Módulo 2 – História dos explosivos e efeitos das explosões

Apresentação do Módulo

Você sabe o que é um explosivo? Sabe como identificá-lo?

Neste módulo você estudará sobre o histórico dos explosivos, seus conceitos, suas

características, as classificações, os sistemas de iniciação e sobre os tipos de explosões.

Objetivos do Módulo

Ao final do estudo deste módulo, você será capaz de:

• Conceituar explosivos;

• Identificar as características presentes em um explosivo;

• Classificar os explosivos de forma geral e quanto ao seu emprego;

• Listar os tipos de sistemas de iniciação, bem como as características e vantagens de cada um;

• Classificar e identificar os tipos de explosões.

Estrutura do Módulo

Este módulo e formado por 4 aulas:

• Aula 1 – Histórico, conceitos e características dos explosivos

• Aula 2 – Classificação dos explosivos

• Aula 3 – Sistemas de iniciação

• Aula 4 – Conceitos, tipos e efeitos das explosões

Aula 1 – Histórico, conceitos e características dos explosivos

1.1. A evolução dos explosivos: breve histórico

Na antiguidade, a pólvora foi, sem dúvida, o primeiro passo para o desenvolvimento

dos produtos conhecidos hoje como explosivos, sendo atribuído seu descobrimento aos

chineses. Por volta do século X, a pólvora passou a ser utilizada também com fins militares,

na forma de foguetes, bombas e explosivos que eram lançados de catapultas. O lançamento

dessas bombas também era feito por tubos de bambu, simulando assim um canhão. Da China,

o uso militar da pólvora, segundo os relatos históricos, partiu para o Japão e Europa. Os

mongóis também utilizaram a pólvora contra os Húngaros em 1124. Em 1249 a pólvora negra

teve sua formulação descrita pelo “Frei Inglês Roger Bacon”, que contribuiu para a invenção

da arma de fogo em 1300 d.C pelo Monge Franciscano Alemão “Berthold Schwarz”.

Por volta do século “XIX”, em 1846, foi descoberto a

nitrocelulose (versão bruta), por Théophile Pelouze, que

obteve um material inflamável da mistura de ácido

nítrico e algodão. Por ter aperfeiçoado a referida mistura,

tornando-a estável, a descoberta passou a ser atribuída ao

químico germano-suíço Christian Friedrich Schonbein.

Outro passo bastante importante acontecido por volta do

ano de 1848, foi a descoberta da nitroglicerina pelo

italiano Ascanio Sobrero. Foi uma verdadeira

revolução, pois esse explosivo oferecia um poder de

explosão muitas vezes maior do que o da pólvora, apesar

de ser muito perigoso quando era submetido a

movimentos bruscos (choque, atrito), fator limitador das

condições de segurança e manuseio.

Em 1863 o sueco Alfred Nobel superou este

inconveniente, depois de conseguir estabilizar

nitroglicerina, produzindo desta forma a dinamite

(explosivo potente que oferecia boas condições de

segurança).

Christian Friedrich Schonbein

http://en.wikipedia.org/wiki/Christian_

Friedrich_Sch%C3%B6nbein

O século XX foi caracterizado principalmente pelo emprego de vários explosivos, entre eles

destacamos o TNT (1912), HMX (1940), ANFO (1947), lamas explosivas (1956), emulsões

(1980), explosivos binários (anos 90).

1.2. Conceito e características dos explosivos

1.2.1. Conceito de explosivo

Produto que, por meio de uma excitação adequada, se transforma rápida e violentamente de

estado, gerando gases, altas pressões e elevadas temperaturas.

Observe que a figura acima traz uma explicação sobre o conceito apresentado,

demonstrando que, se o explosivo sofrer uma excitação adequada, irá mudar de estado de

forma rápida e violenta, gerando gases que muitas vezes são tóxicos, acompanhado de

elevadas pressões que ocasionarão grande destruição, além de altas temperaturas, que

ocasionarão o efeito térmico incendiário.

1.2.2. Características dos explosivos

São as propriedades físicas e químicas que identificam cada explosivo, de forma que

possam ser selecionados para o emprego correto. Além do uso militar, os explosivos são

bastante utilizados em pedreiras, mineração e construção civil de modo geral. Suas principais

características são: velocidade, potência, brisância, sensibilidade e densidade. Veja, a seguir,

cada uma delas.

• Velocidade:

É a rapidez de transformação ou reação do explosivo.

A velocidade de um mesmo explosivo pode variar conforme o grau de confinamento,

densidade e diâmetro do cartucho.

