IT202100014699A1 - Muro dinamico modulare anti esplosioni - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell?invenzione avente per titolo:

?Muro dinamico modulare anti esplosioni?

Campo di applicazione

Questa invenzione pu? essere definita come un?installazione difensiva dinamica. Il settore delle costruzioni (04), quello dei congegni militari, delle armi da fuoco (22) e delle barriere difensive (25) sono gli ambiti principali di questa invenzione ma non gli unici; da questi ambiti vengono qui tratti la terminologia e gli esempi, a solo scopo illustrativo e non riduttivo.

Il termine muro anti-esplosione ? utilizzato in vari contesti per indicare barriere di contrasto a vari tipi di esplosione possibili, dai depositi di carburante a siti dove si utilizzano composti chimici pericolosi, ecc.

Anche se pu? essere adattata ad ognuna di queste situazioni, questa invenzione ? intesa a proporre una soluzione in ambito difensivo, intendendo come esplosione quella provocata da una bomba o da un proiettile esplosivo; obiettivo di tali esplosioni ? quello di colpire un corpo solido e compatto, il muro, cercando di disgregarne la struttura, farla collassare e renderla inutilizzabile creando tre tipi di danno:

? un danno da impatto fisico del proiettile contro il bersaglio

? un danno termico causato dalla variazione delle temperature

? e infine il danno causato dall?onda d?urto o onda di pressione, creata dall?esplosione del materiale esplosivo contenuto nell?ordigno, che tende a squassare le strutture compatte facendole cedere nei punti pi? deboli, prima con una pressione di scoppio espansiva e quindi col risucchio o pressione negativa, provocato dal vuoto creato al centro dall?espansione dei gas.

L?impatto dell?esplosione pu? avere due dinamiche completamente diverse sulla struttura del bersaglio:

? se l?ordigno esplode vicino all?obiettivo, o sulla sua superficie, come nel caso delle bombe, oppure

? se l?ordigno esplode all?interno dell?obiettivo, come nel caso dei proiettili esplosivi.

Ad entrambe queste situazioni si risponde con questa invenzione.

Stato dell?arte.

Questa invenzione unisce due ambiti sinora distinti che, partendo da principi e necessit? opposte, hanno sviluppato indipendentemente le rispettive tecniche: il settore dei muri di difesa anti esplosione ed il settore delle armi da fuoco.

Questa invenzione trasforma un?installazione difensiva passiva per definizione come il muro, in un?arma dinamica che, al momento dell?esplosione, reagisce e ne contrasta gli effetti in modo attivo.

Lo stato dell?arte di entrambe gli ambiti sar? portato a chiarimento dei passi inventivi.

- Le barriere anti esplosione:

? sinora il campo delle barriere ha visto rispondere all?impatto attivo delle esplosioni in maniera passiva, o col rinforzo della solidit? di manufatti inerti e della loro capacit? di resistere all?impatto con le parti del proiettile esploso ed all?onda d?urto creata dall?esplosione,

? o con la capacit? di assorbirne per quanto possibile gli effetti.

Uno dei problemi maggiori da affrontare da parte di queste strutture sono i proiettili a scoppio ritardato, creati con l?intento di portare l?esplosione della carica all?interno del manufatto, dopo che il corpo del proiettile ? penetrato nella struttura grazie alla potenza del lancio e alla robustezza del suo corpo esterno; questa esplosione, liberando i gas in pressione prodotti dallo scoppio internamente alla struttura dell?obiettivo, tende a rompere la struttura unitaria e compatta del muro nei punti di maggior debolezza, creando pi? fratture possibili, finch? i gas non si creano dei percorsi per uscire all?aperto e scaricare la pressione.

Anche a questa forza esplosiva si sono contrapposte resistenza e resilienza dei materiali, con migliorie di vario genere, tutte accomunate dall?obiettivo di rendere i muri anti esplosione dei corpi sempre pi? compatti, solidali e non penetrabili.

