Verschwörungstheorien

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Initiales Versagen - Ausgangslage


Ich will kurz noch eine Sache vorausschicken, die ich noch nicht behandelt habe, die aber hilft die Richtung des Kippens der Gebäudeteile oberhalb der Brände zu verstehen. Denn obwohl die Türme einen quadratischen Grundriss hatte, waren die Kerne rechteckig. Sie waren zwar so geplant und errichtet, dass sie bei intaktem Tragwerk (im wesentlichen) in alle Richtungen gleich reagierten, aber im Falle der damaligen Beschädigungen reagierten sie eben nicht mehr gleich. In den Bereichen der tiefen Büroflächen (WTC 1 Nord und Süd; WTC 2 Ost und West) hatten die Decken die größeren Spannweiten und die Räume die größeren Brandlasten:


Ein Brand würde sich also schon aufgrund der Gebäudegeometrie in den tiefen Bereichen stärker auf das Tragwerk auswirken, so dass es auch niemanden wundern muss, dass beim Nordturm zuerst die Südfassade und beim Südturm zuerst die Ostfassade (in Kombination mit der Südfassade) aufgegeben hat.

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Ausgangslage

Das NIST hat das Tragwerk bei der Analyse und bei der Beschreibung des Versagens in drei Teilsysteme unterteilt: Die Decken, die Fassade und den Kern. (Im wesentlichen habe ich das auch so gemacht.) Wenn man also die Ausgangslage beschreiben will, kann man das gut anhand der Teilsysteme machen. Ich beschränke mich hier auf die für den Einsturz relevanten Bereiche der Teilsysteme.

Decken:

Die Brände zwischen der Südfassade und dem Kern erstreckten sich über mehrere Geschosse, waren andauernd und großflächig. Man kann davon ausgehen, dass der Branschutzputz auf den tragenden Stahlbauteilen durch die Trümmer der Flugzeugkollision mindestens teilweise substanziell beschädigt war, so dass die Brände den Stahl über die Auslegung der Konstruktion erwärmt haben. Möglicherweise war die Deckenkonstruktion auch schon durch die Trümmer selbst geschwächt. (Außerdem kann man vermuten, dass die Wirkung des Brandschutzputzes durch thermische und plastische Verformungen der Stahlkonstruktion vermindert war, aber das nur am Rande.)

Fassade:

Die Wucht der Trümmerteile dürfte die Fassade und den dortigen (GK-(afair))Brandschutz, beschädigt haben, ganz klar, aber sicher nicht im selben Maße, wie Kern. Tatsache ist, dass die Trümmer ein Fassadenelement der Südfassade komplett herausgeschlagen haben, woraus man aber nicht schließen sollte, dass die Fassade in ihrer Gesamtheit durch die Trümmer massiv geschwächt wurde. Durch die andauernden Brände wurde aber auch die Fassade sicher substanziell erwärmt, was das anschließende Versagen wohl begünstigte, aber mE nicht entscheidend war.

Kern:

Sicher waren durch die Kollision einige der 47(?) Kernstützen zerstört oder so beschädigt, dass sie ihre Lasten nicht mehr tragen konnten. Der passive Brandschutz war ebenso mit Sicherheit großflächig und massiv beschädigt. (Als Hinweis darauf folgt gleich noch ein Bild.) Denn die Trümmer konnten mE, anders als der Begriff "Kern" suggeriert, weitgehend ungehindert Zerstörungen des passiven Brandschutzes anrichten, da auch im Kern die Raumabschlüsse durch leichte Trennwände hergestellt waren. In der Folge dürfte die Erwärmung des Stahltragwerks substanziell gewesen sein.

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Ich habe noch ein Bild von der Nordostecke der Ostfassade von WTC 2 gefunden:



https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=101279 Seite 174

Man sieht, dass die Trümmer der Kollision nach einem Weg von knapp 60 Metern durch das Gebäude immer noch in der Lage waren, die Bransdschutzverkleidungen von den Fassadenstützen großflächig abzureißen - und das auch noch bei einem ziemlich spitzen Winkel von gerade einmal etwas mehr als 10°. Die Rotfärbung der Stützen im Bild zeigt die Rostschutzfarbe auf den Profilen, die gegen Erwärmung damit völlig ungeschützt waren.