• Potência:

É a capacidade máxima de produção de trabalho de um explosivo, em função da

quantidade de calor e da velocidade com que a energia é liberada.

• Brisância:

É o efeito rompedor do explosivo sobre seu invólucro, sendo sua eficácia medida entre

a potência do explosivo e a resistência do material (capacidade de fragmentar seu recipiente).

Está intimamente relacionada com a pressão de detonação e com a velocidade de

detonação.

• Sensibilidade:

É a capacidade do explosivo em reagir a uma determinada excitação, como impacto,

calor, choque, atrito.

• Densidade:

Relação entre massa e volume (D = M / V).

Quanto mais denso o explosivo, maior seus efeitos explosivos, porém, tende a ser

menor a sua sensibilidade.

Os explosivos apresentam ainda outras características:

• Estabilidade:

Alteração de suas características durante armazenamento em condições normais.

• Higroscopicidade:

Capacidade do explosivo em absorver umidade, vindo dessa forma a alterar suas

características.

• Toxidez:

Concentração de gases nocivos à saúde.

Aula 2 – Classificação dos explosivos

Os explosivos são classificados quanto:

• ao uso;

• à velocidade de detonação;

• ao emprego.

Veja, a seguir, cada uma das categorias.

2.1. Quanto ao uso:

Podem ser classificados em militares e comerciais.

• Explosivos militares – Caracterizados pela sua alta estabilidade, poder de brisância

e pela segurança no uso, manuseio e armazenamento. Seguem alguns dos principais

explosivos militares:

Nome comum Composição Densidade (g/cm3)

Veloc. (Km/s)

Consistência

Amatol 50 TNT/ 50 NA 1,55 6,3 Sólida

Composição B 40 TNT / 60 RDX 1,70 7,9 Sólida

Ciclotol 75/25 25 TNT/ 75 RDX 1,75 8,2 Sólida

Octol 75/25 25 TNT/ 75 RDX 1,82 8,4 Sólida

Pentolite 50/50 50 TNT/ 50 PETN 1,67 7,4 Sólida

Tritonal 80 TNT/ 20 Al 1,72 6,7 Sólida

Composição C-4 RDX, plastificante e

componentes 1,6 8,0 Plástica

Plastex PETN, plastificante e

componentes 1,5 7,5 Plástica

• Explosivos comerciais – Diferentemente dos explosivos militares, já se caracterizam

por serem mais sensíveis, menos estáveis e seu emprego é diretamente relacionado à

construção civil, mineração, entre outros. Seguem alguns dos principais explosivos

comerciais.

Nome comum Fórmula Cor Consist. Veloc. (Km/s)

Ano descob.

Ano utiliz.

Nitrato de amônio (NA)

NH4NO3 Branco Grãos 2,5 3,5

1659 1867

Trinitrotolueno (TNT)

C7H5N3O6 Amarelo Sólida

até 81°C 6,93 1863 1901

Pentaeritritol-tetranitrado

(PETN)

C5H8N4O12

Branco Sólida 7,98 1894 1929

Ciclotrimetileno-trinitramina

(RDX) C3H6N6O6 Branco Sólida 8,75 1899 1940

Ciclotetrametileno-tetranitramida

(HMX) C4H8N8O8 Branco Sólida 9,1 1940 1950

Nitrocelulose (NC)

C6H6N3O11

Branco Sólida - 1847 1890

2.2. Quanto à velocidade de detonação

Quanto à velocidade de detonação 1, os explosivos classificam-se em:

• Altos explosivos (altos primários e altos secundários);

• Baixos explosivos.

Veja cada um dos itens.

• Altos Explosivos – São aqueles explosivos que possuem velocidade de

transformação acima de 1.000 m/s, sendo subdividido em altos explosivos primários e altos

explosivos secundários.

� Altos explosivos primários ou iniciadores – São aqueles explosivos

responsáveis em fornecer energia a uma carga explosiva, possuem velocidade de

transformação acima de 1.000 m/s, também se identificam por serem extremamente sensíveis

ao choque, calor e atrito, sendo amplamente utilizados como carga base ou principal em

espoletas (detonadores). Seguem alguns dos principais altos explosivos primários:

Nome comum Fórmula Cor Consist. Veloc. (Km/s)

Ano descob.

Ano utiliz.

Fulminato de mercúrio

C2N2O2Hg Branco Sólida 3,5 1700 1867

Azida de Chumbo

PbN6 Branco Sólida 4,1 1890 1904

Estifinato de chumbo C6H3N3O9P

b Laranja ou Vermelho

Sólida 5,2 1914 1920

Diazodinitrofenol DDNP

C6H2N2O5 Amarelo Sólida 4,4 1860 1928

� Altos explosivos secundários – Conhecidos também por explosivos de

ruptura, têm como característica uma maior estabilidade quanto ao manuseio, armazenamento

e emprego, além de alta velocidade, alta potência e alto poder de brisância.

