Článek
Když se člověk dívá na záběry z 11. září 2001, může získat dojem, že osud obou věží World Trade Center byl prakticky totožný.
Letadlo. Náraz. Požár. Kolaps.Jenže nebyl.
Ve skutečnosti se oba mrakodrapy po zásahu chovaly překvapivě rozdílně.
Severní věž byla zasažena první, v 8:46 ráno. Zřítila se až v 10:28.
Jižní věž byla zasažena přibližně o 16 minut později – a už v 9:59 byla pryč.
První tedy po nárazu vydržela přibližně 102 minut.
Druhá jen 56 minut.
A právě tenhle rozdíl byl jednou z otázek, které později řešili inženýři amerického Národního institutu pro standardy a technologie – NIST.
Protože kdyby o pádu rozhodoval pouze požár, očekávali bychom možná pravý opak.
Věž, která hořela déle, by měla spadnout první.
Nestalo se to.
První rozdíl: druhé letadlo letělo mnohem rychleji
Na první pohled šlo o velmi podobnou situaci.
Do obou budov narazily Boeingy 767.
Jenže jejich rychlost při nárazu byla výrazně odlišná.
American Airlines Flight 11 zasáhl Severní věž rychlostí přibližně 443 mil za hodinu, tedy asi 713 km/h.
United Airlines Flight 175 narazil do Jižní věže rychlostí přibližně 542 mil za hodinu, tedy kolem 872 km/h.
Rozdíl činil skoro 160 kilometrů za hodinu.
A u objektu o hmotnosti desítek tun to není maličkost.
Kinetická energie totiž neroste přímo úměrně rychlosti, ale jejím čtvercem.
Zjednodušeně: letadlo letící o přibližně čtvrtinu rychleji může při podobné hmotnosti nést podstatně více pohybové energie.
Boeing, který zasáhl Jižní věž, tedy nepřiletěl jen „trochu rychleji“.
Jeho náraz byl energeticky výrazně tvrdší.
A nenarazil stejně
Další rozdíl je na známých televizních záběrech dobře vidět.
První Boeing zasáhl Severní věž poměrně blízko středu její severní stěny.
Druhý Boeing přilétal k Jižní věži pod jiným úhlem a byl prudce nakloněný.
NIST vypočítal náklon přibližně 38 stupňů doleva. Náraz navíc nebyl vystředěný; letadlo zasáhlo jižní stěnu šikmo a mimo její střed.
A právě geometrie nárazu měla zásadní význam.
Budova totiž nebyla plná betonová kostka.
Dvojčata měla složitý nosný systém. Zatížení nesly ocelové sloupy po obvodu budovy a zároveň mohutné vnitřní jádro. Mezi nimi byly zavěšeny jednotlivé podlahy.
Letadlo tedy mohlo zasáhnout různé části tohoto systému různě vážně.
A u Jižní věže zasáhlo velmi nešťastně.
Kritické poškození uvnitř
NIST po letech analýz dospěl k závěru, že jádro Jižní věže bylo nárazem poškozeno vážněji než jádro věže Severní.
Zvlášť důležité bylo poškození v jihovýchodní části jádra.
Zasažen byl dokonce jeden z významně zatížených rohových sloupů.
A v konstrukci vysokého domu platí jednoduché pravidlo:
Když jeden nosný prvek přestane svou část hmotnosti nést, váha nezmizí.
Musí ji převzít něco jiného.
Po nárazu se proto zatížení začalo přerozdělovat mezi zbývající sloupy.
Podle analýzy NIST se například zatížení východní obvodové stěny Jižní věže po nárazu zvýšilo přibližně o 24 procent.
Budova pořád stála.
Ale některé její části už pracovaly pod úplně jinými podmínkami než několik sekund předtím.
Přesto náraz přežila
Tohle je jeden z nejdůležitějších faktů celého příběhu.
Ani jeden Boeing svou věž při nárazu okamžitě neshodil.
Obě konstrukce dokázaly katastrofální poškození absorbovat a zatížení přerozdělit.
NIST dokonce dospěl k závěru, že kdyby po nárazu nenásledovaly další zásadní okolnosti, samotné poškození konstrukce by ke kolapsu nemuselo vést.