Es ist also alles andere als abwegig, anzunehmen, dass der Brandschutz im Kern massiv von den Trümmern beschädigt wurde.
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RuZZen, die: Der Teil der russischen Bevölkerung, der den völkerrechtswidrigen Angriffskrieg gegen die Ukraine billigt bzw unterstützt bzw durchführt.

Ceterum censeo Iulianem esse liberatum.

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In den entscheidenden Punkten nur Spekulationen. Ich zitiere mit Hervorhebung:

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Initiales Versagen - Phase 1 - Lastverteilung


Das Initiale Versagen wurde durch die mechanischen Schäden am Tragwerk eingeleitet. Es folgte dann ein Wechselspiel der Lastverteilung zwischen Kern und Fassaden, das sich über die Kopf-Diagonalen vollzog. Dabei waren die Kopf-Diagonalen mal auf Druck, mal auf Zug belastet, wofür sie aber tatsächlich ausgelegt waren, weil zB die Windlasten ja aus verschiedenen Richtungen angreifen konnten.


Das NIST geht davon aus, dass zuerst die Lasten der beschädigten Nord-Fassade überwiegend über die Kopf-Diagonalen auf den Kern umgeleitet wurden. Hier noch mal ein 3D-Modell der "Hat Truss"-Konstruktion (Kopf-Diagonalen):



https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=101013 Seite 42


Während der Brände wurden die Kern-Stützen erwärmt, bis deren Tragfähigkeit so weit abnahm, dass die Lasten nun von den Kopf-Diagonalen auf die Fassaden umgeleitet wurden. Dabei wurden die Fassaden nicht im gleichen Maße wie der Kern erwärmt, so dass sie auch ohne Probleme die Lasten des Kerns aufnehmen konnten. Die Stabilität des Tragwerks nahm dabei mehr oder weniger kontinuierlich ab, sie reichte aber noch aus, ein Versagen zu verhindern.

Man kann sich den Vorgang so vorstellen, dass die "Stabilitätsreserven" langsam im gesamten Tragwerk (der betroffenen Geschosse) relativ gleichmäßig abnahmen, so dass nach dem Versagen der Südfassade die Lastverteilung die Tragfähigkeit aller übrigen Fassaden und des Kerns augenblicklich "überforderte".

Also kann man sagen, dass genau dieser Mechanismus der Lastverteilung zwischen Fassaden und Kern dafür gesorgt hat, dass die Tragwerke so plötzlich und in ihrer Gesamtheit versagt haben.

In der folgenden Tabelle kann man den Prozess der Lastverteilung in einer Modellrechnung aus den NIST-Report nachvollziehen:



https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=101279 Seite 242

Die Abnahme der Lasten in der Südfassade ist in den Zeilen (11) und (12) zu beachten. Sie führte schließlich zum Versagen und ist tatsächlich von außen auch zu sehen gewesen.
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Initiales Versagen - Phase 2 - Beulen der Südfassade



Ich habe bereits hier das Bild gezeigt, auf dem das Beulen der Südfassade zu sehen ist:



Das Bild wurde gut 5 Minuten vor dem Kollaps von einem Polizeihubschrauber aus aufgenommen. Im Bereich der Stützen 310 bis 320 kann man sehr deutlich eine Schrägstellung in der Höhe des 95. Geschosses erkennen. Das NIST geht davon aus, dass die Stützen von den durchhängenden Decken zwischen Kern und Südfassade nach innen gezogen wurden.

Hier ein Ergebnis der Modellrechnungen zum Verhalten der Decken(-träger) unter Wärmeeinwirkung:



https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=101279 Seite 87

Bei der Erwärmung der Deckenträger überwog zuerst die Temperaturdehnung, die bei einer Trägerlänge von 18 m bei gut 2 cm je 100°, bei 600°C landet man schon bei 13 cm Temperaturdehnung. Wenn man dagegen eine Auflagertiefe von 10 cm betrachtet, kann man sich leicht vorstellen, dass solche Temperaturen nicht besonders gut für eine Konstruktion sind. Durch die hohen Temperaturen verloren sie aber auch ihre Stabilität, so dass sie begannen durchzuhängen.


Ob die Deckenträger tatsächlich an der Fassade gezogen haben oder ob sie aus den Lagern gerissen sind, ist letztlich völlig egal. Denn in jedem Falle verlor ein Großteil der Stützen seine horizontale Lagerung auf mindestens vier Geschossen, so dass ihre Knicklängen von ursprünglich ca. 3 m auf mindesten 11 m fast vervierfacht wurden und die Tragfähigkeit der Südfassade in den betroffenen Bereichen drastisch verringert wurde.

