{"id":53618,"date":"2021-02-07T00:10:27","date_gmt":"2021-02-07T00:10:27","guid":{"rendered":"http:\/\/www.ocean4future.org\/savetheocean\/?p=53618"},"modified":"2023-05-27T21:58:06","modified_gmt":"2023-05-27T19:58:06","slug":"cenni-sui-fenomeni-delle-esplosioni-subacquee-e-sui-sistemi-di-protezione-passiva-di-gian-carlo-poddighe","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ocean4future.org\/savetheocean\/archives\/53618","title":{"rendered":"Cenni sui fenomeni delle esplosioni subacquee e sulla progettazione dei sistemi di protezione passiva"},"content":{"rendered":"tempo di lettura: <\/span> 6<\/span> minuti<\/span><\/span>

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ARGOMENTO: ARCHITETTURA NAVALE<\/span><\/strong>
PERIODO: XXI SECOLO<\/span><\/strong>
AREA: DIDATTICA<\/span><\/strong>
parole chiave: architettura navale, resistenza alle esplosioni, strutture,<\/p>\n

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In questa breve sintesi sull’argomento mi rifar\u00f2 alle sempre validissime lezioni degli anni\u201960 del Generale Ispettore del Genio Navale Italo Battigelli<\/span> <\/strong>e del Colonello G.N Gaspare Puleo<\/span><\/strong>. <\/p>\n

Innanzitutto, l\u2019esplosione di una carica subacquea<\/span><\/strong> pu\u00f2 avvenire sia a contatto dello scafo, per effetto dell\u2019innesco di un ordigno navale, sia ad una determinata distanza \u201cutile\u201d dal bersaglio per effetto dell’attivazione di sensori di prossimit\u00e0 (ad esempio magneto, acustici, pressori o una loro combinazione) causata dalla variazione di questi parametri fisici che la nave o un sommergibile, transitando, provoca nell’ambiente marino.<\/p>\n

Nel primo caso, in genere a causa dell’urto di un siluro o di un ordigno) avviene lo sfondamento del fasciame e delle relative strutture di sostegno, con conseguente allagamento dei locali retrostanti e danni diretti e indiretti (dovuti sia agli allagamenti sia all\u2019onda di pressione). L\u2019esplosione a distanza dello scafo determiner\u00e0 invece deformazioni o rotture alle lamiere nella zona interessata (anche fatali), e potr\u00e0 mettere fuori uso importanti servizi della nave (sistemi di bordo). Ovviamente fra questi due estremi vi \u00e8 un numero illimitato di casi intermedi.<\/p>\n

Una progettazione tutt’altro che semplice<\/span><\/span><\/strong>
Per quanto sopra nella progettazione di una nave militare, sono svolti studi per determinare quale sistema di protezione sia pi\u00f9 efficace e compatibile con gli altri parametri di disegno. L\u2019ingegnere navale per l’effettuazione dei suoi calcoli ipotizza quindi:
 – il peso e il tipo della carica esplosiva;<\/span><\/strong>
 – la posizione del centro di gravit\u00e0 dell\u2019arma;<\/span><\/strong>
 – l\u2019ingombro le caratteristiche della traiettoria del siluro o la posizione della mina rispetto al livello dell\u2019acqua.<\/span><\/strong><\/p>\n

Tutti questi elementi determinano i valori dell\u2019energia cinetica, della pressione e dell’impulso che sono necessari per studiare la difesa subacquea della nave. Inoltre, vengono presi in considerazione il tipo di esplosivo e <\/span><\/strong>la distanza di esplosione dallo scafo.<\/span><\/strong><\/p>\n

Il fenomeno dell\u2019esplosione subacquea<\/span><\/strong><\/span>
Quando si produce la detonazione di una carica esplosiva si genera un\u2019onda di detonazione, praticamente sferica, che si propaga radialmente alla velocit\u00e0 di circa 6000 m\/s in un tempo valutabile in pochi micro secondi. In particolare, a seguito della detonazione, l\u2019esplosivo si trasforma in gas, raggiungendo la pressione di oltre 50.000 atmosfere e temperature superiori a 3800\u00b0. Nel momento in cui l\u2019onda di detonazione raggiunge la zona di contatto tra carica e acqua, produce l\u2019onda d\u2019urto che trasmette al liquid\u00f2 circostante la maggior parte dell\u2019energia sviluppata nell\u2019esplosione.<\/p>\n

Senza voler entrare in dimostrazioni e calcoli, sempre nemici di una sana divulgazione, \u00e8 sufficiente comprendere che la pressione<\/span><\/strong> che si genera nell\u2019acqua intorno alla carica (immaginatevi una sorta di bolla sferica) \u00e8 proporzionale<\/span><\/strong> al valore risultante dalla seguente equazione, chiamato fattore di shock<\/span><\/strong><\/p>\n

\"Questa<\/p>\n

dove C \u00e8 il peso della carica e r il suo raggio. Il gas generato dall\u2019esplosione continua a dilatarsi sotto forma sferica fino a che non raggiunge e supera la pressione di equilibrio rispetto a quella dell\u2019acqua circostante.<\/p>\n