To je pozoruhodný důkaz toho, jak robustní Dvojčata ve skutečnosti byla.
Na záběru vidíme Boeing zmizet uvnitř budovy.
Ohnivou kouli.
Roztrhanou fasádu.
A přesto zůstává 110podlažní mrakodrap stát.
Problém byl v tom, co se odehrálo potom.
Letadlo s sebou strhlo něco, co téměř není vidět
Ocel je pevná.
Ale ocelová konstrukce výškové budovy potřebuje ochranu před vysokými teplotami.
Nosné prvky Dvojčat proto byly opatřeny protipožární izolací.
A právě tady se ukázala jedna z nejničivějších součástí nárazu.
Trosky letadla podle NIST tuto izolaci na rozsáhlých plochách strhly.
To znamenalo, že ocel v požárem zasažených místech ztratila svou tepelnou ochranu.
A potom začalo hořet.
Nejen letecké palivo.
To bylo především počátečním zdrojem požáru.
Hořel také kancelářský nábytek, papír, koberce, plasty a další běžné vybavení kanceláří.
Požáry se pohybovaly jednotlivými částmi pater a zahřívaly konstrukci.
Ocel se nemusela roztavit
Právě tady vznikl jeden z nejznámějších mýtů spojených s 11. zářím.
„Letecké palivo přece nedokáže roztavit ocel.“
Jenže nikdo nepotřeboval ocel roztavit.
To nebylo podmínkou kolapsu.
Při vysokých teplotách ocel postupně ztrácí svou pevnost a tuhost. NIST při rekonstrukci požárů pracoval s teplotami plynů, které v některých místech dosahovaly až přibližně 1 000 °C.
Nosníky a podlahové konstrukce se začaly při zahřívání deformovat.
Podlahy se prohýbaly.
A protože byly stále připojeny k obvodovým sloupům, začaly je tahat směrem dovnitř.
To je důležitý detail.
Věž se nezačala hroutit proto, že by jednotlivá patra jednoduše jedno po druhém „padala jako palačinky“.
Podle závěrů NIST právě prohýbající se podlahy přispěly k tomu, že se obvodové sloupy začaly ohýbat dovnitř.
Pro Jižní věž bylo kritické její východní křídlo
A tady se konečně dostáváme k odpovědi na naši otázku.
U Jižní věže vznikla mimořádně nebezpečná kombinace.
Jádro bylo poškozeno hlavně směrem k jihovýchodu.
Na východní straně zároveň hořely časné a dlouhotrvající požáry.
A právě v těchto místech letadlo rozsáhle strhlo protipožární izolaci z ocelových konstrukcí.
Podlahy na východní straně se postupně prohýbaly.
Táhly východní obvodovou stěnu dovnitř.
Sloupy, které už navíc nesly větší zatížení poškozené konstrukce, začaly ztrácet schopnost horní část budovy udržet.
A čas běžel.
Deset minut.
Dvacet.
Třicet.
Čtyřicet.
Padesát.
Na pohled věž stále stála.
Uvnitř se ale její konstrukční rezervy postupně vyčerpávaly.
Ještě jeden rozdíl: letadlo zasáhlo mnohem níž
Flight 11 zasáhl Severní věž přibližně mezi 93. a 99. podlažím.
Flight 175 narazil do Jižní věže zhruba mezi 77. a 85. podlažím.
To znamenalo jednu na první pohled jednoduchou věc.
Nad poškozenou částí Jižní věže zůstalo mnohem více budovy.
NIST při vysvětlování následného kolapsu uvádí přibližně 29 podlaží nad místem iniciace kolapsu u WTC 2, zatímco u Severní věže šlo zhruba o 12 podlaží.
Bylo by ale zavádějící říct:
„Jižní věž spadla dříve jednoduše proto, že nad poškozeným místem měla větší váhu.“
Tak jednoduché to nebylo.
Pro okamžik zahájení kolapsu byly podle NIST rozhodující zejména rozsah poškození jádra a vývoj požárů v kritických částech konstrukce.
