WTC, nuovi chiarimenti dal NIST (seconda parte)

di Paolo Attivissimo

Prosegue la traduzione delle risposte divulgative del National Institute of Standards and Technology (NIST) alle domande più ricorrenti in merito alle sue indagini sul crollo degli edifici del complesso del World Trade Center. L'originale è pubblicato qui; la prima parte della traduzione è disponibile qui. Le immagini sono aggiunte da Undicisettembre per chiarezza e provengono dai rapporti NIST.

8. Perché il NIST ha condotto sui sistemi dei solai test secondo la norma ASTM E119 che non erano rappresentativi delle condizioni della protezione antincendio all'11 settembre 2001? Perché il NIST ha ignorato i risultati di questi test, che hanno dimostrato che il sistema dei solai non collassò, nella sua analisi della risposta termica e strutturale delle torri?

L'esame da parte del NIST dei documenti disponibili riguardanti la progettazione e la costruzione delle Torri del WTC ha indicato che i proprietari e i progettisti si preoccuparono del comportamento antincendio del sistema di solai compositi fin dalla progettazione originale e per tutto l'arco della vita operativa degli edifici (NIST NCSTAR 1-6A).

Il NIST non ha trovato prove documentali che determinino le basi tecniche della scelta dei materiali di protezione antincendio delle travature dei solai del WTC e dello spessore della protezione atto a ottenere una certificazione di due ore. Inoltre il NIST non ha trovato prove che siano mai stati svolti test di resistenza agli incendi sul sistema di solai delle Torri del WTC.

La protezione antincendio applicata a spruzzo (SFRM) sui solai del WTC. Si notano le travature reticolari che reggono le lastre d'acciaio dei solai e legano le colonne del nucleo centrale alle colonne perimetrali.

Pertanto il NIST ha svolto una serie di quattro test d'incendio standard (Standard Fire Tests) (ASTM E 119) per i seguenti scopi, come dichiarato chiaramente nel documento NIST NCSTAR 1-6B:

• stabilire il comportamento di riferimento di base del sistema di solai delle Torri del WTC, così come erano state costruite in origine
• distinguere i fattori (contenimento termico, spessore dell'isolamento antincendio e scala del test) che hanno avuto il maggior influsso sul collasso delle Torri del WTC, nella misura in cui si possono applicare alle normali considerazioni di edilizia e di sicurezza antincendio e alle considerazioni straordinarie riferibili soltanto agli attacchi terroristici dell'11 settembre 2001
• studiare le procedure e le prassi adottate per accettare quello che a suo tempo fu un sistema strutturale e antincendio innovativo.

Lo spessore del materiale di protezione antincendio utilizzato in questa serie di quattro test variava da 12 mm a 18 mm. Questa gamma di spessori è risultata infatti coerente con lo spessore dell'isolamento antincendio applicato in origine all'acciaio dei solai delle Torri del WTC.

Il NIST ha concluso, a partire dalle proprie analisi degli impatti degli aerei (NIST NCSTAR 1-2), che l'isolamento antincendio fu asportato a causa del passaggio dei rottami dei velivoli e del carburante disperso a velocità iniziali di oltre 800 km/h (210 m/s) (NIST NCSTAR 1-6D). Poiché le strutture di prova per tutti e quattro gli Standard Fire Test erano state protette con materiale ignifugo applicato a spruzzo (sprayed fire-resistant material, SFRM), non è stato possibile trarre delle conclusioni in merito alla risposta delle Torri del WTC agli incendi dell'11 settembre 2001, perché l'impatto degli aerei causò la presenza di acciaio privo di protezione nella zona colpita dagli incendi.

Nel WTC2, i solai colpiti dagli incendi erano dotati dell'isolamento antincendio applicato in origine, le cui specifiche prevedevano uno spessore di 12 mm e il cui spessore effettivo era in media circa 18 mm. Nel WTC1, i solai interessati dagli incendi erano dotati di un isolamento antincendio migliorato, dell'ordine di 63 mm. Tuttavia lo spessore dell'isolamento antincendio non ebbe importanza, dato che l'isolamento fu in gran parte asportato dai rottami dei velivoli e dal carburante disperso.

9. Il NIST ha svolto una prova d'incendio di una singola postazione di lavoro e di postazioni multiple nell'ambito delle proprie indagini. Perché il NIST ha fornito dati di temperatura soltanto per uno di questi test? La ventilazione utilizzata in questi test era rappresentativa della ventilazione presente nelle torri del WTC l'11 settembre 2001?

Come documentato nel rapporto NIST NCSTAR 1-5C, è stata condotta una serie di prove su postazioni di lavoro singole, allo scopo di comprendere il comportamento d'incendio libero e l'effetto generale del carburante degli aerei. La quantità principale misurata fu il tasso di emanazione di calore. Questa quantità, combinata con la ventilazione, la dispersione termica verso le pareti, eccetera, determina le temperature che verrebbero raggiunte se la postazione di lavoro bruciasse in un incendio vero.

Il documento NIST NCSTAR 1-5C contiene le curve dei tassi di emanazione di calore per tutti gli incendi di postazioni di lavoro singole. La serie di test d'incendio di postazioni multiple, svolta in una ricostruzione di parte di un piano del WTC, è documentata integralmente nel documento NIST NCSTAR 1-5E.

