2) Розміри зон пожеж знаходимо за допомогою таблиці 1.4. Спочатку розрахуємо величину світлового імпульсу, яке буде спостерігатися на межі зон пожеж.

На межі зони пожеж у завалах величина світлового імпульсу знаходиться в інтервалі від 700 до 1700 кДж/м² у залежності від потужності вибуху(це для наземного вибуху). Тобто, для потужності 100кт імпульс дорівнює 700 кДж/м², а для потужності 1000кт – 1700кДж/м². Інтерполюванням знаходимо величину світлового імпульсу для 200 кт.

U_СВ. = 700 + [(1700 – 7000)/ ( 1000 – 100)] * 100 = 700 + 111,11 = 811.11 кДж/м²

Для дальньої межі зони суцільних пожеж отримуємо величину світлового імпульсу:

U_СВ.СУЦ. =400 + (600 – 400)* 100/ ( 1000 – 100) = 422.22 кДж/м²;

Аналогічно для зони окремих пожеж U_СВ.ОКР. = 111.11 кДж/м². Знаходимо розміри зон пожеж за таблицею 1.4 Величина світлового імпульсу для межі зони пожеж у завалах(811.11кДж/м²) у таблиці 1.4 знаходитися в інтервалі табличних значень верхньої строки 1000 і 800 кДж/ м². Імпульсу в 1000 кДж/м² відповідає відстань у 2км, а імпульсу 800кДж/м² – 2.2км. Знаходимо, на якій відстані буде спостерігатися імпульс у 811.11 кДж/м²

R_{ПОЖ.ЗАВ.} = 2.2 – (2.2 – 2) * 11.11/( 1000 – 800) = 2.189км.

Для зони суцільних пожеж радіус зони буде дорівнювати:

R_СУЦ. = 2.7 –(2.7- 2.4) * 22.22/(480 –400) = 2.617 км.

Для зони окремих пожеж:R_ОКР.= 6.6 – (6.6 – 5.2)* 11.11/(160 – 100) = 6.341 км.

Завдання 1.5 Визначення величини надмірного тиску і світлового імпульсу, які можуть спостерігатися на відстані R_П від епіцентру вибуху в залежності від виду і потужності вибуху.

Це завдання легко розв’язати також за допомогою таблиць 1.3 і 1.4

Приклад до завдання 1.5 Визначити величини надмірного тиску і світлового імпульсу для повітряного ядерного вибуху потужністю 400кт. на відстані 4.5 км.

Розв’язування: Для визначення величини надмірного тиску, яке буде спостерігатися на відстані 4.5 км у таблиці 1.3 у першому стовпчику знаходимо значення потужності вибуху 300 і 500 кт(між ними знаходиться потужність 400кт). З строчки з потужністю 300кт, рухаючи зліва направо, знаходимо відстань, яка близька до 4.5км, це 3.35 і 4.95 км. Відстані 3.35 км відповідає величина надмірного тиску в 30кПа, а відстані 4.95км – тиск у 20 кПа. Тоді відстані у 4.5км відповідає тиск: ΔP = 20 + (30 – 20)* 0.45/(4.95 – 3.35) = 22.81 кПа.

Таким же чином знаходимо величину надмірного тиску, яка буде спостерігатися на відстані 4.5км за повітряного вибуху потужністю 500кт.

ΔP = 40 - (40 –30) * 0.2/(5.0 - 4.3) = 37.14

Тиск, який буде на відстані 4.5км для потужності 400кт. середній між тиском для потужності 300 і потужності 500кт, тобто:

ΔP_400КТ = (22.81 +37.14)/ 2 = 28.97 кПа.

Далі обчислюємо величину світлового імпульсу для потужності 400кт і відстані від епіцентру 4.5км. Розрахунок також здійснюємо екстраполяцією.

Світловий імпульс для потужності 300кт на відстані 4.5 км. складає:

U_СВ. = 800 кДж/м², для потужності 500кт він дорівнює U_СВ.500 = 1700 – (1700 – 1200) * 0.1/ (5.2 – 4.4) = 1637.5 кДж/м². Для потужності 400кт – імпульс знаходимо як середнє арифметичне. U_СВ.400 = (1637.5 + 800) /2 = 1218.75 кДж/м².

Таблиця 1.3 – Значення величини надмірного тиску в залежності від потужності і виду вибуху

