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L'evoluzione delle materie esplodenti dopo l'invenzione della
polvere nera (circa 1250) riprende con Berthollet che nel 1788 scopre
il clorato di potassio ed inizia esperimenti per sostituirlo al
salnitro nella polvere nera. Poco dopo Howard scopre il fulminato di
mercurio (1799) e Brugnatelli (1902) il fulminato d'argento.
Nel 1831 Bickford inventa la miccia a lenta combustione
per mine, che sostituisce le cannucce di paglia riempite di polvere
nera, usate fino ad allora assieme a corde imbevute di salnitro ed
incatramate. Gli esplosivi moderni derivano però dalla scoperta della
nitratazione di sostanze organiche ottendosi il nitrobenzolo (1834), la
nitronaftalina (1835) e l'acido picrico (1843). Nel 1846 Sobrero
scopriva la nitroglicerina e Schoenbein il cotone fulminante; dalla
prima sarebbero derivate le dinamiti a seguito della scoperta di Nobel
(1867) che essa poteva essere stabilizzata e resa maneggiabile con un
certa sicurezza mescolandola con sostanze inerti quali la farina
fossile; dal secondo le polveri senza fumo. Negli anni successive
venivano scoperti il tritolo, il tetrile, il T4 e la pentrite. Gli
esplosivi si distinguono dalle usuali sostanze combustibili per il
fatto che essi contengono, legata nella loro molecola, anche la
sostanza comburente (ossigeno). Di conseguenza essi bruciano con
altissime velocità di combustione generando altissime pressioni
pressoché istantanee.
Gli esplosivi si distinguono in e. deflagranti o da lancio ed e.
detonanti; questi ultimi in esplosivi da scoppio o dirompenti e in
esplosivi da innesco. La distinzione tra esplosivi da lancio ed
esplosivi da scoppio o dirompenti veri e propri non è di sostanza, ma
fondata sulla diversa velocità di esplosione. Le
polveri da sparo
esplodono con velocità da 10 a 1000 mm/s con durata dell'ordine di
decimi o centesimi di secondo (deflagrazione); gli esplosivi con
velocità da 2.000 a 9.000 m/s e durata dell'ordine di micro o
millisecondi; entro certi limiti è possibile ottenere che un esplosivo
da lancio esploda e che un esplosivo dirompente bruci. Le materie
esplodenti, da un punto di vista tecnico, si distinguono quindi in:
1 - Esplosivi
primari o innescanti. I normali
esplosivi non esplodono per effetto di normali
sollecitazioni meccaniche o per effetto del calore, ma bruciano o, al
massimo, deflagrano. Per innescare l'esplosione debbono venir impiegati
degli esplosivi estremamente sensibili alle azioni esterne e che
detonano per effetto del calore o della percussione; essi sono
solitamente contenuti in modesta quantità in piccoli tubetti metallici
(detonatori). Tra questi esplosivi primari i più usati sono, di solito
miscelati fra di loro o con altre sostanze, il fulminato di mercurio,
l'azotidrato di piombo o d'argento, lo stifnato di piombo, il
tetrazene, il DDNP, ecc. (si legga anche quanto scritto più avanti
trattando dei detonatori).
2 - Esplosivi
secondari da scoppio o dirompenti.
Questi eplosivi vengono tradizionalmente distinti in
militari e civili in base a varie considerazioni (costo, manegevolezza,
possibilità di lavorarli o fonderli in forme prestabilite,
conservabilità, ecc). Non si deve però dimenticare che molti esplosivi
militari finiscono poi sul mercato civile come esplosivi di recupero e
vengono mescolati fra di loro o con esplosivi civili. Noti esplosivi
militari (= destinabili ai militari e non che li usino solo loro!) sono
il tritolo (o TNT) l'acido picrico (o Melinite, Ekrasite), la pentrite
(PETN), il tetrile (CE, Tetralite), l'esogeno (Hexogene, T4, Ciclonite,
C6); essi vengono usati da soli o mescolati tra di loro in vario modo o
con altre sostanze (ad es. polvere d'alluminio) che ne migliorano
ulteriormente le prestazioni. Quando gli esplosivi vengono mescolati
con sostanze plastiche quali vaselina, cere o polimeri sintetici, si
ottengono gli esplosivi plastici; quando vengono gelatinizzati si
ottengono le gelatine, di consistenza gommosa o pastosa. Proprio in
questa categoria si riscontra uno degli esplosivi più potenti e cioè la
gelatina esplosiva formata per oltre il 90% di nitroglicerina e per il
resto da cotone collodio. Negli Stati Uniti sono noti gli esplosivi
plastici a base di T4 e noti con il nome di C (T4 e vaselina, olio
minerale), C2 (T4 e nitrocellulosa), C3 (T4, nitrocellulosa ,
binitrotoluolo e tetrile), in cui la lettera C sta per "compound" o
"composition". In campo civile si impiegano esplosivi da mina a base di
nitrato d'ammonio o di potassio (specie quali esplosivi di sicurezza
per miniera) o gelatina gomma a base di nitroglicerina e cotone
collodio, o dinamiti a base di nitroglicerina e sostanze inerti. Più
raramente esplosivi a base di clorato di potassio (chedditi). Per
lavori di poca importanza si usa ancora la polvere da mina formata da
polvere nera in grossi grani. La polvere nera finemente granulata,
viene usata ancora in armi ad avancarica e per usi pirotecnici.
Fra tutti gli esplosivi secondari, quelli che possono presentare
pericoli nel maneggio e nel trasporto sono le gelatine e le dinamiti
contenenti la nitroglicerina poiché questa può trasudare dal composto
(specialmente per effetto del gelo) e quindi esplodere anche per urti
modestissimi.
3 - Polveri da sparo senza fumo.
Esse vengono
impiegate per il lancio di proiettili in armi leggere e si distinguono
in polveri alla nitrocellulosa (a semplice base) ottenuta dalla
nitratazione mediante acido solforico ed acido nitrico di cotone o
cellulose o alla nitroglicerina (a doppia base) ottenuta gelatinizzando
la nitrocellulosa con la nitroglicerina o altra sostanza. Le polveri
più note di questa categoria sono la balistite (nitroglicerina + cotone
collodio) e la cordite (nitroglicerina + fulmicotone). Per usi civili
vengono ormai usate prevalentemente le polveri alla nitrocellulosa.
