Hay dos cuestiones diferenciadas al hablar de la protección que ofrece el blindaje. Por un lado tenemos la protección frente a la penetración, de tal forma que el blindaje protege a su usuario al impedir que un proyectil pueda alcanzarle. Por otro lado tenemos la deformación de la cara interna, o abolladura, que se genera por el impacto de un proyectil que no atraviesa, y que implica un golpe o impacto sobre la parte del cuerpo contra la que incide esa abolladura. Este documento viene a cuestionar en cierto modo la relevancia de ese mecanismo para herir en el caso de los cascos blindados, de forma que le da toda la importancia a la protección frente a la penetración de un proyectil.
(Este artículo es una traducción NO autorizada de su original en inglés Measuring Ballistic Performance, publicado en noviembre de 2022 en la sección de informes de la web de Team Wendy)
RESUMEN
Los mayor protección balística de un casco se determina mediante metodologías de prueba que consideran principalmente la resistencia a la penetración y no tanto la medición de la deformación de la cara interna en arcilla (u otro material blando). Las conclusiones del Ministerio de Defensa estadounidense respaldan esta hipótesis; esta investigación ha llevado al Ministerio a dejar de incluir la deformación de la cara interna entre los requisitos de su proceso de evaluación y adquisición de blindaje y de sus protocolos de pruebas actualizados. Los cascos balísticos fabricados con materiales modernos de polietileno y las extensas pruebas de penetración incrementarán la supervivencia frente a proyectiles, fragmentación y otras amenazas balísticas.
DEFORMACIÓN DE LA CARA INTERNA
La deformación de la cara interna (DCI) [en inglés backface deformation (BFD)], también llamada marca de la cara interna [en inglés backface signature (BFS)] o deformación transitoria balística [en inglés ballistic transient deformation (BTD)], es el mayor grado de abolladura en el material del reverso [de un blindaje] provocada por un impacto no perforante del blindaje. Cuando se prueba un casco según la metodología del Director of Operational Test and Evaluation (DOT&E) [Director de Prueba y Evaluación Operativa], el casco se monta sobre una cabeza de ensayo fabricada con arcilla. La DCI es la profundidad máxima de la abolladura dejada en la arcilla como resultado del disparo de prueba.
La deformación de la cara interna por sí misma no representa una medida precisa de la transferencia de energía al cráneo, ni pronostica el potencial de lesión cerebral. La comunidad de investigación médica que desarrolla los umbrales de lesión para el diseño de equipos de protección individual (EPI) [en inglés personal protective equipment (PPE)] admite con rotundidad que simplemente no existe una relación biomecánica entre la evaluación de la DCI y las lesiones en cabeza o cuello, y las formas en que las pruebas basadas en moldes de arcilla pueden pronosticar erróneamente el riesgo de lesiones continúa siendo un campo activo de investigación. En el Military Health System Research Symposium (MHSRS) [simposio de investigación del sistema de sanidad militar] de 2022, investigadores de la Universidad de Duke realizaron una presentación sobre «la graves limitaciones de la arcilla para evaluar la respuesta humana en lesiones por impacto tras un blindaje».
En primer lugar, la arcilla es un medio de registro imperfecto para probar un casco. No hay un estudio científico que enlace la deformación en arcilla con lesiones en la cabeza. La arcilla se utilizó por primera vez como el material de respaldo en pruebas de blindaje corporal y chalecos blindados para evaluar las lesiones abdominales según el estándar 0101.06 del National Institute of Justice (NIJ) [Instituto Nacional de Justicia], pero no es una fiel representación del cuerpo humano, ni ha demostrado ser un medio razonable para evaluar los daños craneales1. Otros estándares, como los de la alemana Vereinigung der Prüfstellen für angriffshemmende Materialien und Konstruktionen (VPAM) [Asociación de Centros de Prueba de Materiales y Estructuras Resistentes a los Impactos], realizan sus pruebas con jabón balístico, aunque poco se sabe sobre la precisión de su imitación biológica de la cabeza.
