• Damasec Physical Protection Systems
  • Tal med en ekspert: (+45) 3110 9236

Hvordan eksplosioner skader bygninger og mennesker

Eksplosioners anatomi

Forstå anatomien bag en eksplosion.

Som fysiske beskyttelseseksperter er en af vores største bekymringer eksplosive angreb.

Bomber og eksplosive enheder har vist sig at være særligt destruktive og farlige for både mennesker og strukturer. Som vi påpegede i vores blog om angreb på ambassader, er eksplosive enheder blevet det rigtige værktøj for dem, der vil skade en bygning og dens indbyggere. Men hvorfor er det tilfældet? Hvorfor er eksplosioner så effektive, og hvilken trussel repræsenterer de?

I denne blog ser vi først på eksplosioner, startende med de kemiske reaktioner og fysiske processer, der bestemmer deres styrke. Derefter undersøger vi de trusler, de repræsenterer, herunder angrebsmetoder, og deres mekanismer for skade og skade på bygninger og hos mennesker.

Eksplosive begivenheder: Et dybtgående kig på ‘blast’

Lad os starte med at definere nogle grundlæggende, men vigtige udtryk: ‘explosion’ og ‘blast’.

Kort sagt, ‘explosion’ er en hurtig frigivelse af energi i form af lyd, varme, lys og stødbølger. ‘Blast’ er den indledende stødbølge (eller bevægelse af luft) skabt af eksplosionen.

For at forstå virkningen af ​​’blast’ på bygninger er det vigtigt at nedbryde en eksplosiv begivenhed i flere trin:

  • Det eksplosive materiale (flydende eller fast) “detonerer”, hvilket betyder, at det omdannes fra sin oprindelige tilstand til en varm, højtryksgas
  • For at nå ligevægt med den omgivende luft ekspanderer eksplosionsproduktet hurtigt og skaber en stødbølge lavet af stærkt trykluft
  • Denne stødbølge bevæger sig radialt udad fra dens kilde (det eksplosive materiale) med supersonisk hastighed. Efterhånden som det udvides, falder trykket hurtigt på grund af energien, der spredes, og på grund af geometrisk divergens. Dette sker typisk i millisekunder.
  • Den indledende chokbølge er kun en tredjedel af den samlede frigivelse af kemisk energi. De resterende to tredjedele frigives langsommere, da produkterne fra detonationen skaber en ‘efterbrændingsproces’, langsommere end den oprindelige sprængning og detonation.
  • Disse sekundære stødbølger (eller “stressbølger”) bærer også en enorm mængde energi og vil passere gennem overflader, organer og væv, hvilket skaber enorme skader.
  • På stedet for eksplosionen opstår et vakuum (eller eksplosionsvind) på grund af eksplosionens (blast) hurtige ekspansion. Hvis eksplosionen (blast) kan ses som en push-effekt, er vakuumet mere pull, da det trækker i den omgivende atmosfære. Dette vakuum med høj intensitet kan medføre, at genstande, glas eller snavs trækkes tilbage mod eksplosionsstedet.

Forudsigelse af skaden: Hvad er de faktorer, der bestemmer virkningerne af en eksplosion?

Størrelsen og fordelingen af ‘blast’-belastning og indvirkningen på bygninger og mennesker, vi forsøger at beskytte, varierer afhængigt af flere faktorer.

  1. Den første ting, som man skal tage i betragtning, er den anvendte mængde og type af eksplosiver: Højere mængder af eksplosive materialer har tendens til at føre til en større, mere destruktiv begivenheder.
  2. For det andet vil den specifikke type og sammensætning af materialet (fx TNT, C4, Semtex, HMX) også diktere eksplosionsstyrken.
  3. For det tredje spiller afstanden mellem detonationen og strukturen (afstanden) også en kritisk rolle.
  4. For det fjerde er bygningens arkitektur og byggematerialer nøglen til at forudsige, hvordan de vil beskytte mod en eksplosion. Sprængsikre bygninger tåler generelt eksplosioner bedre end “almindelige” bygninger. Det er selvfølgelig ikke en garanti.

Men disse kriterier alene er ikke nok til at forudsige den potentielle skade, der vil skyldes et ‘blast’. Man skal også tage højde for det tryk, der er skabt efter den indledende eksplosion, og den fysiske interaktion (inklusive indfaldsvinklen) med de omgivende strukturer.