1 fazer hint para a seguinte informação: Velocidade de detonação ou transformação é aquela em que a onda de choque se propaga pela massa do explosivo

Nome comum Fórmula Cor Consist. Veloc. (Km/s)

Ano descob.

Ano utiliz.

Nitrato de amônio (NA)

NH4NO3 Branco Grãos 2,5 3,5

1659 1867

Trinitrotolueno (TNT)

C7H5N3O6 Amarelo Sólida

até 81°C 6,93 1863 1901

Pentaeritritol-tetranitrado

(PETN)

C5H8N4O12

Branco Sólida 7,98 1894 1929

Ciclotrimetileno-trinitramina

(RDX) C3H6N6O6 Branco Sólida 8,75 1899 1940

� Baixos explosivos – São explosivos que possuem velocidade de transformação

abaixo de 1.000 m/s. Possuem características de explosivos deflagrantes e propulsores e

subdividem-se em pirotécnicos (fogos de artifício) e propelentes (pólvoras).

Tabela demonstrativa sobre a classificação dos explosivos quanto a sua velocidade de detonação.

ALTOS EXPLOSIVOS

PRIMÁRIOS

INICIADORES Ex.: Fulminato de mercúrio, azida de

chumbo.

SECUNDÁRIOS EMPREGO MILITAR Ex.: TNT, C-4.

EMPREGO INDUSTRIAL

Ex.: Dinamite, emulsão.

BAIXOS EXPLOSIVOS

PIROTÉCNICOS FOGOS DE ARTIFÍCIO Ex.: Pólvora negra, pólvora cloratada.

PROPELENTES

PROPULSORES DE ARMAS

Ex.: Pólvoras BS e BD.

PROPULSORES DE FOGUETES

Ex.: Pólvoras de base tripla.

2.3. Quanto ao emprego

Quanto ao emprego, os explosivos podem ser classificados como: iniciadores,

reforçadores, de ruptura ou rompedores e propelentes. Veja a seguir:

• Iniciadores:

Empregados em mistos iniciantes ou excitação de cargas explosivas. Sensíveis ao

calor, choque, atrito.

• Reforçadores:

Também denominados como boosters ou intermediários. Atuam como multiplicador

de força entre o iniciador e a carga principal.

• De ruptura ou rompedores:

Explosivos de alta potência e alto poder de brisância (poder de rompimento).

• Propelentes:

Baixos explosivos (pólvoras).

Aula 3 – Sistemas de iniciação

É o caminho pelo qual uma carga explosiva é detonada, sendo esse conjunto formado

pelo gerador de energia, transmissor de energia, iniciador e a carga explosiva propriamente

dita. Esse sistema também é conhecido como trem de fogo 2 ou cadeia explosiva. O sistema de

iniciação se subdivide em:

• Sistema de iniciação comum ou pirotécnico

Fogo + estopim + espoleta comum (detonador) + carga explosiva.

• Sistema de iniciação elétrico

Fonte de energia + fios condutores + espoleta elétrica (detonador) + carga explosiva.

• Sistema de iniciação não elétrico

Acionador nonel + tubo nonel + detonador comum + carga explosiva.

2 fazer hint para a seguinte informação: Trem de fogo ou cadeia explosiva – encadeamento lógico dos explosivos segundo a relação sensibilidade X efeito.

Tabela com vantagens e desvantagens de cada sistema de iniciação

SISTEMA VANTAGENS DESVANTAGENS

COMUM OU PIROTÉCNICO

Segurança no manuseio

Não tem precisão de tempo

ELÉTRICO Excelente precisão de

tempo Limitações devido à eletricidade estática

NONEL Segurança no manuseio +

precisão no tempo

Aplicações em grandes distâncias

Aula 4 – Conceito, tipos e efeitos das explosões

4.1. Conceito de explosão

Observe os conceitos a seguir:

• Explosão é toda expansão violenta, provocada pela decomposição da matéria

explosiva (Imbel).

• Explosão é todo escape súbito e repentino de gases do interior de um espaço

limitado, gerando alta pressão e elevada temperatura (ESJUI, Colômbia).

4.2. Tipos de explosões As explosões podem ser de três tipos: mecânicas, nucleares e químicas. Estude, a seguir,

sobre cada uma delas:

• Mecânicas: Provocadas pelo alívio descontrolado de pressão (ex: À medida que a

panela de pressão aqui representada aquece um líquido, haverá o aumento do volume

da molécula desse líquido, o que resultará em uma explosão caso não haja saída para

a pressão).

