thumb|right|Animación de la explosión de un shrapnel thumb|right|300px|Esquema del funcionamiento de un shrapnel británico
Los shrapnel (del inglés shrapnel, esquirla) son municiones de artillería tanto antipersona como antimaterial, que transportan una gran cantidad de balas cerca de su blanco, para luego ser eyectadas sobre el mismo a fin de que continúen la trayectoria del proyectil e impacten el blanco individualmente.
Su nombre proviene del mayor general Henry Shrapnel (1761-1842), un oficial de artillería inglés cuyos primeros experimentos, llevados a cabo por cuenta propia, condujeron al diseño y desarrollo de un nuevo tipo de obús.
Su letalidad se basa casi enteramente en la velocidad del proyectil. Este tipo de munición, quedó obsoleto al finalizar la Primera Guerra Mundial y fue remplazado por el obús fragmentario de alto poder explosivo, mas no en blindados como tanques. Está bastante extendido gracias a su economía y al combate asimétrico y ha demostrado su efectividad para los medios acorazados terrestres en entornos urbanos.
Desarrollo del obús shrapnel thumb|left|Este grabado muestra un shrapnel de 12 libras estadounidense, hacia 1865. Está equipado con una espoleta Borman. En la imagen seccionada se observa la pared del obús (en gris oscuro), la resina de azufre (en gris medio), las balas de mosquete (en gris claro) y la carga explosiva (en negro).
En 1784 el teniente Shrapnel de la Royal Artillery empezó a desarrollar un arma antipersona. La artillería de la época empleaba "metralla" para defenderse de los ataques de la infantería o la caballería, lo que consistía en cargar un contenedor de lata o de lona con bolas de plomo o trozos de hierro, en lugar de la habitual bala esférica maciza. Al ser disparado, el contenedor reventaba en el ánima del cañón o al salir de su boca, produciendo el efecto de un cartucho de escopeta sobredimensionado. A distancias de hasta 300 m, la metralla aún era sumamente letal, aunque a esa distancia la densidad de los proyectiles era mucho más baja y era poco probable que impactase a un hombre. A mayores distancias se empleaban balas macizas o explosivas (una esfera hueca de hierro fundido llena de pólvora negra), aunque las segundas con un efecto más aturdidor que fragmentario, ya que sus esquirlas eran muy grandes y pocas.
La innovación de Shrapnel fue combinar el efecto de escopeta de la metralla, con una espoleta cronométrica para abrir el contenedor y dispersar a cierta distancia las balas que llevaba a lo largo de su trayectoria desde el cañón. Su obús era una esfera hueca de hierro fundido llena de una mezcla de balas y pólvora, equipada con una tosca espoleta cronométrica. Si la espoleta era correctamente ajustada, el obús se abriría delante o encima del blanco, soltando su carga de balas de mosquete. Las balas continuarían su trayectoria gracias a la "velocidad residual" del obús. Además de un patrón de dispersión más denso de las balas de mosquete, la velocidad conservada podía ser más alta, ya que el obús shrapnel tendría un mayor coeficiente balístico que cada una de las balas de mosquete.
La carga explosiva en el obús debía tener la fuerza suficiente para abrirlo antes de esparcir las balas en cualquier dirección. Por lo que su invento aumentó el alcance efectivo de la metralla de 300 mm a unos 1100 m. Él llamó a su invento "metralla esférica", pero con el paso del tiempo fue llamado por su apellido, idea formalizada en 1852 por el gobierno británico.
Los primeros diseños padecieron del problema potencialmente catastrófico de la fricción entre el obús y la pólvora negra durante la alta aceleración en el ánima del cañón, que a veces podía hacerlo detonar prematuramente. Se probaron diversas soluciones, con éxito limitado. Sin embargo, en 1852 el Coronel Boxer propuso el empleo de un diafragma para separar las balas de la carga explosiva, lo cual demostró ser exitoso y fue adoptado al año siguiente. Para evitar la deformación de las balas de plomo, se empleó una resina como material de relleno entre estas. Un efecto secundario útil del empleo de resina fue que su combustión indicaba la apertura del obús, al producir una nube de polvo.
