Patlamanın insan vücuduna etkilerinin incelenmesi ve patlama yaralanma kriterinin geliştirilmesi

Abstract

Günümüz dünyasında, gerek terörist bombalamalarında, gerek sanayi ve endüstri alanında, gerekse günlük hayatta sıkça patlama olayları ile karşılaşılıyor. Patlama ile birlikte oluşan patlama dalgaları yapıların ve insan vücudunun ciddi patlama yüklerine maruz kalmasına sebep olmaktadır. Patlama yüklerinden kaynaklı yapılarda ölümcül tehlikelere yol açabilen yıkımlar görülebilirken, insan vücudunun beyin, akciğer, kalp, işitsel sistem, göz, karın bölgesi ve kas iskelet sistemi gibi farklı bölümlerinde de darbe yükünün etkisiyle ciddi yaralanmalı ölümcül sonuçlar görülmektedir. Bu doğrultuda, bu tez çalışması kapsamında patlama dalgası özellikleri (tepe basıncı ve süresi) akciğerler, beyin, kas-iskelet sistemi gibi ana organlarda meydana gelen yaralanmalarla ilişkilendirilmiştir. Organ yaralanmaları için eşik değerleri belirlemek üzere çeşitli ölçeklendirme kriterleri dikkatlice derlenmiştir. Tezin mevcut hali ile patlama yüklemesinin etkileri niceliksel olarak belgelenmiş ve insan vücudunun neredeyse tüm ana sistemleri için yaralanmaların ciddiyeti ile ilişkilendirilmiştir. Tezin patlama yaralanması ile ilgili daha sonraki çalışmalar için bağımsız bir referans olarak hizmet edeceğine inanılmaktadır. Beş bölümden oluşan tezin ilk bölümünde, öncelikle tezin içeriği ve amacı, patlama olayının meydana gelmesi ve farklı patlayıcı türleri ve patlayıcı malzemesi üretim şekilleri anlatılmıştır. Burada, Çizelge 1.1'de farklı patlayıcılar için patlayıcı TNT eşdeğer katsayıları verilirken, Şekil 1.1'de de patlama malzemesinin farklı üretim şekillerine ait örnekler verilmiştir. Sonrasında, şok dalgası ve basınç dalgası olarak patlama dalgasının iki farklı karakteristik türü belirtilmiştir. Şok dalgasının basınç -zaman geçmişinde basıncın bir anda pik yapıp, sonrasında ortam basıncına düştüğünü görürken, basınç dalgasında patlama basıncının zamanla pik değere ulaşıp devamında ortam basıncına düştüğü görülmüştür. Denklem 1.2 kullanılıp yaklaşık olarak impuls değerini verecek ampirik formülasyonlar elde edilmiş, bu formülasyonlar ile üçgen, yarı sinüs veya üstel sönümlü şok dalgası için impuls değerlerinin elde edilebileceği belirtilmiştir. Devamında, patlama yüklerinin belirlenmesinde kullanılacak patlama dalgası parametreleri (Maksimum yansıyan basınç (Pr) , Maksimum dinamik basınç (qo) , Şok yüzey hızı (U), Patlama dalgası uzunluğu (Lw)) anlatılmıştır. Şekil 1.7 ve Şekil 1.8'de sırasıyla patlama için idealleştirilmiş şok ve basınç yükleri ve idealleştirilmiş eşdeğer basınç yüküne ait basınç - zaman geçmişleri verilmiş olup, bu yüklemelerin patlamaya dayanıklı yapı tasarımını basitleştirmek için kullanıldığından bahsedilmiştir. Bu bölümün son kısmında ise, yapılara etki edecek patlama yükleri incelenmiştir. Yapılara etkiyen patlama yükü incelemesi için öncelikle açık alan patlamaları ve kapalı alan patlamaları gibi farklı şekillerde meydana gelen patlamaları açıklamak gerekmiştir. Açık alan patlamaları; serbest hava patlaması, hava patlaması ve yüzey patlaması olarak ayrılırken, kapalı alan patlamaları ise tamamen havalandırmalı patlama, kısmen havalandırmalı patlama ve tamamen kapalı alan patlaması olarak ayrılmaktadır. Şekil 1.18'de ise basit bir açık alan patlamasına ve bir kapalı alan patlamasına ait tipik basınç - zaman geçmişi verilmiştir. Sonrasında ise, patlama dalgasının bir yapıya çarpmasıyla yapının patlama dalgasının aşırı basıncı ve sürtünme kuvvetleri tarafından yüklendiği belirtilmiş