Потужність боєприпаси, кт

Надмірний (надлишковий) тиск, РФ, кПа

2000

1000

500

250

200

150

100

90

80

70

60

50

40

30

20

15

10

Відстань до центру(епіцентру ) вибуху, км

1

0.05/ 0.08

0.07/ 0.1

0.09/ 0.1

0.13/ 0.18

0.15/ 0.2

0.17/ 0.23

0.21/ 0.27

0.23/ 0.28

0.26/ 0.3

0.29/ 0.33

0.32/ 0.36

0.36/ 0.4

0.45/ 0.47

0.54/ 0.54

0.75/ 0.69

0.95/ 0.84

1.4/ 1.1

2

0.07/ 0.1

0.09/ 0.13

0.11/ 0.17

0.16/ 0.23

0.18/ 0.25

0.21/ 0.29

0.27/ 0.35

0.28/ 0.36

0.31/ 0.4

0.34/ 0.44

0.38/ 0.49

0.45/ 0.5

0.57/ 0.59

0.68/ 0.68

0.95/ 0.87

1.2/ 1.05

1.75/ 1.4

3

0.08/ 0.11

0.1/ 0.14

0.13/ 0.19

0.18/ 0.26

0.21/ 0.29

0.24/ 0.33

0.31/ 0.4

0.32/ 0.42

0.36/ 0.44

0.41/ 0.48

0.47/ 0.52

0.52/ 057

0.65/ 0.68

0.78/0.78

1.1/ 1

1.35/ 1.2

2/ 1.6

5

0.09/ 0.13

0.12/ 0.17

0.15/ 0.23

0.22/ 0.31

0.25/ 0.34

0.28/ 0.39

0.37/ 0.47

0.41/ 0.5

0.45/ 0.54

0.5/ 0.58

0.55/ 0.63

0.61/ 0.68

0.77/ 0.80

0.92/ 0.92

1.3/ 1.2

1.6/ 1.45

2.4/ 1.9

10

0.11/ 0.17

0.15/ 0.22

0.18/ 0.29

0.27/ 0.39

0.32/ 0.43

0.36/ 0.49

0.46/ 0.59

0.5/ 0.64

0.55/ 0.69

0.61/ 0.74

0.67/ 0.8

0.77/ 0.85

0.96/ 1.0

1.15/ 1.15

1.6/ 1.5

2/ 1.8

3/ 2.4

20

0.15/ 0.21

0.18/ 0.24

0.24/ 0.37

0.35/ 0.49

0.4/ 0.54

0.45/ 0.62

0.6/ 0.7

0.7/ 0.8

0.8/ 0.9

0.85/ 0.97

0.9/1

1/1.1

1.1/ 1.2

1.5/ 1.5

2/1.9

2.6/ 2.3

3.2/ 3

30

0.17/ 0.24

0.21/ 0.31

0.27/ 0.32

0.4/ 0.56

0.46/ 0.62

0.52/ 0.7

0.7/ 0.8

0.8/ 0.9

0.9/1

0.93/ 1.05

1/1.1

1.1/ 1.2

1.2/ 1.3

1.35/ 1.35

2.23/ 2.13

3/2.6

3.65/ 3.4

50

0.2/ 0.28

0.25/ 0.37

0.32/ 0.5

0.47/ 0.66

0.54/ 0.75

0.61/ 0.84

0.8/1

0.9/ 1.1

1/1.2

1.1/ 1.25

1.2/ 1.3

1.3/ 1.4

1.4/ 1.5

2/2

2.7/ 2.6

3.5/ 3.1

4.5/ 4.2

100

0.23/ 0.36

0.32/ 0.46

0.4/ 0.62

0.59/ 0.83

0.68/ 0.92

0.77/ 1.05

1/1.2

1.2/ 1.3

1.3/ 1.4

1.4/ 1.5

1.6/ 1.7

1.7/ 1.9

2.1/ 2.2

2.6/ 2.5

3.8/ 3.2

4.4/ 3.9

6.5/ 5.2

200

0.32/ 0.45

0.4/ 0.58

0.51/ 0.79

0.74/ 1.05

0.86/ 1.15

0.97/ 1.35

1.2/ 1.5

1.4/ 1.6

1.5/ 1.7

1.6/ 1.8

1.8/2

1.9/ 2.2

2.5/ 2.6

2.9/ 3

4.4/ 3.8

5.5/ 4.9

7.9/ 6.4

300

0.36/ 0.52

0.46/ 0.67

0.58/ 0.9

0.85/1.2

0.98/ 1.35

1.1/ 1.5

1.37/ 1.7

1.57/ 1.83

1.67/ 1.93

1.85/ 2.1

2.07/ 2.3

2.27/ 2.55

2.8/ 2.93

3.35/ 3.6

4.95/ 4.4

6.35/ 5.65

9.1/ 7.3

500

0.5/ 0.77

0.7/1

0.9/ 1.35

1.3/ 1.8

1.5/2

1.7/ 2.3

2.2/ 2.9

2.4/3

2.7/ 3.4

3/3.5

3.3/ 3.6

3.6/4

4.3/ 4.5

5/5.4

7.5/7

9.5/ 8.4

14.3/ 11.2

1000

0.65/1

0.9/ 1.3

1.2/ 1.7

1.5/ 2.1

1.8/ 2.5

2.2/ 2.9

2.7/ 3.4

3/3.7

3.3/ 3.9

3.6/ 4.2

4.2/ 4.6

4.6/ 5.1

5.6/ 5.7

6.8/7

9.5/ 8.8

13/ 10.7

18/ 14.2

Таблиця 1.4 – Світлові імпульси при різних значеннях потужності і виду вибуху та відстані від центру вибуху

