Atacando os objetos subterrâneos [i]

FABs deslizantes e as implicações em objetos endurecidos

MIKE MIHAJLOVIC

bmanalysis@substack.com

Nos últimos dias (especialmente no final de Setembro e início de Outubro de 2023) tornou-se óbvio que a Rússia está a utilizar cada vez mais bombas pesadas (designadas como FAB-500 e FAB-1500) equipadas com kits de orientação para atingir alvos de alto valor pela frente. linhas profundas na retaguarda ucraniana. Os FAB-250 usados ​​anteriormente (que a Rússia possui dezenas de milhares) mostraram que o conceito de munição plana é muito eficaz para atingir e eliminar alvos valiosos, e o próximo passo lógico foi montar kits de planeio e orientação em um material bélico mais pesado. À medida que o tempo passa, mais e mais destas armas formidáveis, antes destinadas apenas a serem lançadas de aviões na proximidade dos alvos, serão lançadas longe dos alvos e fora da cobertura defensiva aérea.

Os dias sombrios para as posições fortificadas, bunkers subterrâneos, armazéns e qualquer coisa de valor estão chegando à Ucrânia.

Vamos primeiro falar sobre os efeitos da munição no alvo.

A seguir estão exemplos de um novo livro “Rockets and Missiles Over Ukraine”, que será publicado até o final de outubro de 2023 pela Pen & Sword Frontline books.

Efeitos de Explosão nos Alvos

O impacto das munições explosivas pode ser dividido nos principais mecanismos de dano e nos seus efeitos primários, bem como nos efeitos secundários e terciários por eles ocasionados. Esta seção concentra-se nos mecanismos de dano primário e nos efeitos secundários dos explosivos.

Os efeitos primários das armas explosivas são definidos como aqueles “causados ​​diretamente pelos efeitos destrutivos que irradiam de um ponto de iniciação e incluem sobrepressão de explosão, fragmentação, calor e luz”. Estes são atribuídos diretamente ao principal mecanismo de dano de uma arma explosiva – explosão, fragmentação e calor. O termo “explosão” refere-se a uma onda de choque de alta pressão movendo-se em velocidade supersônica, conhecida como onda de choque, que é seguida por ventos fortes. A fragmentação primária é composta por fragmentos originados diretamente da munição explosiva. O terceiro mecanismo de dano é a energia térmica liberada durante a detonação do explosivo.

A maioria das ogivas altamente explosivas não são projetadas para produzir um efeito incendiário aumentado e o efeito térmico é limitado à área imediata da detonação, principalmente devido à sua duração extremamente curta. Geralmente, o risco térmico primário representado por uma arma explosiva é menos significativo do que as ameaças de explosão e fragmentação. Os efeitos secundários das armas explosivas derivam do ambiente em que a munição detona. Os efeitos secundários mais significativos incluem fragmentação secundária, tições, choque no solo e crateras.

A fragmentação secundária origina-se de objetos que foram afetados pela detonação e pode incluir objetos como pedaços de alvenaria ou vidro de estruturas, ou fragmentos de ossos de alvos humanos ou animais. Os fragmentos secundários são geralmente maiores que os fragmentos primários e tendem a não viajar tão rápido ou tão longe.

O choque no solo resulta da energia transmitida ao solo pela onda de choque causada por uma explosão e pode resultar de uma detonação sob ou no solo, ou no ar acima. O choque no solo representa uma ameaça adicional à integridade estrutural dos edifícios (que tem um efeito significativo nas áreas urbanas), uma vez que o solo conduz a onda de choque para as fundações e paredes.

Crateras

Cratera refere-se à flambagem e deformação do solo ao redor do ponto de detonação. Tanto o choque no solo como as crateras podem causar danos substanciais a abrigos e bunkers subterrâneos, bem como a infra-estruturas críticas. Isto pode ser um efeito deliberado de munições explosivas optimizadas para a formação de crateras, destinadas a obstruir vias de acesso ou a perturbar infra-estruturas.