- Le armi da fuoco:

tra le applicazioni allo stato dell?arte alla base di questa invenzione ci sono le innovazioni apportate nel secolo scorso alle armi da fuoco con l?introduzione di congegni per il reimpiego della potenza dei gas di sparo per annullare i loro effetti collaterali, grazie alla creazione sulle canne da fuoco di percorsi obbligati che portano i gas, prima di essere espulsi, a imprimere alle armi delle spinte che vanno in senso diverso o addirittura opposto alla direzione iniziale; nelle armi leggere questa innovazione ha portato a due innovazioni, ovvero i freni di bocca ed i compensatori, cio? quei dispositivi che vengono applicati alla volata delle canne per diminuire la forza di rinculo (nel caso di freno di bocca) o il rilevamento (nel caso del compensatore) o entrambe le cose.

Il freno di bocca, presente negli obici come nelle armi leggere, agisce in modo da mitigare il rinculo, ovvero il movimento retrogrado dell?arma; come per il compensatore, si tratta di un corpo solido dotato di una o pi? coppie di sfiati laterali assemblato alla bocca della canna da fuoco; questi congegni convogliano i gas di sparo in senso opposto rispetto al movimento di rinculo dell?arma, contrastandolo con quello che si definisce effetto jet; anche l?urto che i gas di sparo hanno contro la parete anteriore dei fori o degli sfiati prima di essere deviati verso l?esterno fornisce una importante spinta in avanti al corpo dell?arma, che contrasta il rinculo; particolarmente importante ? la spinta ricevuta negli istanti in cui il proiettile in uscita oltrepassa questi sfiati, liberandoli, ma otturando ancora il tratto finale della canna.

Novit? e inventiva

Questa invenzione supera il comportamento inerte del muro difensivo introducendo il miglioramento di una soluzione gi? allo stato dell?arte nel settore delle costruzioni antisismiche ma non ancora applicata al campo specifico, ovvero quella del ?muro che si muove? da me introdotta col brevetto EP3717088, che crea un muro che non ha pi? il comportamento di un insieme solidale e compatto ma che reagisce alle spinte permettendo il movimento indipendente di ogni singolo elemento che lo compone, rendendone il comportamento d?insieme simile a quello tenuto da un sacco di ghiaia, diversamente dal quale per? ogni singolo elemento si muove solo in maniera preordinata; oltre a non contrapporre allo scoppio un muro compatto e solidale, l?invenzione introduce delle dinamiche attive di contrasto alle forze esplosive con le citate tecniche anti rinculo impiegate nelle armi da fuoco, adattandole per riutilizzare i gas di scoppio; questo non per evitare il rinculo ma per evitare la disintegrazione del manufatto e per indirizzare eventuali proiettili nella direzione voluta.

L?aspetto di novit? e di inventiva inizia dal cambio di prospettiva e terminologia, individuando in un muro inerte impattato da un proiettile esplosivo gli elementi che possono farlo assimilare ad un sistema d?arma

Sinora, anche se non riconosciuti, avevamo gi? tre componenti necessari:

? una camera di scoppio, creata nel punto casuale del muro dove impatta il proiettile esplosivo,

? una carica esplosiva, portata nel muro dal proiettile stesso

? dei missili o proiettili, ovvero i frammenti del proiettile e i frammenti del muro impattato.

Questa invenzione aggiunge

? delle canne da fuoco internamente al muro, per convogliare la pressione dei gas dell?esplosione ed eventuali proiettili in direzioni preordinate, e

? un freno di bocca, al termine delle canne, che indirizza i gas e i proiettili in direzioni inoffensive e riutilizza la pressione dei gas per contrastare le spinte deflagranti e per compattare il manufatto.

L?invenzione

? composta da un contenitore esterno (Figg.1- 2) che svolge la funzione di freno di bocca e di prima barriera difensiva, e da un muro interno (Figg. 3-4, 25-42), i cui elementi sono percorsi internamente da fori allineati che creano canali all?interno di tutta la struttura del muro, che avranno funzione equivalente a quella delle canne nelle armi da fuoco, ovverosia convogliare i gas dello scoppio all?esterno, verso le pareti del contenitore, dove saranno espulsi dopo aver contrastato l?azione disgregante dell?esplosione utilizzando la stessa pressione e le forze d?urto per il compattamento della struttura anzich? per il suo disgregamento, variando la direzione vettoriale dei gas in espansione che agiscono su un muro che non reagisce in maniera solidale all?impatto ma che ? gi? frammentato in modo preordinato e i cui singoli elementi sono pronti a muoversi nelle direzioni prestabilite.