Потужність боєприпаси, кт

Світлові імпульси, кДж/м2

4200

2.900

1700

1200

1000

800

720

640

600

560

480

400

320

240

200

160

100

Відстань до центру(епіцентру ) вибуху, км

1

0.15/ 0.1

0.19/ 0.12

0.24/ 0.16

0.29/ 0.18

0.31/ 0.2

0.36/ 0.23

0.39/ 0.24

0.41/ 0.25

0.42/ 0.26

0.44/ 0.27

0.47/ 0.31

0.51/ 0.32

0.56/ 0.36

0.65/ 0.41

0.71/ 0.45

0.80/ 0.51

1.01/ 0.64

2

0.2/ 0.13

0.24/ 0.15

0.31/ 0.2

0.37/ 0.24

0.41/ 0.26

0.45/ 0.29

0.49/ 0.31

0.51/ 0.33

0.52/ 0.34

0.54/ 0.35

0.59/ 0.38

0.64/ 0.41

0.72/ 0.46

0.83/ 0.53

0.91/ 0.58

1.01/ 0.65

1.28/ 0.82

3

0.24/ 0.16

0.29/ 0.19

0.38/ 0.24

0.45/ 0.29

0.49/ 0.32

0.55/ 0.36

0.58/ 0.38

0.62/ 0.4

0.64/ 0.41

0.66/ 0.43

0.71/ 0.46

0.78/ 0.5

0.87/ 0.56

1.01/ 0.71

1.10/ 0.71

1.23/ 0.8

1.56/ 1.01

5

0.31/ 0.2

0.37/ 0.24

0.49/ 0.31

0.58/ 0.37

0.64/ 0.41

0.71/ 0.45

0.75/ 0.78

0.8/ 0.51

0.82/ 0.52

0.85/ 0.54

0.92/ 0.59

1.01/ 0.64

1.13/ 0.72

1.3/ 0.83

1.43/ 0.91

1.59/ 1.01

2.02/ 1.28

10

0.42/ 0.28

0.51/ 0.34

0.67/ 0.44

0.79/ 0.55

0.87/ 0.58

0.97/ 0.65

1.02/ 0.68

1.09/ 0.72

1.12/ 0.75

1.16/ 0.81

1.25/ 0.84

1.37/ 0.92

1.54/ 1.02

1.77/ 1.18

1.94/ 1.3

2.17/ 1.45

2.75/ 1.83

20

0.6/ 0.4

0.7/ 0.5

0.9/ 0.6

1.1/ 0.7

1.15/ 0.75

1.25/ 0.8

1.3/ 0.85

1.35/ 0.9

1.5/ 0.95

1.6/1

1.7/ 1.1

1.8/ 1.2

2/1.3

2.4/ 1.4

2.5/ 1.7

2.8/ 1.9

3.6/ 2.4

30

0.6/ 0.4

0.8/ 0.55

1/0.7

1.2/ 0.8

1.3/ 0.9

1.5/1

1.5/1

1.6/ 1.1

1.7/ 1.1

1.8/ 1.2

1.9/ 1.3

2.1/ 1.4

2.3/ 1.5

2.7/ 1.8

2.9/ 1.9

3.3/ 2.2

4.1/ 2.7

50

1.0/ 0.5

1.2/ 0.7

1.5/ 0.9

1.8/1

2/1.1

2.2/ 1.2

2.3/ 1.3

2.5/ 1.4

2.6/ 1.4

2.7/ 1.5

3/1.6

3.2/ 1.7

3.5/2

4.2/ 2.2

4.6/ 2.4

5/2.7

6.3/ 3.4

100

1.4/ 0.8

1.7/1

2.3/ 1.3

2.7/ 1.5

2.8/ 1.6

3.1/ 1.9

3.3/ 2

3.6/ 2.1

3.7/ 2.15

3.9/ 2.2

4.2/ 2.4

4.6/ 2.7

5/3

6/3.4

6.5/ 3.8

7/4.2

8.2/ 5.4

200

1.7/ 1.0

2.1/ 1.2

2.7/ 1.5

3.2/ 1.8

3.4/2

3.7/ 2.2

4/2.4

4.3/ 2.5

4.5/ 2.6

4.7/ 2.7

5.8/ 2.9

6.9/ 3.2

8/3.6

9/4.1

9.5/ 4.6

10/ 5.2

10.6/ 6.6

300

2.1/ 1.2

2.5/ 1.4

3.3/ 1.8

3.9/ 2.2

4.2/ 2.4

4.5/ 2.6

4.9/ 2.9

5.2/3

5.4/ 3.1

5.6/ 3.3

6.4/ 3.5

7.7/ 3.7

9.1/ 4.3

10.5/ 4.9

11.2/ 5.6

11.9/ 6.4

12.7/ 7.8

500

2.7/ 1.5

3.3/ 1.8

4.4/ 2.4

5.2/ 2.8

5.5/3

5.9/ 3.2

6.3/ 3.6

6.6/ 3.8

6.8/ 3.9

7/4.1

8/4.4

9/4.8

11/ 5.4

13/ 6.1

14/7

15/ 8.1

16.4/ 9.6

1000

4.1/ 1.6

5/3.1

6.4/4

7.7/ 4.8

8.6/ 4.9

8.8/ 5.1

9/5.6

10/ 6.2

10.6/ 6.6

11.2/ 6.8

13.6/ 7.2

14.8/ 7.8

15.8/ 8.6

16.6/ 10.1

17.6/ 12.4

18.6/ 14

24/ 16.0

Примітка до таблиць 1.3 і 1.4: у чисельнику наведено значення відстані для повітряного, у знаменнику – для наземного ядерного вибуху.

Завдання 1.6 Розрахунок радіусу зон загоряння окремих видів матеріалів у залежності від виду ї потужності вибуху

Для визначення радіусу зон спалахування(загоряння) у чистому повітрі, можна скористатися даними таблиці 1.5

Таблиця 1.5 - Радіуси спалахування деяких об’єктів (ймовірність 50%) у чистому повітрі, без снігу, км

Об’єкти	Потужність ядерного вибуху, кт
	200	500	1000	2000
Деревина соснова трухлява	2.8 – 4.7	3.8 – 6.6	5.0 – 8.7	7.6 – 13.2
Опале листя, стружка соснова	4.1 – 7.3	6.2 – 12.0	8.6 – 15.8	12.5 - 21.5
Опала хвоя	3.5 – 5.7	5.4 – 8.7	7.0 – 12.4	10.0 – 17.0
Суха рослинність	4.6 – 8.2	6.8 – 12.5	9.3 – 16.2	14.0 – 22.0
Будівлі, вкриті соломою	5.3 – 8.6	7.6 – 12.5	10.1 – 16.6	15.0 – 23.1
Будівлі дерев’яні, штабелі пиломатеріалів, дерев’яна тара	4.2 – 7.1	6.1 – 11.5	8.2 – 15.3	12.5 – 21.2
Житлові будівлі	4.7 – 8.0	6.7 – 12.0	9.1 – 15.6	14.0 – 22.0
Автомобілі	5.3 – 8.6	7.0 – 12.0	9.3 – 16.2	13.0 – 21.0

Примітка: 1) Перша цифра – за наземного вибуху, друга – за повітряного.