Spalling representa um perigo adicional em ambientes urbanos. É um efeito de onda de tensão mais comumente observado em materiais mais frágeis que o metal. Isso ocorre quando um impacto atinge a superfície externa de um corpo sólido, fazendo com que fragmentos se soltem da superfície interna. O projétil ou fragmento não precisa penetrar no corpo sólido; simplesmente atingir a superfície externa com energia suficiente pode resultar em lascas. Um cenário possível que resulte em lascamento é uma parede de tijolos sendo atingida por uma onda de choque ou, em alguns casos, um projétil ou um fragmento suficientemente energético, causando fragmentação secundária no interior do edifício. Um perigo significativo exclusivo dos ambientes urbanos é o risco de comprometimento fatal da integridade estrutural dos edifícios causado pelas ondas de choque.

Cratera típica de uma explosão; “d” é o diâmetro da cratera, “W” é a largura da cratera. (Fonte: GF Kinney e KG Graham, Explosives Shock in Air)

Um aspecto impressionante de uma explosão superficial é a cratera resultante. A grande variabilidade na formação de crateras é indicada por desvios padrão de cerca de um terço do diâmetro dado pela equação da imagem acima.

A profundidade da cratera criada por uma explosão é normalmente cerca de um quarto do seu diâmetro, mas isto depende do tipo de solo presente. O diâmetro da cratera de uma explosão também depende da localização da explosão em relação ao nível da superfície. Assim, as explosões acima de uma superfície podem não criar nenhuma cratera. Para explosões abaixo da superfície, o diâmetro da cratera aumenta inicialmente com a profundidade da explosão, atinge um máximo e depois diminui substancialmente.

Existe uma correlação comparativamente boa entre o raio da cratera e a distância de detonação simpática, uma observação que confirma a ideia de que a detonação simpática é afetada pelos meios físicos tangíveis do impacto do míssil ou dos fragmentos.

Durante a explosão, três zonas características são formadas no solo (topo). (Fonte: S. Jaramaz, Física da Explosão); Formas de crateras afetadas por geometrias de explosão (parte inferior). (Fonte: Crateras por Explosão, Compêndio)

Efeitos de explosão

Um explosivo é um material capaz de produzir uma explosão ao liberar a energia potencial contida nele. Todos os altos explosivos produzem calor e gás. Quando uma carga altamente explosiva detona, ela produz uma onda de choque (sobrepressão) que consiste em duas partes: uma onda de choque e uma rajada de vento. A onda de choque empurra para fora do núcleo da detonação em velocidade supersônica. A borda externa da onda de choque é composta de gases comprimidos contidos no ar circundante. Esta camada de ar comprimido é mais apropriadamente descrita como onda de choque ou frente de choque. Ao ar livre, a explosão decai extremamente rapidamente com o tempo e a distância; normalmente pode ser medido em milissegundos.

A onda de choque tem duas fases. A fase de pressão positiva empurra uma grande parte do ar circundante para longe do núcleo da detonação em velocidade supersônica, deixando um amplo vácuo parcial para trás. Quando a onda de choque da fase de pressão positiva perde impulso, o vácuo parcial por trás dela faz com que os gases comprimidos e deslocados invertam seu movimento e corra para dentro para preencher o vazio. A fase de pressão negativa move-se menos rapidamente que a fase positiva e geralmente dura aproximadamente três vezes mais.

Lei de dimensionamento de explosão, chamada lei Hopkins-Cranz. (Fonte: V. Karlos e G. Solomos, Cálculo de cargas explosivas para aplicação em componentes estruturais)

O efeito da onda de pressão sobre uma estrutura depende da composição da estrutura e de como ela é construída. Em essência, depende da frequência natural de vibração da estrutura em comparação com a duração da onda de choque. Quando a frente de choque supersônico de uma detonação encontra uma estrutura sólida, parte da energia é refletida e parte da energia é transmitida para a estrutura; os valores relativos dependem das propriedades da estrutura.

