Los estudiantes de ingeniería siguen aprendiendo del colapso del World Trade Center

8 de septiembre de 2021

Mirar hacia atrás ayuda a los ingenieros de hoy a prevenir futuras fallas estructurales

Veinte años después, los estudiantes de ingeniería continúan aprendiendo de los factores estructurales que contribuyeron al colapso de los edificios del World Trade Center luego de los impactos de los aviones en el 11 de septiembre.

“El World Trade Center fue un diseño brillante”, dijo Barzin Mobasher , profesor de ingeniería civil de la Universidad Estatal de Arizona que incluye una sección sobre el colapso como herramienta de aprendizaje en su curso de grado superior en diseño de estructuras de acero.

“Fue una maravilla dados los recursos, la audacia, la confianza y el optimismo de los ingenieros que lo diseñaron y construyeron. El edificio funcionó ". Dijo Mobasher. "Era el orgullo de Nueva York, y con razón".

Pero los ingenieros no son proféticos, y el diseño en torno a un posible ataque terrorista por parte de aviones comerciales no estaba incluido en el paquete de seguridad del WTC.

Reconociendo que los ingenieros de diseño no pueden predecir todos los escenarios posibles que podrían tener un impacto en cualquier estructura, Mobasher afirma que los futuros ingenieros deben evaluar las posibles derivaciones y considerar las posibles fallas en cada punto del proceso de diseño.

“Estudiamos las lecciones que aprendimos en términos del diseño de estructuras”, dijo Mobasher sobre el contenido de su curso. "Los análisis forenses del WTC son una ventana a la importancia de evaluar todos los posibles modos de falla".

El curso de Mobasher se basa en gran medida en los informes de investigación del WTC del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST).

También incluye los hallazgos de su propio mentor, Zdeněk P. Bažant, profesor de ingeniería civil y ciencia de los materiales en la Universidad Northwestern. El artíc*** de Bažant, “ ¿Por qué se derrumbó el World Trade Center? ”, Fue escrito dos días después del colapso y publicado seis días después.

Los críticos cuestionaron los resúmenes de Bažant, señalando que se presentaron demasiado rápido y sin datos específicos sobre el diseño del edificio. 

“A menudo, una comprensión básica de los principios de ingeniería y los cálculos iniciales pueden decirle lo que necesita saber”, dijo Mobasher. “Quiero que mis estudiantes aprendan a asimilar la información disponible, construyan un modelo y una hipótesis, y luego hagan una evaluación”, dijo. “No siempre es necesario preparar una gran sopa con todos los ingredientes para comprender una situación.

“Después de todo, los hallazgos basados ​​en ingeniería de Bažant fueron validados por NIST y han resistido la prueba del tiempo después de 20 años.

"Si bien es imposible diseñar para cada variable que podría suceder en una estructura, nuestros futuros ingenieros deberán evaluar las posibles derivaciones, ejecutar las matemáticas y considerar cómo pueden ocurrir fallas de diseño en cualquier paso".

Sin los fuegos, las torres seguirían en pie

El impacto físico de los aviones en las torres no provocó la caída de los edificios. Los incendios fueron, en última instancia, la causa del colapso progresivo.

“Los edificios del WTC eran como enormes velas construidas para resistir un huracán que llegaba a 225 kilómetros por hora”, dijo Mobasher. “Fueron diseñados para resistir cargas de viento de más de 30 veces el peso de la aeronave; muy pocos componentes metálicos en la aeronave eran comparables en resistencia a las columnas perimetrales de los edificios.  

"No hay forma de prepararse para el tipo de daño estructural que se produce cuando el acero se expone a un calor de alta intensidad que dura horas", dijo Mobasher. "A 600 grados, el acero ni siquiera puede sostener su propio peso, y mucho menos el peso de pisos arriba ".  

El incendio primario hizo volar todo el material retardante del fuego de la estructura principal. Luego, el incendio secundario, todos los muebles, equipos y papel de oficina en llamas, provocó el sobrecalentamiento de todos los elementos estructurales y la pérdida de conectividad entre los pisos.

"La huella del impacto ilustra que las columnas alrededor del lugar del accidente, junto con las columnas en los otros tres lados del edificio, fueron suficientes para sostener la estructura", dijo Mobasher. "Si no fuera por el incendio, los ingenieros podrían asegurar el edificio , retire los componentes dañados y repare y reequipar ".