Der er to typer pres, man skal bekymre sig om, når man overvejer eksplosive hændelser:

  • Det højeste tryk (the peak incident pressure), der bestemmes af selve sprængstofferne og afstanden til stødområdet. Kort sagt er dette kraften i den originale eksplosion i sig selv.
  • Den reflekterede: Denne særlige type tryk varierer afhængigt af overfladevinklen, der påvirkes af stødbølgen. For eksempel, når eksplosionsbølgen og overfladen er parallelle, minimeres det reflekterede tryk. Men når eksplosionsbølgen rammer en struktur i en 90-graders vinkel, er det reflekterede tryk ekstremt stærkt. Reflekterende pres er noget, man virkelig skal tage højde for, når man tænker på skader på bygninger. Afhængigt af indfaldsvinklen kan det reflekterede tryk for detonationer være næsten 13 gange større end det maksimale indfaldstryk.

Når man taler om pres, skal man også tage højde for impulsen. I fysik er impulsen måling af en given kraft over et bestemt tidsinterval. Husk, at selvom eksplosioner finder sted over meget kort tid, er de ikke øjeblikkelige. Trykket stiger drastisk, falder derefter og svinger – men forsvinder ikke med det samme.

Den nemmeste måde at forstå impuls og pres på ville være at se på en graf som denne:

Graf over en eksplosions udvikling

I grafen ovenfor kan vi se peaket på trykket, som det punkt på bølgeformen, hvor trykket er på sit højeste (Pmax). Stressbølgerne er trykket over tid. Alt under kurven ville være selve impulsen. Vi kan se det svinge over tid efter mønsteret for trykket.

Grafik over eksplosioner
Her er en anden graf, der fokuserer på afstand (stand-off distance) og overtryk – trykket forårsaget af en stødbølge over det normale atmosfæriske tryk.

Som vi kan se, kan virkningerne af en eksplosion mærkes i mindre eller større afstand, afhængigt af den anvendte mængde eksplosivstof. Den maksimale mængde overtryk, der er repræsenteret her (2000 kilopascal), spreder sig meget længere med større mængder af TNT.

Det er derfor, det er afgørende at tage højde for tryk, impuls, afstand og alle de forskellige energier, der frigives under en eksplosion, og at evaluere dem. Vi er nødt til fuldt ud at forstå disse eksplosive begivenheder – og de fysiske virkninger, de kan have – for bedst at hjælpe med at beskytte strukturer og minimere den mængde energi, der kan tilføres dem.

At bringe eksplosive trusler mod bygninger: Leveringsmetoder

Når vi overvejer trusler mod bygninger – og folk i eller i nærheden – skal vi også være opmærksomme på leveringsmetoderne for den eksplosive nyttelast.

For eksplosive trusler er der to generelle leveringskategorier:

  • Køretøjsbomber, der kan betegnes som køretøjsbårne improviserede eksplosive enheder (VBIED), store køretøjsbårne IED’er (LVBIED) og meget store køretøjsbårne IED’er (VLVBIED). Denne leveringsmetode involverer typisk store mængder sprængstoffer, detoneret på et kritisk sted. Størrelsen (almindelig, stor, meget stor) refererer til køretøjets størrelse og den forventede nyttelast (fx en sedan med 200 kilo sprængstoffer sammenlignet med en sættevogn med flere tons).
  • Håndleveret, også kaldet Personal-Borne IEDs (PBIED). Mens belastninger ofte vil være mindre end VBIED, kan påvirkningen være lige så destruktiv – hvis ikke mere. Bomber leveret af mennesker kan detoneres inde i bygninger, kan være lettere at skjule og kan detoneres på mindre sikre steder.

Sprængskader på bygninger og mennesker

Strukturer eksisterer ikke i et vakuum. De er ofte befolket, og mange af dem er ikke isolerede – der kan være andre bygninger omkring og forbipasserende i området. Derfor bør truslerne fra eksplosive begivenheder opdeles i to hoveddele: beskadigelsesmekanismer på bygninger og personskadesmekanismer.

