Los daños a las personas pueden ser debidos a efectos directos de la onda explosiva, o primarios, y a efectos indirectos, o secundarios. Los primeros se refieren a la onda de choque directa o al derribo de elementos estructurales tales como techos o paredes de un edificio. Los segundos son los debidos al impacto de fragmentos procedentes del contenedor del foco explosivo o del edificio en que se encontraba; aún hay riesgos terciarios, debidos a fragmentos procedentes de las paredes, rotura de cristales o desplazamiento seguido de impacto sobre una estructura rígida.
La tolerancia del cuerpo humano a la onda de choque es relativamente alta. Los efectos graves por esta causa se restringen a las proximidades de la explosión, ya que la intensidad de la onda de choque decrece rápidamente con la distancia, por lo que el derribo de elementos es generalmente una causa de daños más importante que la propia onda de choque. La muerte por onda de choque sobreviene por la rotura de los alvéolos pulmonares sometidos a la sobrepresión, con la subsiguiente irrupción de aire en el sistema vascular. La respuesta depende del peso de la persona y del valor de la sobrepresión y su duración: cuanto mayor sean ambas, mayor será el daño. En la Figura 19 se representan líneas de igual probabilidad de daño pulmonar en función de la sobrepresión y el impulso. Para el cálculo de estas sobrepresiones, es necesario considerar la presión total (presión de la onda de choque y presión dinámica), junto con las posibles reflexiones (por ejemplo, si la persona está próxima a una pared).
Figura 19: Daño pulmonar por onda de choque FUENTE: Castellano, 1982
Un daño menor típico ocasionado por la sobrepresión es la pérdida temporal de audición, que tiene lugar para una sobrepresión de unos 7 kPa, o la rotura de tímpanos, cuyo umbral está en unos 30 kPa; para una sobrepresión de 100 kPa la probabilidad de rotura de tímpanos es del 50%. En la Tabla 5 se indican niveles de presión para diversos daños en el ser humano.
Tabla 5: Efectos de la onda de choque en el ser humano.
Órgano y daño Presión máxima efectiva (bar)* Ruptura de tímpano: Umbral 0,35 50 por ciento 1,05 Daño pulmonar: Umbral 2,1-2,8 50 por ciento >5,6 Muerte: Umbral 78,4 50 por ciento 9,112,6
Casi el 100 por cien 1417,5
* La presión máxima efectiva es la mayor de: sobrepresión incidente, sobrepresión incidente más presión dinámica o presión reflejada.
Los efectos secundarios representados por fragmentos a gran velocidad constituyen un riesgo muy importante en una explosión. Los fragmentos primarios, procedentes del contenedor del foco explosivo suelen ser pequeños y de gran velocidad, mientras que los fragmentos secundarios, tales como cascotes del derribo de paredes y techos, pueden ser mucho mayores y causar heridas graves. En la Tabla 6 se indican valores de velocidad y masa de fragmentos que provocan heridas importantes en personas.
Los efectos terciarios son también muy importantes. A pesar de que una estructura esté diseñada para resistir a una onda de choque, cualquier abertura provocará un aumento de la presión en el interior suficiente para causar daños severos en las paredes y techos, con el posible impacto de cascotes en las personas. Igualmente, se pueden producir fácilmente rotura de tímpanos y desplazamientos de personas con impacto en superficies duras. La rotura de cristales se produce con sobrepresiones muy pequeñas (Tabla 4), y provocará heridas en las personas que se encuentren en el interior.
Tabla 6: Umbral de daños graves a personas debidos a impacto de fragmentos.
Órgano Peso (kg) Velocidad de fragmentos
(m/s) Energía (J) Tórax 1,1 0,045 0,00045 3 25 120 5,4 14 3,4 Abdomen y miembros 2,7 0,045 0,00045 3 23 170 12 12 6,8 Cabeza 3,6 0,045 0,00045 3 30 140 16 22 4,1
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ANTECEDENTES
El desarrollo y estudio de tecnologías de protección de muros frente a explosiones es, actualmente, un punto clave en la lucha contra el terrorismo debido, en gran medida, a las violentas acciones terroristas más recientes que han afectado estructuralmente a los edificios. Sin embargo, la conciencia sobre la necesidad de proteger estructuras ante cargas explosivas no es algo nuevo. De hecho, comienza en el año 1987 durante el “Structures Congress” en el que ya se concebía el problema de los ataques terroristas como un problema candente en la sociedad. Desde entonces se han concebido multitud de investigaciones sobre el tema, la mayoría de ellas llevadas a cabo en países específicos como EEUU, Reino Unido e Israel.
Podemos destacar los siguientes atentados con daño estructural a infraestructuras con carga explosiva:
Barcelona (España). 19 de junio de 1987. La organización terrorista ETA hizo detonar un potente explosivo en un centro comercial barcelonés, que causó la muerte a 21 personas e hirió a 45. El explosivo empleado fue 30 kg amonal, 100 litros de gasolina, escamas de jabón y pegamento hasta sumar los 200 kg de carga explosiva.
Oklahoma City (Estados Unidos). 19 de abril de 1995. Ataque terrorista explosivo que tuvo como blanco el edificio Federal Alfred P. Murrah ubicado en el centro de la ciudad estadounidense de Oklahoma City, capital del estado homónimo. Fue considerado el atentado terrorista más grave ocurrido en los Estados Unidos hasta el 11 S. El ataque causó la muerte de 168 personas e hirió a más de 680. El explosivo empleado estaba compuesto por nitrato de amonio mezclado con combustible y nitrometano (un combustible altamente volátil). A esta mezcla se le conoce comúnmente como ANFO (“Amonium Nitrate and Fuel Oil”) con una carga de alrededor de 2300 kg. Los efectos de la explosión se sintieron hasta una distancia de 48 km del epicentro.
Madrid (España). 30 de diciembre de 2006. Atentado sobre la terminal T4 del aeropuerto de Barajas mediante una furgoneta bomba cargada con entre 200 y 500 kg de explosivos (Figura 20).
Bruselas (Bélgica). 22 de marzo de 2016. Dos ataques terroristas realizados por los seguidores del autoproclamado Estado Islámico que perpetraron en el aeropuerto y la red de metro de la capital belga en los que murieron 35 personas y 340 resultaron heridas. Los explosivos empleados eran de peróxido de acetona (Figura 21).
Manchester (Reino Unido). 22 mayo de 2017. Se produjo una explosión en el Manchester Arena, en la ciudad de Mánchester (Reino Unido), al final de un concierto de la cantante estadounidense Ariana Grande. La explosión se produjo alrededor de las 22:33, hora local (UTC+1), causando 22 muertos y 116 heridos. Se informó que un hombre en solitario realizó el ataque usando un artefacto explosivo improvisado en lo que fue un ataque suicida.Figura 20: Estado en el que quedó la zona del módulo D de Barajas tras el atentado
Figura 21: Aeropuerto de Bruselas tras el atentado de marzo de 2016
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Ataques terroristas como los aquí expuestos, y otros de indudable importancia en la historia reciente de la humanidad hicieron que gran parte de la atención se centrara en los explosivos del tipo IED (abreviatura del inglés Improvised Explosive Device). Este tipo de explosivos pueden provocar el colapso de infraestructuras críticas (tanto civiles como militares) como edificios gubernamentales, embajadas, instituciones financieras, bases militares, estructuras comerciales, etc. dejando en evidencia la vulnerabilidad y sostenibilidad de las mismas.
Por ello, el interés actual se centra en poder aplicar las nuevas técnicas de refuerzo desarrolladas en las últimas décadas para así poder conseguir mitigar los efectos de la onda expansiva.