Crollo strutturale Torri Gemelle: l’impatto degli aerei non è stata la causa diretta

Ore 8.46. È un martedì mattina quando un aereo si schianta contro la Torre Nord del World Trade Center a New York. Televisioni e radio iniziano a trasmettere le prime immagini del fumo che esce da una delle Twin Towers. Le voci girano e si inizia a parlare di una possibile esplosione o di un incidente. Ma poco dopo le 9, in diretta, il secondo aereo si schianta contro la Torre Sud. É l’inizio di uno degli attacchi terroristici più efferati della storia del ventunesimo secolo, che cambierà la vita di tutti.

Ma cosa accade alle Torri Gemelle dopo la collisione degli aerei? Perché strutturalmente riescono a resistere per quasi un’ora poi crollano inevitabilmente? Vediamo una possibile ricostruzione tecnico-scientifica del Nist (National Institute of Standards and Technology) di quello che può essere successo in linea generale, presentata in un video del canale Geopop. Una breve lettura, senza entrare nel dettaglio.

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Il progetto delle Torri Gemelle

Vengono costruite intorno agli anni 60′ dall’architetto statunitense, di origine giapponese Minoru Yamasaki incaricato di realizzare l’intero complesso economico del World Trade Center. Costituite da 110 piani ciascuna, le due torri erano alte 417 metri (Torre nord) e 415 metri (Torre sud). Ogni piano copriva una superficie di 3000 mq ed era organizzato come enorme open space, quindi privo di colonne o muri di sostegno.

I due grattacieli erano costituiti da 250.000 tonnellate d’acciaio coperto da materiale ignifugo.

La struttura delle Torri era organizzata su quattro sottosistemi:

1. le colonne perimetrali, che garantivano la resistenza ai carichi laterali sostenendo anche parte del peso specifico (59 per lato, 236 per tutto il perimetro);
2. il nucleo centrale, grande circa 1000mq ed esteso per tutta l’altezza dell’edificio, con all’interno 47 colonne oltre agli ascensori e alle scale;
3. il solaio, composto da piastre leggere di calcestruzzo, fissate su una piattaforma di acciaio con lo scopo di sostenere le colonne perimetrali, assorbire parte del carico orizzontale e verticale;
4. la capriata, struttura del tetto per sostenere le antenne e la distribuzione del carico, in quanto permetteva un ulteriore connessione tra il nucleo e il perimetro.

Questi sottosistemi permettevano di ottenere la ridondanza strutturale, intesa come più elementi che possono svolgere la stessa funzione allo stesso tempo. Questo avrebbe permesso, in caso di danni o problemi con uno del sistema la ridistribuzione del carico intorno agli altri.

Per far questo era stata ridotta al minimo la massa dei due edifici per permettere ai grattacieli di resistere sia ai carichi verticali, sia a quelli orizzontali. Inoltre, venne scoperto, durante le indagini, un documento con firma dell’Autorità portuale di NY, nel quale era documentato che i grattacieli erano stati progettati per resistere anche all’impatto di un aereo 707.

Ma gli aerei degli attentati erano dei Boeing 767, il 20% più grandi di quello sopra citato, ciononostante le torri resistono all’impatto. Perché?

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L’impatto dell’aereo non è la causa diretta del crollo, merito della ridondanza strutturale

Nel report del Nist è stato scoperto che il peso dei due aerei era molto inferiore rispetto a quello delle Torri, per cui al momento dello schianto i Boeing si sono disintegrati e l’energia dell’urto è stata assorbita dalla struttura degli edifici. L’impatto non è stata la causa diretta del crollo, ma è stata la miccia che ha comportato una serie di concatenazioni che hanno indebolito le torri fino a portarle al collasso strutturale.

Il primo schianto sulla Torre Nord tra il 93° e il 96° piano ha reciso 37 colonne perimetrali e 9 del nucleo dell’edificio, mentre il secondo aereo ha colpito la Torre Sud tra il 77° e l’85° piano distruggendo 33 colonne portanti e 10 del nucleo. Grazie alla ridondanza strutturale i carichi sono stati ridistribuiti sulla parte non distrutta che ha assorbito l’impatto e ha provocato un’oscillazione contenuta di 30cm.

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Le cause del crollo delle Torri Gemelle

Il Nits rivela che sono stati gli incendi e l’aumento sostanziale delle temperature che hanno indebolito la struttura delle torri. Bisogna ricordare che l’acciaio fonde a temperature di 1500 °C, ma una volta arrivato a 300 °C perde il 20% della capacità elastica. All’altezza dei piani dove avviene l’impatto il materiale ignifugo che copriva l’acciaio viene quasi del tutto deteriorato. Inoltre, il carburante portato dagli aerei viene un 35% consumato nelle esplosioni, mentre il resto si è atomizzato producendo piccoli elementi infiammabili assorbiti dai piani sottostanti.

