The Structural Engineer's Corner

Eng. Onorio Francesco Salvatore

Dinamica delle esplosioni III: esplosione in aria

Written By: Francesco Salvatore Onorio - Apr• 25•12

Terzo appuntamento con le esplosioni, questa volta viene trattata l’esplosione in aria. La carica è circondata dall’aria che, per la sua bassa densità e facile comprimibilità, condiziona sensibilmente la formazione del regime pressorio generatosi all’atto dello scoppio.

La reazione esplosiva determina la formazione di gas ad altissima pressione e temperatura che espandendosi comprimono l’atmosfera circostante, mettendo in moto strati d’aria tra loro adiacenti che portano alla formazione della così detta onda di blast, in cui è detenuta il 50% circa dell’energia esplosiva originaria.

Nelle vicinanze dalla carica, l’onda in questione è costituita da un fronte di aria compressa seguita dai gas d’esplosione e mano a mano che il fonte d’onda si allontana dalla carica la percentuale d’aria aumenta sino raggiungere il 100% a una distanza intorno a circa 15 diametri della carica.

Inizialmente, il fenomeno esplosivo è caratterizzato dalla formazione di una palla di fuoco al centro della quale la pressione dei gas decade più rapidamente che verso la periferia. Col progredire dell’espansione la pressione continua a diminuire sino ad eguagliare quella atmosferica. L’onda di blast non essendo più sostenuta procede autonomamente e i prodotti di scoppio continuano ad espandere per inerzia sino a raggiungere un livello di pressione inferiore a quello ambiente originando così un’onda di rarefazione. Una semplice rappresentazione del fenomeno è illustrato in Fig.4 (J. Henrych, 1979).

L’eccesso di espansione è seguito dal collasso dei gas verso il centro della sfera, questo comportamento si ripete ciclicamente originando oscillazioni pressorie di intensità sempre minore (difficilmente rilevabile sperimentalmente) sino al completo esaurimento.

L’onda di blast è quindi un’onda di compressione il cui andamento nel tempo è rappresentabile con un salto pressorio repentino seguito da una discesa graduale e la pressione che arriva in un certo punto dipende dalla distanza dal centro di esplosione e dalla quantità di esplosivo. Le sue principali caratteristiche, rappresentate in Fig 5, sono (PDC TR-06-01 Rev.1 September 2008):

– il tempo di arrivo tA dell’onda di blast sul punto considerato;

– il picco di sovrapressione Pso che sale bruscamente per poi scendere sino a raggiungere la pressione di riferimento Po, normalmente atmosferica;

– la fase positiva di durata to sino al raggiungimento della pressione di riferimento, dopo questo punto la pressione scende sotto quella di riferimento per raggiungere il massimo negativo Pso-;

– l’impulso dell’onda incidente is rappresentato dall’integrale della curva di sovrapressione sino al tempo to.

L’andamento ideale della pressione illustrato in figura subirà però delle alterazioni in relazione alla morfologia del mezzo incontrato dall’onda di blast lungo il suo percorso. In presenza di un ostacolo rigido, infatti, il picco di pressione potrà risultare anche di 8 volte superiore.

Ing. Alessandro D’Andrea

 

 

 

Questo è tutto, per il momento.

Ci diamo appuntamento al prossimo articolo, che tratterà in dettaglio il picco di pressione dell’onda di blast.

Come al solito, per chiarimenti, segnalazioni ed altro è possibile contattare il sottoscritto a:

onorio@strutturista.com

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