Větší masa horní části se však stala mimořádně důležitou v okamžiku, kdy už kolaps skutečně začal.
Protože pak už nebylo co zachraňovat.
9:58 – konstrukce začíná prohrávat
Na videozáznamech bylo před pádem Jižní věže možné pozorovat deformaci její východní stěny.
Sloupy se vykláněly dovnitř.
A potom se dostaly za hranici, při níž ještě mohly nést zatížení.
Sousední sloupy okamžitě převzaly další váhu.
Také jejich kapacita však měla své limity.
NIST rekonstruoval, že po selhání východní stěny se horní část Jižní věže začala naklánět směrem k východu a jihu.
To je okamžik, který na známých záběrech skutečně vidíme.
Vrchní část budovy se před zmizením v oblaku prachu zřetelně nakloní.
Nebyl to kosmetický pohyb.
Byl to viditelný začátek globálního selhání konstrukce.
A potom už rozhodla gravitace
Dokud budova stojí, každé patro přenáší svou váhu přes konstrukci směrem k základům.
Jakmile ale horní blok začne padat, situace se dramaticky změní.
Pod ním už nepůsobí pouze jeho statická hmotnost.
Vzniká dynamické zatížení padající masy.
A to bylo pro konstrukci pod místem kolapsu příliš velké.
NIST při jednoduchém konzervativním výpočtu dospěl k závěru, že neporušené patro by nebylo schopné zachytit dynamicky padající blok o tolika podlažích. U Jižní věže šlo nad místem počátečního kolapsu přibližně o 29 podlaží.
Jakmile se tedy horní část dala do pohybu směrem dolů, celkový kolaps už nebylo možné zastavit.
56 minut
Jižní věž byla zasažena kolem 9:03.
Kolaps začal přibližně v 9:59.
Pouhých 56 minut.
Severní věž mezitím stále hořela.
A pořád stála.
Teprve o dalších 29 minut později, v 10:28, se zřítila také ona.
Na první pohled je to paradox.
Ve skutečnosti však obě budovy dostaly dva velmi odlišné zásahy.
Proč tedy Jižní věž spadla první?
Kdybychom odpověď stáhli do několika vět, zněla by asi takto:
Druhé letadlo letělo výrazně rychleji. Zasáhlo věž pod jiným úhlem a mnohem níže. Vážněji poškodilo její jádro, včetně silně zatíženého rohového sloupu. Na kritických místech strhlo protipožární izolaci a právě tam následně dlouho hořely požáry. Zahřáté podlahy se prohýbaly a táhly už přetížené obvodové sloupy dovnitř.
A potom jeden z nich přestal zatížení zvládat.
Pak další.
A další.
V 9:59 se horní část mrakodrapu dala do pohybu.
Po 56 minutách byl osud Jižní věže zpečetěn.
Možná nejpřekvapivější závěr vyšetřování
NIST ve své závěrečné analýze vyslovil tvrzení, které může po zhlédnutí záběrů působit téměř neuvěřitelně:
Dvojčata by pravděpodobně nespadla jen následkem nárazu letadel a následných požárů, kdyby náraz zároveň ve velkém rozsahu nestrhl protipožární izolaci ocelových prvků.
Právě v tom je možná skutečná odpověď na jednu z největších technických otázek 11. září.
Neexistovala jediná „osudová rána“.
Nebyl tu jeden sloup, jedno letadlo nebo jedna teplota, která by sama o sobě rozhodla.
Byla to řetězová reakce.
Rychlost nárazu.
Jeho úhel.
Přerušené sloupy.
Poškozené jádro.
Stržená protipožární ochrana.
Požáry.
Prohýbající se podlahy.
Přetížené sloupy.
A nakonec gravitace.
Dvě prakticky identické věže.
Dvě téměř identická letadla.
A přesto rozdíl 46 minut.
Právě proto Jižní věž, která byla zasažena jako druhá, zmizela z panoramatu New Yorku jako první.
Zdroje: National Institute of Standards and Technology (NIST), Federal Building and Fire Safety Investigation of the World Trade Center Disaster – NIST NCSTAR 1; NIST WTC Towers Investigation FAQs; The 9/11 Commission Report.