• Nucleares: Provocadas pela fissão do átomo (ex: A transformação em nível atômico

ocorrerá devido ao bombardeio de um nêutron ao núcleo do átomo de urânio aqui

representado, resultando na fissão do núcleo do átomo, acompanhado de altas temperaturas,

elevada pressão e de uma nuvem de radiação).

• Químicas: Provocadas por reações e transformações químicas.

Atenção!

Pelo fato de o curso ser na área de explosivos, você irá estudar um pouco mais sobre a

explosão química.

4.2.1. Subdivisão das explosões químicas

As explosões químicas subdividem-se em: combustão, deflagração e detonação.

• Combustão

Ocorre a uma velocidade de transformação abaixo de 100 m/s.

A camada se volatiliza e inflama ao atingir o ponto de fulgor. Há necessidade de

oxigênio para continuar a reação.

• Deflagração

Ocorre a uma velocidade de transformação acima de 100 e abaixo 1.000 m/s.

A propagação da reação ocorre por condução térmica (a partícula que se queima

transmite calor à adjacente, que se queima ao atingir a temperatura de explosão).

• Detonação

Ocorre a uma velocidade de transformação acima de 1.000 m/s.

A propagação da reação se dá por ondas de choque. A partícula que explode cria uma

onda de alta pressão que aquece e detona a partícula adjacente.

4.3. Efeitos da explosão

Os efeitos da explosão são divididos em: efeitos primários, efeitos secundários e

efeitos sobre o corpo humano. Estude sobre cada um deles:

• Efeitos primários – São aqueles diretamente relacionados ao momento primário da

explosão, em que todos os fenômenos resultam de um mesmo fenômeno. Assim, tem-se:

o Onda positiva: A onda positiva “empurra” o ar, gera o vácuo e vai

enfraquecendo até sua força equiparar-se com a força da pressão atmosférica.

P RES S Ã

O ATMOSFÉRI CA

o Onda negativa: Ocorre quando a pressão atmosférica retorna na direção do

epicentro da explosão, eliminando o vácuo deixado pela onda positiva.

PRESSÃO ATMOSFÉRICA

PRESS

ÃO ATMOSFÉRICA

o Efeito da fragmentação: Ocorre quando a pressão da explosão desloca o ar,

resultando em lançamento de fragmentos .

o Efeito térmico – incendiário: Esse efeito é diretamente relacionado ao fogo e

ao aumento da temperatura no local e momento da explosão.

Efeitos secundários – São aqueles que acontecem influenciados por obstáculos.

Aqui encontram-se a reflexão e a convergência, que são diretamente relacionados aos

obstáculos pelos quais a onda de choque é influenciada, o que resultará mudança de

direção ou da reflexão dessa onda.

• Efeitos sobre o corpo humano

o Hemotórax (sangue na cavidade torácica).

o Pneumotórax (ar livre na cavidade torácica).

o Distensão dos pulmões.

o Ruptura de vísceras (bexiga, fígado, rins, baço, alças intestinais).

o Ruptura de tímpano.

o Fratura de ossos.

o Queimaduras.

o Dilacerações.

o Perfurações.

o Lesões múltiplas.

Finalizando...

Neste módulo, você estudou que:

• O século XX foi caracterizado principalmente pelo emprego de vários artefatos

explosivos, tendo destaque os seguintes explosivos TNT (1912), HMX (1940), ANFO (1947),

lamas explosivas (1956), emulsões (1980), explosivos binários (anos 90);

• Explosivo é o produto que, por meio de uma excitação adequada, se transforma

rápida e violentamente de estado, gerando gases, altas pressões e elevadas temperaturas;

• As principais características dos explosivos são: velocidade, potência, brisância,

sensibilidade e densidade;

• Os explosivos são classificados quanto ao uso, à velocidade de detonação e ao

emprego;

• Sistema de iniciação é o caminho pelo qual uma carga explosiva é detonada, sendo

esse conjunto formado pelo gerador de energia, transmissor de energia, iniciador e a carga

explosiva propriamente dita. Esse sistema também é conhecido como trem de fogo ou cadeia

explosiva;

• A explosão pode ser conceituada como toda expansão violenta, provocada pela

decomposição da matéria explosiva (Imbel). As explosões podem ser mecânicas, nucleares ou

químicas;

• Os efeitos da explosão são divididos em: efeitos primários, efeitos secundários e

efeitos sobre o corpo humano.