El colapso progresivo es el proceso mediante el cual un elemento estructural primario falla, lo que provoca la falla de los elementos estructurales adyacentes, lo que a su vez provoca una falla estructural adicional . [1]
Los derrumbes progresivos pueden ser accidentales, como resultado de deficiencias de diseño, incendios, sobrecargas no intencionales, fallas de materiales o fenómenos naturales (por ejemplo, erosión , viento o terremotos ). También pueden ser inducidos deliberadamente como método de demolición , específicamente el de implosión de edificios , o causados por actos de terrorismo o guerra.
Ejemplos notables
El 14 de julio de 1902, el Campanile de San Marcos de 98 m (323 pies) en Venecia , Italia, se derrumbó después de que su muro de carga norte comenzara a separarse de la estructura principal. La causa de la separación se atribuyó a más de 700 años de desgaste en la estructura, incluidos incendios, terremotos y redistribución de tensiones, principalmente por la contracción inducida por el secado en las vigas de soporte de madera, el balanceo de las campanas hacia adelante y hacia atrás y el deslizamiento . Nadie resultó herido, excepto un gato que pertenecía a un cuidador. La torre era un diseño de mampostería de piedra . [2]
El 1 de noviembre de 1966, el edificio de siete pisos del Departamento de Zoología de la Universidad de Aberdeen en Aberdeen , Escocia, sufrió un derrumbe total mientras estaba en construcción. El derrumbe se atribuyó a unas soldaduras deficientes de las vigas que se debilitaron por la fatiga del metal. La fatiga del metal fue inducida por fuerzas laterales oscilantes sobre la estructura (principalmente el viento). Cinco personas murieron y otras tres resultaron heridas. El edificio tenía un diseño de estructura de acero y el derrumbe fue el primer ejemplo conocido de derrumbe progresivo total de un edificio con estructura de acero . [3]
El 19 de diciembre de 1985, el edificio de oficinas comerciales de 22 pisos [4] ubicado en el 1000 Wilshire Blvd., Los Ángeles, actualmente conocido como el Edificio Wedbush , [5] sufrió un colapso parcial de la estructura. Los equipos de construcción estaban descargando vigas de acero de un camión de plataforma sobre la cubierta del quinto piso recién terminado mediante una grúa cuando una viga se desprendió de la grúa y cayó sobre la pila de material que se encontraba debajo, que ya estaba cargada al doble de la capacidad de carga máxima diseñada para el piso. Esto inició un colapso progresivo del piso sobrecargado, lo que provocó que la sección del piso y las vigas se estrellaran contra los cuatro pisos inferiores y finalmente quedaran en el estacionamiento. Tres personas murieron. El edificio tenía un diseño de estructura de acero . [6]
El 15 de marzo de 1986, el Hotel New World de seis pisos en Little India , Singapur, se derrumbó porque el ingeniero estructural había olvidado agregar la carga muerta del edificio (el peso del edificio en sí) a sus cálculos al determinar la resistencia requerida de los pilares de soporte del edificio cuando se construyó el hotel en 1971. [7] Treinta y tres personas murieron y otras 17 resultaron heridas. El edificio era un diseño de hormigón reforzado con acero .
El 17 de marzo de 1989, la Torre Cívica de Pavía , de 78 m (255 pies) de altura, en Pavía (Italia) , se derrumbó tras 800 años de redistribución de tensiones en la estructura, principalmente por la contracción inducida por el secado de las vigas de soporte de madera, el balanceo de las campanas hacia adelante y hacia atrás y el deslizamiento . [9] Cuatro personas murieron y otras 15 resultaron heridas. La torre tenía un diseño de mampostería .
