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Eng. Onorio Francesco Salvatore

Dinamica delle esplosioni XIII: carichi di blast sulle strutture

Written By: Francesco Salvatore Onorio - May• 08•12

Ed eccoci giunti ai carichi di blast sulle strutture. Stando alle mail ricevute, questo è uno degli articoli più attesi.

Quando un’onda esplosiva si propaga investendo una struttura come un edificio, i valori di pressione, densità e temperatura, in prossimità della superficie riflettente, vengono incrementati in misura tanto maggiore quanto più incide il fenomeno della riflessione ed il carico agente sulla struttura sarà massimo quando la pressione sarà completamente riflessa.
Un esempio dei carichi da esplosione su un edifico è illustrato nella figura che segue.

Carico di blast sulla superficie di un edificio

L’onda di blast avvolge la struttura e ogni superficie subirà una pressione dipendente dall’orientamento relativo con la direzione di propagazione del fronte, come rappresentato di seguito.

Analizzando più accuratamente il fenomeno su un  edificio si rileva quanto segue (ASCE 1997):

a) carico sulla parete frontale 

La parete su cui impatta l’onda di blast sarà sottoposta alla pressione Pr che, dopo un certo tempo tc noto come “clearing time”, scenderà al valore della pressione Ps, dato dalla somma della sovrapressione Pso e dalla pressione dinamica del vento d’esplosione  qs moltiplicato per il coefficiente di resistenza all’avanzamento CD che per le superfici piane è uguale a1.

La figura che segue illustra come il carico di blast sia influenzato dal tempo  tc, in particolare, se esso è inferiore al tempo

la pressione agente non è più regolata da quella riflessa, ma da Pso rilevabile in aria libera. In definitiva, la pressione Ps, la cui esistenza è subordinata alla condizione tc<=to, può essere calcolata con l’equazione:

Carico di blast influenzato dal clearing time

 

Il significato fisico e l’entità del tempo tc saranno trattati in seguito.

In tale contesto, l’impulso Iw, che insieme alla pressione costituisce uno degli elementi fondamentali per l’analisi dinamica delle strutture, si può calcolare ricorrendo al solito modello del carico triangolare con l’espressione:

e il tempo td oggetto del triangolo equivalente (modello semplificato dell’impulso) vale:

 

b) carico sulla parete laterale e sul tetto 

Sulle pareti laterali ed il tetto dell’edificio la pressione forzante ha un valore inferiore a quello che si ha frontalmente. Essa non è uniforme e varia con il tempo e la distanza, in quanto, il fronte d’onda si sposta continuamente in avanti.

In particolare, se la lunghezza della parete L è uguale a Lw la sovrapressione supera la parete per tornare al valore della pressione ambiente.

Per tener conto di ciò, nei calcoli, si ricorre all’utilizzo del coefficiente di riduzione Ce che dipende dalla lunghezza della superficie misurata nella direzione di propagazione dell’onda di blast. Inoltre, data l’assenza di uniformità della pressione per il movimento del fronte d’onda che spazza perpendicolarmente la superficie in questione, si può considerare una sua lunghezza unitaria (L=1) e così l’equazione della pressione Pa su una parete laterale vale:

con: Ce rilevabile dal grafico di figura che segue in funzione del rapporto Lw/L e CD coefficiente di resistenza all’avanzamento i cui valori dipendono dall’entità di qs come sottoindicato:

Coefficiente di sovrapressione effettiva (Fonte TN5-1300)

L’andamento nel tempo del carico che agisce sulla parete laterale è quello illustrato nella figura seguente:

Carico sulla parete laterale o sul tetto

 

Dove:

Per il tetto si assume che non si ha riflessione al passaggio dell’onda di blast, conseguentemente, va calcolato come le pareti laterali, utilizzando gli stessi coefficienti Ce  e CD.

Nel caso in cui si desideri conoscere il valore medio della pressione Pa agente sull’intero muro o tetto L non può essere considerato unitario, ma con il valore della lunghezza effettiva.

Questo è tutto, per il momento.

Ringraziamo ancora l’esperto di esplosioni, ing. D’Andrea e ci diamo appuntamento al prossimo articolo.

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

onorio@strutturista.com

carico sulla parete frontale

 

La parete su cui impatta l’onda di blast sarà sottoposta alla pressione Pr che, dopo un certo tempo noto come “clearing time”, scenderà al valore della pressione Ps, dato dalla somma della sovrapressione Pso e dalla pressione dinamica del vento d’esplosione moltiplicato per il coefficiente di resistenza all’avanzamentoche per le superfici piane è uguale a1

La Fig.19 illustra come il carico di blast sia influenzato dal tempo  , in particolare, se esso è inferiore al tempo   la pressione agente non è più regolata da quella riflessa, ma da Pso rilevabile in aria libera. In definitiva, la pressione Ps, la cui esistenza è subordinata alla condizione <=, può essere calcolata con l’equazione:

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