Perché sono crollate le torri del World Trade Center?

Il crollo delle torri gemelle del World Trade Center, l'11 settembre 2001, è stato tanto improvviso quanto drammatico. La distruzione completa di questi edifici imponenti ha scioccato quasi tutti. Ancora oggi esistono speculazioni molto diffuse secondo cui, dal punto di vista strutturale, gli edifici erano carenti, che i pilastri in acciaio si sarebbero sciolti, o che l'attrezzatura antincendio non sia riuscita a funzionare. Per separare il fatto dalla finzione, abbiamo cercato di quantificare vari dettagli del collasso.

Le torri del World Trade Center – progettazione e costruzione

Furono progettate e costruite dalla metà degli anni '60 all'inizio degli anni '70. Rappresentarono un nuovo approccio ai grattacieli, poiché dovevano essere molto leggere e prevedevano metodi di costruzione modulare, con l'obiettivo di accelerare i tempi e ridurre i costi.

Ogni torre aveva un'altezza di oltre 411 m sopra il livello stradale e 21 m sotto tale livello. Le costruzioni avevano un rapporto altezza-larghezza di 6,8. Il peso totale della struttura era di circa 500.000 tonnellate, ma la pressione del vento, piuttosto che il carico gravitazionale, ha dominato la progettazione. L'edificio è una vela enorme che deve resistere a un uragano di 225 chilometri all'ora. Le torri del WTC furono progettate per resistere a un carico di vento di 2 kPa – un carico laterale totale di 5000 tonnellate.

I rapporti preliminari hanno rilevato quanto bene gli edifici abbiano resistito all'impatto iniziale dell'aereo. Tuttavia, quando si riconosce che le torri avevano una massa oltre 1.000 volte superiore a quella dell'aereo ed erano progettate per resistere a un carico di vento costante pari a 30 volte il peso dell'aereo, questa capacità di resistere all'impatto iniziale non è affatto sorprendente.

Sebbene l'impatto dell'aereo abbia senza dubbio distrutto molti pilastri del WTC, il numero di colonne perse nell'impatto iniziale non è stato elevato, e i carichi sono stati trasferiti alle colonne rimanenti. Di importanza uguale o addirittura maggiore è stata l'esplosione avvenuta durante l'impatto. L'incendio che ne è seguito è stato chiaramente la causa principale del crollo.

Resistenza dell'acciaio al fuoco

È noto che l'acciaio strutturale inizia ad ammorbidirsi intorno alla temperatura di 425 °C e perde circa la metà della sua resistenza a 650 °C. Ma anche una perdita del 50% della resistenza è ancora insufficiente per spiegare il crollo del WTC.

Un problema aggiuntivo è stata la deformazione dell'acciaio a causa del fuoco. La temperatura dell'incendio non era uniforme ovunque. Considerando la dilatazione termica dell'acciaio, una differenza di temperatura di 150 °C da un punto all'altro produce tensioni residue a livello di snervamento. Questo ha causato deformazioni nell'acciaio strutturale. Pertanto, il cedimento dell'acciaio è stato causato da due fattori. Il primo è la perdita di resistenza a causa della temperatura dell'incendio. Il secondo è la perdita di integrità strutturale dovuta alla deformazione dell'acciaio sottoposto a temperature non uniformi.

Il World Trade Center non è stato progettato in modo difettoso. Nessun progettista del WTC ha previsto, né avrebbe potuto prevedere, che un ordigno incendiario di queste dimensioni potesse raggiungere uno dei piani dell'edificio. I grattacieli sono progettati per resistere per tre ore a un incendio, anche se il sistema sprinkler non funziona. Questo lasso di tempo dovrebbe essere sufficientemente lungo per evacuare gli occupanti dell'edificio. Le torri del WTC hanno resistito meno di quanto progettato perché il carico di combustibile era così elevato. Non esistono incendi normali in un edificio per uffici che coprano 4.000 metri quadrati di spazio in pochi secondi, come si è sviluppato il fuoco nel WTC. Normalmente ci vorrebbe fino a un'ora per diffondersi su tutta la superficie. Abbiamo avuto a che fare con un incendio molto grande, che è progredito rapidamente.

Le due torri hanno ceduto a causa dell'impatto molto forte causato dall'incendio

Quasi tutti gli edifici di grandi dimensioni hanno una progettazione che consente la perdita di un elemento strutturale primario, come un pilastro. Tuttavia, quando più elementi cedono, i carichi finiscono per influenzare gli elementi adiacenti e il crollo si verifica come effetto domino.

Quando le travi trasversali dei due piani maggiormente colpiti dall'incendio hanno ceduto, i pilastri esterni hanno iniziato a spostarsi verso l'esterno. Anche i piani sovrastanti sono crollati. Il piano sottostante (con capacità progettata per sostenere 1300 tonnellate) non è riuscito a sostenere le circa 45.000 tonnellate crollate dai piani superiori. Questo ha causato l'effetto domino che ha portato al crollo degli edifici in dieci secondi, a una velocità di circa 200 chilometri all'ora.

Fonte articolo: http://www.tms.org/pubs/journals/jom/0112/eagar/eagar-0112.html