Mejora de la robustez del edificio Alfred P. Murrah de Oklahoma (EEUU) mediante un nuevo sistema de refuerzo estructural

Abstract

[ES] El Alfred P. Murrah, denominado así en referencia al juez estadounidense, albergaba oficinas federales en Oklahoma, Estados Unidos, que en abril de 1995 sufrió un ataque terrorista por medio de una explosión cercana a su cara norte. La estructura del edificio sufrió un colapso parcial, dejando cientos de heridos y 168 muertos. Los análisis por parte de ingenieros expertos en estructuras concluyeron que lo ocurrido fue resultado del colapso progresivo de la estructura: una serie de elementos fallaron con la explosión, y el fallo se propagó en ella, generando un daño desproporcionado comparado con el fallo inicial. La ocurrencia de un evento extremo generó una situación para la cual esta estructura no estaba preparada.

El colapso progresivo es una problemática en el análisis de estructuras que ha ganado importancia con el paso de los años. Tras fenómenos similares al del edificio Murrah, como el colapso del World Trade Centre en la ciudad de Nueva York, se ha puesto el foco en la importancia de determinar sus causas, para establecer técnicas y métodos de diseño que sean capaces de evitarlo. Se han concretado términos como la robustez de una estructura, que será la capacidad de la misma de resistir un evento extremo, o su resiliencia, que se refiere a la capacidad de reponerse tras ese evento.

En el presente Trabajo de fin de Máster (TFM) se lleva a cabo un análisis de la estructura del Alfred P. Murrah desde el enfoque del colapso progresivo. Es necesario establecer las bases teóricas de estos fenómenos, así como las diferentes técnicas de refuerzo más empleadas en la actualidad. Se recopilan todos los datos necesarios de las distintas fuentes de información sobre este edificio, para poder generar modelos numéricos que permitan llevar a cabo distintos análisis siguiendo las directrices de las normativas internacionales actuales en cuanto a colapso progresivo.

Finalmente, se propone una solución de refuerzo tal que de haber sido añadida a la estructura, el edificio Alfred P. Murrah habría resistido los grandes esfuerzos generados por el fallo local tras la explosión. De esta manera se demuestra cómo el correcto análisis y posterior diseño de una estructura ante colapso progresivo puede llevar a su explotación de una manera segura ante situaciones normales de proyecto e incluso ante situaciones extremas.

[EN] The Alfred P. Murrah building, named after the American judge, housed federal offices in Oklahoma, in the United States. In April 1995 it faced a terrorist attack in which an explosive device was detonated in the vicinity of the north face of the building, causing the partial collapse of its structure that resulted in 168 casualties and hundreds of wounded. Expert structural engineers carried out analyses which concluded that a progressive collapse of the structure had taken place: the failure of a series of elements and the later propagation of this failure resulted in a disproportionate damage to the structure. This extreme event was a situation the structure was not prepared for and could not withstand.

The issue of progressive collapse in structural analysis has gained importance in the last few decades. The occurrence of events such as the Murrah collapse, or the World Trade Centre collapse in New York city, placed the focus on the importance of determining its causes, as well as stablishing techniques and design methods that allow its prevention. Some new terminology has been introduced, like the robustness concept, which refers to the capacity of a structure to withstand an extreme event, or the resilience concept, meaning the capacity to recover in the aftermath of the event.

The aim of this master¿s thesis is to carry out an analysis of the Murrah structure concerning its progressive collapse. Some concepts regarding the progressive collapse theory are introduced, as well as the most common techniques in reinforcement of the structures for these events. The necessary data from different sources is compiled in order to generate numerical models of the Murrah structure, that allows for the evaluation of different situations according to the international codes for progressive collapse.

To conclude with, a strengthening solution is proposed for improving the robustness of existing structures. It is shown that had the Murrah building included it, its structure would have sustained the large forces generated during the extreme event. At such, this reveals that with an accurate analysis and design of a structure considering progressive collapse, we can ensure its safe performance during normal and even extreme situations.