Ipotesi di collasso delle Twin Tower secondo il NIST

di Henry62
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Quanto descritto in seguito è un breve riassunto delle ipotesi di collasso plastico del World trade Center secondo il NIST.

WTC 1: prevalenza dell'effetto termico


Prima dell'impatto, i carichi erano distribuiti simmetricamente; dopo l'impatto dell'aereo sulla facciata nord fra i piani 93 e 98, che seziona alcune colonne esterne e ne danneggia seriamente altre, si ha una ridistribuizione dei carichi: la facciata nord, colpita dall'aereo, trasla verso il basso e perde il 7% dei carichi, che attraverso la travatura di testa (hat-truss) e le travi orizzontali vengono ridistribuiti sul nucleo centrale (core) (+1%) e sulle altre colonne perimetrali (+7%).

Sempre a causa dell'impatto, che ha fatto inclinare l'edificio verso nord, anche la parete sud perde il 7% dei propri carichi iniziali, che vengono ridistribuiti dal hat-truss. Quindi le pareti est e ovest ed il core devono sopportare il carico ridistribuito tramite il hat-truss.

Il core subisce danni (colonna tagliata) sul proprio lato nord e danni da impatto nella zona centrale, con danneggiamento esteso delle protezioni antincendio (da un terzo a metà della sua estensione in posizione centrale).

Le protezioni antincendio vengono danneggiate sui piani colpiti, dalla zona di ingresso sulla parete nord fino alla parete sud; l'aereo produce inoltre un effetto "bulldozer" sul materiale presente (mobili, tramezze, archivi, materiale elettronico, ecc.) nei vari piani, portandolo ad accumularsi nella zona sud e presso il core ed innescandone l'incendio.

Una palla di fuoco provocata dall'esplosione nell'edificio scende per i vani ascensori danneggiati, arrivando a produrre danni agli elementi non portanti anche a livelli inferiori, come descritto dai soccorritori.

Subito dopo l'impatto la temperatura degli elementi strutturali del core sale per l'incendio, e la dilatazione termica del nucleo è superiore a quella delle pareti perimetrali, che possono mantenersi a temperatura inferiore per la capacità di scambiare calore legata sia alla superficie maggiore di scambio che alla minore sollecitazione termica.

struttura del core vista dall'alto

Anche i solai orizzontali si dilatano per effetto del calore. Dopo 20 minuti, la differenza di dilatazione termica fra core e perimetro, elementi strutturali che sono fra loro vincolati in modo rigido dal hat-truss, provoca un aumento del carico nelle colonne del core. Col passare del tempo e all'aumentare della sollecitazione termica, i solai si flettono verso il basso, trasformando l'iniziale sforzo di dilatazione termica, rivolto per la maggior parte verso l'esterno delle facciate, in sforzo rivolto verso l'interno.

Nel frattempo la zona centrale del core, all'altezza dei piani impattati, rimasta priva di protezione antincendio, inizia ad entrare nel range di temperatura (650°C) nel quale cui l'acciaio perde parte delle proprie caratteristiche meccaniche (modulo elastico e tensioni limite di snervamento e di rottura).

Indebolendosi il core cede ai carichi verticali (-20%). I carichi che insistono su queste colonne centrali indebolite si ridistribuiscono, tramite l'hat-truss, sulle colonne perimetrali ed in particolare la facciata sud accentua l'incurvamento.

Dopo 100 minuti dall'impatto si stima che, per colpa dell'indebolimento dell'acciaio del nucleo, il 20% del carico iniziale del core sia ridistribuito tramite l'hat-truss sulle colonne perimetrali; in particolare, le facciate nord e sud hanno aumentato i propri carichi del 10%, mentre le facciate est ed ovest hanno subìto un incremento del 25% (le facciate nord e sud hanno un minore carico perché lesionate rispettivamente dall'impatto e dalla flessione verso l'interno, mentre le facciate est e ovest sono rimaste praticamente in condizioni normali).

La facciata Sud, già inflessa, sotto il nuovo carico diviene instabile (si stima che il 20% delle connessioni ai piani 97 e 98 siano saltate per indebolimento termico dei supporti verticali) ed incapace di reggere i nuovi carichi, andando a ridistribuirli sul nucleo centrale, indebolito per effetto termico, tramite l'hat-truss e sulle facciate contigue tramite le componenti orizzontali.

