L'11 settembre del 2001 si verificarono 4 attacchi terroristici pianificati da un gruppo appartenente ad al-Qaeda con l'obiettivo di colpire obiettivi sia civili che militari negli USA, come le Twin Towers a New York. In quell'occasione due aerei di linea, l'American Airlines 11 e l'United Airlines 175, vennero dirottati e fatti schiantare sulle Torri Gemelle, rispettivamente alte 417 e 415 metri, causando la morte di oltre 2900 persone. In questo video, seguendo le ricostruzioni del NIST, andiamo a capire quali furono le cause tecnico-ingegneristiche del crollo dei due grattacieli del World Trade Center e del WTC7, un terzo edificio non colpito direttamente dagli aerei ma crollato a poca distanza di tempo.
Una premessa: il progetto futuristico del WTC1 e WTC2
Conoscere come è stata concepita la struttura delle Torri Gemelle è essenziale per comprendere la dinamica del crollo che, secondo il NIST, non è stato causato direttamente dall’impatto degli aerei, ma è stato innescato dal conseguente cedimento dell’acciaio a causa delle alte temperature raggiunte sui piani dell’impatto. Ma andiamo con ordine. Alte rispettivamente 417 m e 415 m – ogni edificio aveva 110 piani ed era composto da 250.000 tonnellate di acciaio. All’epoca erano i grattacieli più alti del mondo, oltre che il cuore pulsante del World Trade Center, progettato dall’architetto Minoru Yamasaki nel 1962 per diventare un polo economico rivoluzionario, il “Centro di commercio mondiale” e di cui faceva parte anche la Torre 7 (o WTC7) – il terzo edificio crollato il giorno dell’attentato – che ospitava la sottostazione elettrica che forniva energia a tutto il complesso del World Trade Center.
Usare l’acciaio per costruire i grattacieli è il metodo migliore in ingegneria per realizzare strutture “ultraleggere” da sviluppare in altezza. All’epoca della costruzione delle due torri, rappresentava una soluzione innovativa per sviluppare l’idea alla base del progetto del WTC 1 e WTC2: ovvero fare di ogni piano enormi open space non interrotti da colonne e muri di sostegno. Per realizzare questa idea, la massa dell’edificio doveva essere ridotta al minimo ed essere in grado di reggere il “carico verticale” (ovvero quello delle persone + quello della struttura) e il “carico orizzontale” (ovvero la forza del vento). Perché proprio l’acciaio? Perché l’acciaio ha proprietà elastiche in grado di reagire ai carichi con flessibilità. Ma se sottoposto ad alte temperature può indebolirsi fino a perdere completamente la sua capacità di resistere a certi carichi. Come accaduto con le Torri.
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La struttura delle Torri Gemelle cadute durante l’attentato
La struttura delle Torri Gemelle era organizzata in quattro sottosistemi maggiori, quattro blocchi, che garantivano all’edificio quella ridondanza strutturale – in gergo “robustness” – che dava alle Torri una forte stabilità perché in caso di danno a uno dei sistemi il carico sarebbe stato ri-distribuito sugli altri sistemi ancora intatti. Questo è essenziale da spiegare per capire come si sono susseguiti gli eventi a cascata che hanno causato l’indebolimento dell’acciaio.
Colonne perimetrali
Le colonne perimetrali il nucleo centrale il pavimento la capriata a cappello (praticamente il tetto). Le colonne perimetrali erano disposte lungo il perimetro dell’edificio e garantivano la resistenza ai carichi laterali. Ce ne erano 59 per lato, 236 in totale su tutto il perimetro.
Nucleo centrale
Il nucleo centrale era ampio circa 1000m2. Collocato nel cuore dell’edificio, si estendeva virtualmente per tutta la sua altezza. All’interno c’erano altre 47 colonne di sostegno, oltre ad altri mezzi di servizio come le scale e gli ascensori.
Sottosistema pavimentale
Il terzo sottosistema, quello pavimentale, era composto da piastre leggere di calcestruzzo, fissate su una piattaforma d’acciaio. Il pavimento aveva la tripla funzione di supportare le colonne perimetrali, assorbire parte del carico orizzontale e verticale.