No processo de atingir o alvo, a frente de choque transmitirá um impulso significativo aos componentes externos. Estes componentes serão empurrados para o interior pela onda de pressão positiva, tensionando os elementos resistentes da estrutura (como colunas de suporte, fachadas de edifícios, etc.). Alguns desses elementos resistentes, em particular as janelas, irão falhar. À medida que a fase de pressão negativa da pressão retorna através da estrutura, a direção da energia é invertida. Ao contrário da reflexão das ondas sonoras, que têm um efeito insignificante no meio através do qual viajam, as ondas de choque movem-se a uma velocidade tão elevada e contêm tanta energia que alteram o próprio meio. Quando a onda de choque atinge o solo, ela é refletida de volta na rajada de vento que ainda avança.

O assunto principal deste artigo é uma explosão subterrânea. Existem vários estudos e trabalhos públicos abordando esse assunto. O que é de particular interesse neste artigo é como a bomba afeta a estrutura subterrânea. Um dos livros de autoridade que não posso recomendar o suficiente é o trabalho do professor Igor Balagansky, da Universidade Técnica Estatal de Novosibirsk, no qual ele e os seus associados abordam os efeitos prejudiciais das armas e munições. No Capítulo 3 “СРЕДСТВА ПОРАЖЕНИЯ И БОЕПРИПАСЫ ФУГАСНОГО ДЕЙСТВИЯ” ele aborda a detonação de um alto explosivo (em russo ФУГ АС) carrega no subsolo. Uma explosão subterrânea é uma das principais ações de explosão no uso militar de munições altamente explosivas cheias de explosivos condensados. Alguns alvos importantes estão localizados a profundidades consideráveis ​​para protegê-los de explosões poderosas. Além disso, uma explosão no solo pode criar condições para danos ou destruição de estruturas acima do solo ou subterrâneas.

Ao contrário do ar e da água, as propriedades físicas (densidade, resistência, elasticidade, saturação de água, porosidade, plasticidade, etc.) dos solos são extremamente diversas. Por exemplo, a velocidade do som varia de 100 m/s para turfa a 3.000 m/s para calcário. A principal característica distintiva dos solos é a sua porosidade (ou seja, a presença de inclusões na forma de água e ar aprisionado). O volume dessas inclusões pode variar de 0,1% no granito a 70% na argila. Ao comprimir o solo poroso, a princípio ele é comprimido para eliminar a porosidade. Ao mesmo tempo, a densidade do solo aumenta significativamente. Um aumento adicional na pressão leva à compressão das partículas sólidas do solo.

Além disso, o solo, como qualquer meio sólido, apresenta deformação residual. Após a retirada da carga, a densidade do solo permanece quase a mesma do momento de sua compressão, e as partículas do solo não retornam à sua posição original. Finalmente, uma parte considerável da energia da explosão é gasta em perdas irreversíveis associadas à criação de deformações plásticas e destruição (esmagamento, afrouxamento) de partículas do solo.

A investigação teórica do fenômeno da explosão de uma carga no solo encontra dificuldades devido à falta de uma equação geral de estado para a mesma. As questões que determinam a destruição do solo sob cargas explosivas têm sido insuficientemente investigadas. Além disso, quando ocorrem naturalmente, o solo e as rochas são geralmente meios estratificados com espessuras de camada variáveis. As propriedades de cada camada são essencialmente individuais, o que torna o estudo da propagação dos processos ondulatórios nesses meios uma tarefa difícil e incerta. A diversidade dos solos e das suas propriedades e características físicas torna necessária a utilização de vários modelos simplificados, válidos apenas para determinados tipos de solos. Na resolução de problemas práticos, dados experimentais são amplamente utilizados.