Questo freno di bocca e le canne da fuoco predisposte all?interno del muro si trasformeranno in un sistema d?arma all?arrivo del proiettile esplosivo che, colpendo il muro, porter? in quel momento ad avere assemblati tutti i componenti sopra citati.

In caso di proiettile tradizionale, in assenza di esplosivo, le sole scosse date dall?impatto saranno assorbite dal muro che si muove, che ne annuller? gli effetti dirompenti con la struttura innovativa proposta.

Allo stesso modo, in caso di bomba esplosa all?esterno, che investa il muro solamente con la scossa e la pressione dell?esplosione e dei detriti, la struttura innovativa del muro interno garantir? l?assorbimento delle scosse e il mantenimento dell?integrit? della struttura.

Presentazione dell?invenzione

Il muro dinamico anti esplosione oggetto di questa invenzione ? un muro modulare perch? composto da uno o pi? moduli uguali, assemblabili nelle quantit? e nelle dimensioni adatte alla protezione desiderata.

Il modulo ? costituito da un contenitore, descritto pi? avanti, al cui interno ? inserita una versione modificata del muro costruito con la tecnica descritta nel mio brevetto EP3717088 a cui si rimanda, che supera il concetto di muro come insieme compatto e solidale e che permette la costruzione di un ?muro che si muove?, nel quale i singoli elementi restano liberi di muoversi, ma solo lungo l?asse della facciata del muro; le necessit? dell?opera, le dimensioni richieste o la necessit? di resistenza a ipotetiche esplosioni di portata superiore possono richiedere il potenziamento del modulo inserendo nel contenitore pi? file di elementi, ottenendo un muro di spessore maggiore, o inserendo e affiancando nello stesso contenitore pi? muri, separati da spazio vuoto o da materiale inerte o assorbente gli urti, o da pareti in metallo o da altre soluzioni gi? allo stato dell?arte, che ne migliorino l?efficacia.

Le dimensioni del contenitore esterno, il suo spessore e le specifiche dei materiali impiegati per la sua costruzione possono variare in rapporto con le necessit? del momento, cos? come la quantit?, la forma e la disposizione dei fori di sfiato, descritti pi? avanti.

Sia per il contenitore che per gli elementi interni la scelta dei materiali, le dimensioni e le proporzioni delle singole parti saranno dettate solo dall?efficacia dell?insieme e migliorie ed avanzamenti dello stato dell?arte potrebbero far variare il tipo di materiali impiegati, rimanendo nel perimetro della protezione.

Gli elementi modulari (Figg.7-24)

Gli elementi modulari hanno la forma e le caratteristiche descritte nel citato brevetto EP3717088, ma sono modificati inserendo uno o pi? fori al loro interno . Fatti per permettere il passaggio dell?aria e dei gas in pressione al momento dello scoppio, la sezione ottimale di questi fori ? uniforme e circolare e sono posizionati in modo che, una volta assemblati, i fori presenti su facce contigue di elementi allineati combacino e che il loro allineamento crei dei fori longitudinali senza soluzione di continuit? che avranno la forma ed il comportamento di canne da fuoco (Fig.6); come le canne da fuoco questi fori potranno presentare la superficie interna liscia o rigata e nel muro in opera si presenteranno trasversali al terreno e simmetrici, creando nell?insieme della struttura una serie di canne cave, disposte trasversalmente tra due pareti contigue del contenitore, ricordando in sezione le ipotenuse di triangoli rettangoli che hanno in due facce interne del contenitore i loro cateti.

Quando gli elementi sono costruiti in materiali compositi, le pareti interne dei fori possono essere rivestite in metallo o plastiche o altri materiali adatti allo scopo, ovvero per aumentarne la resistenza al momento del passaggio dei gas.

Il brevetto EP3717088 prevede l?impiego di vari elementi di finitura, mentre in questa caso ? previsto l?utilizzo di soli elementi modulari, che sono dei parallelepipedi a base romboide; la loro disposizione a losanghe porter? quindi il muro interno assemblato a non aderire al contenitore, ma a toccarlo solamente con gli spigoli delle facce laterali degli elementi pi? esterni, creando una serie di spazi vuoti a forma di prisma triangolare, disposti lungo tutto il perimetro delle pareti laterali interne del contenitore, delle camere utilizzate come freni di bocca per il reimpiego e l?espulsione dei gas in pressione.

