Re: Acciaio e temperatura: ma il tempo?

Inviato da  Henry62 il 22/8/2006 12:51:00

Ciao Civix,
la hat-truss ha ceduto perché era tramite essa e tramite i floor che la struttura perimetrale e il core erano posti in relazione strutturale, consentendo la redistribuzione dei carichi.
In parole povere, ma ti rinvio ad uno dei miei primi post di questa discussione dove sono più esaustivo sull'argomento, era tramite la hat-truss che i carichi verticali della struttura perimetrale venivano a redistribuirsi sulle colonne del core.
Cedendo la struttura perimetrale, la hat-truss ha cercato di conservare la sua rigidità, senza deformarsi, andando a scaricare sul core i maggiori carichi, ma questi hanno superato il livello sopportabile sia per la hat-truss che per le colonne del core, determinandone il collasso.
In pratica, la parte terminale delle colonne del core era quella che, da progetto, aveva le sezioni minori (alcune colonne addirittura a sezione doppio T, anziche a sezione chiusa come nei piani inferiori) e, soprattutto, di minor spessore dell'acciaio.
Nel cedere la struttura perimetrale, é stato come se, semplificando molto, le colonne perimetrali della facciata ceduta (quindi devi intendere i carichi da loro sopportati secondo progetto) fossero "appese" per il tramite della hat-truss alle colonne del core. Cioé le colonne perimetrali, anziché aiutare a sostenere i carichi verticali, sono andate ad aumentare i carichi con la loro opera morta senza più avere capacità portante.

Sto semplificando molto, ma serve per capire e mi scuserai per la inadeguatezza dell'esempio che ti sto per fare, ma lo scopo, ripeto, é capire il meccanismo.
Immagina un tavolo con 5 gambe uguali, una a ciascun vertice e una al centro: ciascuna sopporta il 20% del carico distribuito totale da progetto; sega una gamba; il tavolo si regge sulle altre 4 gambe e ciascuna sopporterà un carico maggiore, tale che insieme il totale sia il 20% del totale non più distribuito sulla gamba tagliata.
La hat-truss é come la parte orizzontale del tavolo: la gamba tagliata (parete perimetrale collassata), tramite il tavolo (hat-truss), pesa sulle altre gambe, ma se il 20% di carico che deve essere redistribuito é tale da superare la resistenza della parte orizzontale (hat-truss)... il tavolo si rompe. Se poi consideri che questo 20% di carico in più é andato a pesare su gambe che non erano progettate per avere questo carico e che, per di più, avevano ricevuto qualche colpo (leggasi impatto dell'aereo), ed avevano qualche difetto (leggasi danneggiamenti da impatti e da incendi), capisci che la questione diventa difficile da sostenere.

E' per questo che la caduta é stata verticale all'inizio: le colonne del core, più esili nella parte terminale, non hanno potuto reggere i carichi verticali e la parte sommitale é scesa verticalmente, poi la dinamica del crollo ha dovuto fare i conti con la diversa resistenza delle colonne del core, che via via collassavano e che hanno generato la rotazione visibile nei filmati indicati (che fra l'altro, mi risultano finora inediti).
Questa, secondo me, é un'ulteriore prova del collasso per linee verticali, ulteriore prova di assenza di pancaking.
Ciao

Edit 1:

per comodità ti incollo quanto avevo già postato sul crollo WTC1.


WTC 1: prevalenza dell’effetto termico.

I carichi erano prima dell’impatto distribuiti simmetricamente; dopo l’impatto dell’aereo sulla facciata Nord fra i piani 93 e 98, che ha sezionato delle colonne esterne e seriamente danneggiate altre, si ha una ridistribuizione dei carichi : la facciata Nord, colpita dall’aereo, scende verso il basso e perde il 7% dei carichi, che attraverso la travatura di testa (hat-truss) e le travi orizzontali vengono ridistribuiti sul 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, Ovest e il nucleo centrale (core) devono sopportare il carico ridistribuito tramite la hat-truss.
Il core ha subito danni (colonna tagliata) sul suo lato Nord e danni da impatto nella zona centrale, con danneggiamento esteso delle protezioni anti-incendio (da un terzo a metà della sua estensione in posizione centrale). Le protezioni anti-incendio 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.
Subito dopo l’impatto la temperatura degli elementi strutturali del core sale, sia per l’incendio che per l’energia cinetica dell’impatto 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.
Anche i pavimenti 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 dal hat-truss, provoca un aumento del carico delle colonne del core. Al passare del tempo e all’aumentare della sollecitazione termica, i piani orizzontali si flettono verso il basso, trasformando l’iniziale sforzo di dilatazione termica rivolto verso l’esterno delle facciate in sforzo rivolto verso l’interno per l’aumento della freccia della flessione verso il basso delle componenti inizialmente orizzontali. Nel frattempo la zona centrale del core all’altezza dei piani impattati, rimasta priva di protezione anti-incendio, inizia ad entrare nel range di temperatura (600°C) in cui l’acciaio perde parte delle proprie caratteristiche meccaniche, e si indebolisce cedendo ai carichi verticali (-20%). I carichi che insistevano su queste colonne centrali indebolite, tramite l’hat-truss, si ridistribuiscono sulle colonne perimetrali ed in particolare la facciata Sud accentua l’incurvamento verso l’interno anche sotto lo sforzo dei piani orizzontali che si flettono. Dopo 100 minuti dall’impatto si stima che, per colpa dell’indebolimento dell’acciaio del nucleo, il 20% del carico iniziale del core sia stato ridistribuito tramite l’hat-truss sulle colonne perimetrali ed in particolare le facciate Nord e Sud hanno aumentato i loro carichi del 10%, mentre le facciate Est ed Ovest hanno subito 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 verso l’interno della facciata dei piani impattati per effetto dell’indebolimento dell’acciaio e delle forze di trazione esercitate dai piani orizzontali deformati verso il basso, e 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 reggere i nuovi carichi. 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.

Riciao