Tatsache ist, dass das Knicken der Stützen (bzw. das Beulen der Fassade) beobachtet wurde und per Photogrammetrie vermessen werden konnte:



https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=101279 Seite 161

Wie der Zufall es so will, habe ich selbst auch schon diverse Male photogrammetrische Verfahren angewendet und war immer wieder erstaunt, wie genau man damit arbeiten kann.

Im vorliegenden Foto sieht man jedenfalls, dass die maximale messbare(!) horizontale Verschiebung an der Stütze 316 im 97. Geschoss mit ca. 1,40 m vorlag. Bei einer Geschosshöhe von ca. 3,70 m ist das extrem viel. Man sieht aber, dass die Fassade nicht gleichmäßig beulte, sondern im östlichen Bereich stärker als im westlichen Bereich beulte, was zB mit der Intensität der Brände oder mit lokalen Beschädigungen der Brandschutzverkleidung zusammenhängen könnte. Wobei man bedenken sollte, dass Rauch und Flammen die Sicht auf einen Großteil der Stützen verdeckten und eine komplette Vermessung der Fassade verhinderten. Außerdem ist das Foto eine Momentaufnahme und es ist damit zu rechnen, dass das Beulen mit jeder Minute stärker geworden sein dürfte.

Jedenfalls stand das Gebäude trotz aller Schwächungen des Tragwerks zum Zeitpunkt der Aufnahme noch weitere 5 Minuten. Außerdem ist mir auch noch nicht klar, ob Tatsächlich die Stützen selbst knickten oder ob es die Stöße der Fassadenelemente waren, die zu dieser starken Auslenkung führten, wobei mir letzteres wahrscheinlicher vorkommt, auch wenn ich die Ausführung der Stöße bisher nur zu den Kernstützen gefunden habe.
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Initiales Versagen - Phase 2 - Nachtrag WTC 2


Ich hatte ganz vergessen noch zu berichten, dass an WTC 2 eine ganz ähnliches Beulen an der Ostfassade beobachtet worden ist:



https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=101279 Seite 178

Das Bild ist nur ca. drei Sekunden vor dem Kippen des oberen Gebäudeteils (über die Fassade auf dem Bild) aufgenommen worden, der progressive Kollaps begann sechs Sekunden nach Aufnahme des Bildes.

Das Beulen zwischen Geschoss 78 und 80 ist fast auf der ganzen Länge der Fassade etwa von Stütze 305 bis etwa Stütze 345 deutlich zu erkennen. Etwa bei Stütze 330 sieht man gut, wie sich das Beulen nach oben weiter fortsetzt. Vielleicht bekommt man jetzt auch eine Ahnung davon, wie "weich" die Konstruktion wird, wenn sie nicht mehr ausgesteift ist. (Denn auch hier war ganz offensichtlich die horizontale Lagerung der Fassade ausgefallen - siehe letztes Bild dieses Beitrags.) Ich erinnere in diesem Zusammenhang noch einmal an den Sinn von Wandankern.

Hier die entsprechende Auswertung der Photogrammetrie, allerdings von einem Bild, das etwa sechs Minuten vor dem Kollaps aufgenommenen worden war:



https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=101279 Seite 177

Hier lag die maximale gemessene Auslenkung bei rund 50 cm an der Stütze 321 im 80. Geschoss.


Eine weitere interessante Beobachtung wurde an der Nordfassade von WTC 2 gemacht.



https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=101279 Seite 173

Hier sieht es so aus, als hätte sich die Decke über dem 80. Geschoss auf einer Länge von mindestens 30 m aus den Lagern der Fassade gelöst. Natürlich waren die Kollisionen der Flugzeuge sehr unterschiedlich, aber ich finde es trotzdem bemerkenswert, dass die Decke an der Nordfassade durchhing, nachdem das Flugzeug in die gegenüberliegende Südfassade eingeschlagen war.