Il contenitore

Il contenitore ? un manufatto cavo di cemento armato o di altri materiali, avente o meno rinforzi interni o esterni che ne aumentino la resistenza ad urti e pressione, normalmente a forma di parallelepipedo a sei facce (Fig.1), di cui le facce pi? estese costituiranno la facciata frontale e posteriore del muro in posizione e le altre saranno le facce laterali, superiore ed inferiore.

Per chiarezza useremo da qui in avanti le seguenti definizioni:

Faccia ?F?: la faccia frontale del contenitore ovvero la facciata esterna del muro di difesa da cui ci si aspetta arrivi l?eventuale attacco;

Faccia ?P?: la faccia opposta, posteriore, del muro, rivolta verso la zona da proteggere.

Faccia ?B? : la faccia inferiore, la base su cui poggia il contenitore.

Faccia ?T? : la faccia superiore (top) del contenitore ovvero del muro.

Guardando il muro avendo di fronte la facciata anteriore, chiameremo

Faccia ?L? la faccia laterale posta a sinistra e

Faccia ?R? la faccia laterale posta a destra.

Pur potendo avere qualsiasi dimensione teorica, per ragioni di logistica il modulo contenitore avr? le dimensioni massime di ingombro uguali a quelle del container da 20 piedi, ovvero 6058 mm lunghezza, 2591 mm in altezza, e 2438 mm in larghezza, inclusi gli eventuali rinforzi esterni.

La facciata esterna ?F? del muro, ovvero quella che potrebbe essere colpita dal proiettile e poi dall?esplosione, avr? dei fori di sfogo lungo il perimetro interno, in corrispondenza dei suddetti spazi interni vuoti, fori che permetteranno a questi spazi di svolgere la funzione di camere di decompressione al momento dell?esplosione e, appunto, di freno di bocca (Fig.2).

L?azione dinamica:

in queste camere comunicanti con l?esterno sboccano anche i fori interni agli elementi, cavit? che in opera proseguono senza soluzione di continuit? lungo tutto il loro asse trasversale del muro (Fig.6).

In qualsiasi punto il muro venga impattato dall?esplosione, lo spostamento d?aria e la pressione saranno direzionate dai fori verso le camere di sfogo presenti tra gli elementi ed il contenitore.

L?espansione dei gas li porter? verso le uscite laterali sulla facciata F dopo un?azione di pressione su tutte le pareti della camera a prisma dove, mentre le pareti del contenitore rimarranno immobili, quelle formate dagli elementi del muro interno saranno spinte verso l?interno, spingendo a loro volta gli elementi adiacenti, liberi e predisposti al possibile movimento lungo l?asse del muro; poich? ci? avverr? lungo tutte le pareti interne del contenitore, tutti gli elementi saranno spinti verso il centro del muro, in realt? verso l?unico punto dove si ? appena creato dello spazio vuoto, a causa dell?esplosione, andando a chiuderlo temporaneamente, per tornare al termine della spinta nella posizione originale.

Ad esclusione quindi del punto di impatto, pochi istanti dopo il colpo ricevuto il muro sar? pronto a ricevere il colpo successivo senza aver riportato ulteriori danni strutturali.

Dopo le valutazioni opportune, possono essere praticati fori di sfiato in vario numero e dimensione anche lungo le pareti laterali del contenitore (?L? e ?R? e ?T?), per scaricare anche lateralmente e non solo frontalmente le forze dello scoppio, soluzioni non presenti nell?esempio.

Industrializzazione, esempio di modulo

Il contenitore

Nell?esempio utilizzato le misure sono sempre in mm.

Le dimensioni esterne del contenitore sono 2400 L x 2400 H x 1000 P .

Queste misure ne permetteranno la trasportabilit? e la modularit?.

Il contenitore esterno ? un cubo cavo di cemento armato; lo spessore delle pareti ? di 200 mm, con doppia griglia interna di tondino in ferro di 10 mm di diametro, con aperture di 90 x 90 mm.