Cariche esplosive
speciali
Le cariche esplosive si distinguono in cariche
cubiche o concentrate, in cui l'esplosivo è ammassato in forma più
o meno globulare, e in cariche allungate che è ogni carica in
cui l'esplosivo è disposto in modo che la lunghezza della carica sia
almeno quattro volte la sua sezione minore, come ad esempio avviene in
un foro nella roccia. Se la base di appoggio di un blocco di esplosivo
viene scavata in modo da ricavare una cavità emisferica o parabolica
gli effetti dell'esplosione si concentrano, come i raggi di uno
specchio parabolico, in corrispondenza della cavità, aumentandone
l'effetto distruttivo. Se il blocco è circolare si parlerà di carica
cava circolare; se il blocco è a forma di parallelepipedo (una
specie di coppo), si parlerà di carica cava allungata. Le
cariche cave vengono utilizzate per operazioni di perforazione e taglio
o per scavare buchi. Talvolta l'esplosivo viene confezionato in tubi di
acciaio di un metro o due di lunghezza, innestabili l'uno sull'altro,
per aprire varchi in reticolati o campi minati o per demolizioni varie (tubi
esplosivi, bangalore torpedoes) Le cariche possono essere interne,
se collocate a riempire una cavità del corpo da demolire (foro da mina
e camera da mina se vuote, petardo e, rispettivamente, fornello, quando
caricate), oppure esterne quando vengono semplicemente
appoggiate al corpo da demolire. Normalmente sia le cariche interne che
quelle esterne vengono intasate (cioè con idonei materiali,
quale sabbi, terra, coperture,ecc.) si crea una resistenza sul lato
opposto a quello su cui deve svolgersi l'opera di demolizione.
L'esplosione
La potenza di un esplosivo ed i suoi effetti dipendono
da vari fattori, quali la velocità ed il calore di esplosione, la
quantità di gas prodotti, influenzata dalla temperatura di esplosione,
e le conseguenti pressioni realizzabili. Esplosivi ad alta velocità di
detonazione hanno maggori effetti distruttivi anche per semplice
contatto (effetto brisante), potendo tranciare di netto piastre e
sbarre metalliche; esplosivi che producono molto gas sono più idonei in
campo civile (cave, gallerie, ecc.) in cui occorre sfruttare l'effetto
di distacco. In campo militare si useranno prevalentemente i primi per
il caricamento di bombe o di proiettili, sfruttando sia l'effetto
dell'onda di pressione iperrapida sviluppata, che gli effetti prodotti
dalla schegge, sia per opere di sabotaggio appoggiando direttamente
l'esplosivo sul manufatto da distruggere; in campo civile gli esplosivi
verranno impiegati con cariche intasate, vale a dire inserite in fori
scavati nella roccia o nel terreno. Come si è detto però gli usi sono
in larga parte scambiabili e ogni esplosivo militare potrebbe essere
efficacemente usato per lavori civili e viceversa; la stessa polvere da
sparo, se opportunamente intasata e compressa in recipienti, può
servire per confezionare ordigni esplosivi (vedi sotto).
La prova più usata per determinare la potenza di un esplosivo consiste
nel farlo esplodere entro un grosso blocco di biombo (blocco di Trauzl)
e nel misurare poi il volume della cavità creatasi. In base ad essa, se
si assume che la gelatina esplosiva abbia il valore eguale a 100, si ha
la seguente scala di valori per gli altri esplosivi:
Gelatina esplosiva, 100
T4, 90
Pentrite, 80
Tritolo, 50
Fulminato di mercurio, 20
Polvere nera, 7
Generalmente in campo militare, e per opere di demolizione, si
preferisce calcolare il coefficiente di equivalenza rispetto al
tritolo, posto eguale ad 1. Si avrà in questo caso:
Tritolo, acido picrico, miscele a base di dinamite, gun-cotton, 1
Gelatina esplosiva, 0,7
C2 e C3, T4, pentrite, 0,8
Tetrytol, tritolite, pentrolite, 0,9
Nitroammido, dinamite, 1,2
Esplosivi al nitrato d'ammonio, 1,4
Polvere nera da mina, 2,3
Vale a dire che agli effetti pratici Kg 2,3 di polvere da mina
equivalgono a Kg 1 di tritolo (varia ovviamente la velocità di
esplosione e quindi l'effetto di brisanza dell'esplosione).
Il valore TNT- equivalente
si può calcolare in vari modi; il più semplice è quello di prendere in
considerazione solo il calore di esplosione, trascurando così la
velocità di detonazione. Il calore di esplosione del tritolo è di 1,08
e quindi si può assumere che 1 grammo di tritolo sviluppi una caloria.
Se si moltiplica il calore di esplosione di un esplosivo per 0,925
(rapporto fra 1,08 e 1) si ottiene il fattore di equivalenza. Ad
esempio il calore di esplosione della nitroglicerina è pari a 1,6;
1,6*0,92 = 1,47 il che significa che un chilogrammo di tritolo
corrisponde 0,68 kg di nitroglicerina. Un fattore inferiore ad 1 indica
che l'esplosivo è meno potente del tritolo. Ad esempio il nitrato di
ammonio ha un fattore di 0,5 e quindi 2 kg di esso corrispondono ad un
kg di TNT . Sia chiaro che ciò nulla dice in ordine alla brisanza.
Riporto qui alcune tabelle trovate in letteratura
I volumi di gas prodotto possono essere pari a 10.000
- 30.000 volte quelli iniziali con temperature fino a 3000 gradi e le
pressioni raggiungibili arrivano normalmente attorno alle 20.000
atmosfere con picchi di 150.000 atmosfere. L'esplosione dà luogo ad
un'onda esplosiva od onda di pressione, con effetti a breve ed a lunga
distanza. A lunga distanza si crea un'onda di pressione dipendente dal
mezzo circostante (nell'aria si ha lo spostamento d'aria, nell'acqua
uno scoppio subacqueo) che si propaga creando una sovrapressione di
parecchi bar, seguita da una fase più lunga di depressione (risucchio)
che naturalmente non può essere superiore alla pressione atmosferica di
un bar. L'onda di pressione che incontra un oggetto produce delle
lesioni che possono poi venir aggravate dall'onda di risucchio; ad
esempio un muro può essere lesionato dall'onda esplosiva e poi fatto
cadere dall'onda di risucchio o retrograda. Una persona viene
scaraventata a terra. E' per tale fenomeno che gli effetti di una bomba
possono apparire diversi da quelli dettati dalla comune esperienza; ad
esempio l'esplosione di una bomba in una strada può far ritrovare le
saracinesche dei negozi e le vetrine sventrate verso l'esterno, le
pareti crollate verso la strada ed il tetto scoperchiato verso l'alto.