El 10 de mayo de 1993, la fábrica de juguetes Kader de cuatro pisos en Nakhon Pathom , Tailandia, se derrumbó después de que se desatara un incendio en el primer piso y se extendiera por todo el complejo. La fábrica estaba en plena producción en ese momento y todas las salidas de emergencia estaban bloqueadas. El derrumbe mató a 188 personas e hirió a más de 500. El edificio tenía un diseño de estructura de acero . [10]
El 24 de mayo de 1993, [11] el antiguo campanario de la iglesia medieval de Santa María Magdalena en Goch , Alemania, se derrumbó. La causa se atribuyó a cientos de años de redistribución de tensiones en la estructura, principalmente por la contracción inducida por el secado en las vigas de soporte de madera, el balanceo de las campanas hacia adelante y hacia atrás en los siglos anteriores, la fluencia y la erosión en la mampostería expuesta y sin mantenimiento, incluida la ampliación de grietas por congelamiento del agua y expansión entre las piedras en los meses de invierno, lo que provocó una mayor expansión de las grietas. Nadie resultó herido. La torre era un diseño de mampostería de piedra . [12]
El 19 de abril de 1995, el edificio federal Alfred P. Murrah de nueve pisos en Oklahoma City , Oklahoma, se derrumbó después de que un camión bomba fuera detonado fuera de la fachada norte. La onda de compresión de la bomba hizo que los pisos cuarto y quinto se desprendieran de sus columnas y colapsaran sobre el tercer piso. El piso 3 estaba conectado a la viga de transferencia principal y la atrajo hacia adentro cuando los pisos 4 y 5 cayeron sobre él. Esto provocó que todas las columnas verticales en el perímetro norte que estaban conectadas a la viga de transferencia también colapsaran, junto con cualquier sección del piso que dependiera de esas columnas para el soporte vertical. El atentado de Oklahoma City fue el primer ejemplo conocido de un colapso progresivo de un edificio iniciado por terroristas en suelo estadounidense. El ataque mató a 168 personas e hirió a otras 680. El edificio era un diseño de hormigón reforzado con acero . [13] [14]
El 29 de junio de 1995, los grandes almacenes Sampoong de cinco pisos en Seúl , Corea del Sur, se derrumbaron como resultado de la eliminación de varias columnas de soporte en los pisos inferiores para hacer espacio para las escaleras mecánicas. Esta falta de soporte estructural se agravó años después con la adición de varios acondicionadores de aire pesados en el techo sobre el área donde se habían eliminado las columnas de soporte. Esto provocó que la columna de soporte que estaba más cerca de los acondicionadores de aire fallara y pasara su carga a las columnas cercanas, lo que provocó una falla total y un colapso dentro de las 24 horas posteriores a la aparición de grietas importantes alrededor de la columna fallida. [15] El derrumbe mató a 501 personas e hirió a otras 937. El complejo era un diseño de hormigón reforzado con acero .
El 11 de septiembre de 2001, los edificios 1, 2 y 7 del World Trade Center de la ciudad de Nueva York se derrumbaron como resultado de ataques militantes y los incendios resultantes. Después de una investigación de tres años por parte del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología , se concluyó que el fuego debilitó la estructura de acero hasta que las largas secciones del piso en forma de puente (llamadas cerchas ) comenzaron a combarse progresivamente. Este combado convirtió la tracción hacia abajo de las cerchas en una tracción hacia adentro. Esta intensificación de la tracción hacia adentro en las paredes finalmente provocó que las columnas externas de la Torre 2, y más tarde las columnas internas de la Torre 1, se combaran y se doblaran, iniciando así los derrumbes. [16] Un total de 2.752 personas murieron en los edificios, incluidos 157 pasajeros y miembros de la tripulación que estaban a bordo de dos aviones secuestrados que chocaron contra los edificios 1 y 2, provocando incendios en ambos, y escombros que iniciaron incendios en el edificio 7 tras el colapso de los edificios 1 y 2. Los edificios tenían un diseño de estructura de acero . Se descartó que la falla progresiva de los sistemas de piso, o la llamada "teoría de la tortita", fuera el factor iniciador de la falla estructural, pero los científicos de FEMA y NIST descubrieron que fue el modo principal de falla después del inicio del colapso. [17]
El 12 de febrero de 2005, la Torre Windsor de 28 pisos en Madrid , España, sufrió el colapso de los 11 pisos superiores del edificio. La torre tenía un núcleo interior de hormigón armado rodeado por un perímetro exterior de estructura de acero enrejada tradicional . Entre los pisos 16 y 17 había un piso de transferencia de hormigón armado de siete pies de espesor, diseñado para actuar como mamparo y soportar la estructura de acero de los 11 pisos superiores. Se inició un incendio en la oficina en el piso 21 y después de cinco horas, el núcleo interior de hormigón ya no podía soportar la estructura exterior de acero que se estaba deformando. Los 11 pisos superiores se derrumbaron hasta el nivel de la calle y los restos de los tres pisos superiores se derrumbaron sobre el piso de transferencia. Nadie murió. El edificio era un diseño compuesto de estructura de acero y hormigón reforzado con acero . [18]
El 1 de agosto de 2007, el puente I-35W sobre el río Mississippi en Minneapolis, Minnesota , se derrumbó durante la hora punta de la tarde, lo que provocó la muerte de 13 personas. El derrumbe se atribuyó a la falla de una placa de refuerzo que conectaba dos elementos dentro de una de las costillas del arco principal. La falla de esta junta crítica para la fractura provocó el colapso total de la estructura.
