El software admite detonaciones seguras y controladas de bombas aéreas

Una y otra vez, las bombas aéreas sin explotar de la Segunda Guerra Mundial deben desactivarse o detonarse en explosiones controladas. Investigadores del Instituto Fraunhofer para la dinámica de alta velocidad, Ernst-Mach-Institut, EMI están trabajando junto con socios para desarrollar modelos que predicen el vuelo de fragmentación y simulen la propagación subterránea de las ondas de choque. Esto puede ayudar a reducir las zonas de evacuación, así como a mejorar el pronóstico de los riesgos para las estructuras subterráneas.

Cientos de miles de bombas aéreas sin explotar de la Segunda Guerra Mundial todavía están enterradas bajo tierra en Alemania. El proceso de desactividad de una bomba siempre se asocia con evacuaciones complejas a gran escala, el cierre de distritos de la ciudad enteros e interrupciones al transporte ferroviario para proteger a la población.

Pero, ¿qué tan grande debe ser el radio de seguridad para proteger a las personas de la sobrepresión y los fragmentos voladores? Y si se lleva a cabo una detonación controlada porque la neutralización es demasiado peligrosa, ¿qué efectos tiene en las estructuras subterráneas cercanas? Un pronóstico preciso de los peligros esperados puede limitar los radios de evacuación y permitir que el impacto en las personas, edificios e infraestructura se evalúe de manera más efectiva.

Groundshock: evaluando los efectos subterráneos de las explosiones

En el Proyecto Schockanalyst, Fraunhofer EMI, VirtualCitySystems GmbH y el Ministerio del Interior del Estado de Rin Norte-Westfalia están investigando la destrucción que una bomba explosiva puede causar tanto en la superficie como debajo del suelo, y analizando cuán grande es la zona de seguridad alrededor de la bomba. Para este propósito, están extendiendo el software de simulación de blastprotect VC, que simula detonaciones controladas en un modelo de ciudad 3D.

El desarrollo del software comenzó como parte del Proyecto Sirius. Permite que se simule la propagación de la ola de explosión y el vuelo de fragmentación del caso de la bomba, teniendo en cuenta la infraestructura circundante utilizando modelos físicos detallados.

Hasta ahora, sin embargo, no ha habido forma de evaluar las medidas de amortiguación y la onda de choque que se propaga bajo tierra cuando es necesaria una detonación e impacta estructuras como tuberías, infraestructura subterránea y los fundamentos de los edificios cercanos. Para resolver este problema, Fraunhofer EMI ahora está desarrollando un nuevo modelo numérico.

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«Estamos extendiendo el software para que los servicios de eliminación de artillería explosivos puedan comparar diferentes medidas de amortiguación y evaluar mejor los efectos de las ondas de choque en el suelo», dice el Dr. Christoph Grunwald, científico investigador de Fraunhofer EMI. Para evitar la metralla a las bombas que vuelan varios kilómetros durante una explosión, el servicio explosivo de disposición de municiones cubre la bomba en el pozo con arena o agua, reduciendo significativamente el radio de los fragmentos voladores.

«Utilizando códigos numéricos desarrollados en Fraunhofer EMI, calculamos con precisión la propagación de las ondas de explosión en el aire y sus efectos en las personas y los edificios. Ahora también estamos considerando la influencia de la cubierta de arena en la fragmentación y el golpe de tierra; en otras palabras, las vibraciones y movimientos bajo tierra», explica el investigador.

«Cuando explota una bomba cubierta de arena, se distribuye una gran cantidad de energía en el suelo. Por lo tanto, es importante pronosticar cómo la propagación de las ondas de explosión afecta los túneles o sótanos del metro, por ejemplo».

El proceso de simular estas cargas dinámicas extremas con precisión se complica por las propiedades del suelo. Los suelos de grava, arcilla y arena se comportan de manera completamente diferente bajo entrada de energía extrema.

«El comportamiento del suelo como una mezcla trifásica (arena, agua, aire) plantea un desafío particular», dice Grunwald. Las muestras de suelo genéricas se examinan primero en pruebas de laboratorio dinámicas, durante las cuales se aplican las ondas a diferentes tasas de deformación y amplitudes, y luego les permite simularse en modelos de computadora. «Si nuestros resultados virtuales coinciden con los de los experimentos, nuestros modelos funcionan».

Prueba a gran escala en Mecklenburg-VorPommern

Una prueba a gran escala en un antiguo sitio del ejército de Alemania Oriental en Mecklenburg-VorPommern ya ha demostrado qué tan bien los modelos reflejan la realidad: seis bombas enterradas de 500 libras estaban cubiertas de diferentes maneras en condiciones realistas (utilizando diversas configuraciones de arena y agua) y se detonaron cerca de un edificio. Las medidas de amortiguación se combinaron con sensores precisos para medir las ondas de explosión y choque subterráneo. En algunas pruebas, los anillos de aluminio apoyaron las paredes del pozo de detonación, como en escenarios de la vida real.

El objetivo de las pruebas de validación era, en primer lugar, obtener datos para desarrollar aún más los modelos de simulación y, en segundo lugar, proporcionar servicios de eliminación de municiones explosivas con ideas sobre los efectos de diferentes medidas de amortiguación que pueden simularse en VC Blortprotect. Una bomba fue detonada descubierta como referencia.

«Teníamos un mayor daño al edificio, por lo que nuestros modelos se equivocan del lado de la precaución. Los servicios de eliminación de artillería explosivos recibirán una evaluación mucho más precisa del riesgo en el futuro y podrán planificar pasos específicos en el sitio para minimizar el daño», resume Grunwald.