L'onda di risucchio creata dall'aria che ritorna violentemente verso il
centro dell'esplosione può dar luogo a una successiva onda rimbalzante
all'indietro, ma di non rilevante potenzialità. Quando l'esplosione
avviene nel terreno, si creano in esso delle vibrazioni con onde d'urto
simili a quelle di un terremoto, che possono cagionare lesioni agli
edifici o che possono avere l'effetto di una mazzata su di una persona
a contatto con la superficie investita (una bomba che scoppia sotto una
nave può provocare lesioni a coloro che si trovano sulla sua tolda per
il solo effetto dell'urto). E' per questo motivo che chi si trova a
breve distanza da un'esplosione deve stendersi a terra avendo però
l'avvertenza di reggersi solo sulle punte dei piedi ed i gomiti: in tal
modo evita lo spostamento d'aria, l'ondata di calore e l'onda d'urto
trasmessa dal terreno. A breve distanza invece, l'esplosione agisce
direttamente con onde d'urto pulsanti che attraversano l'oggetto e
vengono riflesse dalle sue superfici libere così che si creano in esso
sovratensioni che ne provocano la rottura. Questo effetto viene
sfruttato particolarmente nelle granate anticarro in cui una carica di
esplosivo viene fatta esplodere contro la blindatura; ciò provoca il
distacco di porzioni del lato interno di essa con proiezione devastante
di frammenti. All'esplosione segue normalmente una fiammata con
possibile proiezione di corpi incandescenti che possono provocare
incendi nonché una irradiazione di calore che può essere la causa di
ustioni da irradiazioni (ustioni da lampo) e di possibili incendi (può
infiammare gli abiti di persone presenti in un certo raggio). Nel caso
di esplosivo caricato in contenitori metallici (mine, bombe,
proiettili, ordigni esplosive), o di bombe chiodate create legando
grossi chiodi attorno ad un nucleo di esplosivo, vi è l'ulteriore
effetto della proiezione di frammenti metallici di varie dimensioni
(schegge), ad una velocità che varia dai 1000 ai 1500 m/s; la distanza
di proiezione varia naturalmente a seconda delle dimensioni della
scheggia, del suo peso e della sua forma. Frammenti minuti ma aventi
elevata velocità possono cagionare lesioni più ampie di quelle
prevedibili.
L'energia sviluppata da una esplosione è grandissima, ma concentrata
in
mezzo millesimo di secondo.
Una massa di 2500 kg di esplosivo con un calore di esplosione di 6700
kJ/kg detona in 500 μs e libera un'energia (effettua un lavoro) di
2500 kg* 6700 kJ/kg =16,75 106 kJ
e poiché 3,6 kJ sono pari ad un Watt ora (ossia l'energia necessaria a
fornire una potenza di un Watt per un'ora)
16,75 106 kJ / 3,6 kJ = 4653 kWh
La produzione di energia del mondo nel 1966 fu di 3,5 * 1012 kWh
e perciò è come se si fossero sviluppate nel corso del 1966 una serie
di 7,53 * 108 esplosioni.
La potenza svolta dall'esplosivo (ossia il lavoro svolto
dall'esplosione nell'unità di tempo per cui kWh / h) in 500
μsec ossia 500 * 10-6 sec = 5 * 10-4 sec = 1.38* 10-7 ora è
di
4650 kWh / 1.38* 10-7 ora = 3,3510 kW
La produzione di energia del mondo nel 1966 fu di 3,5 * 1012 kWh
Quindi la potenza totale di tutte le centrali del mondo in 360 giorni
di 24 ore (quindi 8640 ore) ammontava a
3,5 * 1012 kWh / 8640 ore = 4,05 * 108 kW
e quindi la potenza mondiale impegnata nel 1966 risulta il 74,4%
dell'esplosione.
L'ESPLOSIONE
L’esplosione provoca un’onda d’urto che si propaga ad altissima
velocità. La velocità di propagazione è costante. Essa può essere
calcolata mediante l’equazione chimica relativa ai gas ideali e
il calore di esplosione; calcoli da prendere sempre con precauzione
perché molti sono i fattori che diminuiscono il rendimento teorico.
Il calcolo teorico dei fenomeni ricollegati ad una esplosione è
estremamente complesso ed esula dallo scopo di questo scritto e dalle
mie capacità matematiche; però vi sono delle formule empiriche,
ricavate dai dati sperimentali, che consentono di farsi una idea delle
forze in gioco con una approssimazione sufficiente nella maggior parte
dei casi. Esse non vanno confuse con le formule a braccio (Rules of
Thumb in inglese, Faustformel in tedesco) che forniscono solo dati
orientativi (ad. es, per sapere a quante centinai di metri è
caduto un fulmine, contare i secondi fra il lampo e l'arrivo del suono
e moltiplicare per tre).
In materia di esplosioni, ad es., si dice, a braccio, che per esplosivi
medi (TNT):
- Un kg di esplosivo sviluppa circa 1000 litri di gas
- Un kg di esplosivo sviluppa circa 1000 Kcal di energia che, se
trasformata tutta in calore, porterebbe ad abolizione 10 litri di acqua.
- I gas prodotti da una esplosione, e prima che inizino ad espandersi,
hanno una temperatura di 2000-3000 K e una pressione da 50 a 150 Kbar.
Una approssimazione accettabile si ottiene con le seguenti formule
empiriche in cui il quantitativo è indicato per il TNT: per altri
esplosivi calcolare il TNT-equivalente
Fireball
Al momento dell'esplosione si crea anche una sfera di fuoco il cui
diametro approssimativo per esplosivi medi (TNT) è dato dalla formula
D[m] =3 * Peso[kg] ^0,3
In altre parole il diametro in metri è dato dalla radice cubica del
peso in kg moltiplicata per 3.
