Caracterización de la onda aérea generada por la detonación de explosivos al aire libre

Resumen

Una explosión puede definirse como la generación de una onda de presión en el aire como consecuencia de la liberación de energía extremadamente rápida. La onda aérea es un efecto secundario indeseable que se produce en la detonación de cualquier explosivo. Cuando detona un explosivo se libera una energía que genera un pulso de presión. Este pulso de presión se aleja del punto origen con una velocidad propia, que es la velocidad del sonido adecuada a las condiciones de temperatura de la zona. Esta onda de choque se caracteriza por una elevación brusca de la presión seguida de un descenso relativamente lento hasta un valor inferior a la presión atmosférica y con un posterior retorno al valor positivo. Este fenómeno que dura inicialmente unos milisegundos varía en función de la masa del explosivo y de la distancia al punto de iniciación de la explosión. Posteriormente esta forma de onda deriva en una serie de oscilaciones amortiguadas. La onda aérea como tal sobrepresión puede actuar sobre las estructuras que encuentre a su paso y puede ser molesta o nociva para las personas. La experimentación en este campo presenta grandes dificultades técnicas y económicas, lo que justifica la escasa bibliografía publicada sobre explosiones de cierta entidad, por lo que la mayoría de las evaluaciones se realizan por extrapolación a partir de experiencias a pequeña escala o a partir de los resultados obtenidos mediante la aplicación de modelos informáticos. El estudio de la onda aérea producida por la detonación de explosivos al aire libre exige inevitablemente analizar distintas detonaciones controladas y medir los diferentes parámetros que caracterizan la onda aérea. Este nivel experimental no es para nada sencillo en el ámbito civil, ya que la detonación de sustancias explosivas pasa por contar con una disponibilidad tanto del explosivo, como del iniciador y del lugar apropiado para llevar a cabo las diferentes detonaciones sin afecciones para el medio cercano, esto es personas, construcciones y vías de comunicación. En la onda aérea producida por la explosión se han tenido en cuenta dos factores que van a influir fundamentalmente en la misma: - La carga de explosivo. - La distancia al foco de la explosión. Para testar la influencia de estos dos factores se ha realizado una campaña de ensayos de medición de onda aérea con cargas diferentes y con los sensores colocados a distintas distancias al foco de explosión. Con estos ensayos se pretende caracterizar la onda aérea que es el principal factor que afecta a las estructuras y materiales colindantes en detonaciones al aire libre. Los trabajos se focalizaron en el diseño de un procedimiento de ensayos a escala real que permitiese desarrollar un método empírico predictivo basado en el modelo de cálculo de la masa equivalente en TNT. Se conformaron un total de 18 cargas diferentes de Riodin, colocándose el sensor a 6 distancias diferentes del foco de la explosión, con lo que se realizó una serie de campañas con un total de 90 ensayos de medición de onda aérea producida por la detonación de dinamita gelatinosa. Con los resultados obtenidos se realizó el pertinente ajuste del modelo de cálculo de masa equivalente en TNT, que se empleará para predecir los efectos generados por la onda aérea en los procesos de simulación de escenarios tipo predefinidos y en la evaluación de los elementos estructurales críticos. Posteriormente se analizó la detonación al aire libre de 10 cargas de TNT con el fin de ajustar el modelo y conocer su alcance. Por tanto, en este trabajo de Tesis Doctoral se presentan y analizan los resultados obtenidos de la medición del pico de presión de onda aérea en 100 ensayos a escala real, en los que se ha procedido a detonar explosivo industrial y militar al aire libre, sin confinamiento, en diferentes cantidades, lo más altas que ha permitido el entorno sin afección a personas, vías de comunicación o edificaciones, que concluirá con la propuesta de una metodología de cálculo basada en la experiencia. Con todo esto se ha conseguido desarrollar un modelo predictivo que permite caracterizar la onda aérea generada por la detonación de cargas de dinamita gelatinosa de tipo Riodin en función de la distancia al foco de la detonación, lo que permite valorar la sobrepresión generada por la detonación de una carga de este explosivo y las posibles afecciones a personas o a construcciones que va a producir. Así, se establecen y diseñan mecanismos de protección y atenuación que reduzcan enormemente las consecuencias de dicha detonación.