Distribuição de pressões e impulsos devidos a explosões não confinadas em edifícios e elementos de proteção à explosão

Abstract

Durante a Segunda Guerra Mundial o estudo de explosões ganhou muita importância e diversos avanços foram feitos a partir de então. Hoje, essa área de estudo também possui grande relevância principalmente devido aos iminentes ataques terroristas que muitas nações sofreram (e podem sofrer). No entanto, a temática também é investigada para propósitos comerciais, como na indústria de mineração, construção civil e indústria. Ondas de choques geradas por explosões movem-se em velocidade supersônica com grande pressão e temperatura e não apenas incapacitam militares e civis, como também, causam danos em edifícios e em toda área próxima. Em muitos casos, os danos podem levar ao colapso total ou parcial do edifício alvo e de outras instalações próximas a este, sendo que a geometria do edifício pode reduzir as cargas devidas as ondas de explosão. Com o intuito de explorar esse complicado problema físico de ondas de explosões em edifícios, o objetivo desta tese foi analisar a distribuição de pressões e impulsos devidos a explosões não confinadas em edifícios e elementos de proteção à explosão. Como ferramenta, desenvolveu-se três códigos computacionais para análise de distribuição de pressões e impulsos, investigação de barreira de proteção à explosão e investigação de níveis acústicos no interior de abrigo de proteção. Utilizou-se o software BREEZE ExDAM para análises de distribuição da sobrepressão incidente e da pressão dinâmica em edifícios e barreira de proteção. Os resultados mostram que a geometria do edifício auxilia na redução dos efeitos de explosões e que barreiras de proteção podem mitigar ainda mais estes efeitos. Verificou-se que o efeito de escudo auxilia na proteção de estruturas próximas ao edifício alvo, desde que os mesmos se encontrem na região de sombra formada por este efeito.

Abstract : During World War II the study of explosions gained much importance and several advances were made from then on. Today, this area of study is also of great relevance, mainly because of the imminent terrorist attacks that many nations have suffered (and may suffer). However, the theme is also investigated for commercial purposes, such as mining, construction and the industry. Shock waves generated by explosions move at supersonic speed with great pressure and temperature and not only incapacitate military and civilian personnel, but also damage buildings and nearby area. In many cases, damage can lead to the total or partial collapse of the target building and other facilities close to it, being that, the loads due to explosion waves can be reduced by changing the geometry of the building. In order to explore this complicated physical problem of explosion waves in buildings, the aim of this thesis was to analyze the distribution of pressures and impulses due to unconfined explosions in buildings and explosion protection elements. As a tool, three computational codes were developed for the analysis of the distribution of pressure and impulse, investigation of blast wall and investigation of the acoustic levels in a blast shelter. Also, BREEZE ExDAM software was used for analysis of the distribution of incident overpressure and dynamic pressure in buildings and blast wall. The results show that the building geometry helps reduce the explosions effects and that blast walls can further mitigate these effects. It was verified that the shielding effect helps to protect structures close to the target building if they are in the shadow region formed by this effect.