Questo ha provocato incendi nei piani inferiori trovando arredamenti e impianti degli uffici. Secondo una stima sono stati raggiunti picchi di 1000 °C, andando a colpire l’acciaio spogliato del materiale ignifugo e indebolendo ulteriormente la struttura che è rimasta comunque in piedi, grazie alla ridondanza.

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Ma sono i solai che non hanno retto!

I piani colpiti dagli aerei hanno perso la funzione di sostegno, facendo curvare verso l’interno le colonne perimetrali. É stato ipotizzato dal Nist che le colonne che sostenevano il solaio intatto sotto il livello del crollo potevano reggere il carico di 11 piani aggiuntivi, applicati staticamente e 6 piani in situazioni improvvise. Sia la Torre Nord che quella Sud avevano troppi piani sopra il livello di collasso rispettivamente (12 e 29). Questo aggiungendo poi il fatto che la messa in caduta aumentava sommandosi a quella dei piani inferiori, incrementando di energia e portando all’inevitabile collasso degli edifici. Infatti, le sezioni superiori delle due torri ci hanno impiegato dall’inizio del crollo pochissimo tempo: la Torre Nord (11 secondi) e la Torre Sud (9 secondi), comportandosi come dei veri corpi in caduta libera.

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Per vedere il video > Geopop

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Giunto alla terza edizione, il Prontuario ragionato di calcolo strutturale mantiene lo stile originale della trattazione, sintetica e chiara nell’esporre i concetti teorici e più approfondita e arricchita da nozioni di pratica costruttiva per quanto riguarda i procedimenti di calcolo. L’aggiornamento si è reso necessario a seguito dell’emanazione delle Norme Tecniche per le Costruzioni 2018 e la circolare esplicativa n. 7/2019. Questo Manuale vuol essere un supporto per superare la prova pratica dell’Esame di Stato per ingegneri civili e ambientali. Utilizzando metodi e procedure di calcolo semplificate (corredate di spiegazioni teoriche adeguate e ben radicate nella teoria delle strutture) il testo è uno strumento che permette di prendere (o riprendere) confidenza con i procedimenti ed i calcoli da svolgere, con i valori delle azioni agenti, con le unità di misura e gli ordini di grandezza propri di una realizzazione di medio-piccole dimensioni, che costituiscono la tipica prova a tema strutturale presente all’Esame di Stato. La finalità ultima del lavoro è dotare il professionista (o lo studente) degli strumenti di base per poter svolgere, sia pure con metodi approssimati ed in via semplificata, un progetto strutturale di massima, che a sua volta potrà essere utilizzato come pre-dimensionamento, o al contrario in fase consuntiva, per verificare a valle la correttezza dei calcoli svolti dai programmi, svolgendo quello che in gergo è chiamato il “conto della serva”. In questa nuova edizione sono state introdotte modifiche al Capitolo 5 (i carichi causati dal peso della neve e dalla spinta del vento oltre ai coefficienti di combinazione per carichi favorevoli o sfavorevoli); al Capitolo 7, soprattutto in relazione alle richieste di duttilità imposte dalle NTC 2018 per le zone critiche degli elementi sismoresistenti; ed infine al Capitolo 8 (tipologie di collegamenti bullonati). Inoltre, viene presentato il tema d’Esame, tratto dalla I sessione dell’Esame di Stato dell’Università di Bergamo proposto nell’anno 2017, ma risolto seguendo le prescrizioni delle nuove NTC 2018. Carlo Marini, Ingegnere, ha approfondito particolarmente le tematiche della progettazione antisismica e del recupero di edifici esistenti. Al momento è direttore di cantiere e responsabile di installazioni e smantellamenti di parchi eolici in Europa e Sudamerica.Claudio Mirarchi, Ingegnere, ha conseguito il dottorato di ricerca in ingegneria dei sistemi edilizi presso il Politecnico di Milano, socio fondatore di ConITeng s.r.l. società di servizi di ingegneria, si occupa di processi di innovazione nel settore delle costruzioni con particolare riferimento al Building Information Modelling (BIM). Volumi collegati:• Progettazione strutturale e normativa tecnica: Eurocodici e NTC 2018, S. Ferretti, 2019• Norme Tecniche per le costruzioni 2018 e circolare esplicativa n. 7/2019, A. Barocci, 2019

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Foto di copertina: iStock/bentrussell