2) За наявності снігового покриву радіус загоряння в 1.5 –2 разі менше. 3) За меншої прозорості повітря вводяться коефіцієнти: добра прозорість – видимість до 50км, К = 0.93; середня прозорість – видимість до 20 км, К = 0.8; легкий серпанок – видимість до 10 км, К= 0.66; сильний дим – видимість до 5км, К = 0.36; дуже сильний дим, туман – видимість до 1км, К = 0.12

Приклад до завдання 1.6 Визначити можливість займання пожежі в сосновому лісі на відстані 1.2км за дуже сильного задимлення та снігового покрову, якщо потужність повітряного ядерного вибуху складає 200 кт

Розв’язування: Радіус можливого виникнення пожежі для повітряного вибуху і потужності 200кт для опалої хвої за табл.. 1.5 складає: R = 5.7 + (8.7 – 5.7)/(500 – 400) * 100 = 5.7 + 0.75 = 6.45км. З урахуванням поправки на сильний дим та видимість до 1км. радіус складає: R = 6.45 *0.12 = 0.774км. З урахуванням сніжного покрову радіус зменшується ще у 1.5 – 2 рази, тобто в цих умовах він буде від 0.387 до 0.510 км. Таким чином, на відстані 1.2 км загоряння соснового лісу не відбудеться.

Практичне заняття № 2 Осередки ураження за надзвичайних ситуацій мирного часу

У цьому практичному занятті вирішуються завдання, які пов’язані з осередками ураження за ситуацій мирного часу.

Завдання 2.1 Розрахунок розмірів зон руйнувань за землетрусу

За землетрусу в осередку ураження, як і в осередку ядерного ураження, виділяють зони повних, сильних середніх та слабких руйнувань. На межі зон спостерігаються такі значення величин надмірного тиску: 50, 30, 20, 10 кПа відповідно. Іноді приймають, що на місцевості, де інтенсивність землетрусу менша за 5 балів, руйнування або незначні, або відсутні, за інтенсивності 7 і більше балів руйнування повні та сильні, а в інтервалі інтенсивностей від 5 до 7 спостерігаються слабкі та середні руйнування.

Оцінку можливих масштабів руйнувань за землетрусу проводять за інтенсивністю(силою) землетрусу. Силу землетрусу можна розрахувати залежно від глибини гіпоцентру і величини магнітуди за формулами:

у епіцентрі інтенсивність: І_Н = 1.5М – 3.5 lg Н + 3 (балів);

на відстані R: I_R = 1.5М - 3.5 lg + 3 (балів),

де Н – глибина гіпоцентру, км; R – відстань від епіцентру, км., М – магнітуда землетрусу.

Приклад за завданням 2.1 За конкретним значенням магнітуди землетрусу(М = 6), глибині гіпоцентру(Н =50км) і відстані від епіцентру до об’єкта (R = 55 км) треба визначити інтенсивність у епіцентрі землетрусу, а також визначити, якою буде спостерігатися інтенсивність на об’єкті.

Розв’язування:

Інтенсивність землетрусу в епіцентрі: І_Н = 1.5М – 3.5 lg Н + 3 = 1.5* 6 – 3.5 lg 50 + 3 = 9 – 5.95 + 3 = 6.05 балів

На відстані 55 км: I_R = 1.5М - 3.5 lg + 3 = 1.5 * 6 – 3.5lg + 3 = 5.45 балів

Завдання 2.2 Визначення розміру і площі зон руйнувань у осередку землетрусу

Розв’язування завдання за находженням розмірів зон зазначеної інтенсивності також здійснюють за допомогою вище наведених співвідношень(як у завданні 2.1).

Приклад за завданням 2.2 Визначити відстань(радіус) від центру землетрусу на якій будуть спостерігатися повні(сильні), середні(слабкі) руйнування та їх площу. Максимальна магнітуда землетрусу 9 балів, глибина гіпоцентру 64 км.

Розв’язування: На межі осередку землетрусу(там, де руйнування практично відсутні) інтенсивність землетрусу менше 5 балів. Знайдемо, на якої відстані від епіцентру землетрусу буде інтенсивність 5 балів

На відстані R за формулою: I_R = 1.5М - 3.5 lg + 3 (балів),

тоді R = = = 279.94 км

На межі повних та сильних руйнувань інтенсивність 7 балів, тоді радіус:

R = = = 107.61 км

Площа зони повних руйнувань: S =  R² = 36361км²

Завдання 2.3 Визначення ступеню руйнувань будинків і споруд за землетрусу певної інтенсивності

Руйнування будинків, споруд та інших об’єктів у випадку землетрусу залежить від інтенсивності енергії землетрусу на поверхні землі, яка вимірюється в балах за шкалою Ріхтера, від міцності об’єктів та тривалості дії землетрусу. У загальному випадку осередки ураження за землетрусу можна порівнювати з осередками ядерного ураження. У зв’язку з цим оцінка можливих масштабів і ступеня ураження за землетрусів може бути проведена аналогічно оцінки руйнування за ядерного вибуху. Різниця полягає в тому, що як критерій дії землетрусу використовують не максимальний надмірний тиск у фронті ударної хвилі, а максимальну інтенсивність землетрусу в балах за шкалою Ріхтера.

