en profundidad En relación al cálculo de mezclas explosivas, SimEx dispone de una extensa base de datos de propiedades de explosivos puros de tipo CHNO basada en las tablas clásicas de Kinney & Graham 9 y en los datos de explosivos de última generación proporcionados por Akhavan 11. A partir de las propiedades de los explosivos puros, el asistente permite estimar también las propiedades de mezclas explosivas formadas por dos o más componentes. Entre las propiedades disponibles se encuentran la fórmula química aparente, el peso molecular, la densidad máxima, el calor de explosión, la constante de Gurney, el volumen de gases generado, la presión y velocidad de detonación, y la fuerza explosiva (o índice de potencia). Para el cálculo de la reacción de descomposición en productos nominales, que proporciona el calor liberado y el volumen de gases generado, se puede optar por distintas hipótesis de cálculo (KJ, KW, KW modificada, SR, o equilibrio químico, esta última aún pendiente de implementar) 11; para estimar la presión y velocidad de detonación se utilizan las expresiones aproximadas de Kamlet & Jacobs 8; y finalmente la fuerza explosiva se calcula mediante la aproximación de Berthelot 9. Estos datos se emplean posteriormente para el cálculo del equivalente TNT de la carga explosiva considerada. SimEx dispone también de un asistente para el cálculo de la velocidad y la distribución de tamaños de los fragmentos primarios, cuya interfaz se muestra en la figura 2. Para estimar la distribución de tamaño de los fragmentos se utiliza la teoría estadística de Mott 10 para cargas cilíndricas, tal y como recoge la norma UFC-3- 340-03. Este modelo determina el número medio de fragmentos y su peso medio. También permite calcular el tamaño del fragmento más grande correspondiente a un intervalo de confianza dado. Para estimar la velocidad inicial de los fragmentos se utiliza el análisis de Gurney 5. Este método establece que la velocidad inicial de todos los fragmentos es la misma; pero dada la diferencia de tamaños, tanto su energía como su deceleración son diferentes. El modelo implementado incluye un modelo de deceleración de los fragmentos primarios en función de su tamaño. Los resultados de estos modelos se usan también para estimar la probabilidad de muerte debida a lesiones secundarias. También existe un asistente el cálculo directo e inverso de cráteres, cuya interfaz se muestra en la figura 3, donde se ha implementado el modelo matemático de Cooper 4. Con este modelo se puede calcular el cráter generado por la detonación de una cierta cantidad de explosivo a una cierta altura sobre el suelo; también se puede calcular la cantidad de explosivo necesaria para producir un cráter de cierto tamaño. Se puede seleccionar la cantidad y el tipo de explosivo. También es posible escoger el tipo de suelo. En el asistente de SimEx para daños sobre personas se han implementado las funciones probit propuestas en el Green Book del TNO 12. Para cada tipo de lesión o causa de muerte (lesión pulmonar, rotura de tímpano, etc.) se define una función probit que depende de las magnitudes que caracterizan la explosión (sobrepresión maxima, impulso, etc.). Para lesiones primarias principalmente se evalúa la letalidad por lesión pulmonar. Para lesiones secundarias se utiliza la letalidad por impacto de fragmento primario o secundario, que depende de la velocidad y masa del fragmento. Para lesiones terciarias se usa la letalidad por desplazamiento del cuerpo y posterior impacto, ya sea de cabeza o de cuerpo entero. La apariencia de la interfaz se muestra en la figura 4. En la parte derecha se seleccionan todos los parámetros que necesarios: carga, tipo y geometría del explosivo y posición del cuerpo. El resto de la ventana presenta los resultados tanto numérica como gráficamente, usando tanto diagramas sobrepresión-impulso como carga-distancia. Conclusiones SimEx es una herramienta computacional que permite evaluar de un modo rápido y cómodo los efectos de las explosiones sobre elementos estructurales y personas de acuerdo con las especificaciones de la norma UFC-3-340-02. También proporciona asistentes para el cálculo de mezclas explosivas, cráteres y proyección de fragmentos. La herramienta se utiliza actualmente para labores docentes y de investigación en el Centro Universitario de la Guardia Civil de Aranjuez, pero podría ser de utilidad en otros ámbitos dentro de las Fuerzas y Cuerpos de Seguridad del Estado ligados a la lucha contra-terrorista y al diseño de estructuras seguras frente a explosiones. Referencias 1 Akhavan, J. The Chemistry of Explosives, 3rd Ed. Cambridge, UK, Royal Society of Chemistry, 2011. 2 Baker, W. E. Explosions in air. University of Texas Press, 1973. 3 Biggs, J. M. Introduction to Structural Dynamics. McGraw-Hill, USA, 1964. 4 Cooper, P. W. Explosives Enginering. Wiley-VCH, USA 1996. 5 Gurney R.W. The Initial Velocities of Fragments from Bombs, Shell, Grenades. Aberdeen MD, USA, Ballistic Research Laboratories, 1943. 6 International Ammunition Technical Gudeline (IATG) 01.08 Formulae for ammunition management. UN Office for Disarmament Affairs 2013. 7 Kingery, C. N.; Bulmash, G. Airblast Parameters from TNT Spherical Air Burst and Hemispherical Surface Burst. U.S. Technical Report ARBRL-TR-02555, Ballistics Research Laboratory, Aberdeen Proving Ground, Maryland, USA. April 1984. 8 Kamlet, M.J.; Jacobs, S.J. Chemistry of detonations. I. A simple method for calculating detonation properties of CHNO explosives. Journal of Chemical Physics 1968, 48, 23-55. 9 Kinney, G.F.; Graham, K.J. Explosive Shocks in Air, 2nd Ed. Springer Verlag, New York, USA, 1985. 10 Mott, N.F. Fragmentation of Shell Cases, Proceedings of The Royal Society, London, 1947, A189, 300-308. 11 Protective Design Center Technical Report PDC-TR, 06-08, Single degree of freedom structural response limits for antiterrorism design. U.S. Army Corps of Engineers, 2008. 12 TNO Green Book Methods for the determination of possible damage to people and objects resulting from releases of hazardous materials (CPR 16E). The Hage, NL, CIP-data of the Royal Library, 1992. 13 Unified Facilities Criteria (UFC) 3-340-02, Structures to resist the effects of accidental explosions. Washington D.C., USA, U.S. Department of Defense, 2008. Boletín de Observación Tecnológica en Defensa n.º 55. Tercer y cuarto trimestre 2017 27
BOT 55
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