Capriata a cappello
Infine il quarto sottosistema della capriata a cappello, la struttura del tetto, aveva la primaria funzione di sostenere le antenne, ma era importante anche nella distribuzione del carico, in quanto offriva una connessione aggiuntiva tra perimetro e nucleo.
Curiosità importante da citare, messa in evidenza nel rapporto del NIST: la Torre Nord e la Torre Sud del WTC, erano state progettate per sopportare un terzo carico aggiuntivo, oltre al carico gravitazionale e al carico orizzontale: quello dell’impatto di un aereo 707, che negli anni ‘60 e‘70 era il più grande al mondo. Anche se il 767 dell’American Airlines era ben più grande di un 707, il NIST precisa che non fu l’impatto a indebolire la struttura, che al contrario oscillò solo di 30 cm. In un certo senso però fu la miccia che scatenò una serie di concause che hanno indebolito l’acciaio dei due edifici fino a farli crollare.
I dubbi tecnici sul crollo delle Twin Towers di New York: il comportamento dell’acciaio
Uno dei dubbi tecnici sul crollo delle torri gemelle si concentra proprio sul fatto che non sia possibile che le torri siano cadute per la fusione dell'acciaio, dal momento che questo materiale fonde a 1500°C e nelle torri non si sono mai raggiunte quelle temperature. Vero. Ma la domanda più corretta da porsi però è un altra: cosa succede all’acciaio quando è sotto-stress e a temperature inferiori a 1500°C, ma comunque molto elevate? Secondo le simulazioni del NIST a innescare il crollo delle Torri Gemelle l'11 settembre 2001 sarebbe stato proprio l’indebolimento dell’acciaio (non la fusione) in alcune zone sui piani dell’impatto dove gli incendi avrebbero portato le temperature fino a picchi 1000°C. A questo punto è importante capire come si comporta l’acciaio quando applichiamo dei carichi e quando la temperatura sale. Analizzeremo questo comportamento in due situazioni: a temperatura ambiente e al variare della temperatura fino a 1000 gradi.
Acciaio a temperatura ambiente (20°C)
Prendiamo questo grafico per chiarire il comportamento dell'acciaio a temperatura ambiente.
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; ecco, questo è un tipico diagramma sforzo-deformazione – usato dagli esperti in materia . Il comportamento dell’acciaio a temperatura ambiente è questo.
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, superata la tensione di snervamento, l'acciaio inizierà a rispondere con una deformazione non più proporzionale. Siamo entrati nella cosiddetta fase plastica dove più continuo ad aumentare il carico, maggiormente si deformerà l'acciaio. E attenzione, dopo questo punto, la deformazione è irreversibile. Cioè anche se si deforma, però, è ancora capace di reggere il carico applicato. Se però il carico continua ad aumentare l’acciaio raggiunge il suo punto di rottura, ovvero l’acciaio non è più in grado di opporre una forza sufficiente per resistere al carico aggiuntivo. L’acciaio collassa.
Acciaio a 1000°
Questo è un esempio di come si comporta l’acciaio a temperatura ambiente, ma cosa succede se aumenta la temperatura? Riprendiamo il grafico che abbiamo esaminato prima inserendo la variabile della temperatura (freccia verso il basso).
Come vedete, 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: 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° l’acciaio perde il 10% della sua rigidezza, ma rientra ancora nella fase elastica. Già a 500°, se il carico aumenta, la perdita di rigidezza e resistenza diventa significativa e la capacità di sopportare i carichi dell’edificio diminuisce. A 1000 gradi, come specifica il NIST nel suo report, l’acciaio perde il 95% della capacità di sopportare carichi.
Cosa è successo l’11 settembre 2001 e la dinamica del crollo
Come spiega quindi il NIST il crollo come conseguenza dell’indebolimento dell’acciaio? Quando gli aerei si sono schiantati alla velocità di 700 km/h, in meno di un secondo si sono letteralmente sbriciolati proprio per l’enorme differenza di peso rispetto alla struttura (ogni aereo pesava 130.000 kg, mentre il peso dell’edificio si aggirava intorno alle 450.000 tonnellate, quasi quanto 10 volte il Titanic). Dobbiamo tenere presente che gli aerei trasportavano 30 mila litri di carburante ognuno, che dopo l’impatto si è atomizzato in goccioline altamente infiammabili.