Ступень руйнування визначають за таблицею 2.1

Таблиця 2.1 – Ступені руйнування елементів об’єкта в залежності від інтенсивності землетрусу

№ пп	Характеристика будинків і споруд	Руйнування залежно від інтенсивності, балів
		слабкі	середні			великі		повні
1	Масивні промислові будинки з металевим каркасом і крановим обладнанням вантажністю 25 – 50 т.	V11 V111		V111- 1Х	1Х – Х		Х – Х11
2	Будинки з легким металевим каркасом і без каркасної конструкції	V1 – V11		V11 – V111	V11 – 1Х		1Х – Х11
3	Промислові будинки з металевим каркасом і бетонним заповненням з площею скління 30%	V1 – V11		V11 – V111	V11 – 1Х		1Х – Х
4	Промислові будинки з металевим каркасом і суцільним крихким заповненням стін і покрівлі	V1 – V11		V11 – V111	V11 – 1Х		1Х – Х
5	Будинки із збірного залізобетону	V1 – V11		V11 – V111	–		V111 – Х1
6	Цегляні без каркасні виробничо – допоміжні будинки з перекриттям із залізобетонних збірних елементів одно і багатоповерхові	V1 – V11		V11 – V111	V11 – 1Х		1Х – Х1
7	Такі ж з перекриттям з дерев’яних елементів одно - і багатоповерхові	V1		V1 – V11	V11 – V111		більш V111
8	Адміністративні багатоповерхові будинки з металевим або залізобетонним каркасом	V11 V111		V111- 1Х	1Х – Х		Х – Х1
9	Цегляні малоповерхові будинки (1–2 поверхи)	V1		V1 – V11	V11 – V111		V111 –1Х
10	Цегляні багатоповерхові будинки (3 поверхи і більш)	V1		V1 – V11	V11 – V111		V111 –1Х
11	Складські цегляні будинки	V – V1		V1 – V111	V11 – 1Х		1Х – Х
12	Трубопроводи на металевих або залізобетонних естакадах	V11 V111		V111- 1Х	1Х – Х		--

За відсутності у таблиці окремих видів будинків і споруд, ступінь їх руйнування можливо визначити за таблицею ступенів руйнування елементів об’єкту за різних значень надмірного тиску ударної хвилі ΔP, кПа(таблиці приведені в різних джерелах, наприклад 18). При використанні таблиці орієнтовно можна приймати наступні значення надмірного тиску залежно від інтенсивності землетрусу I (у балах):

Таблиця 2.2 Відповідність інтенсивності землетрусу величіні надмірного тиску

Інтенсивність, I в балах	V	V1	V11	V111	1X	X	X1
Значення надмірного тиску, кПа	10	20	30	40	50	60	70

Приклад за завданням 2.3 Об’єкт розташований у місцевості, де можливі землетруси інтенсивністю V111 балів. Визначить можливу ступінь руйнування об’єкту за землетрусу максимальної інтенсивності.

Характеристика об’єкту:

• Виробничі цехи – 5 шт. – промислові будинки з металевим каркасом і бетонним заповненням стін.

• Складські приміщення - 4 шт. – цегляні малоповерхові будинки.

• Адміністративні будинки - 1 шт. - 4х поверхова будівля з залізобетонним каркасом.

• Захисні споруди: сховища 111кл. – 2 шт.; сховища V кл. – 1 шт.

• Сховище ПММ напівзаглибленного типу .

• Мережі комунального господарства – на металевих естакадах.

Розв’язування:

1) За таблицею 2.2 визначаємо величину надлишкового тиску, яка відповідає інтенсивності землетрусу V111 балів. Отримаємо:  Р = 40 кПа.

2) За величиною інтенсивності визначаємо ступень руйнування тих будівель, які є в таблиці 2.1:

• Виробничі цехи – 5 шт. отримують середні або великі руйнування.

• Складські приміщення - 4 шт. також отримують середні або великі руйнування.

• Адміністративний будинок - 1 шт. отримує слабкі або середні руйнування.

3) За величиною надмірного тиску (за таблицею 3.6 – джерело 18) визначаємо руйнування інших будівель і споруд за надлишкового тиску 40кПа:

• Захисні сховища 111кл. 2 шт. не отримують руйнувань.

• Захисне сховище V кл. також не отримує руйнувань.

• Сховище ПММ отримує слабкі руйнування.

• Мережі комунального господарства – руйнування середні і сильні.

З урахуванням того, що більшість споруд об’єкту отримує середні або сильні руйнування (90 %) робимо висновок, що об’єкт отримує сильний ступінь руйнування.

Завдання 2.4 Визначення розміру зон руйнування за вибуху вуглеводневої сировини в відкритому просторі, наприклад, у сховищі вуглеводневої сировини

За вибуху вуглеводневої сировини може утворитися осередок ураження. В осередку ураження у відкритій атмосфері можна визначити дві зони дії надлишкового тиску: зону детонації (детонаційної хвилі) і розповсюдження (дії) ударної хвилі. У зоні детонації тиск має максимальне значення.

Умовний (розрахунковий) радіус зони детонаційної хвилі (r_O) визначають за емпіричною формулою:

r_{O =} 18.5 *,

де Q_H – кількість речовини (в тоннах), яка вилилася або розтеклася з ємності (сховища), що розгерметизовано;

К – коефіцієнт , який характеризує об’єм газів або парів речовини, що перейшли в стехіометричну суміш (за даними джерел, він може розрізнятися від 0.4 до 0.6). Емпіричний показник перед коренем дозволяє враховувати різні умови виникнення вибуху.

У межах зони 1 діє надлишковий тиск, який приблизно можна вважати постійним і рівним 1700кПа. Точніші значення тиску визначають за довідниковими даними для кожної речовини, наприклад, за таблицею 2.3 Максимальний тиск у зоні детонації – це найбільший тиск, який виникає при утворенні найбільш пожежо -, вибухонебезпечної суміші газу, пару або пилу з повітрям у замкнутому об’ємі при початковому тиску суміші 101кПа (атмосферному тиску).