In questi test, le luci delle finestre erano simili, per dimensioni e disposizione, a quelle dei piani in fiamme delle torri. Non c'era vetro alle finestre, allo scopo di replicare le fineste infrante visibili nelle immagini fotografiche dell'area adiacente agli incendi nelle torri. Il rapporto include, per tutti i test, i grafici dei tassi di emanazione di calore e le cronologie delle temperature in più punti.

10. Perché il NIST non ha modellato per intero l'inizio e la propagazione del crollo delle Torri del WTC?

Il primo obiettivo dell'indagine del NIST includeva la determinazione delle ragioni e delle modalità del crollo del WTC1 e del WTC2 in seguito agli impatti iniziali degli aerei (documento NIST NCSTAR 1). Determinare la sequenza di eventi che portà all'innesco del crollo è stato essenziale per soddisfare quest'obiettivo. Una volta iniziato il crollo, la sua propagazione è risultata agevolmente spiegabile senza la stessa complessità di modellazione, come indicato dalla risposta alla domanda numero 1.

11. Perché il NIST non ha considerato i casi "base" e "meno grave" nell'arco di tutta la propria analisi delle Torri del WTC? Su quali basi tecniche si è deciso di selezionare solo il caso "più grave" per le analisi?

Tutti e tre i casi (quello base, quello meno grave e quello più grave) sono rappresentazioni ragionevoli e realistiche, nei limiti della gamma d'indeterminazione, delle condizioni esistenti nelle Torri del WTC l'11 settembre 2001. Di questi tre casi, quello più grave ha prodotto la compatibilità maggiore con le osservazioni e le evidenze fisiche (v. rapporto NIST NCSTAR 1-2, Sezione 7.1, e rapporto NIST NCSTAR 1-6, Sezione 9.2.4).

12. Qual è la fonte delle proprietà dei materiali utilizzati nelle analisi termiche/strutturali delle Torri del WTC svolte dal NIST? Queste proprietà sono state determinate tramite test fisici sull'acciaio recuperato dalle Torri del WTC?

Il NIST ha svolto estese prove di misurazione delle proprietà sull'acciaio del WTC recuperato; queste prove hanno incluso tutti i vari tipi di acciaio strutturale utilizzati nelle Torri del WTC. Per tenere conto della variazione naturale delle proprietà di lotti differenti di acciaio, il NIST ha integrato i dati sperimentali con dati pubblicati per gli acciai risalenti al medesimo periodo di costruzione. Questi dati hanno incluso le proprietà meccaniche a temperatura ambiente, ad alta temperatura e ad elevate velocità di sollecitazione, insieme alle proprietà fisiche.

13. Il NIST dichiara che gli incendi nel WTC 1 furono generalmente limitati dalla ventilazione. Se così fosse, gli incendi non avrebbero dovuto estinguersi in circa 2 minuti? Perché i modelli del NIST indicano incendi di durata maggiore?

Quasi tutti gli incendi sono limitati dal tasso di combustione del combustibile (incendi limitati dal combustibile) o dalla disponibilità d'aria (incendi limitati dalla ventilazione). Molti incendi limitati dalla ventilazione continuano ad ardere, e il tasso di combustione viene determinato dalla chimica della combustione e dal tasso di alimentazione d'ossigeno.

Questo è il caso generalmente applicabile agli incendi delle Torri del WTC. Naturalmente, se il tasso di alimentazione d'ossigeno fosse stato troppo lento (per esempio a causa di un numero ridotto di finestre infrante), la combustione limitata non avrebbe generato un calore sufficiente a far proseguire la pirolisi del combustibile e l'incendio si sarebbe spento. Questo non avvenne ai piani delle Torri del WTC interessati dagli incendi.

Il Fire Dynamics Simulator utilizzato per ricostruire gli incendi nelle Torri del WTC ha incluso le caratteristiche di combustione dei materiali combustibili degli edifici e la ventilazione fornita attraverso le finestre infrante e la facciata danneggiata degli edifici. La simulazione ha dimostrato che vi erano nella facciata degli edifici varchi ampiamente sufficienti a mantenere la combustione limitata dalla ventilazione fino all'esaurimento dei materiali combustibili disponibili.

14. La sequenza di crollo per il WTC1 proposta dal NIST include l'impatto dell'aereo, l'indebolimento del nucleo centrale, l'imbarcamento e il distacco dei solai, l'incurvamento verso l'interno della parete sud e l'inizio del crollo. Se i solai si stavano staccando dalla parete sud, come hanno potuto applicare sollecitazioni alle pareti esterne per produrre l'incurvamento verso l'interno?

Le analisi del sistema di solai compositi esposti a incendi determinati dalle simulazioni della dinamica d'incendio e dalle analisi termiche hanno previsto un imbarcamento successivo all'inflessione diagonale della struttura reticolare delle travature e al cedimento di alcuni collegamenti dotati di sedi di connessione (v. NIST NCSTAR 1-6C).

Tuttavia la stragrande maggioranza dei collegamenti è rimasta intatta. Inoltre, anche i perni di taglio che legavano il solaio alla lastra di tamponamento orizzontale della facciata (spandrel) e le barre diagonali in acciaio che collegavano il corrente superiore delle travature alle colonne intermedie erano in grado di trasferire le forze di trazione verso l'interno. Pertanto i solai imbarcati erano in grado di esercitare una trazione verso l'interno sulle colonne esterne e sulle lastre di tamponamento orizzontali.

Le travature reticolari dei solai sono legate alla lastra di tamponamento orizzontale che unisce le colonne della facciata. Si notano, nelle travature, le barre diagonali e i correnti superiori e inferiori, prima dell'applicazione della protezione antincendio.