Per un peso di un kg di TNT si avrà una sfera fuoco di circa 3 metri.
Cratere
Il cratere dell'esplosione di un esplosivo appoggiato sul suolo dipende
dal tipo di esplosivo e dal tipo di suolo.
In via molto approssimata si
ritiene che il diametro D del cratere sia dato dalla formula
D[m]= k * 0,4* P[kg]^0,333
in cui k è un fattore che varia da 1,7 per suolo molto duro a 6 per
suolo molto soffice. Elevare a 0,333 equivale ad estrarre la radice
cubica.
Per proiettili di artiglieria che penetrano nel terreno si calcola un
diametro del cratere pari a 10 volte il calibro.
Le dimensioni del cratere possono essere molto variabili anche in
situazioni apparentemente identiche; le esperienze hanno rilevato
scarti normali del 10%, che possono salire anche al 30-40% senza motivo
apparente.
Per grandi esplosioni è stata proposta la formula
D[m] = 0,8 P[Kg]^0,333 con scarti del 30%
Uno studio sperimentale (D. Ambrosini, B. Luccioni, R. Danesi, Influence
of the soil properties on craters produced by explosions on the soil
surface, 2005) ha dato i seguenti risultati
Kg di TNT |
Diametro del cratere [m] |
1 |
0.58 |
2 |
0.74 |
4 |
0.84 |
7 |
1.48 |
10 |
1.56 |
50 |
2.10 |
100 |
2.52 |
150 |
2.62 |
200 |
3.06 |
250 |
3.10 |
300 |
3.20 |
400 |
3.40 |
500 |
4.22 |
corrispondenti alla formula
D [m] = 0.51* P[Kg]^0,333 [ ± 5% ]
se l'esplosivo è appoggiato sul suolo; se invece è il baricentro ad
essere a livello del suolo (esplosivo seminterrato) il coeff. 0,51 sale
a 0,65. La differenza di consistenza del suolo comporta variazioni del
5% in più o in meno.
Se l'esplosivo è sollevato rispetto al suolo (ad esempio dentro un
veicolo) ogni previsione è aleatoria.
Onda di pressione
In linea di massima si esprime con la formula empirica
Pressione (in PSI) = 4120 / z^3 - 105 / z^2 + 39,5 / z
in cui z indica la distanza reale scalata (misure in piedi e
libbre).
Il calcolo viene svolto utilizzando la nozione di
TNT-EQUIVALMENTE già vista sopra.
Vediamo di comprendere il concerto di calcolo scalato: Tutti i
parametri che caratterizzano un’esplosione sono principalmente
dipendenti dalla quantità di energia rilasciata dalla detonazione
sottoforma di onda d’urto e dalla distanza della sorgente. È possibile
descrivere gli effetti di un’esplosione mediante l’utilizzo di un
metodo scalato che si sostanzia da osservazioni di natura empirica
ossia che onde d’urto simili sono prodotte alla stessa distanza
scalata quando due cariche di analoga geometria e dello stesso
materiale esplosivo, ma di differente dimensione, sono fatte detonare
nella stesse condizioni atmosferiche. I parametri caratteristici
della fase positiva per un’esplosione sferica di una carica di
esplosivo sono dati in funzione della DISTANZA SCALATA, ovvero del
rapporto tra la distanza reale R dal punto di scoppio e il la radice
cubica della massa M della carica esplosiva
Quindi per una distanza reale di m 10 e un peso di 5 kg di TNT
il valore della distanza scalata da usare per il calcolo è di 5,8 e non 10.
L’uso della distanza scalata consente, combinando diversi quantitativi
di esplosivo in funzione delle diverse distanze, di poter rappresentare
in maniera compatta una vasta gamma di situazioni rappresentabili in
termini di effetti di onde d’urto. Tutti questi studi sono basati
ovviamente su modelli empirici costituiti mediante approssimazioni di
dati sperimentali dell’onda d’urto percepita dopo l’innesco di una
determinata quantità di materiale esplosivo (solitamente TNT).
Sono stati studiati modelli empirici che tengono conto di
maggiori variabili (ad es. pressione e temperatura dell'aria), ad es,
quelli di Sadovsky.
Approfondiamo il caso di un’esplosione (detonazione) di una carica
sferica in aria: quando essa si verifica in maniera uniforme i
conseguenti picchi di pressione e temperatura dei gas prodotti si
espandano nell’aria ambiente generando un’onda d’urto che, in assenza
di ostacoli, si propaga come una superficie sferica avente origine nel
centro dell'esplosione. Se la forma della carica esplosiva è sferoidale
essa si propaga dal punto di detonazione in tutte le direzioni in
maniera uniforme.
La massima pressione sviluppata da un’onda d’urto in aria libera ad una
data distanza è il cardine sul quale si basano i modelli empirici più
validi (Henrych, Brode, Naumyenko e Petrovsky, Sadovsky, Kinney e
Graham, Gelfand e Silnikov, Mills Wei e Dharani). Essi sono
fondati sull’idea di predire l’andamento temporale dell’onda di
pressione come sola funzione sia della quantità di materiale esplosivo
impiegata che della distanza alla quale si vuole valutare l’effetto
prodotto (attese particolari condizioni atmosferiche ambientali):
vengono, quindi, utilizzate come uniche variabili la DISTANZA SCALATA e
i valori standard esplosivi del tritolo o delle miscele o in termini di
TNT EQUIVALENTI.
Le formule di Sadovsky (m = kg, r = mt, Δp1 = atm, τ+ = sec, D =
m/s, u1 = m/s, c1 = m/s T1 = °K) valgono per sovrapressioni inferiori a
10 atm e per distanze non molto prossime all’origine del fronte d’onda.
Nel caso di onda d'urto da esplosione di TNT (in condizioni
atmosferiche standard) abbiamo:
Le formule sono troppo complesse per essere gestibili con una calcolatrice tascabile e quindi l'amico Dr. Felice Nunziata mi ha preparato un foglio excel in cui è sufficiente inserire distanza e peso per ottenere i risultati ricercati. Ripeto che essi sono orientativi e che è normale uno scarto del +/- 10% .