Таблиця 2.3 – Максимальний тиск і концентраційні межи загоряння окремих речовин

Речовина (газ, суміш)	Максимальний тиск вибуху, кПа	Концентраційні межі загоряння
		НКМВ, %	ВКМВ, %
Аміак	600	15	28
Ацетилен	1030	2.5	90
Ацетон	893	2	13
Бензол		1.4	7.1
Гідроген	739	4	75
Деревинна мука	770
Карбон (11) оксид вуглецю		12.5	74
Толуен		1.3	6.7
Полістирол	720	25	-
Поліетилен	560	12	-
Магній	500	12	-
Алюміній	660	25	-
Сульфур	460	17	-
Фосфор червоний	700	14	-

За межами зони детонації - у зоні дії повітряної ударної хвилі, формується фронт ударної хвилі, який розповсюджується по поверхні землі. Він різко знижується до атмосферного через невелику відстань. Літературні джерела дають різні закономірності його зміни з урахуванням відстані до місця вибуху, теж саме і з максимальним значенням тиску в детонаційної хвилі (зоні детонації). У таблиці 2.4 приведено узагальнені дані зміни надмірного тиску, виходячи із відстані, що виражено в частках від радіусу зони детонації (r₁ / r_O), і максимального тиску в зоні детонації.

Використовуючи наведені вище табличні дані можна розраховувати масштаби зон руйнування з позначеними значеннями надмірного тиску, визначати можливе значення надмірного тиску за наявних відстань об’єкту від місця аварії (вибуху), а також визначати ступінь руйнування різних будинків, споруд, будівель залежно від величини надмірного тиску та розв’язати інші завдання.

Таблиця 2.4 - Зміна тиску в зоні розповсюдження ударної хвилі

Максим. тиск у зоні детонації, кПа	Значення надмірного тиску, кПа, на відстані від центру вибуху в частках від rO (r1 / rO)
	1	1.05	1.1	1.2	1.4	1.8	2.0	3.0	4.0	6.0	8.0	10	12	15	20	30
500	500	270	155	115	90	55	48	25	15	8	5	4	3	2.5	1.5	1.0
900	900	486	279	207	162	99	86	45	26	14	9	7	5	4.5	2.7	1.8
1000	1000	540	310	230	180	110	96	50	29	16	10	8	6	5	3	2
1700	1700	918	527	391	306	195	163	82	50	28	18	13	10	8	5	3.7
2000	2000	1080	620	460	360	220	192	1 Продовження таблиці 2.3 00	58	32	20	16	12	10	6	4

За вибуху звичайних вибухових речовин, наприклад тол (тротил, тринітротолуол) величину надлишкового тиску на відстані r (м) від центру вибуху залежно від маси речовини Q (кг) розраховують за формулою:

, кПа

Приклад до завдання 2.4 На промисловому підприємстві трапилася аварія з розливом вуглеводневою речовини у кількості 128т. Обчислити розміри зон сильних, середніх і слабких руйнувань.

Примітка: Прийняти, що на дальній межі сильних руйнувань величина надмірного тиску – 50 кПа, на межі середніх – 30 кПа, слабких – 10 кПа.

Розв’язування: Тип вуглеводневої речовини нам не відомий, тому беремо значення максимального тиску в цьому випадку – 900 кПа.

1) Радіус зони детонації, де тиск буде максимальним і рівним 900 кПа:

r_O = 18.5 * = 18.5 * = 18.5 *4 = 74 м.

2) Розрахуємо радіуси зон слабких, середніх і сильних руйнувань. За таблицею 2.4 знайдемо, що за максимального тиску 900 кПа тиск в 9кПа буде за відношенням r₁ / r_O = 8, в 14кПа - за відношенням r₁ / r_O = 6, інтерполюванням знаходимо, що тиску 10 кПа відповідає відношення r₁ / r_O = 7.6. Цей результат отримано через пропорцію: r₁₀/ r_O = 6 + [(8 – 6)/ (14 – 9)] * 4 = 7.6. Тут r₁₀ – радіус зони, де тиск дорівнює 10 кПа.

3) Отримаємо радіус зони слабких руйнувань r_СЛ = 74 * 7.6 = 562.4 м.

4) Аналогічно обчислюють радіуси середніх і сильних руйнувань:

r_СЕР = 280 м.; r_СИЛ. = 213 м.

Завдання 2.5 - Визначення величини надмірного тиску та ступеню руйнування будівлі при певної відстані об’єкту від міста вибуху вуглеводневої сировини

Це завдання також можна розв’язувати за допомогою таблиць 2.3 та 2.4

Приклад до завдання 2.5 Визначить, яких руйнувань зазнає виробничий цех, якщо його відстань від місця вибуху – 350 м. Тип будинку цеха - масивний промисловий будинок з металевим каркасом і крановим обладнанням вантажністю 25 – 50 т. Умови вибуху взяти з прикладу 2.3.

Розв’язування:

1) Як і у прикладі 2.4 радіус зони детонації r_O = 18.5 * = 74м.

2) Тип вуглеводневої речовини нам не відомий – беремо значення максимального тиску в цьому випадку – 900 кПа.

