Capiamo come l’elevata temperatura dell’acciaio ha portato al crollo delle Torri Gemelle

Gli attacchi dell'11 settembre 2001 sono stati quattro attacchi suicidi coordinati, pianificati da un gruppo affiliato ad al-Qaeda per attaccare obiettivi civili e militari negli Stati Uniti, provocando la morte di oltre 2.900 persone. La mattina di martedì 11 settembre 2001, due dei quattro aerei virarono verso il World Trade Center schiantandosi contro le Torri Gemelle innescandone il crollo. A causa dei detriti e degli incendi questo provocò anche il crollo di uno degli edifici in prossimità delle Torri, il WTC7.

A questo proposito, si sente spesso dire “le Torri non sono cadute a causa della temperatura perché l’acciaio fonde a 1500 gradi e lì non si sono mai raggiunti i 1500 gradi". Questo è vero, infatti anche le più avanzate simulazioni confermano che la temperatura di fusione dell'acciaio all'interno delle torri non si sia mai raggiunta. La domanda qui però è un altra: cosa succede all’acciaio quando è sotto stress e a temperature inferiori a 1500°C ma comunque elevate?

Secondo le simulazioni del NIST, che è il National Institute of Standards and Technology, a innescare il crollo sarebbe stato proprio l’indebolimento dell’acciaio (non la fusione), indebolimento dell’acciaio in alcune zone specifiche sui piani dell’impatto, lì dove gli incendi avrebbero portato le temperature fino a picchi di 800-1000°C.

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A questo proposito vi proponiamo di andare a vedere alcune proprietà dell’acciaio, per capire come si comporta quando applichiamo dei carichi e quando la temperatura sale. Analizzeremo questo comportamento in due situazioni: a temperatura ambiente al variare della temperatura fino a 1000 gradi.

Come si comporta l'acciaio a temperatura ambiente(20°C)?

Per capire il comportamento dell'acciaio possiamo usare questo tipico diagramma, il cosiddetto sforzo-deformazione, usato dagli esperti in materia, dove sull’asse Y mettiamo lo sforzo, come per es. il carico che potrebbe gravare su un pezzo d’acciaio; sull’asse X c’è la deformazione, quanto il pezzo d’acciaio si deforma in relazione allo sforzo.

Questa curva rappresenta il comportamento dell’acciaio a temperatura ambiente.

Proviamo a semplificare per capire i concetti chiave, poi potrete andare ad approfondire. Fino al punto indicato sul grafico come tensione di snervamento, l’acciaio si comporta in modo elastico. Cioè, in maniera semplificata, se tolgo il carico applicato, l’acciaio torna com’era prima. Se invece continuo ad aumentare il carico in modo proporzionale e supero la cosiddetta tensione di snervamento, l'acciaio inizierà a rispondere con una deformazione non più proporzionale.

Siamo entrati nella cosiddetta fase plastica dove più aumenta il carico, maggiormente si deformerà l'acciaio. Dopo il punto di tensione di snervamento, la deformazione è irreversibile. Ciò significa che se si toglie il carico, l’acciaio rimane deformato ma è ancora capace di reggere il carico applicato. Se però il carico continua ad aumentare, l’acciaio raggiunge il suo punto di rottura e si spezza.

Questa curva, come detto, è relativa a condizioni di temperatura ambiente: 20°C.

Cosa succede invece se aumenta la temperatura in relazione a questo grafico?

Immaginiamo che la curva blu è a 200°C, verde 300 e gialla 500. Come vedete, più la temperatura sale e più le curve saranno basse nel grafico. Perché più sale la temperatura, più l’acciaio tende a deformarsi facilmente: infatti, se ci pensate, una cosa è piegare una barra di acciaio fredda, e una cosa è piegarla quando è molto calda.

Una cosa che salta subito all'occhio è che più la temperatura aumenta, più il “gomito” della curva diventa sempre meno spigoloso. Tradotto: vuol dire che a parità di carico applicato, quando l’acciaio si surriscalda, rispetto a quando è – diciamo – “freddo”, raggiunge la fase plastica molto prima. In gergo. si dice che perde rigidezza e analogamente si riduce la resistenza. In sostanza più è alta la temperatura, prima l’acciaio si deforma e prima raggiunge il punto di collasso.

Secondo gli standard europei di progettazione a 200°C, l’acciaio perde già il 10% della sua rigidezza, ma rientra ancora nella fase elastica. Già a 500°C, se il carico aumenta, la perdita di rigidezza e resistenza diventa significativa e la capacità di sopportare i carichi dell’edificio diminuisce. A 800-1000 gradi, l’acciaio può perdere il 90- 95% della capacità di sopportare carichi.

Morale della favola: l’acciaio si indebolisce significativamente anche ben prima del 1500°C.

Cosa è successo all'acciaio delle torri gemelle? 

Guardando uno dei piani dell’impatto della Torre Nord (ricostruzione sempre dal NIST) la parte mancante che vedete chiaramente dall’immagine, è il punto dell’impatto dell’aereo che ha tranciato tutto, essendosi schiantato alla velocità di 700km/h. Schiantandosi, però, l’aereo si è sbriciolato in meno di un secondo e il carburante si è nebulizzato generando goccioline che hanno impregnato gli arredi. Gli incendi sono divampati, alimentati dal vento delle finestre rotte e dal materiale elettrico. Ecco, le parti colorate dell’immagine, relativa ad una delle simulazioni prodotte dal NIST, danno una stima delle temperature che c’erano. Le zone arancioni e rosse rappresentano temperature tra i 600 e i 675°C.

Secondo le ricostruzioni del NIST quando l’aereo ha reciso le colonne, il peso si è ridistribuito sulla struttura rimasta intatta. A questo punto – sempre secondo il NIST – le torri sarebbero rimaste in piedi se non fossero aumentate le temperature all’interno dell’edificio. A perdere per primo resistenza sarebbe stato l’acciaio dei pavimenti dei piani dell’impatto. Praticamente, questa zona del telaio colorata di rosso ha perso la capacità di reggere qualsiasi carico ed è crollata.

Le parti – diciamo fredde del pavimento – hanno cominciato a tirare verso l’interno le colonne perimetrali. Questo movimento verso l’interno ha praticamente annullato la capacità di quella parete di reggere il carico. A questo punto, essendo già indebolite a causa degli incendi, le altre colonne perimetrali e le restanti colonne del nucleo, non hanno più retto il peso dell’edificio.

In conclusione, alla luce della spiegazione sulle proprietà fisiche dell’acciaio è facile dedurre che non è che l'acciaio deve per forza fondersi per portare al collasso una struttura. All'aumentare della temperatura l'acciaio si indebolisce sempre di più: perde rigidezza e resistenza e, quindi, globalmente, perde la capacità di portare carico – o comunque questa capacità si riduce notevolmente. 

Questo indebolimento è la condizione che scatena la nota “crisi per instabilità”, che è, secondo le ricostruzioni e simulazioni del NIST, la causa di innesco del crollo a cascata che si è verificato durante le fasi successive all'impatto degli aerei.