Effetti dell'esplosione
Gli inglesi, molto pragmatici, hanno condotto esperimenti sul "letal
action of blast". E' stato accertato che una carica di TNTda 50 lbs
(diciamo 24 kg), esplosa in superficie, ha effetto letale fino a circa
4 metri, demolisce un muro isolato a 15 metri e danneggia il tetto di
un'abitazione a 40 metri. L'effetto non è direttamente proporzionale
alla carica ed inoltre, nel caso di grosse cariche (la classica
auto-bomba), non sempre l'innesco è tale da fare esplodere l'intera
carica. Numerosi sono i casi di esplosione parziale.
L'essere umano, i realtà, è straordinariamente resistente alla
pressione. Certamente, i timpani non ne godono e nemmeno i polmoni, ma
si sopravvive.
Invece la stessa carica, nell'androne di un palazzo, provoca il crollo
dell'intera costruzione, ma più per effetto dell'onda retrograda, che
per effetto dell'onda diretta. Mi spiego: l'esplosione crea un'onda
pressoria che, per un attimo, espelle dal palazzo l'aria e vi crea
qualcosa di simile al vuoto. Terminato l'effetto, l'aria vi fa rientro
ed esercita una pressione abbastanza prolungata, alla quale le
strutture verticali e soprattutto orizzontali, già danneggiate
dall'onda esplosiva, non resistono. Basti considerare che la sola
pressione atmosferica è di 10 tonnellate per metro quadro e che i solai
sono collaudati a 200 kg/mq..
In un locale "confinato" come l'autobus (o, peggio, la metropolitana),
l'effetto pressorio viene incrementato dai rimbalzi dell'onda sulle
pareti che originano quelli che in acustica si chiamano "battimenti";
proiezioni di metallo e vetri e l' incendio del carburante completano
il quadro, come possiamo vedere in TV .
Diverso è il discorso della proiezione di frammenti metallici a cui
dedico un apposito capitolo. Nella pratica si rileva spesso che la
famigerata "micidiale nail bomb" ( cartuccia di TNT con cintura di
chiodoni fissati con nastro adesivo), non perfora una tavola da cm 2,5
ad un metro di distanza: i chiodi si piantano di traverso a non oltre
cm 1. I bulloni perdono energia dopo un brevissimo tragitto e,
per loro stessa conformazione, non riescono a penetrare del legno e
nella carne di manzo (macellato ovviamente) a 2-3 metri. E non importa
che la carica sia da un etto o da 15 kg: la velocità iniziale è sempre
quella!
Effetti sul terreno
I danni provocati da una esplosione sono estremamente variabili, a
seconda dei luoghi, ma da essi si può risalire al quantitativo di
esplosivo; si possono distinguere in tre categorie
I) Terreno completamente spazzato,alberi sradicati o troncati a livello
del terreno o a meno di due metri dal suolo.
Questi danni si verificano ad una distanza dall’esplosione data
approssimativamente dalla formula
D[m] = 1.55 * P[kg] ^ 0,425
in cui D è il diametro della zona e P il peso dell'esplosivo (TNT
equivalente)
II) Alberi seriamente danneggiati con rottura di rami principali,
fino al limite in cui gli alberi sono integri, ma vengono asportati
rametti minori e foglie.
D[m] = 2,2 * P[kg]^0,425
III) Gli alberi hanno perso solo le foglie o esse sono rimaste
attaccate al ramo ma ritorte
D[m] = 3,3* P[kg]^0,425
IV) Sottobosco e felci danneggiate e scolorite
D[m ]= 4,38 * P[kg] ^0,.425
Effetti sul corpo umano ed edifici
Pericolo elevato di
morte
500 mbar
Pericolo medio (1% letalità)
140 mbar
Di solito in frantumi le finestre (tutte le dimensioni)
35-70 mbar
Distorsione cornice di edifici ad intelaiatura
d'acciaio
140-170 mbar
Rottura dei serbatoi di stoccaggio di
petrolio
210-280 mbar
Edifici ad intelaiatura d'acciaio strappato da
fondazioni
210 mbar
Vagoni
rovesciati
490 mbar
Completa distruzione di tutti gli edifici non in cemento
armato 700 mbar
La curva è riferita ad una persona di 70 kg in piedi. La pressione è indicata in psi
Questi sono gli effetti sul corpo umano di
un'onda esplosiva osservati in relazione alla pressione a cui viene
esposto (1 kg/cm2 ~ 1 atm):
> 26 kg/cm2. Morte istantanea, disintegrazione del
corpo.
> 8 kg/cm2. Morte istantanea, corpo proiettato
all'indietro, parti del corpo disintegrate.
> 5 kg/cm2. Ferite gravissime con pericolo di morte al
99%, parti del corpo disintegrate, forti danni ai tessuti molli e alle
ossa
> 3.8 kg/cm2. Ferite, pericolo di morte al 75%; in ospedale
per almeno due o tre mesi
> 2.5 kg/cm2. Ferite mede con rischio di morte al 10%; in ospedale
per 1-2 mesi.
> 2.1 kg/cm2. Ferite lievi; in ospedale per 7-15 giorni.
> 1.6 kg/cm2. Shock, stato di incoscienza.
> 1.1 kg/cm2. Rottura dei timpani.
> 0.5 kg/cm2. Distanza minima di sicurezza per artiglieri e
artificieri
> 0.35 kg/cm2. Distanza minima da osservare per evitare rottura iei
timpani
Questi gli effetti sugli edifici. Si considera che
l'edificio sia interamente entro il raggio di rischio
> 2.5 kg/cm2. Distruzione di robuste strutture in
acciaio, ponti.
> 1.75 kg/cm2. Distruzione o grave danneggiamento di strutture in
cemento armato > 1.0 kg/cm2. Distruzione della costruzioni non
in cemento
armato antisismiche
> 0.65 kg/cm2. Crollo di edifici con intelaiature in acciaio o
modernamente rinforzate con cemento armato
> 0.25 kg/cm2. Danni significativi a palazzi di città
> 0.15 kg/cm2. Crollo parziale di edifici.
> 0.05 kg/cm2. Danni lievi agli edifici, rottura dei vetri
delle finestre.