3) Знаходимо відношення відстані від міста вибуху до об’єкту r₁ до радіусу зони детонації r_О (r₁/r_О), що складає 4.73

4) У таблиці 2.4 знаходимо, що відношенню r₁/r_О рівному 4.0 відповідає тиск 26 Па(це при максимальному тиску 900кПа), а відношенню r₁/r_О = 6.0 відповідає 14кПа. Тоді, при відношенні r₁/r_О = 4.73 тиск буде Р = 26 – (26 – 14)/(6.0 – 4.0) * 0.73 = 26 – 4.38 = 21.62кПа

5) За цього надмірного тиску приміщення цеху зазнає слабкі руйнування(ступінь руйнування визначено за таблицею 3.6 18)

Завдання 2.6 Визначення надлишкового тиску і ступеня руйнування будівель за вибуху в закритому приміщенні

Надлишковий тиск вибуху для горючих речовин , які складаються з атомів C , H , O , Cl , Br , I , F, визначають за формулою:

Р = (Р_max - Рo) * (100* m *z) / (V_{с в.} * C _стех. k _н ),

де Р_max - максимальний тиск вибуху стехіометричної газоповітряної або пароповітряної суміші у замкнутому об’ємі , кПа;

Рo – початковий тиск (приймається рівним 101 кПа);

m – маса горючої речовини, газу, кг;

z – коефіцієнт участі горючої речовини в вибуху (для горючих газів – 0.5; ЛЗР - 0.3);

V_{с в} – вільний об’єм приміщення, м ³ ;

C _стех. – стехіометрична концентрація горючого газу або пари, об. %;

C _стех. = 100 (1 +4.84β), де β – стехіометричній коефіцієнт оксигену в реакції згоряння: β = n_C + (n_Н + n_Х) / 4 - n_О, тут n_C , n_Н , n_Х , n_О - число атомів карбону, гідрогену, галогенів, оксигену в молекулі горючої речовини.

k _н - коефіцієнт негерметичності приміщення (приймається рівнім 3);

- густина пари або газу.

Надлишковий тиск вибуху для горючих речовин, крім зазначених вище, а також сумішей, можна обчислити наступним чином :

Р = (m * Н_Т z Рo) / (V_{с в.} * Т ₀ * С _р*k _н*  _в),

де - Н_Т - теплота згоряння, Дж / кг.

 _В - густина повітря до вибуху , кг/ м ³ ;

С _р - теплоємність повітря (приймається рівною 1.01 * 10 ³ Дж / кг * К);

Т ⁰ – початкова температура повітря , К.

Приклад до завдання 2.6 У виробничному приміщенні розміром 20*8*3 м. в результаті аварії на трубопроводі розлилося 15 кг бензену. Приміщення – з легким металевим каркасом. Визначити ступінь руйнування будинку.

Розв’язування: 1) Стехіометричний коефіцієнт оксигену в реакції згоряння (формула бензену - С ₆ Н₆):

β = n_C + (n_Н + n_Х) / 4 - n_О = 6 + 6/4 = 7.5

2) Стехіометрична концентрація:

C _стех. = 100 /(1 +4.84β) = 100/ (1+ 4.84 * 7.5) = 2.68

3) Вільний об’єм приміщення V_СВ. = V_ПР. * 0.8 = 480 * 0.8 = 384 м³

4) Надлишковий тиск:

Р = (Р_max - Рo) * (100* m *z) / (V_{с в.} * C _стех. k _н ) =

= (909 – 101) (100 * 15 0.3) / (384 2.68 * 3 * 3.32) = 35.46 кПа.

5) За надлишкового тиску 35.46 кПа будинок приміщення отримує великі руйнування. Цей висновок ми робимо, використовуючи дані таблиці 3.6 18

Таблиця 2.5 - Деякі властивості горючих речовин

Найменування горючої речовини	Густина кг/ м3	Максимальний тиск, кПа	Теплота згоряння, кДж /кг	Формула
толуен	3.84	--	41062	С7Н8
метил. спирт	1.32	747.4	--	СН4О
ксилен	1.44	--	40903	С 8Н10
ацетон	2.4	901.9	28492	С6Н6 О
бензен	3.32	909	38548	С 6 Н6
етил. спирт	1.92	752.5	--	С2 Н 6 О
магній	--	565.6	25140	М g
метан	0.665	727.2	49903	СН 4
титан	--	505.0	19065	Ті
мазут	--	--	41900	Суміш нафтопродуктів
ацетилен	1.09	1040.3	48185	С 2Н 2
цирконій	--	454.	11983	Zr

Завдання 2.7 Визначення параметрів хвилі прориву при руйнуванні гребель водосховищ

Головними характеристиками хвилі прориву, які визначають її руйнівну дію, є глибина і швидкість потоку у даному створі. Максимальна глибина потоку (h) і максимальна його швидкість (V_MAX )залежать від висоти греблі і розмірів(ширини B і глибини H) прорану, гідродинамічних і топографічних умов русла і заплавини ріки.

Значний вплив на обстановку і життєдіяльність населення матимуть і масштаби зон затоплення. Вони залежать від глибини і площі стояння небезпечних рівнів води, площі затоплення, пори року (весна, літо або зима) і ін.

Дія хвилі прориву на об’єкті подібна дії ударної хвилі повітряного ядерного вибуху (або вибуху звичайних вибухових речовин у повітрі), але відрізняється від них тим, що діючим тілом тут є не повітря, а вода. За критичні параметри хвилі прориву, за яких гинуть люди, або наступає тяжке поранення, приймається h  1.5 м. і V _MAX  2.5 м/ сек..

Вихідними даними при визначенні параметрів хвилі прориву і масштабів зон затоплення є об’єм водосховища, ширина прорану, глибина води перед греблею (глибина прорану). Порядок визначення наступний:

• Спочатку визначають середню швидкість руху хвилі пропуску за таблицею 2.5

Таблиця 2.5 - Залежність максимальної швидкості руху хвилі пропуску і максимальної витрати води від глибини прорану

Н, м.	5	10	25	50
V MAX , м/с.	2	3	5	7
N, м 3/ с* м.	10	30	125	350

• Визначається час спорожнення водосховища:

Т = W / N* B *3600,

де W – об’єм водосховища;

N – максимальна витрата води на один метр ширини прорану, м ³/ с *м.

В - ширина прорану або дільниці переливу води через гребінь не зруйнованої греблі;

Н – глибина прорану.

