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Slefty
Artigos

Blast Resistant Structures

29-07-2021

Os crescentes desafios colocados à sociedade e as constantes alterações e eventos inesperados fazem com que tenhamos de estar preparados para coisas que há alguns anos atrás nem sequer eram pensadas. A explosão de Beirute que ocorreu no ano passado e os riscos terroristas que cresceram durante o seculo XXI, obrigam-nos a pensar em formas de proteger as pessoas e os espaços não apenas para as ações e acontecimentos de hoje mas também para tudo o que poderá vir nos próximos 100 anos. Explosões como a que aconteceram em Beirut no ano de 2020 ou como as que acontecem em alguns cenários terroristas, são eventos que para muitos locais e muitas pessoas, devemos de ter proteção e como tal é necessário, cada vez mais, prever locais capazes de suportar este tipo de eventos em segurança.

Uma explosão é uma expansão rápida de gases quentes e matéria que se expande para ocupar o espaço disponível. Durante uma explosão a onda de propagação move-se a uma velocidade superior à do som. As pressões induzidas pela onde de choque têm um comportamento logarítmico com a primeira pressão sentida a ser o valor máximo, mas posteriormente essa pressão desce rapidamente e torna-se sucção. Os valores absolutos de pressão dependem do calor de detonação do material, mas não só. A onda de choque no seu percurso é refletida tanto por outras partículas como por superfícies e desta forma a pressão máxima que se pode sentir é bastante superior à proveniente apenas da explosão, podendo ser 2 a 8 vezes maior. No caso de explosões que são detonadas perto do solo, como é o caso da grande maioria das explosões terroristas, o solo é o primeiro elemento amplificador da onda de choque, podendo aumentar a pressão de impacto em mais de 50%.

Quando a onda de choque proveniente da explosão se propaga, o ar atrás da onda de choque propaga-se também na mesma direção, mas com uma velocidade inferior. Este ar vai ocupar o espaço deixado pela onde de choque e produz uma pressão nas superfícies chamada de pressão dinâmica. Ao contrário da pressão da onda de choque e da sua reflexão que atuam durante milissegundos, a pressão dinâmica atua durante alguns segundos e como tal o seu efeito nas superfícies e estruturas é completamente diferente, contribuído assim para deformações e comportamento dinâmico da mesma.

Para a determinação de uma ação de explosão sobre uma estrutura ou superfície, existem alguns passos que se devem de seguir como:

  • Determinar a calor de detonação em função da quantidade e dos materiais explosivos. Esse calor de detonação deve de ser convertido em carga equivalente de TNT para se obter os parâmetros da explosão;

 

  • Devem de ser determinadas as distâncias relativas de explosão que irão permitir obter as pressões de pico e refletidas assim como os tempos associados às mesmas;

 

  • Com o auxílio de algumas equações e gráficos existentes, deve-se construir o diagrama de pressões em função do tempo para cada parte da estrutura e para cada cenário de explosão. Após esta fase já se terá informação de pressão e sucção a aplicar na estrutura em causa;

 

  • As pressões determinadas devem de ser aplicadas segundo os regulamentos nacionais aplicáveis e dependendo do tipo e importância da estrutura, podem ser utilizadas análise dinâmicas e não lineares.

 

Como exemplo e de forma a conseguir-se ter uma referência de valores de pressão, no caso de uma explosão de 1 tonelada de TNT a 15 metros de um edifício de 20 metros de altura, temos diferentes valores de pressão ao longo da fachada do edifício. As pressões incidentes podem chegar a 530kPa nas zonas mais próximas da fachada, mas a pressão refletida ultrapassa os 2300kPa. Apesar dos elevados valores de pressão, estas atuam apenas durante cerca de 20ms e como tal, este baixo tempo de duração deve ser tido em conta na análise efetuada.

 

A avaliação e capacidade resistente de edifícios e estruturas a fenómenos extremos acidentais, como é o caso de explosões, é cada vez mais importante no seculo XXI, especialmente em abrigos ou edifícios de elevada importância. Uma correta análise dos objetivos e cenários, permite garantir uma maior segurança aos utilizadores, algo cada vez mais importante nos tempos que vivemos.

 

Fonte: Vasilis KARLOS, George SOLOMOS, “Calculation of Blast Loads”, JRC Technical Reports
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