Mentre le pareti laterali e quella posteriore saranno interamente fatte di cemento armato, a formare un corpo unico e solidale, nella parete frontale del contenitore, di dimensioni 2400 x 2400 mm, il cemento armato non sar? usato lungo il suo perimetro esterno, mantenendo la parete assemblata al resto del contenitore solo grazie alle griglie di ferro che armano il cemento e presentando in posa una facciata centrale in cemento di dimensioni 1800 x 1800, contornata da una fascia di sola griglia di 100 mm (non rappresentata nei disegni), che permette lo sfiato dei gas, posta tra il corpo centrale della facciata ?F? e lo spessore delle facce laterali del contenitore (200 mm).

Lo spazio interno del contenitore ? un cubo vuoto di 2000 x 2000 x 600 mm.

Gli elementi interni

Nello spazio interno del contenitore sono posizionati due muri, ovvero due file parallele semplicemente affiancate di elementi in cemento armato, seguendo la tecnica del brevetto citato, usando unicamente elementi modulari disposti a losanghe, senza inserire nel manufatto alcun elemento di completamento previsto nel brevetto precedente.

Gli elementi modulari sono dei parallelepipedi con due basi quadrate di dimensioni 140 x 140 mm, a formare le facce del muro, e una altezza di 280 mm che diventa lo spessore di ognuno dei due muri interni e che forma le quattro facce interne degli elementi, che misurano ognuna 140 x 280 mm.

Le facce esterne degli elementi che costituiscono la parete del muro sono quadrati di misura 140 x 140 con diagonali di 198 mm, quindi gli elementi in posizione avranno un?altezza e una larghezza di 198 x 198 mm.

Ogni muro interno sar? costituito da 181 elementi disposti a losanga, ovvero 10 file di 10 elementi intervallate da 9 file da 9 elementi, per un totale di 362 elementi per ogni modulo completo di due muri interni

Le dimensioni totali dei due muri interni affiancati saranno quindi 1980 x 1980 x 560 mm, a fronte di uno spazio interno del contenitore di 2000 x 2000 x 600 mm.

I 20/40 mm di differenza eviteranno possibili problemi dati delle tolleranze dei materiali e dalle variazioni di volume dovute alle escursioni termiche. Il risultato sar? un muro interno che quasi tocca le pareti esterne del muro contenitore solamente con i vertici degli elementi delle file pi? esterne.

Gli spazi interni vuoti tra il contenitore e le pareti laterali degli elementi dei due muri avranno le dimensioni di prismi profondi 560 mm, con una sezione triangolare di 198 mm lungo la base, la parete del contenitore, e con due lati di 140 mm, ovvero due pareti laterali degli elementi modulari.

L?altezza di questo triangolo ? di 99 mm, ovvero la stessa apertura (100 mm) lasciata lungo i bordi della facciata ?F?.

Il tondino da 10 mm sar? usato anche per armare il cemento degli elementi, e sar? fatto uscire per 40 mm nelle due facciate inferiori, a formare le spine degli elementi, mentre le scanalature sulle facce superiori avranno larghezza 12 mm e profondit? 45 mm per permettere lo scorrimento senza sforzo e con gioco delle spine in caso di movimento.

Nella disposizione a losanghe degli elementi, le scanalature saranno tutte rivolte verso l?alto e le spine tutte rivolte verso il basso.

Ogni singolo elemento avr? al centro di una parete interna un foro parallelo alle pareti esterne, ortogonale alla parete interna superiore da cui parte e che corre parallelo alla base dell?elemento raggiungendo la parete interna inferiore opposta. Nell?esempio proposto i canali hanno sezione circolare costante, di diametro 60 mm quindi il canale interno sar? un cilindro cavo di diametro 60 mm e di altezza 140 mm.

Nell?esempio e nei disegni non si prevedono il rivestimento in metallo dell?interno dei fori, n? la loro filettatura, auspicabili nell?applicazione pratica.

Gli elementi di un muro saranno disposti ruotati di 180? lungo l?asse verticale rispetto agli elementi dell?altro muro, disponendo quindi le canne interne ortogonalmente, con una disposizione prospettica ad X.