• Далі визначається висота хвилі пропуску на різній відстані від греблі за таблицею 2.6

Таблиця 2.6 – Орієнтована висота хвилі пропуску і тривалість її проходження при різних відстанях від греблі

Найменування параметра	Відстань від греблі, км.
	1	25	50	100	150	200	250
Висота хвилі пропуску, м	0.25 Н	0.2Н	0.15Н	0.075Н	0.05Н	0.03Н	0.02Н
Тривалість проходження хвилі пропуску, годин	Т	1.7Т	2.6Т	4Т	5Т	6Т	7Т

• Визначається час приходу хвилі пропуску на різних відстанях від греблі: t _ПР = R / V

• На карті або схемі позначають межі зон затоплення, для чого:

- знаходять на карті ізолінії – це лінії, які з’єднують точки місцевості з однаковим перевищенням їх висоти над рівнем моря, такі, що мають перевищення над рівнем моря рівним висоті хвилі пропуску в даній точці;

- за цими ізолініями наносять межі зон затоплення, з’єднуючи ці ізолінії плавною кривою.

Залежно від висоти і швидкості руху хвилі пропуску визначають ступінь руйнування різних об’єктів за таблицею 3.15 18

Приклад до завдання 2.7 Оцінити обстановку на об’єкті, який розташований в зоні катастрофічного затоплення на відстані 15 км. від греблі. Рівень перевищення місцевості, де розташований об’єкт, над рівнем води у річці 1 м. На об’єкті будинки переважно з легким металевим каркасом. Характеристика водосховища:

• глибина можливого прорану - 18м;

• об’єм водосховища - 13 км ³ ;

• можлива ширина прорану - 15м.

Розв’язування:

Максимальну швидкість руху хвилі прориву знаходимо інтерполюванням за таблицею 3.12: V _MAX = 4.06 м/с. Це робиться наступним чином. Для висоти прорану 10м швидкість складає 3м/с, при висоті 25 м вона дорівнює 5м/с. Складаємо пропорцію:

V _{MAX 18м} = 3 + [(5 – 3) / (25 – 10)] * 8 = 3 + 1.06 = 4.06 м/с

Також визначаємо і максимальні витрати води: N = 80.66 м ³ /с *м.

Час спорожнення водосховища Т = 13*10⁹м ³ /(80.66 * 15 * 3600) = 2984.64 годин = 124 доби

Висота хвилі пропуску на відстані 15 км: h = 5.02м.

Час підходу хвилі пропуску t _ПР = 1.1 година.

Можлива висота хвилі прориву на об’єкті дорівнює різниці між висотою хвилі пропуску на об’єкті і перевищенням місцевості над рівнем води в річці – це 4.02м.

За максимальної швидкості хвилі пропуску 4.06м/с і висоті її на об’єкті 4.02 м будинки отримують сильні і середні руйнування, люди, які в цей час будуть знаходитися на відкритий місцевості, можуть загинути.

Завдання 2.8 Визначення характеристик затоплення місцевості під час повені

Теоретичні відомості про порядок визначення характеристик затоплення території наведено в роботі 12 - тексти лекцій Порядок розв’язування цього завдання розглянемо на наступному прикладі.

Приклад до завдання 2.8 У районі Ч-ой області внаслідок інтенсивних опадів стався повінь з такими характеристиками:

- інтенсивність опадів: І – 140мм/год;

- площа випадіння опадів: F – 20 км²;

- звичайна швидкість потоку води: V₀ – 1.3м;

- звичайна ширина річки в місці затоплення: L_O – 30м;

- кут нахилу берега річки: _O– 45⁰;

- кут нахилу берегової риси: ₁–12⁰;

- перевищення місця розташування об’єкту над рівнем води в річці: Hм – 1.5м;

- параметр, що враховує зсув об’єкту від руслу ріки: f– 1.1;

- довжина низини в місці затоплення на цій території: N – 50км

Необхідно визначити:

1) величину максимальної і звичайної втрати води _МАХ. і _О

2) максимальну швидкість потоку води під час повені в районі розташування об’єкту народного господарства V_МАХ

3) ширину території L_З, що буде затопленою

4) глибину затоплення об’єкту H_З

5) фактичну швидкість потоку затоплення на об’єкті V_ФЗ

6) площу затоплення в низині S, км²

Розв’язування:

величина звичайної втрати води:

_О = H_О * V_О (L_О – H_О ctg _O) = 6 * 2.5 * (30 – 6 * ctg 50^О) = 374.48 м³/с

величина максимальної втрати води:

_МАХ. = (I * F) / 3.6 + _О = (140 * 20) /3.6 + 374.48 = 777.78 + 374.48

= 1152.26 м³/с

поперечний переріз ріки до затоплення:

R_O = _О /V_O = 374.48 / 2.5 = 149.8м²

максимальний переріз ріки:

R_МАХ = _МАХ/V_О = 1152.26/ 2.5 = 460.9м²

переріз ріки під час затоплення:

R _З = R_МАХ - R_О = 460.9 – 149.8 = 311.1м²

висота затоплення:

Н_З = R_З / (L_О + H_О ctg _З) = 311.1/ 30 + 6 * 11.43) = 3.156м

максимальна швидкість потоку під час повені:

V_МАХ = V_О(H_О + H_З) / H_O = 2.5 * 9.156/ 6 = 3.815 м/с

ширина затоплюваної території:

L_З = L_О + 2H_З ctg_З = 30 + 2 * 3.156 * 11.43 = 102.146 м

глибина затоплення на об’єкті:

Н_{З О} = Н_З – Н_М = 3.156 – 1.5 = 1.656м

фактична швидкість потоку затоплення:

V_ФЗ = V_МАХ* f = 3.815 * 1.1 = 4.2м

площа затоплення в низині при довжині N цієї території, км²

S = N * L_З = 50 * 0.102146 = 5.107 км²