Adopción del shrapnel por la artillería británica thumb|left|300px|El diseño original de 1803 (izquierda) y el diseño Boxer de 1852, que evitaba las explosiones prematuras (derecha). thumb|right|<center>Un shrapnel Boxer de 16 libras de hierro fundido, de la década de 1870, mostrando el espacio limitado para las balas.
thumb|right|Dos shrapnel de acero forjado para un BL de 5 libras, con la carga explosiva en la base (izquierda) y en la punta (derecha), 1886. gNo fue sino hasta 1803 cuando la artillería británica adoptó el shrapnel (como "metralla esférica"), con gran entusiasmo. Henry Shrapnel fue ascendido a mayor ese mismo año. El primer uso registrado del shrapnel por los británicos fue en 1804, contra los holandeses del Fuerte Nuevo Amsterdam en Surinam.Hogg p. 180. Los ejércitos del duque de Wellington los emplearon a partir de 1808 en la guerra de la Independencia española y en la batalla de Waterloo, con comentarios favorables de Wellington sobre su efectividad.
El diseño fue mejorado por el capitán E. M. Boxer del Royal Arsenal alrededor de 1852 y combinado cuando fueron introducidos los obuses cilíndricos para cañones con ánima estriada. El teniente coronel Boxer adaptó su diseño en 1864Marshall, 1920. para producir obuses shrapnel para los cañones de avancarga con ánima estriada: sus paredes eran gruesas y de hierro fundido, pero ahora la carga explosiva estaba situada en la base del obús con un tubo que iba a través del centro de este, para dirigir el fogonazo de la espoleta cronométrica montada en la punta a la carga explosiva de la base. Ésta rompía las paredes del obús y esparcía las balas. Los fragmentos de las paredes del obús principalmente seguían su trayectoria, pero tenían poco efecto destructivo. El sistema tenía importantes limitaciones: el grosor de las paredes del obús de hierro fundido limitaba la cantidad de balas transportadas pero ofrecía poca capacidad destructiva, mientras que el tubo que iba por el centro igualmente reducía el espacio disponible para las balas."Treatise on Ammunition", 4th Edition 1887, pp. 203-205.
En la década de 1870 William Armstrong ofreció un obús con la carga explosiva en la punta y sus paredes hechas de acero, que eran mucho más delgadas que las paredes de los anteriores obuses de hierro fundido. Mientras que la delgada pared del obús y la ausencia de un tubo central le permitían transportar muchas más balas, tenía la desventaja de que su carga explosiva expulsaba las balas a través de la base de éste, al mismo tiempo que les reducía su velocidad. El Reino Unido adoptó esta solución para varios calibres pequeños (por debajo de 152,4 mm; 6 pulgadas), pero para la Primera Guerra Mundial muy pocos de estos obuses estuvieron disponibles.
El diseño final del shrapnel, adoptado en la década de 1880, tenía poco parecido con el diseño original de Henry Shrapnel, salvo sus balas esféricas y espoleta cronométrica. Estaba hecho de acero forjado y sus paredes eran mucho más delgadas, con una espoleta cronométrica en la punta y un tubo que iba a través de su centro para dirigir el fogonazo de la espoleta a la carga explosiva situada en su base. El uso de acero permitía que sus paredes sean más delgadas, teniendo espacio para más balas. Además soportaba la fuerza de la carga explosiva sin romperse, por lo que las balas eran disparadas hacia adelante con mayor velocidad, como en una escopeta. Este fue el diseño adoptado por varios países y era estándar cuando estalló la Primera Guerra Mundial en 1914. Durante la década de 1880, cuando tanto los viejos obuses shrapnel de hierro fundido y los nuevos de acero forjado estaban en servicio en el Reino Unido, los manuales británicos de armamento llamaban al viejo diseño de hierro fundido como "shrapnel Boxer", aparentemente para distinguirlo del diseño moderno de acero."El funcionamiento del shrapnel Boxer es bien conocido. La espoleta percute la cápsula fulminante, cuyo fogonazo es dirigido por el tubo hacia la carga explosiva, que al detonar rompe el obús y libera las balas". Treatise on Ammunition 1887, p. 216.
