertesa tan gran es deu al fet que no es sap com eren les condicions inicials de l‟incendi ni com l‟impacte de l‟avió havia canviat la geometria de l‟edifici i la distribució del combustible.

5.1.- Resposta del edifici al foc La força del impacte, les runes resultants de aquest i les boles de foc van comprometre la protecció aplicada a l‟acer a la zona de l‟impacte. L‟extensió d‟aquest dany no es sabrà mai, però es crec que va afectar molt a la susceptibilitat de l‟estructura per caure. Algunes porcions del pis que emmarca directament a baix de les àrees parcialment derruïdes van estar suportant pes addicional degut a les runes, i en alguns casos, la càrrega que van haver d‟aguantar va ser més gran que l‟establert al disseny. Després de l‟impacte, algunes columnes van estar sota elevats estats de tensió degut a la transferència de càrrega dels elements danyats o destruïts. A mesura que el foc augmentava, la temperatura del elements estructurals era més i més elevada; l‟estructura general es va debilitar fins al moment que va ser incapaç de suportar aquest immens pes. Encara que probablement mai s‟identificarà la cadena d‟elements que van conduir al col·lapse, els següents efectes del foc a l‟estructura possiblement van contribuir d‟alguna manera. El terra i els trossos a la zona del foc, es van escalfar i es van expandir. Mentre l‟estructura s‟expandia, es va desenvolupar tensió addicional en alguns elements. Si 10


EXEMPLE D'INFORME DETALLAT SOBRE LA CAIGUDA DE LES TORRES BESSONES

aquest estrès va superar la capacitat d‟alguns membres o de les seves connexions, es podien haver iniciat una sèrie de fallades.

Figura 14: L‟expansió del blocs del terra i del pis que emmarcava es va traduir en un desvio extern de les columnes i del material sobrecarregat.

Mentre la temperatura dels blocs del terra i del pis que emmarcava creixia, aquests elements van perdre rigidesa i van començar a guerxar. Mentre aquest fenomen augmentava, els elements abans esmentats van començar atenir molta tensió, el que podia haver causat la fallada de les connexions laterals. Això va comportar la caiguda dels pisos superiors als de sota.

Figura 15: Es pot apreciar la caiguda de les columnes iniciada per la fallada del pis i de les seves connexions.

La presencia de grans quantitats de runes en alguns pisos podrien haver fet l‟estructura més susceptible de guerxar. Si es te en compte que aquest foc podria ser simultani a diversos pisos, aquest efecte seria major.

11


EXEMPLE D'INFORME DETALLAT SOBRE LA CAIGUDA DE LES TORRES BESSONES

Figura 16: Efecte catenaria en el terra de diferents plantes provoca la curvatura de les columnes.

A mesura que la temperatura de les columnes de acer augmentava, el camp elàstic, el mòdul elàstic i la resistència crítica de guerxesa de les columnes disminuïa, encara que els suports laterals es mantenien. Aquest efecte es suposa que va ser un dels més significants en la fallada de les columnes del cor. Com a resultat del increment de la temperatura causat per l‟exposició de les estructures de l‟acer, la resistència de l‟acer va disminuir conjuntament amb la seva habilitat per resistir la deformació, representada pel mòdul elàstic. A més a més, el concret va perdre resistència i rigidesa amb l‟increment de la temperatura.

5.2.- Propietats de l’acer De les propietats mecàniques dels membres estructurals que es van veure més afectats pel foc van ser la resistència, el mòdul elàstic, el coeficient d‟expansió tèrmica i la fluència dels components materials a elevada temperatura. La següent figura mostra les corbes tensió-deformació per l‟acer estructural A36 a diferents temperatures:

Figura 17: Variació de les propietats mecàniques amb la temperatura.

12


EXEMPLE D'INFORME DETALLAT SOBRE LA CAIGUDA DE LES TORRES BESSONES

Tal com es pot observar a la figura anterior, el camp elàstic i la resistència decauen amb la temperatura com també ho fa el mòdul elàstic, que es redueix aproximadament a la meitat del seu valor a temperatura ambient quan l‟acer es troba a 550ºC. El coeficient d‟expansió tèrmica per a l‟acer estructural es aproximadament 11·10 -6 mm/mm ºC, per això, per aquesta propietat, una peça d‟acer de 20m de longitud a una temperatura de 500ºC s‟expandeix 110mm.

5.3.- Temperatura a la que va arribar l’acer Aproximadament la temperatura de fusió de l‟acer es de 1400ºC encara que en alguns components pot variar segons l‟aleació d‟acer que es va fer servir en aquest cas. En els materials de construcció de l‟acer, la temperatura critica fa referència a quina temperatura la integritat dels membres estructurals comença a ser qüestionable. Aquesta temperatura varia segons el tipus d‟estructura. Es defineix com la temperatura a la qual l‟acer ha perdut aproximadament el 50% del seu límit elàstic a temperatura ambient.

Figura 18: Temperatura critica per a diversos tipus d‟acers.

5.4.- Resum Les Torres Bessones van caure com a conseqüència del foc, que va fer que la temperatura augmentés fins a 1000ºC aproximadament. Com a conseqüència d‟aquesta temperatura, l‟acer va experimentar diferents comportaments: 1. Es va austenitzar (723ºC), amb la qual cosa la seva rigidesa va disminuir, ja que l‟austenita és molt més plàstica. Això va provocar que la estructura perdés rigidesa. 2. Es va disminuir molt el mòdul elàstic, el camp elàstic i la tensió màxima, conduint l‟estructura cap a un comportament plàstic, perdent les seves propietats principals. 3. La temperatura va provocar que les columnes i les bigues es dilatessin, deformessin l‟estructura i que les connexions perdessin eficàcia. 4. Es va produir el procés de fluència, que va introduir tensions addicionals que van afeblir encara més l‟estructura.

13

torres bessones  

informe detallat caiguda torres bessones

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you