For bygninger selv er der tre store skademekanismer:

  1. Selve eksplosionen eller direkte lufteksplosionseffekter. Skaden forårsaget af dette første trin bestemmes af de vilkår, vi definerede, og de trin, der diskuteres i den første del af denne artikel. Detonationen, stødbølgerne, vakuumet, mængden og typen af ​​sprængstoffer og trykket (både indfaldende og reflekteret) skabt af den eksplosive begivenhed. Den direkte luftblæsning kan også resultere i flyvende effekter, der beskadiger strukturen yderligere.
  2. Kollaps: Når en bygning er ramt (direkte eller indirekte), er dele af dens struktur i fare for at kollapse. Dette er den mest alvorlige bygningsrespons på et angreb. Dette sammenbrud kan være øjeblikkeligt (f.eks. en mur eller bjælke ødelægges af eksplosionen), men det kan også være et progressivt sammenbrud. Dette sker, når lokale strukturfejl spreder sig til andre elementer i bygningerne, hvilket fører til en kædereaktion, der fører til mere skade og/eller kollaps.
  3. Skader på nærliggende strukturer: Sprængninger rettet mod en bygning har ofte indflydelse på nærliggende bygninger. Enten er selve eksplosionen kraftig nok til at nå strukturer i nærheden (f.eks. en stødbølge, der får vinduer til at knuses), eller et kollaps af hovedmålet vil beskadige omgivende bygninger, eller effekter vil blive fremdrevet med tilstrækkelig kraft til at ramme disse bygninger.

Skadesmekanismerne for mennesker efter sværhedsgrad:

  1. Generelt sammenbrud: Ifølge FEMA har tidligere hændelser vist, at sammenbrud har ført til det mest omfattende antal dødsfald. De fleste dødsfald skyldes stump påvirkning og knusning. Mens overlevende måske overlever det oprindelige sammenbrud, er det ret hyppigt for ofre at ende fanget under betonplader.
  2. Delvist sammenbrud: Manglen på en ydre væg, gulvkollaps og andre dele af bygningen, der kollapser (mens den forbliver stående) kan også føre til dødbringende kvæstelser, såsom kraniebrud og hjernerystelse.
  3. Flyvende effekter: Glasvinduer, inventar og andre byggematerialer bliver hurtigt farlige efter en eksplosion, hvilket fører til sår og slid og værre. Mens de ses som mindre alvorlige end andre skademekanismer, fører flyvende effekter ofte til mange sårede, da en stødbølge kan nå bygninger hundreder af meter væk og knuse deres vinduer.

Hvordan beskyttes mennesker og strukturer mod denne voksende trussel?

Fra Oklahoma til Nairobi står det klart, at eksplosionsbaserede angreb er en betydelig trussel mod både bygninger og mennesker.

Deres effektivitet, den skade, de kan påføre, den opmærksomhed, det henleder, og den lethed, hvormed mennesker kan såres, har gjort bilbomber og håndleverede bomber til et grundlæggende element i terrorangreb i løbet af de seneste par årtier. Ambassader, turiststeder og regeringsbygninger bliver fortsat ramt flere gange om året over hele kloden.

I vores næste blog vil vi se nærmere på, hvordan vi kan beskytte os mod denne voksende trussel.

Selvom vi ikke altid kan forhindre terrorister i at nå deres destination, kan vi forberede vores bygninger til bedre at modstå eksplosioner – for eksempel ved at øge afstanden mellem eksplosivt udstyr og struktur for at reducere eksplosionseffekten eller direkte forbedre selve strukturen ved at gøre den stærkere, mere massiv og/eller mere fleksibel.

Sørg for at tjekke ind igen for at lære mere om vigtigheden af ​​strukturelt design, og hvordan man sikrer, at en bygnings omkreds, skal og celle kan hjælpe med at afbøde eksplosive angreb.

Author: Mogens Dam

Mogens Dam er en del af salgs- udviklings- og projektledelsesteamet. Han bidrager til professionelle kvalitetsløsninger baseret på flere års erfaring inden for byggeri, ingeniør- og sikkerhedsløsninger til danske kunder og højt profilerede kunder i Skandinavien, Afrika, Mellemøsten og Asien. Mogens har nøglekompetencer i rådgivning og support til klienter og projektledelsesteams i højrisikoområder.

Skriv et svar

Your email address will not be published.

You may use these <abbr title="HyperText Markup Language">HTML</abbr> tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

*

Bliv inspireret af vores eksperter

Bliv inspireret af vores eksperter

Få ny viden gennem artikler, webinarer og events. Tilmeld dig vores nyhedsbrev.

Group

Tak for din tilmelding. Du er nu godt på vej til at blive endnu klogere på sikringsløsninger. Vi ses i indbakken, når vi har tændt et nyt bål.