Ni el material de respaldo de arcilla ni la medida de la profundidad de la marca de la cara interna reflejan las características del torso humano o su respuesta ante un impacto balístico. El material de respaldo de arcilla proporciona un medio para realizar medidas de la marca de la cara interna (BFS).
Estándar 0101.06 del NIJ
El estándar sobre blindaje corporal del NIJ no permite una deformación de la cara interna que supere los 44mm; en sus descripciones más recientes de productos de blindaje corporal, el Ejército de Tierra estadounidense ha incrementado la máxima deformación permitida de la cara interna basándose en evaluaciones operativas, lo que refuerza la idea de una falta de correlación real entre valores históricos de deformación de la cara interna y lesiones graves.
El NIJ dicta el único estándar aceptado a nivel nacional para el blindaje balístico que visten los policías y funcionarios de prisiones en EE.UU.2 Para cascos del Ministerio de Defensa estadounidense probados mediante la metodología del DOT&E, el Ejército de Tierra y el Cuerpo de Infantería de Marina estadounidenses sitúan sus umbrales en 25,4mm para disparos de prueba en el frontal y trasera del casco y en 16mm en el lateral y la corona. Estos valores no cuentan con una base científica y se basan en pruebas precedentes en lugar del potencial de traumatismo craneoencefálico (TCE)1.
El comité de revisión de los protocolos de prueba utilizados por el Ministerio de Defensa estadounidense para probar cascos de combate y el Consejo de Ciencia y Tecnología del Ejército de Tierra estadounidense [Board on Army Science and Technology], junto con el Consejo Nacional de Investigación [National Research Council], concluyeron tras llevar a cabo un análisis independiente de los protocolos de evaluación del DOT&E que no está claro si la actual definición de deformación de la cara interna (BFD) es la más adecuada para evaluar el nivel de protección de un casco: en lugar de la profundidad máxima, la superficie, el volumen o alguna otra medida de la deformación puede ser más adecuada. Asimismo, incluyeron lo siguiente en su descubrimientos publicados:
La utilidad de los datos de pruebas FAT (First Article Testing ) y LAT (Lot Acceptance Testing) de un casco sobre la deformación de la cara interna (BFD) es limitada. Los datos se pueden utilizar para evaluar el rendimiento del casco frente a los requisitos en la descripción de la compra y el protocolo de pruebas de cascos del DOT&E; los resultados también se pueden utilizar para comparar el rendimiento de cascos de diferentes fabricantes y a lo largo del tiempo. Pero los datos no se pueden utilizar para determinar el nivel de protección que proporciona un nuevo casco diseñado y fabricado según unas especificaciones diferentes. Esto resulta fundamental al evaluar la protección ofrecida por nuevos cascos porque se dan sacrificios entre penetración, deformación de la cara interna, y otras características del casco, tales como peso, forma y ajuste.
Revisión de los protocolos de prueba del Ministerio de Defensa estadounidense para probar cascos de combate
RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN
La resistencia a la penetración (RAP) [en inglés resistance to penetration (RTP)] se mide disparando un proyectil balístico a un conjunto de cascos y contando el número de penetraciones completas. Una penetración completa, también llamada perforación, se evidencia por la presencia del proyectil o un fragmento de proyectil en el material de respaldo de arcillo y/o por atravesar la carcasa y la cabeza de ensayo. Cualquier impacto limpio que no sea una penetración completa se considera penetración parcial ─el objeto de la medición de la deformación de la cara interna─.
Según el personal del Centro de Pruebas del Ejército de Tierra estadounidense, actualmente no existe una forma práctica para determinar o medir el grado o profundidad de penetración y, por tanto, las pruebas de penetración de casos se basan actualmente en la cualidad. El concepto intuitivo es que un proyectil que penetra la carcasa es capaz de provocar lesiones en la cabeza más graves que un proyectil que no penetra. No se sabe si se podrían medir razonable y útilmente las penetraciones parciales para evaluar el grado en que es penetrado un casco no perforado.
