Toprağın İçinde Patlama: Gömülü Bir Sığınağa Ne Kadar Sarsıntı Ulaşır?

1. Yeraltı korur, ama nasıl?

Bir sığınağı toprağın altına koymak, onu hava basıncından ve parçalardan büyük ölçüde korur. Ama patlamanın enerjisinin bir kısmı toprağa geçer ve bir dalga olarak yayılır: yer sarsıntısı. Gömülü bir yapı için asıl yük, toprağın bu hareketidir. Sitenin bu konuda iki motoru vardı, ama onları anlatan bir yazı yoktu: biri yüzeydeki bir patlamanın toprağa geçen sarsıntısını, diğeri toprağın içinde patlayan bir yükün sarsıntısını hesaplar.

2. Yüzey patlaması: iki yoldan gelen sarsıntı

UFC 3-340-02, yüzeydeki bir patlamanın yer sarsıntısını iki bileşenle tanımlar. Hava kaynaklı sarsıntıda, zemine çarpan basınç dalgası toprağı aşağı iter; düşey hız tepe basıncın zeminin akustik empedansına (yoğunluk × sismik hız) oranıdır (Denk. 2-74). Doğrudan sarsıntıda ise enerji patlama noktasından toprağa doğrudan geçer; deneylere dayanan bağıntılar düşey hızı 150·Z_G^−1,5 in/s olarak verir (Denk. 2-85). Kaynağın hesap prosedürü, bunlara yatay bileşenleri ve varış zamanını ekler.

3. Sitenin motoru, kaynağın kendi örneğiyle

UFC, prosedürün hemen ardından çözümlü bir örnek verir (Örnek 2A-18: 155 ft uzaklıkta 5000 lb’lik yüzey patlaması). Sitenin motoru bu örneğin bütün sonuçlarını veriyor: hava kaynaklı düşey hız 1,125 in/s, düşey yer değiştirme 0,0142 in, düşey ivme 3,44 g; doğrudan düşey yer değiştirme 0,1198 in, düşey hız 6,02 in/s, düşey ve yatay ivme 7,56 ve 3,78 g.

Örnek, kaynağın kendi prosedüründeki iki dizgi hatasını da ortaya çıkarır:

• Denk. 2-76 (düşey ivme) prosedürde “1000·P_so/(ρ·C_p·g), g = 32,2 ft/s²” olarak basılmıştır; örnek ise “100” ile çözer ve 3,44 g bulur. Prosedürdeki hâliyle sonuç on kat büyük (34,4 g) olurdu. Fizik doğru olanı gösterir: 1 ms’lik yükselme süresi ve %20 pay ile ivme 1200·P_so/(ρ·C_p)/386,1 in/s²’dir ve bu, 100/32,2 ile aynı sayıdır.
• Denk. 2-83 (zeminde düşey yer değiştirme) katsayısı prosedürde 0,017, örnekte 0,17’dir; örneğin sonucu ve özgün kaynak (Odello, 1976) 0,17’yi doğrular.

Örnekte ayrıca tepe basınç önce 13 psi okunup sonra 12,8 psi ile kullanılır ve prosedürde iki farklı denkleme aynı numara (2-74) verilmiştir. Sitenin motoru her iki hatada da doğru değeri kullanır.

4. Toprağın içinde patlama

Gömülü bir sığınak için asıl tehdit, toprağa nüfuz edip içinde patlayan bir silahtır. Sitenin ikinci motoru bu durumu TM 5-855-1’in dayandığı çalışmanın (Drake ve Little, 1983) bağıntılarıyla hesaplar: tepe parçacık hızı f·160·Z⁻ⁿ ft/s. Burada n zemine göre değişen sönüm üssü, f ise eşleşme katsayısıdır: tam gömülü patlamada 1, yüzeye yakın kısmi gömülmede çok daha küçük (ör. 0,14). Bu kaynak elimizde olmadığı için motoru satır satır sınayamadık; motor kendi içinde, ivme bağıntısının hız bağıntısından boyut analiziyle türetilebildiğini doğrular.

Şekil üç ders verir:

• Eşleşme her şeydir. Yakın alanda tam gömülü bir patlama, aynı ölçekli mesafede yüzey patlamasının yaklaşık 10 katı parçacık hızı üretir.
• Zemin mesafeyi belirler. Doygun kumlu kil sarsıntıyı gevşek zeminden çok daha uzağa taşır (ölçekli mesafe 5’te yaklaşık 3,5 kat).
• Modeller kendi veri aralıklarında geçerlidir. Ölçekli mesafe yaklaşık 3’ü geçince yüzey bağıntısı, gömülü patlamadan daha büyük hız göstermeye başlar. Fiziksel olarak bu beklenmez; iki ampirik bağıntı farklı deney setlerinden türetilmiştir ve bu bölgede birbiriyle karşılaştırılamaz.

5. Sığınak tasarımı için

1. Tehdidi doğru tanımlayın. Yüzey patlaması ile toprağa nüfuz eden silah, gömülü bir yapı için çok farklı yüklerdir.
2. Zemini bilin. Sismik hız, yoğunluk ve sönüm üssü sarsıntının büyüklüğünü ve erişimini belirler.
3. Bağıntının kaynağını ve aralığını bilin. Ampirik bir formül, türetildiği deney aralığının dışında yanıltabilir.
4. Kaynağı çözümlü örnekle sınayın. Bu yazıda olduğu gibi, örnek prosedürdeki hataları ortaya çıkarabilir.