Il primo aereo che alle 8:46 ha colpito la Torre Nord tra il 93° e il 96° piano, ha reciso 37 colonne perimetrali e 9 colonne del nucleo dell’edificio. Il secondo aereo, che è arrivato al momento dell’impatto più inclinato rispetto al primo, ha colpito la Torre Sud alle 9:02 tra il 77° e l’85° piano e ha reciso 33 colonne perimetrali e 10 del nucleo. Sui piani dell’impatto, in entrambe le torri, il materiale ignifugo di protezione dell’acciaio è stato quasi interamente compromesso. Il NIST parla di 43 colonne del nucleo sulle 47 totali nella Torre Nord e 39 colonne su 47 nella Torre Sud, oltre a migliaia di metri quadri di pavimento, completamente spogliati del materiale isolante.
In quei punti dove l’acciaio è stato spogliato dell’isolante, a 1000°gradi la capacità di sostegno è venuta meno. Grazie alla ridondanza strutturale di cui parlavamo prima, il carico si è ridistribuito sulle colonne perimetrali ancora intatte e sul sottosistema pavimentale che ha avviato il crollo sui piani colpiti dagli incendi. Questo blocco freddo ha 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.
Perché i crolli della Torre 1 e della Torre 2 non sono stati arrestati dalla struttura intatta?
Il NIST ha stabilito, con una serie di calcoli matematici complessi, che le colonne che sostenevano il solaio intatto, sotto il livello del crollo erano adeguate a reggere un carico di 11 piani aggiuntivi, applicati staticamente, e 6 piani aggiuntivi, applicati improvvisamente (come è avvenuto in questo caso). Poiché nella Torre Nord e nella Torre Sud c’erano circa 12 e 29 piani sopra il livello del collasso, nessuna delle due torri avrebbe potuto arrestare la progressione del crollo, considerando anche che la massa in caduta aumentava, sommandosi a quella dei piani sottostanti. L’energia rilasciata è stata così forte che i piani sottostanti praticamente non hanno potuto offrire alcuna resistenza. Ecco perché le sezioni superiori dell’edificio, dall’inizio del collasso, hanno impiegato solo 9 secondi (la Torre Sud) e 11 secondi (la Torre Nord) per rovinare al suolo, perché si sono comportati proprio come un corpo in caduta libera.
WTC7: perché è crollata se nessun aereo l’ha colpita?
Ad alimentare forse la maggior parte delle tesi complottiste fu il crollo della Torre 7 che crollò circa 7 ore dopo la Torre Nord, intorno le 17:20, Anche se nessun aereo la colpì, si sgretolò più o meno con la stessa dinamica delle Torri in pochissimi secondi. Molti hanno insinuato che siano state delle esplosioni indotte a provocare il fallimento della struttura. Ma anche sull’edificio 7 il NIST ha portato le sue conclusioni dopo le dovute indagini.
Il contesto del WTC7
Prima di raccontarvi la versione del NIST, è importante capire il contesto e che tipo di edificio era il WTC7. Parliamo di un edificio di 47 piani distante circa 105 metri circa dalla Torre Nord, che fu il 2°edificio a crollare dopo la Torre Sud, alle 10:28 dell’11 settembre 2001. La Torre 7 aveva la forma di un trapezio irregolare, con una superficie totale di 200.000 m2. Nel 1970 venne ultimata la costruzione dei primi sei piani. Solo 20 anni dopo vennero aggiunti gli altri 41 piani per ospitare nuovi uffici. La struttura, con un totale di 47 piani, venne completata nel 1990.