Quanto menos compressível for o meio (ou seja, quanto maior for a velocidade do som no meio), mais cedo ocorrerá o desprendimento da onda de choque (SW) do produto da explosão (EP). Por exemplo, para solos rochosos e saturados de água, o SW separa-se do PE quase imediatamente; para solos porosos, quanto mais porosos forem, mais tarde ocorre o desprendimento. A velocidade inicial de propagação do SW excede apenas ligeiramente a velocidade do som no solo e já em distâncias iguais a 2–3 raios especificados da carga torna-se igual à velocidade do som. O comportamento da dependência temporal da pressão na frente da onda de choque é em grande parte determinado pelas propriedades plásticas dos solos.

Para a explosão subterrânea descobriu-se por experiência que o raio da zona de fratura em metros pode ser estimado pela fórmula:

onde m T é o equivalente em TNT da carga explosiva, (kg); k f é o coeficiente que depende das propriedades do solo.

Médio kf _

Solo recém polvilhado 1,40

Solo normal 1.07

Areia densa 1.04

Solo pedregoso 0,96

Argila 0,94

Calcário 0,92

Granito 0,77

Concreto 0,77

Concreto armado 0,65

Para os bunkers subterrâneos, o meio de interesse é o concreto e o concreto armado.

O raio da zona de compressão é proporcional ao raio da zona de fratura:

A pressão máxima pm na frente de uma onda de choque esférica e ondas de compressão no solo pode ser representada com base na teoria de similaridade e dimensões na forma de:

e vá para o efeito nas explosões subterrâneas (Substack simplesmente não é um lugar para escrever trabalhos científicos que incluam muitas fórmulas e equações, mesmo algumas delas sendo usadas para fins de esclarecimento).

FAB no alvo

Quando uma FAB atinge o alvo localizado no subsolo, três efeitos são experimentados:

1) explosão para ejeção de solo;

2) destruição de estruturas subterrâneas pela explosão;

3) ação sísmica da explosão.

Explosão para Ejeção

O efeito mais visual da explosão é a ejeção de material.

Como mencionado anteriormente, a profundidade da cratera h é igual à profundidade de explosão da carga. A razão entre o raio da cratera R e a profundidade da explosão h é chamada de razão de ejeção n. Obviamente, o volume da cratera W 0 pode ser expresso em termos de sua profundidade h e do índice de ejeção n. Uma carga com n > 1 é chamada de carga de ejeção aumentada; se n = 1, tal carga é chamada de carga de ejeção normal; uma carga com n <1 é chamada de carga de ejeção reduzida:

Esquema de cratera.

As fórmulas gerais que ligam a massa da carga equivalente de TNT aos tamanhos da cratera podem ser determinadas utilizando a teoria da similaridade e das dimensões, levando em consideração a resistência do solo e a força da gravidade.

onde f(n) – função de ejeção; α =3–4 é um coeficiente que depende do tipo e da profundidade da explosão.

É necessário conseguir a formação de crateras de ejeção aumentada, de grande volume. Como mostram as pesquisas, o mais eficaz é a taxa de ejeção n = 1,5–3,0. Os tamanhos das crateras são calculados dando um exemplo de dados experimentais sobre os tamanhos das crateras produzidas durante o bombardeio em altitudes de 1.200 a 3.500 m por bombas de vários calibres com uma desaceleração do fusível de 0,2 segundo.

Destruição de estruturas subterrâneas

Neste caso, via de regra, é necessária uma maior profundidade de penetração. Portanto, o uso de cargas de ejeção reduzida (n = 0,75–1,00) é vantajoso. A destruição de objetos subterrâneos ocorre quando o objeto está dentro da zona de fratura r f = k f 3 m T . O método das camadas equivalentes é usado para calcular o efeito prejudicial. A camada material do objeto de destruição com espessura b é substituída por uma camada de solo equivalente em termos de resistividade ser:

Tipo de bomba Largura da cratera do solo (m) Profundidade da cratera (m)

Calcário FAB-100 1,5–2,0 0,7–1,0

Calcário FAB-250 4,5–5,5 1,2–1,5

Calcário FAB-500 6,0–8,0 1,5–2,0

FAB-500 Argila 11,0–12,0 4,1–4,5

A massa do explosivo necessária para fraturar um objeto a uma distância de r f é calculada da seguinte forma:

Efeito sísmico

O que também é importante durante o impacto da estrutura subterrânea é o efeito sísmico que a explosão irá causar.

