Header image

BULETIN DE TEORIE MILITARĂ EDITAT DE
STATUL MAJOR AL FORŢELOR TERESTRE

|
|
|
|
|
|
DESPRE NOI
 
 
 
 

 
 

EFECTUL UNDEI DE ŞOC ASUPRA CONSTRUCŢIILOR ŞI OAMENILOR

Locotenent-colonel ing. Fănel-Eduard IORGA

 

Studiul fenomenelor şi acţiunilor distinctive ce au loc la producerea unei explozii şi evaluarea cu o anumită probabilitate privind amploarea distrugerilor, a efectelor asupra oamenilor şi a diferitelor obiective edilitare impune, pentru analiză, o clasificare.

În funcţie de caracteristicile mediului în care se produc exploziile, acestea pot fi:

– explozii în aer (în atmosferă) – pot fi la mare înălţime sau la joasă înălţime; încărcătura de exploziv este detonată la o oarecare înălţime de sol, iar sfera de acţiune a exploziei nu vine în contact cu suprafaţa solului sau a unui obiectiv terestru; mediul exploziei este caracterizat prin omogenitate;

– explozii la suprafaţa solului – încărcătura de exploziv se află în contact nemijlocit cu solul sau în imediata apropiere a zonei de separaţie dintre cele două medii ce au omogenităţi şi densităţi diferite; sfera de acţiune a exploziei fiind tangentă sau intersectând suprafaţa de separaţie, ori în urma acţiunii distinctive, între cele două medii apare o zonă de întrepătrundere;

– explozii la suprafaţa apei – este similară cu explozia la suprafaţa solului;

– explozia în sol – încărcătura de exploziv se află introdusă într‑o cavitate în sol la diferite adâncimi, în condiţii de buraj; mediul exploziei este caracterizat prin omogenitate;

– explozia în apă (acvatică) – încărcătura de exploziv se află scufundată la diferite adâncimi, mediul acvatic fiind considerat omogen;

– explozia la fundul apei – încărcătura de exploziv se află în contact nemijlocit cu solul de pe fundul apei sau în imediata apropiere a zonei de separaţie dintre cele două medii ce au omogenităţi şi densităţi diferite.

Funcţie de conformaţia mediului în care se găseşte un obiectiv, există:

• explozii la obiective terestre:

– de suprafaţă;

– în subteran;

• explozii la obiective acvatice:

– de suprafaţă;

– de adâncime;

• explozii la obiective aviatice:

– la sol;

– în zbor.

Funcţie de poziţia încărcăturii de exploziv faţă de un obiectiv dat, exploziile la suprafaţa solului pot fi:

– explozii exterioare obiectivului;

– explozii interioare obiectivului.

Exploziile exterioare unui obiectiv pot fi la distanţă sau la contact cu acesta.

În funcţie de organizarea spaţiilor unui obiectiv (în special edilitar), exploziile interioare pot fi în spaţiu închis sau parţial închis. Structura mecanică a spaţiilor poate fi de rezistenţă sau de umplutură.

Indiferent de tipul exploziei, în urma detonaţiei unei încărcături utile de exploziv se produce degajarea unei mari cantităţi de gaze încălzite, aflate sub presiune şi care acţionează cu viteză foarte mare, în regim supersonic asupra mediului aflat în stare de repaus, în care creează discontinuitate de stare sub forma unor unde de şoc. Aceste unde de şoc reprezintă un proces de echilibrare instantanee între presiunea creată la detonaţie şi mediul înconjurător încărcăturii.

Fenomenul exploziei mai este însoţit de efecte luminoase, fumigene, ionizante, incendiare şi toxice de mai mică amploare.

 

 Explozia la sol

Exploziile la sol sunt caracterizate de faptul că încărcătura este detonată pe sol sau în imediata apropiere a acestuia. Unda de şoc care apare loveşte întâi suprafaţa solului. Pe măsură ce continuă să se propage, se formează în interiorul acesteia un front de undă, cunoscut ca „front de undă Mach”, fenomen prezentat în figura nr.1.

Figura nr.1 Frontul de undă Mach

fig 1 Frontul de unda Mach

Frontul de undă Mach ia naştere în urma interacţiunii dintre unda iniţială (incidentă) şi unda reflectată, rezultând o creştere a intensităţii undei incidente. Înălţimea frontului de undă Mach creşte pe măsură ce unda se propagă mai departe de locul exploziei, obţinându-se traiectoria punctului triplu (punctul de intersecţie a undelor incidente şi reflectate). O construcţie va fi supusă unei unde de şoc plane caracterizată de presiune uniformă, dacă înălţimea punctului triplu depăşeşte înălţimea acesteia (figura nr.1).

În celelalte situaţii, mărimea sarcinilor aplicate pe construcţie sau pe un obiectiv oarecare vor varia cu înălţimea punctului considerat.