L’11 settembre 2001, quando è venuta giù la Torre Nord i detriti infuocati sono schizzati a centinaia di metri di distanza colpendo vari edifici e anche la Torre 7. Oltre a danneggiare la struttura a sud ovest dell’edificio, hanno provocato incendi su almeno 10 piani tra il 7° e il 30°. Secondo le ricostruzioni del NIST è sui piani dal 7° al 9° e dall’11°al 13° che gli incendi hanno trovato le condizioni favorevoli per diffondersi senza controllo. Perché hanno trovato le condizioni favorevoli? La maggior parte dei piani aggiuntivi del WTC7 erano stati concepiti, come dicevamo, per ospitare postazioni di lavoro ed erano quindi pieni di materiale d’ufficio combustibile: scrivanie, stampanti, computer etc.
La struttura era sorretta da 58 colonne perimetrali e da 24 colonne interne. Di cui 21 componevano il nucleo centrale. Le altre tre colonne interne (79,80 e 81) invece avevano la funzione primaria di sostenere i solai che collegavano il nucleo e il lato est dell’edificio, più allungati rispetto agli altri solai proprio a causa della forma irregolare dell’edificio. Ecco questo è un nodo cruciale, perché il crollo è stato innescato proprio dal fallimento di una di queste tre colonne (la numero 79).
Dinamica del crollo del WTC7
I pavimenti erano costituiti da travi metalliche, rivestite di cemento armato. Le travi e il cemento si distribuivano il peso a vicenda e a loro volta lo distribuivano alle colonne. Sia i solai che le colonne erano rivestite da materiale ignifugo, una protezione contro il fuoco calcolata per aumentare il tempo di resistenza di due ore (per i pavimenti) e tre ore (per le colonne).
A causa delle temperature elevate, che avevano raggiunto circa i 600°, le travi e i collegamenti dei solai che erano ricoperti da materiale ignifugo più sottile rispetto alle colonne, si sono riscaldati prima e si è verificato il cosiddetto fenomeno della dilatazione termica: quando l’acciaio viene riscaldato, il suo volume aumenta, e se questa espansione è contrastata da colonne o altri elementi in acciaio, si sviluppano delle forze che possono creare instabilità. Secondo il NIST è avvenuto proprio questo alla trave a campata lunga che collegava la colonna 44 alla colonna 79:
dilatata dall’espansione termica, oltre che indebolita inevitabilmente dalle alte temperature, ha perso la connessione con la colonna 79, avviando il cosiddetto collasso progressivo: la propagazione di un danno locale da un elemento strutturale all’altro, che determina il crollo di un’intera struttura. Il pavimento del 13° piano ha perso il supporto ed è crollato; la colonna 79 si è praticamente piegata verso il basso innescando un crollo a cascata sui pavimenti sottostanti.
A questo punto il carico si è ridistribuito sulle parti della struttura ancora intatte, ma gli incendi diffusi hanno indebolito l’acciaio delle colonne innescando questo fallimento progressivo da est a ovest, facendo collassare i piani su loro stessi. L’intelaiatura del pavimento ancora intatta da quel lato ha tirato le colonne esterne verso l'interno, mentre le colonne interne cadevano verso il basso. I carichi si sono redistribuiti sulle colonne esterne portando anche queste a curvarsi facendo accartocciare l’edificio come una lattina fino al collasso globale che lo ha fatto venire giù tutto di un pezzo.
Il NIST ha dato due spiegazioni dopo aver ricostruito lo stesso e identico scenario in laboratorio: un’esplosione avrebbe distrutto tutte le finestre che invece erano rimaste intatte fino al momento del crollo. un’esplosione inoltre non avrebbe fatto accartocciare verso l’interno le pareti dell’edificio piuttosto le avrebbe fatte schizzare verso l’esterno.
Beh anche la risposta è abbastanza scontata: i crolli delle Torri avevano causato decine di vittime anche tra i soccorsi, che si sono ritrovati all’improvviso a fare i conti con una cosa mai vista prima. Inoltre l’edificio 7 era circondato dal fumo dei detriti e soprattutto tutte le fonti idriche erano danneggiate. Spegnere l’incendio in quelle condizioni è risultato praticamente impossibile. Fortunatamente le 4000 persone che quella mattina erano a lavoro nel WTC 7 erano state evacuate già al mattino dopo l’impatto dei due aerei nelle due Torri.
