To pytanie, które zadaje sobie wiele osób, i jest ono kluczowe dla zrozumienia tragicznych wydarzeń z 11 września 2001 roku. Intuicja podpowiada, że skoro stal topi się w temperaturze około 1500°C, a pożary w budynkach biurowych rzadko osiągają takie wartości, to coś musi się nie zgadzać.

Klucz do rozwiązania tej zagadki leży w rozróżnieniu między topnieniem a utratą wytrzymałości stali. Wieże World Trade Center nie zawaliły się, ponieważ stal się stopiła. Zawaliły się, ponieważ stal straciła swoją zdolność do przenoszenia obciążeń.

Dwa decydujące czynniki: uderzenie i osłabienie

Zawaliły się wieże WTC to wynik katastrofalnej kombinacji dwóch czynników:

1. Katastrofalne uszkodzenia konstrukcji po uderzeniu samolotów

Uderzenia samolotów Boeing 767 były niczym potężne bomby kinetyczne. Spowodowały one natychmiastowe i rozległe zniszczenia:

• Przerwanie kolumn: Samoloty przecięły liczne zewnętrzne stalowe kolumny nośne oraz uszkodziły kolumny rdzenia budynku.
• Zerwanie izolacji przeciwpożarowej: Najważniejszym skutkiem uderzenia było zerwanie warstwy izolacji przeciwpożarowej (natryskowej) z wielu stalowych kolumn i kratownic stropowych w strefie uderzenia. Ta izolacja miała chronić stal przed osłabieniem w razie typowego pożaru biurowego.

2. Osłabienie stali przez intensywne pożary

Po uderzeniu doszło do rozległych i intensywnych pożarów, napędzanych nie tylko paliwem lotniczym (które spłonęło w dużej mierze w ciągu pierwszych minut), ale przede wszystkim ogromną ilością materiałów biurowych — papieru, mebli, wykładzin i tworzyw sztucznych.

Topnienie stali vs. utrata wytrzymałości

Temperatura pożaru: Symulacje komputerowe i analizy wykazały, że temperatura pożarów w WTC osiągała w niektórych rejonach około 1000°C. Jest to faktycznie poniżej temperatury topnienia stali konstrukcyjnej (ok. 1400–1500°C).

Wpływ na wytrzymałość: Stal nie musi się stopić, aby przestać pełnić swoją funkcję nośną. Wystarczy, że straci znaczną część swojej wytrzymałości:

• Już w temperaturze około 600°C stal konstrukcyjna może stracić nawet 50% swojej pierwotnej wytrzymałości.
• W temperaturach zbliżonych do 1000°C jej wytrzymałość spada do zaledwie ułamka pierwotnej wartości.

Odsłonięte kolumny i kratownice stropowe, pozbawione izolacji, szybko nagrzewały się do krytycznych temperatur. Stal stawała się plastyczna i miękka, niezdolna do utrzymania ciężaru pięter znajdujących się powyżej.

Mechanizm zawalenia się wież

Kiedy stalowe kratownice stropowe, podtrzymujące betonowe płyty podłogowe, osłabione przez wysoką temperaturę, zaczęły się wyginać i uginać, pociągnęły za sobą zewnętrzne kolumny. To z kolei spowodowało:

1. Wypaczenie i ugięcie: Osłabione elementy konstrukcyjne zaczęły się wyginać pod ciężarem własnym i ciężarem wyższych pięter.
2. Efekt domina (tzw. pancake collapse): W pewnym momencie, gdy kluczowe elementy konstrukcji (zwłaszcza w centralnym rdzeniu i na obwodzie) nie były już w stanie utrzymać obciążenia, górna część budynku (znajdująca się powyżej strefy uderzenia i pożaru) zaczęła opadać.
3. Niepowstrzymana siła: Opadająca masa pięter uderzyła w nienaruszone piętra poniżej z ogromną energią kinetyczną. Żaden budynek nie jest zaprojektowany tak, by wytrzymać uderzenie setek ton materiału spadającego z wysokości. Każde kolejne piętro zawalało się, tworząc lawinę, która doprowadziła do całkowitego zniszczenia wież.

Podsumowując, to nie stopienie stali, lecz jej drastyczne osłabienie w wyniku pożarów, które nastąpiły po poważnym uszkodzeniu konstrukcji i zerwaniu izolacji przeciwpożarowej przez uderzenie samolotów, było decydującym czynnikiem, który doprowadził do zawalenia się wież WTC.

Ciekawostka

Projektanci wież WTC przewidzieli, że budynek wytrzyma uderzenie dużego samolotu pasażerskiego, takiego jak Boeing 707 (największy samolot tamtych czasów). Jednak nie przewidzieli oni, że uderzenie nastąpi z tak dużą prędkością, a co najważniejsze, że samolot będzie w pełni zatankowany paliwem, które w połączeniu z masą materiałów biurowych wywoła pożar o niespotykanej intensywności i zasięgu, jednocześnie niszcząc ochronę przeciwpożarową konstrukcji.