Distanza di sicurezza e di evacuazione da bombe
Contenitore | Contenuto di esplosivo |
Distanza |
Distanza |
Distanza |
|
Tubo bomba |
2,5 |
8 |
20 |
260 |
|
Valigetta |
25 |
15 |
50 |
560 |
|
|
Berlina piccola |
100 |
20 |
75 |
280 |
|
Berlina |
230 |
30 |
100 |
320 |
|
Furgone |
450 |
40 |
120 |
1350 |
|
Autocarro |
1800 |
60 |
200 |
550 |
|
Semiarticolato |
20.000 |
140 |
430 |
1600 |
Contento di esplosivo è il quantitativo di esplosivo TNT-equivalente che si presume caricabile o nascondibile su di un veicolo.
Distanza letale è quell' oltre cui vi sono speranze di sopravvivenza.
Distanza minima od obbligatoria di sicurezza
è quella che deve rispettare chi non deve intervenire sulla
bomba; chi vi si trova deve restare lontano da finestre e pareti
esterne.
Distanza consigliata è quella entro cui gli edifici devono essere evacuati.
Distanza di sicurezza per gas liquefatti ( GPL) PG
Contenitore |
Massa e volume |
Fireball |
Distanza |
|
|
Bombola |
9 kg |
12 m |
50 m |
|
Bombolone |
45 kg |
21 m |
100 m |
|
Bombolone |
907 kg |
56 m |
220 m |
|
Autobotte |
3,630 kg |
89 m |
350 m |
|
Autocisterna |
18,144 kg |
152 m |
600 m |
Esplosione
"per simpatia"
Tra i profani è diffusa l'opinione che uno scoppio possa far esplodere
spontaneamente esplosivi che si trovino nelle vicinanze. In effetti il
fenomeno dell'esplosione per influenza è abbastanza limitato e
condizionato dalla distanza tra le due cariche di esplosivo, dalla
violenza dell'esplosione e dal mezzo in cui viaggia l'onda d'urto
(aria, roccia, metallo), dalla sensibilità dell'esplosivo (ovviamente
se la seconda carica è munita di detonatore, o di una spoletta
sensibile alle vibrazioni, l'effetto simpatia potrà verificarsi a
maggior distanza). Esperimenti eseguiti con cartucce di gelatina
esplosiva hanno stabilito, a titolo di esempio, che per aversi effetto
simpatia esse debbono essere a non più di 60 cm se appoggiate su di una
lastra metallica, a non più di 30 cm se appoggiate su terreno
consistente, a non più di 10 cm in acqua. In aria l'effetto simpatia
non si ha oltre pochi millimetri. In genere si assume che non vi sia
esplosione per simpatia di esplosivi non innescati che si trovino ad
una distanza superiore a tanti metri quanti sono i chili di esplosivo
del primo scoppio.
Gli accessori
Nell'impiego pratico degli esplosivi occorre usare anche alcuni mezzi
che servono per provocare l'esplosione nei modi e tempi voluti. Già
abbiamo visto che solo la polvere nera può essere fatta esplodere per
semplice accensione a mezzo di una miccia; per gli altri esplosivi
(salvo casi particolari in cui può bastare un forte calore) occorre un
mezzo d'innesco che normalmente è il detonatore; esso è costituito da
un tubicino metallico chiuso da un lato e contenente una miscela di
esplosivi primari. In alcuni casi, specie usando esplosivi poco
sensibili, nel detonatore è contenuto, sotto a quello primario, anche
uno strato di esplosivo secondario molto potente; in altri casi il
detonatore viene collegato ad un separato detonatore secondario
costituito da un quantitativo variabile da pochi grammi fino ad un
chilo di esplosivo potente (Pentrite, T4, TNT). I detonatori sono
numerati secondo una scala che va da 1 a 10, a seconda della loro
forza, calcolata come se essi fossero caricati solo con fulminato di
mercurio. Di regola vengono usati detonatori del nr. 8 corrispondenti a
2 gr di fulminato. I detonatori vengono fatti esplodere mediante una
miccia, che viene infilata nell'estremità libera e fissata schiacciando
il tubicino attorno ad essa con una apposita pinza (qualche "eroe" usa
anche i denti!). Altrettanto usati sono i detonatori elettrici in cui
l'accensione è provocata da un filamento circondato da una miscela
incendiaria e che viene reso incandescente al passaggio di una corrente
elettrica. Talvolta il filamento è separato dal detonatore e viene
inserito in esso come una miccia (accenditore elettrico). La corrente
elettrica viene prodotta da un apposito apparecchio detto esploditore.
Per ordigni militari (mine, bombe, proiettili) il detonatore è
sostituito dalla spoletta, che contiene, oltre alla carica primaria,
meccanismi e dispositivi vari che ne provocano la detonazione al
momento voluto. I detonatori sono molto sensibili agli urti e debbono
pertanto essere maneggiati con cautela. Essi non vanno mai conservati o
trasportati assieme all'esplosivo. Le micce servono per trasmettere a
distanza, ad un detonatore o all'esplosivo direttamente, la fiammata
oppure l'onda d'urto di accensione. Si distinguono in miccia ordinaria
a lenta combustione (miccia lenta) e in miccia detonante. La prima è
una specie di corda del diametro di 5 o 6 mm, rivestita di sostanze
impermeabilizzanti e contenente un'anima di polvere nera finissima.
Accesa ad un estremo essa brucia alla velocità media di 110-130 secondi
per metro lineare. Essa viene usata per provocare l'esplosione dopo un
certo tempo di ritardo. La miccia detonante contiene, al posto della
polvere nera, un'esplosivo secondario ad alta velocità di detonazione.
Una volta erano impiegati il tritolo o l'acido picrico, ormai
sostituiti dalla pentrite che assicura una velocità di detonazione di
6000-6500 m/s. La miccia detonante non viene accesa, ma fatta esplodere
con un detonatore, a sua volta acceso elettricamente o con miccia
lenta. Essa serve per far esplodere contemporaneamente più cariche
esplosive distanti una dall'altra. Non va confusa con la miccia
istantanea o a rapida combustione, usata allo stesso scopo, che è una
normale miccia a base di polvere nera che brucia però con una velocità
di 50-100 m/s. e trova impiego esclusivamente in campo militare Gli
accendimiccia sono dei normali spezzoni di miccia a lentissima
combustione (600 secondi per metro lineare), che emettono un forte
dardo di fiamma e consentono di accendere più micce lente, una dopo
l'altra e in condizioni meteoriche avverse. Esistono infine accenditori
a strappo che si infilano sulla miccia e consentono di accenderla per
frizione.