Depois que a onda de choque atinge a superfície do solo, as ondas superficiais começam a se propagar a partir do epicentro da explosão. A razão para o aparecimento das ondas de superfície é a velocidade da massa das partículas do solo atrás da frente da onda de choque. Após a passagem SW, as partículas do solo, movendo-se por inércia, passam da sua posição de equilíbrio e retornam à sua posição original.

Como resultado, ocorrem oscilações longitudinais das partículas do solo ao longo da direção do movimento SW. Ao mesmo tempo, nas direções perpendiculares ao movimento SW, surgem oscilações transversais das partículas do solo, associadas à resistência dos corpos sólidos em mudar de forma.

A ação conjunta das vibrações longitudinais e transversais das partículas do solo faz com que uma onda sísmica de superfície (onda Rayleigh) se propague ao longo da superfície livre do solo a partir do epicentro da explosão. A questão é que as partículas do solo localizadas na superfície do solo experimentam menos resistência do ambiente durante o seu movimento do que as partículas localizadas em profundidade porque no primeiro caso a área de contato das partículas com o solo é quase duas vezes menor.

A onda sísmica provoca oscilações das partículas do solo fora do raio de fratura, ou seja, na zona de deformação elástica. O registro dos deslocamentos horizontais das partículas do solo sob a ação das ondas sísmicas permite a obtenção do chamado sismograma de explosão. Inicialmente, o registrador registrará as oscilações forçadas do solo sob a ação da SW. O período dessas oscilações corresponde às deformações elásticas do solo na frente de choque (τ = 0,005–0,050 segundos). Esta fase de oscilações é chamada de início. Após 1–10 segundos após o início da fase de entrada, começa a fase principal de oscilações livres do solo, que é uma onda sísmica.

Conclusão

Vale a pena dizer que a grande maioria das estruturas subterrâneas foi construída durante a era soviética. Suas localizações são bem conhecidas. O lado ucraniano pode usá-los em ocupação total ou esporadicamente. Em qualquer caso, eles são alvos potenciais de alto valor, especialmente se houver alguma coisa importante lá, como postos de comando. Alguns deles estão localizados a poucos metros de profundidade e alguns têm mais de 100 metros de profundidade. Estes últimos são praticamente invulneráveis ​​a qualquer ataque de bomba convencional, mas o uso de mísseis hipersônicos com ogiva e velocidade combinadas, mesmo que não penetrem tão profundamente, pode sempre causar um efeito sísmico que pode afetar a estrutura subterrânea. Quando a guerra terminar e as análises começarem a fazer efeito, saber-se-á quantas destas estruturas foram atingidas e destruídas, mas por enquanto apenas as melhores suposições e clips de vídeo raros podem dar algumas dicas.

Objeto subterrâneo Soledar. Era um posto de comando muito importante. Em qualquer caso, o tamanho do duto de ventilação da foto tirada durante a visita de Zelensky indica que existem/existiam vários quartos no complexo

Estar no subsolo durante o ataque é uma experiência horrível. o ruído é extremamente alto, poeira por toda parte, tremores e tremores, melhor quando a estrutura não é penetrada. A destruição de estruturas subterrâneas pode ser comparada à destruição de um submarino simplesmente porque quase ninguém sobrevive para contar a história.

Referências:

1. Foguetes e mísseis sobre a Ucrânia, livros Frontline

2. I. A. BALA GANSKY: EFEITO DE ARMAS E MUNIÇÕES, NOVOSIBIRSK

3. IV Balagansky: Efeitos prejudiciais de armas e munições, Willey

4. GF Kinney e KG Graham, Choque de Explosivos no Ar

5. S. Jaramaz, Física da Explosão

6. Crateras por Explosão, Compêndio

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