El 24 de abril de 2013, el complejo de oficinas comerciales Rana Plaza de ocho pisos en Savar , Bangladesh, sufrió un derrumbe de la mayor parte de la estructura. El edificio había sido diseñado originalmente para albergar tiendas y oficinas con poco tráfico peatonal, pero se había convertido en una fábrica con equipos pesados de fabricación de prendas de vestir en los pisos superiores. Este equipo actuó como un apisonador suave al inducir fuerzas oscilantes en la estructura del edificio. El uso de materiales de construcción de calidad inferior, junto con el peso de los trabajadores y la maquinaria (que en conjunto excedían la capacidad de carga diseñada originalmente para los pisos), contribuyó al debilitamiento y la falla final de los elementos estructurales clave. El derrumbe final se produjo un día después de que comenzaran a aparecer grietas preliminares en todo el edificio, lo que sugiere que un elemento estructural clave había fallado y estaba transmitiendo sus fuerzas de carga a los elementos circundantes. Un total de 1.129 personas murieron en el edificio y aproximadamente 2.515 personas resultaron heridas. El incidente se considera el accidente de fábrica de prendas de vestir más mortal de la historia, así como la falla estructural accidental más mortal de la historia humana moderna. [19] [20] [21]
El 19 de enero de 2017, el edificio Plasco , un rascacielos en Teherán , Irán , se incendió y se derrumbó. El fuego comenzó en el octavo piso y el derrumbe progresivo ocurrió durante las operaciones de rescate cuando aproximadamente 200 bomberos estaban en el lugar. Se informó que el derrumbe fue del tipo panqueque porque se había producido directamente hacia abajo. [22] El derrumbe parecía similar a los de las torres del World Trade Center. [23] Dieciséis bomberos y diez civiles murieron como resultado del incendio y el derrumbe. [24]
Como el daño resultante de un colapso progresivo es desproporcionado a la causa original, el término colapso desproporcionado se utiliza con frecuencia en ingeniería para describir este tipo de colapso.
Cambios en el código del modelo
Basándose en las recomendaciones del Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST) del Departamento de Comercio de los Estados Unidos , el Consejo Internacional de Códigos (ICC) aprobó un conjunto integral de cambios en el código de construcción. Las recomendaciones se basaron en los hallazgos de la investigación de tres años del NIST sobre los derrumbes de las torres del World Trade Center (WTC) de la ciudad de Nueva York el 11 de septiembre de 2001 .
Las propuestas abordaron áreas tales como mayor resistencia al colapso de edificios por fuego y otros incidentes, uso de materiales resistentes al fuego rociados (comúnmente conocidos como "ignifugantes"), desempeño y redundancia de los sistemas de protección contra incendios (es decir, rociadores automáticos), almacenamiento/tuberías de combustible para calefacción, ascensores para uso de personal de primera respuesta y evacuación de ocupantes, número y ubicación de escaleras y marcas de rutas de salida.
Los cambios en el código modelo en consonancia con las recomendaciones de investigación del NIST WTC que ahora exige el IBC incluyen:
Mayor resistencia de adhesión para protección contra incendios (casi tres veces mayor que la requerida anteriormente para edificios de entre 25 y 130 metros (75 y 420 pies) de altura y siete veces mayor para edificios de más de 130 metros (420 pies) de altura).
Requisitos de instalación en campo para protección contra incendios para garantizar que:
La instalación cumple con las instrucciones del fabricante;
los sustratos (superficies a ignifugar) están limpios y libres de cualquier condición que impida la adherencia;
Se realizan pruebas para demostrar que se mantiene la adhesión requerida para superficies de acero imprimadas, pintadas o encapsuladas; y
El estado final del material ignífugo instalado, una vez secado o curado por completo, no presenta grietas, huecos, desconchados, delaminación ni ninguna exposición del sustrato.
Inspecciones especiales de campo de los sistemas ignífugos para garantizar que el espesor, la densidad y la resistencia de la unión en el momento de la instalación cumplan con los requisitos especificados, y que se aplique un agente adhesivo cuando la resistencia de la unión sea menor que la requerida debido al efecto de una superficie de acero imprimada, pintada o encapsulada. Las inspecciones se deben realizar después de la instalación preliminar de los sistemas mecánicos, eléctricos, de plomería, de rociadores y de cielorraso.
Aumentar en una hora la clasificación de resistencia al fuego de los componentes y conjuntos estructurales en edificios de 130 metros (420 pies) o más. (Este cambio fue aprobado en una edición anterior del código).
Adopción explícita del enfoque de "marco estructural" para las clasificaciones de resistencia al fuego que requiere que todos los miembros del marco estructural primario tengan la clasificación de resistencia al fuego más alta que se requiere comúnmente para las columnas. El marco estructural primario incluye las columnas, otros miembros estructurales, incluidas las vigas principales , las vigas de apoyo , las cerchas y las enjutas que tienen conexiones directas con las columnas, y los elementos de arriostramiento diseñados para soportar cargas de gravedad.