olup, kapalı dikdörtgen şeklindeki bir bina ve binanın bileşenleri için maruz kalınan patlama yüklerinin hesapları, ön duvar yüklemesi, yan duvar yüklemesi, çatı yüklemesi, arka duvar yüklemesi ve çerçeve yüklemesi olarak verilmiştir. İkinci bölümde, literatür araştırması kapsamında patlamanın insan vücudunun beyin, akciğer, kalp, işitsel sistem, göz, karın bölgesi ve kas iskelet sistemi gibi farklı doku ve organlarındaki etkileri üzerinde durulmuştur. Bu noktada, Çizelge 2.1'de patlama yaralanmalarında beyin hasarının hafif, orta veya yüksek şiddetli beyin hasarı olduğuna karar vermek için kullanılan Glasgow Koma Skalası'nın ölçütleri ve puanlama sistemi verilmiştir. Ölçütler sonucunda elde edilecek puanın 3-8 olması durumunda yüksek şiddetli beyin hasarı, 9-12 olması durumunda orta şiddetli beyin hasarı, 13-15 puan olması durumunda ise hafif şiddetli beyin hasarı olarak nitelendirileceğinden bahsedilmiştir. Şekil 2.2'de ise farklı patlama basıncı ve impuls değerlerinden kaynaklanan insan kulak zarındaki yırtılma ve işitme kaybına ait eşik patlama basıncı değerlerini içeren diyagram UFC 3-340-02 (2008) kılavuzunda belirtildiği gibi verilmiştir. Farklı patlama aşırıbasıncı ve ölçeklendirilmiş impuls değerlerine bağlı değişkenlik gösteren akciğer yaralanmasına ait hayatta kalma için eşik değer eğrileri ise Şekil 2.3'de verilmiştir. Patlamanın insan vücuduna etkilerine dair ek çalışmaların yer aldığı bölümde ise, insan kafası üzerine farklı çalışmalarda elde edilen sonuç bilgi ve değerlerinin özeti sunulmaktadır. Burada, Çizelge 2.3'de insan vücudunun farklı bölümleri için farklı yaralanma kriterlerine dayanarak NATO HFM-148 görev grubu tarafından belirlenen yaralanma değerlendirme eşik değerleri özet şeklinde verilmiştir. Çizelge 2.4'de ise Yoganandan [61] tarafından literatürden derlenmiş insan yüzündeki kırılmalara ilişkin deneysel çalışmaların sonuçlarını içeren özet tablo verilmiştir. Bu bölümün son kısmında ise tamamen kapalı alan patlaması ve açık alan patlamasına dair birer adet örnek çalışma incelenmiş olup, bu çalışmaların sonuçlarına dair grafikler ve özet tablolar verilmiştir. Kapalı alan patlaması için basınç – zaman geçmişlerine bakıldığında şok dalgası süresinin ve yarı statik aşırı basıncın öneminden bahsedilmiştir. Açık alan patlamasında ise, farklı mesafelerde gerçekleşen küresel hava patlamalarından kaynaklanan patlama dalgası parametrelerine göre birincil patlama yaralanması kriterlerinin analizini içeren diyagram Şekil 2.15'de verilmiştir. Çizelge 2.6'da ise gerçekci patlayıcı tehditleri (patlama olayları) için yaklaşık TNT eşdeğer patlayıcı kütlelerine ait özet bilgiler verilmiştir. Üçüncü bölümde ise genel başlık olarak patlama yaralanmaları konusu üzerinde durulmuştur. Öncelikle patlama yaralanmalarına genel bakış başlığı altında patlama yaralanmalarının yaralanma özellikleri ve epidemiyolojik özelliklerinin diğer yaralanma türlerinden farklı olduğu belirtildikten sonra, patlama yaralanmasının karakteristik özellikleri açıklanmıştır. Bu noktada, patlama yaralanmalarının karmaşık yaralanma içerdiği, çoğunlukla belirli, hedef organı etkilediği, hafif dış yaralanma fakat ciddi iç yaralanmaya sebebiyet verebileceği ve yaralanma durumunun hızla kötüleşebileceği özellikleriyle diğer yaralanmalardan farklılaştığı belirtilmiştir. Sonrasında, patlama yaralanması türleri ve mekanizmaları kısmında, insan vücudunun farklı bölümleri için karşılaşılan yaygın patlama yaralanma türlerine ve patlama yaralanmalarının birincil, ikincil, üçüncül, dördüncül ve beşincil patlama