De hecho, el edificio fue la primera estructura que se estudió durante su etapa de diseño inicial al considerar el impacto de un avión a reacción de pasajeros, pero no a las velocidades de viaje completas y las cargas de combustible de los aviones el 11 de septiembre. Tampoco se consideró el efecto del incendio secundario que duró más de una hora antes del colapso. 

“A pesar de la pérdida de materiales ignífugos alrededor de los miembros de acero, y del hecho de que las columnas de acero estaban dañadas, inicialmente estaban transmitiendo la carga”, dijo Mobasher. "Sin embargo, una vez que las temperaturas alcanzan los 600-700 grados Celsius, la rigidez y la resistencia se reducen prácticamente tanto que una columna ya no puede sostener ni siquiera su propio peso".

En su curso, Mobasher's señala que la explosión de más de 17,000 galones de combustible y la bola de fuego que inició prolongó la quema de todos los materiales inflamables, lo que a su vez calentó la mayoría de las columnas que fueron dañadas y despojadas de la protección contra incendios, provocando que abrocharse debajo de la carga.

“Esa deformación rompió las conexiones de las armaduras del piso, que unían el núcleo del edificio a las paredes perimetrales. Una vez que algunos pisos perdieron su capacidad de carga y conectividad, las columnas perimetrales perdieron el refuerzo proporcionado por las cerchas, y luego incluso las columnas vírgenes también se pandearon ”, dijo Mobasher. “La energía potencial almacenada en la estructura debido al peso del edificio en sí en las alturas del piso fue suficiente para crear un efecto de colapso dominó acelerado y autónomo, muy parecido a un deslizamiento de tierra que gana velocidad a través del proceso.

“La pérdida de la conexión entre los pisos significó, en general, perder la capacidad de transportar las cargas del piso. Esto permitió que las columnas sobrevivientes permanecieran desprotegidas sin ningún refuerzo ”, dijo Mobasher. "Un piso dañado rompió todas las conexiones de los extremos en el piso de abajo, que luego rompió las conexiones de los extremos en el siguiente piso inferior, hasta que todos los pisos colapsaron".

Centrarse en el diseño 

El curso de Mobasher se centra en cómo se construyeron los edificios desde una perspectiva de ingeniería, incluida la interacción de los cimientos con el núcleo, las columnas de acero y los sistemas de piso. 

“Estos temas son el pan y la mantequilla de la comprensión del proceso de diseño mediante la evaluación de cómo podría ocurrir la falla. Los conceptos están vinculados al aprendizaje actual del diseño: el estudio de la tensión y la compresión, los pernos de fractura y las columnas de pandeo ”, dijo Mobasher. “Los principios son los mismos que tenían a fines de la década de 1940, cuando se diseñaron muchos de los edificios. 

“Por supuesto, los estudiantes de hoy tienen computadoras y software para ayudar con los cálculos, pero los fundamentos no han cambiado. El World Trade Center proporciona una ilustración dramática de lo que puede salir mal cuando no se consideran todas las posibles fallas de diseño ”, dijo.

Las teorías de la conspiración no pueden desplazar a la ciencia

“Antes de que la mentalidad de las noticias falsas fuera el medio cultural para descartar hechos que no queremos aceptar, fui contactado por muchos 'buscadores de la verdad' del 11 de septiembre”, dijo Mobasher. "Me pidieron que revisara videos, escuchara teorías de conspiración y saliera a la luz para arrojar dudas sobre las causas y los mecanismos reales".

Ahora, Mobasher usa estas teorías de la conspiración para inculcar a sus estudiantes la importancia de usar evidencia científica.

“Les digo que desarrollen un entendimiento a partir de los componentes individuales de un rompecabezas a través del examen, la ingeniería y los fundamentos científicos que aprenden en sus primeros dos años de estudio en ASU”, dijo.

“También utilizo el ejemplo de Bažant quien, utilizando principios científicos, pudo proporcionar una comprensión completa y sólida de lo que sucedió, mientras que años de teorías de conspiración alternativas no han resistido la prueba de los conceptos básicos de ingeniería que esperamos que manejen nuestros estudiantes. en sus arsenales de diseño estructural ".

FUENTE: https://news.asu.edu/20210908-solutions-engineering-students-still-...

ARIZONA STATE UNIVERSITY