Esplosivistica
giudiziaria
I problemi che si presentano al perito esplosivista
consistono nell'individuare: - il tipo di esplosione (concentrata
da esplosivo, o diffusa per altre cause, quali la presenza in
un ambiente di miscele gassose o polverulente)
- il tipo di esplosivo impiegato
- il quantitativo di esplosivo impiegato
- il tipo di ordigno
- il sistema usato per provocare l'esplosione
- se una persona abbia maneggiato esplosivo
Nella comune opinione si tende a ritenere che per confezionare un
ordigno esplosivo o per commettere un attentato occorrano particolari
conoscenze tecniche; in effetti non è particolarmente difficile
procurarsi dei prodotti esplosivi e le conoscenze tecniche necessarie
sono alla portata di qualunque persona che non sia analfabeta; l'unica
qualità che veramente occorre è una grande prudenza, per non far la
fine di Feltrinelli! Gli esplosivi civili vengono usati in ingenti
quantitativi e qualsiasi fuochino, che può eseguire delle volate che
impiegano ogni volta anche quintali di esplosivo, non incontra nessuna
difficoltà a farne sparire qualche chilo assieme ad alcuni detonatori.
Comunque vi sono numerosi prodotti chimici in commercio per fini del
tutto leciti e che, con modeste trasformazioni, possono essere usati
come esplosivo. Ad esempio l'attività terroristica irlandese si è
basata in larga parte su questi prodotti miscelati secondo varie
"ricette": clorato di sodio e zucchero, clorato di sodio e nitrobenzene
(questo usato nei lucidi da scarpe e nella concia del cuoio), nitrato
d'ammonio (concime chimico) e nafta, zucchero e dicloroisocianato di
sodio (usato per disinfettare piscine e locali di mungitura), zucchero
e clorito di sodio (un candeggiante) , zucchero e nitrato di sodio
(usato in insaccati) o di potassio (fertilizzante, disinfettante), ecc.
Molti di questi prodotti sono venduti con nomi commerciali e talvolta
la vera composizione non si ricava dalla confezione. Il nitrato
d'ammonio è usatissimo come concime chimico e in Irlanda le Autorità
sono giunte a vietare i concimi che ne contenevano più dell'80%. Il
clorato di sodio viene venduto come diserbante. Polvere nera e miscele
a base di clorato di potassio possono essere recuperate da artifici
pirotecnici; una potente carica di tritolo è contenuta, assieme a
polvere nera, nei razzi antigrandine. Con modeste conoscenze di chimica
e molta incoscienza, si possono produrre con tutta facilità prodotti
detonanti come il fulminato di mercurio, e un tecnico di laboratorio
non ha difficoltà a produrre esplosivi potenti quale l'acido picrico; è
alquanto facile produrre la nitroglicerina, ma ne è estremamente
pericolosa la manipolazione. Facilmente reperibile è poi la polvere da
sparo senza fumo, usata per caricare le cartucce; essa può servire per
confezionare ordigni esplosivi di scarsa forza dirompente ma pur sempre
pericolosi per le persone. Si calcola che la potenza di un ordigno
caricato con polvere da sparo sia circa un quinto di quella di un
ordigno caricato con esplosivo militare. Una granata confezionata con
mezzo chilo di polvere in un recipiente di metallo o di vetro e
frammista a chiodi, bulloni, frammenti metallici, può provocare ferite
nel raggio di una decina di metri.
1 - Individuazione del tipo di esplosione e
di bomba.
L'individuazione del tipo di esplosione è abbastanza facile per un
esperto in quanto in quella diffusa (miscele gassose, polveri) manca il
tipico focolaio dell'esplosione; per individuare invece il tipo
d'esplosivo e di ordigno occorre repertare nel modo più accurato,
provvedendo a setacciare anche il terreno e le eventuali macerie, tutti
i frammenti, anche nel raggio di decine di metri, e occorre eseguire
prelievi di sostanza nel cratere dell'esplosione. Dai frammenti si
potrà risalire alla conformazione della bomba e da essi potranno essere
prelevati residui inesplosi di esplosivo, o residui della sua
combustione, da sottoporre ad analisi chimiche. L'individuazione del quantitativo di
esplosivo usato può essere fatta ad occhio da persone molto esperte,
purchè gli effetti di essi consentano di farsi un'idea sulla
potenzialità dell'esplosivo usato. Se si conosce approssimativamente il
quantitativo di esplosivo necessario per ottenere un certo effetto, si
potrà infatti dedurre dai danni cagionati il quantitativo di esplosivo
impiegato. Dove esplode una caricia di esplosivo si forma
necessariamente un cratere di esplosione, molto indicaitvo; se esss
manca vuol dire che vi è stata una esplosione gassosa oppure che la
carica esplosiva era sospesa in
aria!
Sulla base dei dati forniti dalla letteratura sull'argomento, si
possono indicare le seguenti formule che, in relazione al materiale
demolito ed alle sue dimensioni, consentono di stabilire
approssimativamente il quantitativo C di esplosivo, in grammi, con
coefficiente di equivalenza = 1 (vedi sopra), che è stato impiegato in
forma di carica esterna. Ovviamente in quei materiali in cui è
possibile applicare una carica interna, il quantitativo occorrente è
decine di volte minore.
Travi e pali di legno (travi sovrapposti
si considerano
come un unico corpo) Travi con sezione rettangolare e lati "a" e "b" in
cm.
C = 1,7 ab (con intasamento)
C = 2 ab (senza intasamento)
Con sezione circolare e diametro "d" in cm
C = 1,7 d² (con intasamento)
C = 2 d² (senza intasamento)
Piastre metalliche ("a" indica la
larghezza e "b" lo spessore, assunto sempre superiore a 2)
Piastre semplici
C = 4,5 ab² (con intasamento)
C = 6 ab² (senza intasamento)
Piastre accoppiate con chiodatura o saldatura)
C = 4,5 a(b + 1) ² (con intasamento)
C = 6 a(b + 1) ² (senza intasamento)
Barre di ferro tonde o quadrate, posto "d" per indicare il
diametro o il lato
C = 4,5 d³ (con intasamento)
C = 6 d³ (senza intasamento)
Tubi o colonne di ferro vuote, posto "d"
per il diametro esterno e "s" per lo spessore del tubo, assunto sempre
superiore a 2)
C = 15 ds² (con intasamento)
C = 20 ds² (senza intasamento)
Funi d'acciaio, posto "d" per indicarne il diametro
C = 7 (d + 1) ³ (senza intasamento)
Ferri profilati
Si applicano le stesse formule viste per le piastre, come se il
profilato fosse costituito dall'unione di più piastre semplici; per un
ferro ad "L", ad esempio, si calcola il quantitativo di esplosivo
occorrente per ogni lato e si somma il tutto.