Per i dettagli sulla reazione alle scosse dei muri interni si rimanda al brevetto citato. Questa struttura, gi? frammentata in 362 elementi indipendenti e liberi di muoversi avr? al suo interno 38 canali pronti a veicolare l?onda di pressione verso l?esterno del manufatto; nel momento dell?esplosione utilizzer? la pressione dei gas contro le pareti interne del contenitore per compattarsi, facendo scorrere i vari elementi verso il punto svuotato dall?esplosione e rilanciando quindi i gas ed eventuali frammenti verso la direzione frontale da cui ? arrivato l?attacco, aiutando alla difesa e raggiungendo lo scopo di questa invenzione di cui si chiede la protezione.

La struttura modulare consentir? inoltre una rapida sostituzione di interi moduli danneggiati, la loro manutenzione, un rapido ripristino dell'efficienza della parete e lo stoccaggio di moduli pre assemblati pronti per l'uso.

Infine, gli elementi indipendenti e assemblati a secco consentiranno la manutenzione del modulo con la sostituzione dei soli elementi danneggiati dall'esplosione con nuovi elementi che lo riporteranno alla sua piena efficienza.

Breve descrizione dei disegni

TAV I : Elementi del modulo

Fig.1: Vista prospettica del contenitore, vuoto e senza facciata F

Fig.2: Vista frontale della parete frontale (faccia F) del contenitore con fori di sfiato lungo il perimetro.

Figg.3-6 Muro interno da 181 elementi

- Il muro intero, vista frontale (Fig.3) e prospettica (Fig.4)

- Il muro sezionato, vista frontale (Fig.5) e prospettica (Fig.6)

TAV II: L?elemento modulare

- Elemento modulare intero: vista frontale (Fig.11) ,

viste prospettiche (Figg.7,9,13,15) e viste ortogonali (Figg.8,10,12,14)

- Elemento modulare sezionato lungo il foro : vista frontale (Fig.20) ,

viste prospettiche (Figg.16,18,20,22) viste ortogonali (Figg.17,19,21,23)

TAV III: Esempio di elemento modulare assemblato:

- con elementi modulari interi: vista frontale (Fig.29),

viste prospettiche (Figg.25,27,31,33) viste ortogonali (Figg.26,28,30,32)

- Elemento modulare sezionato lungo il foro : vista frontale (Fig.38),

viste prospettiche (Figg.34,36,40,42) viste ortogonali (Figg.35,37,39,41)

Claims (3)

Muro dinamico modulare anti esplosione Rivendicazioni

1. Kit per la realizzazione di un muro modulare anti esplosione comprendente - almeno un contenitore poliedrico avente almeno sei facce, con almeno una faccia avente almeno un foro di sfiato, contenente

- almeno una pluralit? di elementi modulari aventi forma di parallelepipedo, con due basi e quattro facce estendentesi tra le basi e aventi almeno un foro interno che corre da una delle quattro facce a quella opposta, parallelamente alle basi, tutti gli elementi modulari aventi almeno un elemento femmina e / o un elemento maschio su almeno una delle loro facce, sagomati in modo da accoppiarsi con gioco con l'elemento maschio e/o femmina di un elemento contiguo, dove gli elementi femmina hanno forma di scanalatura e gli elementi maschio hanno forma di spina atta ad essere inserita con gioco e a scorrere lungo dette scanalature una volta posizionata, e dove le scanalature corrono parallele alle basi, per cui detti elementi modulari possono essere collegati e assemblati insieme in assenza di qualsiasi tipo di legante o incastro, per cui le basi di detti elementi modulari possono essere assemblate in equilibrio statico con una configurazione a losanghe lungo un piano parallelo alla direzione della forza di gravit?, tale che

- ogni singolo elemento modulare ? connesso con gioco ad un elemento contiguo e rimane libero di muoversi anche una volta posizionato,

- i fori sulle facce contigue combaciano e sono allineati,

- tutte le facce degli elementi modulari a contatto con le facce di altri elementi modulari identificano piani di scorrimento reciproci, non orizzontali, trasversali alla direzione della forza di gravit?.

2. Muro modulare anti esplosione costruito con l'uso di almeno un kit secondo la rivendicazione 1.

3. Processo di costruzione di un muro modulare anti esplosione utilizzando almeno un kit secondo la rivendicazione 1.