Parametrii undei de şoc se calculează astfel:

parametri undei se soc

a) Presiunea de vârf PV [bar]:

presiunea la varf

b) Viteza de înaintare a frontului undei de şoc W[m/s]:

viteza de inaintare

c) Timpul scalar de sosire a frontului undei de şoc T[s]:

timpul scalar de sosire a frontului undei de soc

d) Impulsul scalar al undei de şoc Is:

Impulsul scalar al undei de soc Is

e) Presiunea reflectată PR [bar]:

 Presiunea reflectata PR

f) Impulsul scalar reflectat:

Impulsul scalar reflectat

 

Figura nr.2 Deformările în urma exploziei

deformarile in urma exploziei

Deformările care iau naştere în urma exploziei sunt:

- zona de ruptură în vecinătatea încărcăturii, unde coeziunea între particulele ce constituie solul este ruptă, având diametrul de aproximativ 1,5 ori mai mare decât craterul aparent;

- zona deformaţiilor plastice, unde subzistă o deformaţie permanentă având un diametru de aproximativ trei ori mai mare decât al craterului aparent;

- zona deformaţiilor elastice, unde pot avea loc oscilaţii.

 

Efectul seismic al exploziei
asupra construcţiilor

Caracteristica esenţială a exploziilor în subteran constă în aceea că undele de şoc cele mai depărtate de centrul exploziei nu se mai pot propaga concentric în toate direcţiile deoarece ele se lovesc de pereţii şi de plafonul locului de amplasare a încărcăturii, apărând astfel reflexia şi curbarea lor, undele fiind practic canalizate, obţinându-se efecte distructive la distanţe mai mari. Când unda de şoc produsă de o explozie se propagă în sol are loc un efect seismic deoarece acesta este supus alternativ unor compresiuni şi tensiuni, realizându-se o mişcare oscilatorie, cu o anumită amplitudine a particulelor mediului. La propagarea lor prin sol, undele suferă reflexii şi refracţii fie la suprafaţa solului, fie pe interfaţa dintre diferite straturi ale terenului.

Indiferent de mediul în care se produce explozia, aceasta constituie una din principalele surse generatoare de unde seismice. Funcţie de condiţiile de producere a exploziei, în cazul unui mediu elastic, izotrop şi omogen sunt generate fie numai unde longitudinale, fie unde longitudinale şi transversale. Aceste unde se numesc unde interioare sau de volum. Prezenţa mediilor neomogene conduce, printre altele, la formarea unor unde cu caracteristici cinematice şi dinamice diferite de cele ale undelor de volum. Observabile numai în apropierea unei suprafeţe (suprafaţa pământului sau limita de separaţie din interiorul acestuia), aceste unde se numesc „de suprafaţă“ (undele Rayleigh şi undele Love). Aceste unde sunt intense şi prezintă de obicei cel mai mare pericol pentru clădiri şi instalaţii. Datorită existenţei în mediu a unor obstacole sau discontinuităţi, se produc unde difractate: direct difractate, reflectate-difractate, refractate-difractate. În acest caz, energia undelor difractate este mai mică decât energia undelor de excitaţie.

Cercetările teoretice şi experimentale au pus în evidenţă nu numai posibilitatea formării undelor seismice difractate, ci şi faptul că acestea pot avea în anumite domenii ale planului de observaţie o intensitate comparabilă cu cea a undelor de excitaţie (reflectate, refractate).

Pe măsura depărtării de elementul care a cauzat difracţia, amplitudinea undei difractate scade mult datorită unei mari divergenţe a frontului de undă, care apare ca urmare a variaţiei rapide a razei de curbură a acestuia. Undele difractate în timp sunt bine separate de cele care le-au generat.

Viteza cu care undele seismice generate de explozii se propagă prin sol depinde în mare măsură de natura acestuia, fiind în general cuprinsă între 2.000 şi 8.000 m/s, iar frecvenţa de vibraţie, care depinde atât de natura terenului, cât şi de cea a explozivului, variază între 5 şi 50 Hz. Durata de propagare a undelor seismice depinde de zona epicentrului exploziei şi de natura solului, fiind cuprinsă în general între 0,1 şi 10 s, sau chiar mai mult.

Construcţiile supuse acţiunii undelor seismice se vor deplasa cu aceeaşi amplitudine şi viteză ca şi solul pe care sunt fixate, efectele depinzând în general de aceşti parametri.

Deoarece fiecare construcţie posedă o frecvenţă proprie de vibraţie, în cazul aplicării unui efort cu aceeaşi perioadă, poate fi adusă prin rezonanţă în stare de vibraţie cu o amplitudine care îi poate determina deteriorarea sau distrugerea. Frecvenţa proprie pentru construcţii de lemn variază între 5 şi 10 Hz.

În tabelul următor sunt date distanţele maxime la care efectul undelor terestre (produse cu dinamită) în trei tipuri de sol produc distrugeri uşoare asupra clădirilor. Distanţa la care undele seismice singure produc distrugeri importante construcţiilor sunt comparabile cu cele care corespund distrugerilor cauzate de suflu.

distantele maxime la care constructiile sufera numai deformari usoare

    





 

 

 

 

Subsistemul de asigurare date pentru artilerie

 

Programul NATO de supraveghere terestră, o soluţie multinaţională

 

Tehnici de compresie a imaginilor în tehnologiile multimedia

 

Bioterorismul

 

Vehiculul tactic terestru fără pilot "Gladiator"

 

O istorie a tancului românesc

 

Efectul undei de şoc asupra construcţiilor şi oamenilor

 

 

 

 

 

 

 


 
  Webdesign LTC Dragos Anghelache