^ Ellingwood, BR; Leyendecker, EV (1978). "Enfoques para el diseño contra el colapso progresivo". Journal of the Structural Division . 104 (3): 413–423. doi :10.1061/JSDEAG.0004876. Archivado desde el original el 14 de agosto de 2014 . Consultado el 28 de julio de 2014 . Un colapso progresivo es un tipo de falla de reacción en cadena que sigue al daño a una porción relativamente pequeña de una estructura.
^ Se puede encontrar un estudio sobre el Campanile de San Marcos en el archivo de ingeniería civil de la Universidad Northwestern y un estudio sobre los efectos del envejecimiento en los antiguos campanarios medievales fue publicado por la Universidad de Pisa en 2001.
^ Se encuentra disponible una descripción general de la ingeniería archivada el 31 de marzo de 2012 en Wayback Machine sobre el derrumbe con artículos de The Scotsman. También se puede encontrar un artículo sobre el derrumbe en The St. Petersburg Times, así como en los Archivos Hansard AQUÍ y AQUÍ
^ Aunque algunos artículos afirman que el edificio tenía 21 pisos y otros afirman que tenía 22, la altura máxima del edificio se obtuvo buscando direcciones de inquilinos para "1000 Wilshire Blvd 22nd Floor". Hay direcciones de inquilinos enumeradas hasta el piso 22, pero no más arriba.
^ 1000 Wilshire Blvd. Los Ángeles, CA 90017 recibió el nombre de Edificio Wedbush en enero de 2002
^ La ubicación del edificio de oficinas estaba en 1000 Wilshire Blvd. en Los Ángeles y consistía en un derrumbe de 5 pisos.
^ Un documental sobre el colapso del Hotel New World está disponible en YouTube
^ El caso de L'Ambiance Plaza se puede encontrar en Engineering.com
^ Se puede encontrar un estudio sobre la Torre Cívica de Pavía en el archivo de ingeniería civil de la Universidad Northwestern y la Universidad de Pisa publicó en 2001 un estudio sobre los efectos del envejecimiento en los antiguos campanarios medievales.
^ Está disponible un estudio de caso sobre el incendio de la fábrica de juguetes Kader.
^ De una breve historia de los órganos de Santa María Magdalena con motivo de la inauguración del nuevo órgano en 2015. [1]
^ Se puede encontrar referencia a la iglesia de Santa María Magdalena en un estudio sobre los efectos del envejecimiento en los antiguos campanarios medievales, publicado por la Universidad de Pisa en 2001.
^ Hay un documental sobre el derrumbe del edificio federal Murrah disponible en YouTube. Tenga en cuenta que los pisos del edificio que aparecen en este documental se mencionan según la convención británica y, por lo tanto, tendrán un piso menos que el nombre estadounidense para cada piso.
^ El NIST ha publicado un resumen y un informe sobre el bombardeo del edificio federal Alfred P. Murrah y su colapso.
^ Un documental sobre el colapso de los grandes almacenes Sampoong está disponible en YouTube
^ El NIST ha publicado un informe final sobre las causas del colapso del World Trade Center.
^ "Preguntas y respuestas sobre la investigación del NIST sobre las torres del WTC". NIST. 14 de septiembre de 2011. pág. FAQ #8 . Consultado el 3 de mayo de 2014 . Los hallazgos del NIST no respaldan la "teoría del panqueque" del colapso, que se basa en una falla progresiva de los sistemas de piso en las torres del WTC. En cambio, la investigación del NIST demostró de manera concluyente que la falla de las columnas perimetrales arqueadas hacia adentro inició el colapso y que la ocurrencia de esta arqueamiento hacia adentro requirió que los pisos hundidos permanecieran conectados a las columnas y tiraran de las columnas hacia adentro. Por lo tanto, los pisos no fallaron progresivamente para causar un fenómeno de pancaking.
^ Está disponible un estudio de caso de ingeniería sobre el incendio de la Torre Windsor.
^ "El derrumbe de un edificio en Bangladesh deja al menos 82 muertos en Dacca". 23 de abril de 2013.
^ "El número de muertos por el derrumbe de un edificio en Bangladesh supera los 500". BBC News . 3 de mayo de 2013.
^ David Blair, David Bergman (3 de mayo de 2013). "Bangladesh: el arquitecto del Rana Plaza dice que el edificio nunca estuvo pensado para fábricas". The Telegraph . Londres . Consultado el 8 de mayo de 2013 .