yaralanmaları olarak kategorize edildiğine dair özet tablolar ve bilgiler sunulmuştur. Bölümün son kısmında ise yaralanma ölçeklendirmesi genel başlığı altında; Kısaltılmış Yaralanma Ölçeği (KYÖ), Yaralanma Şiddeti Skoru (YŞS), Dinamik Tepki İndeksi (DTİ), Lumbar (bele ait) yük kriteri, Kafa Yaralanma Kriteri (KYK), Boyun Yaralanma Kriteri (BYK), Göğüs yaralanma kriteri ve Femur kuvveti kriteri gibi literatürde verilen yaralanma kriterleri ve bu kriterlerdeki yaralanmaya dair limit değerler üzerinde durulmuştur. Burada, Çizelge 3.3'de kafa ve omurga bölgesi için farklı kısaltılmış yaralanma ölçeği (KYÖ) skorlarına göre yaralanma tipleri verilmiştir. Denklem 3.1'de Yaralanma Şiddeti Skoru (YŞS) formülasyonu verildikten sonra, Çizelge 3.4'de farklı YŞS değerleri için yaralanma seviyesi ve örnek yaralanmalar özet şeklinde verilmiştir. Çizelge 3.5'de düşük, orta ve yüksek riskli dinamik tepki seviyeleri için x, y ve z yönlü ivmelenmelerdeki Dinamik Tepki (DT) sınırları verilmiştir. Kafa Yaralanması Kriteri (KYK) için ise farklı KYK puanlarına karşılık gelen KYÖ seviyeleri ve ilgili duruma ait beyin sarsıntısı ve kafa yaralanma seviyesinin açıklamasına dair özet Çizelge 3.6'da verilmiştir. Çizelge 3.7'de farklı kafa yaralanma kriterleri için 5 farklı tolerans seviyesi ve bu seviyelere ait yaralanma açıklması ve limit değerler sunulmuştur. Şekil 3.1'de ise belirli bir kafa yaralanması kriteri puanı için farklı şiddetlerdeki kafa travması seviyelerinin olasılıkları belirtilmiştir. Grafiğe bakıldığında, 2500 gibi bir KYK puanı için %80 oranında ölümcül, %95 civarında da kritik kafa travması seviyelerinin olduğu görülebilir. Dördüncü bölüm tartışma ve literatür sonuçlarından oluşmaktadır. Bu bölümde, öncelikle patlama yaralanması görülme ve ölüm oranlarına dair literatürde yer alan sayısal, istatiksel değerler aktarılmıştır. Burada bir örnek olarak, Çizelge 4.2'de farklı patlayıcı türleri için gerçekleşen farklı sayıda patlamaların sayıları ve bu patlamalarda toplamda ölen, ciddi yaralanan, hafif yaralanan ve kayıp olanların sayısının belirtildiği bilgiler özet şeklinde verilmiştir. Sonrasında, patlama yaralanmasında limit değerler başlığı altında insanın patlama basıncına, yapısal harekete ve parçacık yaralanmasına dair toleransına ait limit değerler özet olarak sunulmuştur. Bu noktada, Çizelge 4.5'de farklı ağırlıklardaki parçacıkların insanın göğüs, karın ve kafa bölgesine çarpması durumu için limit parçacık hızı ve enerjisi değerleri verilmiştir. Bu limit değerler aşıldığında personelde ciddi yaralanmanın meydana gelebileceği belirtilmiştir. Devamında ise hafif patlama yaralanması, orta şiddetli patlama yaralanması, şiddetli patlama yaralanması ve aşırı şiddetli patlama yaralanması gibi farklı patlama yaralanmalarının tedavi prensiplerine dair özet bilgiler verilmiştir. Bölüm sonunda ise, insan vücudunun farklı bölümleri için patlama yaralanmasına karşı kullanılabilecek gerekli koruma ekipmanları özet tablo olarak verilmiştir (Çizelge 4.6). Beşinci bölüm olan son bölüm ise sonuçlar bölümü olarak verilmiştir. Bu bölümde çalışmanın sonuçları başlığı altında küresel hava patlamalarından kaynaklanan patlama yaralanmalarında patlama dalgasının farklı pozitif faz süre aralıkları için limit patlama basıncı değerlerinin verildiği Çizelge 5.1 verilip, gerekli açıklamalar yapılmıştır. Son olarak, gelecekteki çalışmalar başlığı altında tezin gelecekteki çalışmalara nasıl katkı sağlayabileceği ve gelecekte patlama yaralanması ile ilgili ne tür çalışmaların yapılabileceği aktarılarak tez sonlandırılmıştır.