Auf Seite 172 des og Berichts wird auch noch eine durchhängende Decke über dem 82. Geschoss an der Ostfassade gezeigt, BTW.
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Initiales Versagen - Phase 3 - Kollaps in der 98. Etage


Der Ort des initialen Versagens ist sehr einfach zu ermitteln, denn auf den diversen Filmaufnahmen kann man sehr deutlich sehen, aus welchem Geschoss Rauch und Staub herausgedrückt wurden:



https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=101279 Seite 163

Ich ersetze im folgenden Text das fachsprachliche "Knicken" bzw. "Beulen" durch die umgangssprachlichen Begriffe "Biegen" (eine Resttragfähigkeit ist noch vorhanden) und "Abknicken" (Tragfähigkeit des Bauteils = 0).


Man kann sich den Vorgang des Versagens so vorstellen: Das Biegen der Nordfassade verstärkte sich immer weiter, bis der Punkt erreicht war, an dem sie substanziell an Höhe verlor. (So wie man an Höhe verliert, wenn man in die Knie geht.) Die darüberliegende Fassade hing daraufhin an den Kopf-Diagonalen und ihre Last wurde erneut auf den Kern umgeleitet. Diese Lastzunahme überforderte den vorgeschwächten und vorgewärmten Kern, so dass auch dort die Stützen zu biegen begannen und ihrerseits an Höhe verloren. Also wurden die Lasten wieder auf die Fassaden umgleitet.

Die offensichtlich schwächste Fassade war zu diesem Zeitpunkt die Südfassade, die weil ihr Biegen schon so weit fortgeschritten war, dass die Stützen schließlich abknickten. (Wie wenn ein Kunststoffstrohhalm sich unter axialer Last erst immer weiter biegt, bis er abknickt, ohne notwendigerweise zu reißen.) Die übrigen Fassaden widerstanden als der Last noch einem Augenblick länger und genau diese unterschiedlichen Widerstandszeiten waren die Ursache für die Neigung des Gebäudeteils über den Bränden.

Schließlich knickten auch die Kernstützen und die übrigen Fassaden ab, so dass die lichte Raumhöhe der 98. Etage auf null reduziert wurde, Luft, Rauch und Staub aus dem Haus gedrückt wurden und damit rund 50.000 Tonnen Haus aus ca. drei Metern "Resthöhe" auf der Decke über der 97. Etage landeten. - Ende des initialen Versagens.


Ich habe den Vorgang der Lastverteilung zwischen Kern und Fassaden in den vorherigen drei Absätzen als einen Wechsel wie bei einem Ping-Pong-Spiel geschildert. Tatsächlich läuft so ein Vorgang aber kontinuierlich ab, solange keine Bauteile abknicken. Denn das Abknicken sorgt logischerweise für "Sprünge" im Versagensvorgang. Allerdings vermute ich sehr stark, dass zB die Kernstützen nicht alle gemeinsam versagten, sondern eine nach der anderen in sehr schneller Folge, so dass der Kollaps der 98. Etage wie eine fließende Bewegung wirkte - so wie auch ein Film aus Einzelbildern zusammengesetzt ist.

Bei WTC 2 war die Neigung des oberen Gebäudeteils beim initialen Versagen übrigens stärker als bei WTC 1. Ich vermute als Ursache dafür, dass der Kern durch die Kollision weniger symmetrisch als bei WTC 1 beschädigt wurde, so dass das Abknicken im Kern auf der Ostseite begann, während die Kernstützen im Nordwesten noch ein bisschen länger durchgehalten haben.
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[Alchemist]

Danke jdf, sehr interessant und auch völlig neu für mich.
Die gebogenen Fassadenteile und das durchhängede Stockwerk 80 sprechen eine recht deutliche Sprache.

[Katatonia]

[tillich (epigonal)]

Dank für die Erläuterungen an jdf. Die dargestellte Verknüpfung der verschiedenen Stabilität gebenden Elemente macht es - wenn ich alles richtig verstanden habe? - sehr eingängig, warum trotz ursprünglich keineswegs gleich verteilter Schäden durch den Flugzeugeinschlag und den Brand das letztendliche Versagen dennoch nahezu gleichzeitig und der Einsturz nahezu senkrecht erfolgte. (Laienhafte Schlussfolgerung aus den Erklärungen halbwegs korrekt?)
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"YOU HAVE TO START OUT LEARNING TO BELIEVE THE LITTLE LIES." -- "So we can believe the big ones?" -- "YES."

(Death / Susan, in: Pratchett, Hogfather)

[sehr gut]

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[tillich (epigonal)]

[VanHanegem]

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[sehr gut]