Muri, posto "s" per indicarne lo
spessore in cm, la carica per ogni metro lineare di muro (di spessore
non superiore al metro) sarà
C = 60s (con intasamento)
Cemento armato
Travi, pilastri
C = 3ab (per sezioni rettangolari, con intasamento)
C = 3d² (per sezioni circolari, con intasamento)
C = 4,5ab (per sezioni rettangolari, senza intasamento)
C = 4,5² (per sezioni circolari, senza intasamento)
Solette e muri, posto "a" quale lunghezza delle breccia e "b" lo
spessore
C = 3ab (con intasamento)
Tubi, posto "d" per il diametro esterno ed "s" per lo spessore
C = 10ds
Si tenga comunque presente che le formule indicate sono alquanto
sovrabbondanti in quanto studiate per ottenere un sicuro effetto di
demolizione ad opera di militari che non hanno problemi di rifornimento
di esplosivi.In pratica un attentatore ridurrebbe il quantitativo anche
alla metà. Per chi volesse semplificare ulteriormente il calcolo, si
può ritenere che per tranciare un trave di legno con esplosivo militare
sistemato su di esso o attorno ad esso, senza intasamento, occorrono
tanti grammi di esplosivo quanti sono i centimetri quadrati di sezione
del tronco (cioè per un tronco di 20 cm di diametro circa 300 grammi di
esplosivo); per sbarre, travi, binari in ferro occorre un quantitativo
di circa 20 grammi per ogni centimetro quadrato di sezione; per il
cemento armato di circa 4 grammi per ogni centimetro; per abbattere un
muro si ritiene occorrano 60 grammi di esplosivo per ogni cm di
spessore.
Talvolta si può risalire al quantitativo di esplosivo in base al
cratere che l'esplosione ha lasciato sul terreno: la regola
approssimativa, per quantiattivi non elevati, è che una carica di
esplosivo potente fatta esplodere appoggiandola su terreno normale, vi
provoca un cratere ad imbuto la cui profondità è pari ad un cm per ogni
10 grammi di esplosivo (si veda la foermula pià avanti).
2 - Il tipo di esplosivo usato
Un esperto può individuare il tipo di esplosivo anche sulla base
dell'odore che si percepisce sul luogo dell'esplosione. Però solo
l'analisi chimica può consentire di individuare gli esplosivi o la
misceli di esplosivi usati. Trattasi di analisi chimiche sofisticate,
che debbono essere eseguite da esperti in chimica degli esplosivi.
Passerà alla storia della criminologia l'analisi effettuata dai
laboratori di polizia italiani sulla nave Moby Prince affondata a
Livorno al fine di scoprire l'esplosivo usato per un'esplosione che non
vi era mai stata: l'analisi, eseguita da incompetenti, portò ad
affermare che era scoppiata una bomba composta da una miscela di una
diecina (sic!) di esplosivi! Peccato però che nel luogo ove erano stati
raccolti i campioni da esaminare, non vi fosse alcun focolaio di
esplosione!
3 - Il sistema usato per
l'accensione
Salvo che esso possa essere individuato in basi a particolari
considerazioni logiche (una bomba fatta esplodere al passaggio di una
determinata autovettura è probabile che sia stata radiocomandata), solo
il reperimento di frammenti utili può consentire di stabilire quale
congegno è stato usato: miccia combusta, pezzi di congegni ad
orologeria, parti di congegni elettronici. In questo campo non vi è
praticamente limite alla fantasia degli attentatori i quali possono
partire dai congegni a tempo rudimentali che usano una scatola piena di
fagioli che gonfiandosi nell'acqua fanno chiudere un circuito
elettrico, o un preservativo che viene perforato lentamente da una
miscela corrosiva all'acido solforico, per passare poi ai congegni ad
orologeria fatti con una sveglia od un orologio od un contaminuti, fino
ai moderni circuiti integrati che consentono di programmare data ed ora
dell'esplosione con anticipi di giorni o settimane. L'esplosione può
poi essere provocata mediante altri congegni sensibili alle più diverse
sollecitazioni e reperibili in ogni negozio di elettronica: sensori ad
infrarossi che chiudono il circuito quando una persona si avvicina,
altimetri che fanno scoppiare la bomba quando l'aereo supera una certa
altitudine (naturalmente purché la bomba non si trovi in un locale
pressurizzato), cellule fotoelettriche che reagiscono alla luce,
bussole che reagiscono a corpi metallici od a campi magnetici, sensori
a pressione od a strappo, termometri che reagiscono alla temperatura,
igrometri che reagiscono all'umidità, e così via. Le esplosioni a
distanza possono essere provocate mediante cavi elettrici o mediante
impulsi radio quali quelli lanciabili con i telecomandi degli
aereomodellisti i quali, consentendo la trasmissione di segnali
codificati, evitano anche il rischio di esplosioni premature per
interferenze radio. Di solito chi usa una bomba a tempo sofisticata,
impiega anche un telecomando per attivarla a distanza senza correre il
pericolo di essere coinvolto in esplosioni accidentali.
4 - Se una persona abbia maneggiato esplosivo
La chimica moderna consente delle analisi talmente sofisticate da
rasentare l'inverosimile e sono sufficienti particelle infinitesimali
per eseguire analisi utili: chi ha maneggiato esplosivo trattiene
sicuramente sulla pelle, sugli indumenti, tra i capelli, molecole della
sostanza che, con opportune tecniche possono essere prelevate ed
individuate. Tracce di esplosivo penetrano anche nel corpo umano ed è
possibile evidenziarle anche alcuni giorni dopo il contatto, mediante
l'analisi del sangue.
Per altri dati si veda anche la pagina su frammenti.
email - Edoardo Mori |
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