\"Questa<\/p>\n

E’ in questo breve periodo che l\u2019onda del gas trasmette all\u2019acqua circostante tutta la sua energia distruttiva. Il raggio<\/span><\/strong> della bolla sferica<\/span><\/strong>, raggiunto il suo massimo valore in relazione all\u2019equilibrio delle pressioni, tende a diminuire secondo un fenomeno inverso a quello precedente sino a raggiunge un valore minimo. Il fenomeno quindi si ripete in misura decrescente e la bolla di gas esegue cos\u00ec una serie di oscillazioni. Queste pulsazioni s\u00ec annullano quando tutta l\u2019energia della bolla \u00e8 dissipata o quando raggiunge la superficie del mare. I vari centri di pulsazione seguono una traiettoria nell\u2019acqua che determina il moto di migrazione del fenomeno esplosivo<\/span><\/strong>.<\/p>\n

\"QuestaQuesto movimento. in acqua ferma, dovrebbe teoricamente seguire la verticale verso il libero livello, ma in pratica \u00e8 influenzato da un numero di fattori come il tipo di carica esplosiva, la temperatura dell\u2019acqua, la presenza di ostacoli, il passaggio di navi in superficie, la presenza di ostacoli, la vicinanza del fondo, il moto ondoso e le correnti.<\/p>\n

Quando l\u2019esplosione avviene in vicinanza del fondo<\/span> <\/strong>si genera un effetto di riflessione che si traduce in una concentrazione di energia sull\u2019acqua soprastante. Tutte le ricerche teoriche o sperimentali hanno condotto a una sufficiente conoscenza dei fenomeni che caratterizzano l\u2019esplosione. All\u2019inizio del fenomeno esplosivo si verifica la creazione di un\u2019onda di shock e ci\u00f2 avviene quando l\u2019onda di detonazione dell\u2019esplosivo incontra l\u2019acqua circostante. Il valore massimo della pressione si raggiunge in un periodo inferiore al microsecondo quindi la pressione decresce secondo una curva determinabile matematicamente ricavando curve di pressione utili ai progettisti.<\/p>\n

La bolla di gas<\/span><\/strong><\/span>
Come ho accennato la bolla di gas creata dall\u2019esplosione subisce un certo numero di pulsazioni e si sposta dal punto dell\u2019esplosione con una propagazione radiale. La sua velocit\u00e0 iniziale \u00e8 molto superiore alla velocit\u00e0 del suono e tende progressivamente verso un valore di 1500 m\/s che viene raggiunto normalmente a una distanza di 15 volte il raggio della carica. Per distanze superiori le caratteristiche dell\u2019onda esplosive si mantengono uguali a quelle di una ordinaria onda acustica. Per sperimentare gli effetti delle esplosioni subacquee sulle strutture si fanno quindi delle prove su modelli in scala. Questo tipo di esperimento \u00e8 normalmente adottato per le esplosioni a contatto con lo scafo mentre per avere qualche elemento di confronto tra le strutture per esplosioni non a contatto con lo scafo ci si deve basare pi\u00f9 che altro sul calcolo convenzionale.<\/p>\n

\"Questa<\/p>\n

Image via Youtube \/ TheBackyardScientist da Squished-booms: looking at the behavior of underwater explosions (zmescience.com)<\/a><\/span><\/strong><\/p>\n

Gli effetti delle esplosioni sui modelli sono comunque di difficile interpretazione<\/span><\/strong>, nel senso che si dovrebbe misurare anche gli effetti indiretti delle esplosioni dovuti sia alla pressione sugli apparati interni della nave sia agli allagamenti conseguenti alle possibili vie d\u2019 acqua interne allo scafo. Come tutte le esperienze sarebbe opportuno agire con modelli piuttosto grandi per avvicinarsi il pi\u00f9 possibile alle reali condizioni. Determinata la struttura relativamente pi\u00f9 efficiente, conviene sperimentarla con modelli pi\u00f9 grandi e con cariche di maggior peso.<\/p>\n

Per confrontare la vera efficienza delle strutture le prove vanno fatte in condizioni severe e costanti, tenendo anche conto della sensibilit\u00e0 dell\u2019innesco, della sua posizione nella carica, della vivacit\u00e0 e forma dell\u2019esplosivo.<\/span> <\/strong>Semplificando al massimo, e tralasciando pertanto considerazioni sui fenomeni associati come le onde secondarie, la bolla di gas creata dall\u2019esplosione subisce un certo numero di pulsazioni mentre si sposta dal punto dell\u2019esplosione. Le pulsazioni sono dovute ovviamente all\u2019energia contenuta nella bolla e dalla pressione idrostatica locale e questi valori sono legati da una formula che tiene anche conto delle caratteristiche dell\u2019esplosivo.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"Questa
plume (emissione verticale a seguito dell’esplosione in ambiente aereo) – photo credit marina militare italiana <\/span><\/strong><\/figcaption><\/figure>\n

Effetti dell\u2019esplosione<\/span><\/strong>
Prima di passare all\u2019esame dei sistemi di protezione subacquea occorre ricordare che in prossimit\u00e0 della superficie del mare gli effetti dell\u2019esplosione sono ridotti. Essi crescono quando:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n
l\u2019esplosione avviene sotto maggiore battente d\u2019 acqua<\/span><\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
con cariche di maggior peso (TNT equivalente)<\/span><\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
l\u2019esplosione avviene sotto la chiglia<\/span><\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
la distanza dell\u2019esplosione dallo scafo \u00e8 minore<\/span><\/strong><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Gli effetti dell\u2019esplosione si convogliano naturalmente verso l\u2019alto o sfogano verso zone di minor pressione (in quanto zone di minor resistenza).<\/p>\n

Considerazioni ingegneristiche<\/span> <\/strong><\/span>
Da quanto precede derivano le seguenti considerazioni per lo sviluppo di sistemi di protezione subacquea:<\/p>\n