ANALISI SULLA DINAMICA DELLE ESPLOSIONI

L'obiettivo della tesi è lo studio delle esplosioni al fine di esaminare, da un punto di vista scientifico e matematico, l'entità del fenomeno fisico. Nella prima parte della trattazione, dopo una breve digressione sulle origini e gli sviluppi storici della scienza esplosivistica, verranno caratterizzate le esplosioni da un punto di vista fenomenologico. Verrà approfondito l'argomento relativo agli esplosivi e saranno analizzate le caratteristiche in grado di influenzare gli esiti di un evento esplosivo a partire dalle sostanze da cui esso si genera; in tale contesto sarà dato ampio respiro alla descrizione di esplosivi solidi, tralasciando approfondimenti su esplosioni derivanti da ignizione di gas compressi e esplosioni puramente meccaniche (scoppi), che richiederebbero altri tipi di trattazione. Generalmente, per descrivere una qualsiasi esplosione è possibile ridursi al caso di una carica di TNT equivalente, quindi sarà opportuno soffermarsi sulla descrizione di tale esplosivo che sarà preso come riferimento per tutte le valutazioni successive. A seguire, sarà sviluppato l'argomento relativo alle esplosioni descrivendone i tipi e gli effetti dovuti all'interazione fluido-struttura e la particolare reazione del calcestruzzo armato in tali condizioni di carico impulsivo, con specifica attenzione alle esplosioni di tipo detonante tipiche del TNT e caratterizzate dalla propagazione di una particolare onda d'urto che verrà descritta in modo analitico. Trattando di onde d'urto da esplosione (blast wave) non sarà possibile prescindere dal mezzo attraverso il quale si propagano. Il caso preso ad esempio sarà quello della detonazione di una carica sferica di esplosivo (TNT) in aria libera, tralasciando la descrizione di esplosioni confinate o in mezzo diverso da quello di un fluido gassoso. Sarà opportuno soffermarsi sui fondamenti della meccanica dei fluidi così da comprendere gli strumenti di tipo matematico che permettono un approccio analitico alla materia. Il fenomeno è molto complesso poiché si deve tener conto di moltissime variabili relative sia alle sostanze esplosive sia alle condizioni a contorno della reazione in termini termodinamici; risulta pertanto impossibile la formulazione di un'unica relazione matematica in grado descrivere analiticamente il fenomeno. Nonostante ciò è comunque possibile ridursi a condizioni ideali che è possibile descrivere per mezzo di equazioni differenziali alle derivate parziali (EDP), che utilizzano le equazioni costitutive e di stato del fluido nelle particolari condizioni in cui avviene il fenomeno. Nel corso della trattazione si farà riferimento sia alle equazioni tipiche della meccanica dei fluidi sia alle particolari formulazioni adattate allo studio delle esplosioni. Ovviamente i risultati saranno tanto più rispondenti al vero, quanto maggiore sarà la precisione con cui sono descritte tali condizioni, che trovano diverse formulazioni di natura empirica. La descrizione del moto del fluido non trova possibilità di risoluzione, data la complessità di tali relazioni, se non per mezzo di specifici programmi di calcolo in grado di modellare il moto dei fluidi e le loro interazioni in un sistema accoppiato (dovendo integrare simultaneamente pressione e spostamento) per mezzo di codici di calcolo agli elementi finiti applicati al moto dei fluidi. Programmi come Dytran, Abaqus e Autodyn sono in grado di implementare le equazioni che regolano il fenomeno su una griglia di elementi bidimensionali o t