Revisión de los protocolos de prueba del Ministerio de Defensa estadounidense para probar cascos de combate
Una medida relacionada aceptada internacionalmente del rendimiento balístico es la resistencia balística V50 frente a un proyectil simulador de un fragmento de 17 grain. Una medida V50 ayuda a calibrar los límites de protección de un producto.: es la velocidad del proyectil a la aque hay un 50% de probabilidad de penetración. La evaluación de la resistencia balística V50 de diferentes cascos solo es válida cuando se prueba frente a la misma amenaza; el proyectil simulador de un fragmento calibre .22 de 17 grain es el proyectil más utilizado en todo el mundo para esta especificación.
La prueba V50 utiliza una placa testigo montada dentro del casco con un soporte para evaluar la penetración. Una perforación de la placa testigo supone una grieta o agujero que permite que pase la luz se contabiliza como una penetración completa. El estándar 0106.01 del NIJ para cascos balísticos dicta un procedimiento de prueba con placa testigo en el que la penetración en cualquiera de las cuatro ubicaciones de prueba de la carcasa del casco se cuenta como fallo3.
Dado que los fragmentos de metralla no tienen una velocidad especificada o conocida, la protección frente a la fragmentación se determina mejor utilizando la V50. Además, la variación en las velocidades de la bala nos lleva a aceptar que un casco con una V50 mayor intrínsecamente proporciona mayor protección frente a un abanico de amenazas, que incluye proyectiles de pistola y fusil. Por tanto, la calificación V50 de un casco proporciona una especificación comparativa del rendimiento balístico.
POLIETILENO VS POLÍMEROS DE ARAMIDA
El Ejército de Tierra estadounidense utilizó por primera vez la tecnología del polímero de para-aramida (es decir, Kevlar®) a mediados de la década de 1980 en el casco PASGT (Personnel Armor System for Ground Troops [sistema de blindaje personal para tropas terrestres]). Finalmente se sustituyó a finales de los años 2000 con el desarrollo de fibras balísticas de polietileno de alto peso molecular. Su menor peso y mayor capacidad balística han convertido al polietileno de alta densidad en la base de la tecnología de los futuros cascos del Ejército de Tierra estadounidense3.
Un casco fabricado con polímero de aramida (izquierda) pesa más que un casco fabricado con polietileno de alto peso molecular (derecha) mientras ofrece menos resistencia a la penetración. El casco de aramida de la izquierda tiene una V50 17gr=630m/s (2.066pies/s) y un peso de todo el sistema de 2,37Kg (5,21lbs). El casco Team Wendy EXFIL® Ballistic SL de la derecha tiene una V50 17gr≥731m/s (2.400pies/s) y un peso de todo el sistema de 1,01Kg (2,22lbs).
Los materiales utilizados para fabricar un casco balístico han de ser lo suficientemente flexibles para soportar suficiente deformación de la cara interna y evitar una penetración completa. Los materiales a base de capas comprimidas y tejidas, tales como el aramida, no pueden flexionarse fácilmente para atrapar un proyectil y dispersar la energía del impacto, lo que supone una mayor probabilidad de penetración a velocidades más altas. Imagina el impacto de una pelota de tenis en la red de la pista respecto al impacto contra el cristal de una ventana: la flexibilidad de la red le permite atrapar el proyectil en lugar de rasgarse y que la atraviese.
Cuando se trata de evaluar el rendimiento en cuanto a deformación de la cara interna entre cascos de aramida y de polietileno, hacerlo en base al material como única variable no es honesto. Como se menciona en las conclusiones del comité de revisión de los protocolos de prueba utilizados por el Ministerio de Defensa estadounidense para probar cascos de combate, el sacrificio entre otras características, tales como peso, forma y ajuste ─todas dependientes del material─, niega el análisis basado en la medición de una prueba.