A questo punto la parte dell'intero edificio superiore ai piani impattati si inclina verso sud (circa 8°) per inflessione della facciata dei piani impattati dovuta all'indebolimento dell'acciaio ed alle forze di trazione esercitate dai piani orizzontali deformati verso il basso; le facciate est ed ovest non sono più in grado di reggere il maggiore carico, andando nuovamente ad aumentare i carichi sul core indebolito, che non è in grado di reggerli.

La struttura superiore inizia a muoversi verso il basso, non potendo essere in alcun modo supportata dai piani colpiti dall'impatto ed indeboliti dall'incendio, dando origine al collasso dell'edificio.


WTC 2: prevalenza dei danni da impatto dell'aereo

L'impatto dell'aereo fra i piani 78 e 84 sulla parete sud (che provoca anche il taglio di 4 colonne perimetrali vicine all'angolo est della facciata nord), oltre a danneggiare gli elementi strutturali causa anche la distruzione di ampia parte delle protezioni antincendio e determina il movimento verso il basso della parte superiore della facciata sud, mentre i carichi dei lati orientati verso sud delle facciate est e ovest e del lato orientato verso est della stessa parete sud aumentano a causa dell'indebolirsi del lato sud-est del core (-6%).

struttura del core vista dal piano

Il carico della facciata nord si riduce del 6-10%, mentre il carico della facciata est aumenta del 24%. Le facciate sud e ovest devono sopportare carichi superiori rispettivamente del 2% e del 3%.

Le colonne del core si inclinano quindi verso le facciate sud ed est, contrastate nel loro moto dalla resistenza delle colonne perimetrali per il tramite dell'hat-truss e dall'azione dei piani orizzontali ancora intatti.

Si stima che ai piani 80 e 81 sia stato divelto da un quarto a metà delle connessioni delle travature reticolari dei solai al lato est del core; al piano 83, almeno un terzo delle connessioni alla parete perimetrale est è andato distrutto.

Mentre nel WTC 1 l'incendio si propaga da nord a sud nel lasso di tempo di 1 ora, nel WTC 2 il fuoco inizia nel lato est del core e sui piani e dura fino al collasso della Torre, propagandosi da sud verso nord.

La tipologia di impatto ha privato della protezione antincendio tutte le strutture portanti fondamentali: il core, le travature dei piani e le pareti perimetrali. Il successivo incendio porta tutte queste strutture ad elevate temperature.

Sotto la sollecitazione termica, le colonne dapprima si allungano e poi si accorciano dopo che il crescere della temperatura ne ha indebolito le caratteristiche meccaniche. Nel contempo aumenta anche la temperatura delle travature orizzontali, che iniziano a deformarsi incurvandosi verso il basso ed esercitando così sulle colonne perimetrali una forza rivolta verso l'interno del palazzo.

43 minuti più tardi, sotto l'azione di queste forze, la facciata est diviene instabile per la rottura degli elementi orizzontali che congiungono fra loro le colonne.

L'hat-truss deve resistere al moto verso il basso della facciata sud e all'azione della facciata est, per cui ruota attorno all'asse est-ovest.

hat truss

I carichi presenti sulla facciata est vengono allora ridistribuiti per mezzo dell'hat-truss alle colonne, indebolite, del core e alla facciata ovest per mezzo degli elementi orizzontali.

La parte intera di edificio sovrastante la zona danneggiata inizia ad inclinarsi verso est (7-8°) e verso sud (3-4%), prima che si verifichi uno spostamento dell'edificio in senso verticale; l'inclinazione verso sud non aumenta, mentre l'inclinazione verso est aumenta progressivamente fino a raggiungere i 20°, prima di essere nascosta dalla nube di polvere sollevata.

Quindi, man mano che procede l'instabilità delle colonne dalla facciata est verso le facciate adiacenti nord e sud, aumenta il carico sulle colonne, già indebolite, del core nel lato est. Col progredire dell'instabilità, i carichi non possono più essere sopportati e nel momento in cui la parte superiore dell'edificio inizia a muoversi verso il basso, la parte inferiore dell'edificio non è in grado di assorbirne l'energia e pertanto collassa.