PROTECCIÓN SOBRE EL TERRENO
El Ejército de Tierra estadounidense reunió 77 cascos con impactos de proyectiles de armas portátiles durante operaciones de combate en Irak y Afganistán. Prácticamente tres de cada cuatro soldados con un casco perforado murieron. Todos los soldados con una penetración parcial en el casco sobrevivieron con heridas relativamente leves en la cabeza/cuello. Asimismo, todos volvieron finalmente al servicio.
Nota: estos datos no son representativos de la deformación real experimentada por soldados en acción, sino que proceden de las deformaciones medidas tras la acción. Fuente: «Protecting American Soldiers: The Development, Testing, and Fielding of the Enhanced Combat Helmet (ECH)».
Es importante destacar que los protocolos de la VPAM y los requisitos de prueba actualmente establecidos por algunas ramas del Ministerio de Defensa estadounidense exigen que los disparos de prueba impacten con un ángulo de 0º (en otras palabras, rectos) y desde una distancia específica. Un impacto perpendicular a la cabeza en combate cercano es el peor escenario. En combate, normalmente se realizan disparos a distancias considerables y con diferentes ángulos.
Al cumplir los requisitos básicos en cuanto a deformación de la cara interna se garantiza la integridad estructural de la carcasa del casco; sin embargo, centrarse injustificadamente en exceder los estándares en cuanto a deformación de la cara interna está llevando a algunos fabricantes a diseñar cascos innecesariamente pesados que al final proporcionan menos protección frente a la penetración. Tras revisar datos de operaciones sobre el terreno y estudios independientes, el Ejército de Tierra estadounidense pretende reducir los requisitos de deformación de la cara interna en su proceso de evaluación y adquisición.
No existe una relación biomecánica entre la evaluación de la deformación de la cara interna en la actual metodología de pruebas y lesiones en la cabeza por deformación de la cara interna del casco.
Revisión de los protocolos de prueba del Ministerio de Defensa estadounidense para probar cascos de combate
CONCLUSIÓN
La forma en que se mide y evalúa la deformación de la cara interna no se basa en comparaciones científicas con la cabeza humana y el potencial de traumatismos craneoencefálicos. Los cascos que pueden ofrecer una mayor protección frente a la penetración sin sacrificar un ajuste cómodo para el usuario son la protección de la cabeza del futuro.
REFERENCIAS
- National Research Council (2014). Review of Department of Defense Test Protocols for Combat Helmets. The National Academies Press. doi:10.17226/18621.
- National Institute of Justice. (2018, February 22). Body Armor Performance Standards. U.S. Department of Justice, Office of Justice Programs.
- National Institute of Justice. (1981). NIJ Standard for Ballistic Helmets. U.S. Department of Justice, Office of Justice Programs.
- Mortlock, R.F. (2018). Protecting American Soldiers: The Development, Testing, and Fielding of the Enhanced Combat Helmet (ECH). Project Management Journal, 49(1), 96-109. doi:10.1177/875697281804900107.
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Me parece un informe increíblemente bueno que sale de los datos de los test y que no aclaran mucho y que como yo pensaba que ña deformsci interior no está vinculado a los daños en la cabeza ni tampoxo sobre las pruebas en arcillas.
Es difícil evaluar las pruebas de laboratorio con los efectos reales en el campo de batalla, los fragmentos o rebotes de disparos o balas pwrdodas no tienen un comportam físico que se puedan medir en masa y velocidad y tampoco en si trayectoria a diferencia de las pruebas en laboratorio que reciben impacto directos.
Aunque a menor deformación de la cara interna la cabeza es mejor para ña protección de la perforación que tenga más deformación no demuestra daños creo que incluye en esa defor ña absorción de la energía del impacto que es la que produce el daño y no sólo su masa, si existe más deformación lo que hay que valorar es como esa deformación absorber y reparte la energía del proyectil en toda esa zona, creo que lo importante no es solo su deformación interna si no que absorción de la velocidad tiene esos materiales al impacto.
Te pueden dar con uba piedra pequeña muy fuerte y hacerte daño su velocidad o darte con una mqq grande que produzca más huella en el impacto y al reducir su velocidad en daño es menor, estoy muy de acuerdo con lo que se dice aquí