El moderno diseño de acero forjado y paredes delgadas hizo que sea factible emplearlos en obuses, que tienen una velocidad mucho menor que los cañones de campaña, con una carga explosiva más grande para acelerar las balas al detonar.Treatise on Ammunition 1887, p. 205. El diseño ideal de un shrapnel habría llevado una espoleta cronométrica en su base para evitar la necesidad de un tubo central, pero esto no era técnicamente factible debido a la necesidad de ajustar manualmente la espoleta antes de disparar y en cualquier caso fue rechazado desde el inicio por los británicos debido al riesgo de una explosión prematura y funcionamiento irregular.
Primera Guerra Mundial thumb|right|Diagrama de un shrapnel británico de la Primera Guerra Mundial. 1 Carga explosiva 2 Balas 3 Espoleta cronométrica 4 Tubo de ignición 5 Resina que mantiene las balas en su lugar 6 Pared del proyectil 7 Vaina 8 Carga propulsora
Consideraciones técnicas El tamaño de las balas de los shrapnel de la Primera Guerra Mundial se basaba en dos consideraciones. Una era la premisa que se necesitaba un proyectil con una energía de 79 J (58 pie-libra, según cálculos del Ejército estadounidense)Lt-Col. Ormond M Lissak, Ordnance and Gunnery. A Text-Book. New York: John Wiley, 1915. Página 446 a 81 J (60 pie-libra, según cálculos del Ejército británico)Treatise on Ammunition, 10th Edition, 1915. War Office, UK. Página 173. para poner fuera de combate a un soldado enemigo. El típico obús de un cañón de campaña de 76 mm (3 pulgadas) iba a una velocidad de 76,2 m/s (250 pies/segundo) en su alcance máximo, más la velocidad adicional de la carga explosiva (unos 45,72 m/s; 150 pies/segundo), le otorgarían a las balas individuales del shrapnel una velocidad de 121,92 m/s (400 pies/segundo) y una energía de 81 J (60 pie-libra): esta era la energía mínima de una sola bala de plomo antimonial de unos 11 g (170 granos), o 41-42 balas = 0,45 kg (1 libra).Los pie-libra se calculan como wv²/2gc, donde gc es la aceleración local de la gravedad, o 32.16 pies/segundo. Por lo que en el cálculo británico: 60 pies-libras = 1/41 x v²/64.32 . Por lo tanto v² = 60 x 64.32 x 41 . Entonces v = 398 pies/segundo. Por lo tanto este era el tamaño usual de las balas de un shrapnel para cañón de campaña.
El alcance máximo, usualmente a más de 6400,8 m (7000 yardas), estaba más allá del alcance práctico de los shrapnel para cañones de campaña debido a la pérdida de precisión y al hecho que a tal distancia los proyectiles descendían en un ángulo relativamente agudo, por lo que el "cono" de balas abarcaba un área relativamente pequeña.
A la distancia de combate más usual de 2743,2 m (3000 yardas), con una trayectoria bastante rectilínea y una "zona de impacto" más larga para las balas, un shrapnel para cañón de campaña de 76 mm o de 75 mm tendría una velocidad de aproximadamente 274,32 m/s (900 pies/segundo). La carga explosiva podría agregar unos 45,72 m/s (150 pies/segundo), dando a las balas una velocidad de 320 m/s (1050 pies/segundo). Esto daría a cada bala una energía de aproximadamente 566,72 J (418 pie-libra; 1/41 x 1,050²/64.32): siete veces la energía que se pensaba necesaria para poner fuera de combate a un hombre. Para cañones de mayor calibre que tenían menores velocidades, se empleaban balas más grandes y cada bala tenía suficiente energía para ser letal. En la mayoría de enfrentamientos donde se emplearon cañones de estos calibres, se abrió fuego directo contra el enemigo desde 1371,6 a 2743,2 m (1500 a 3000 yardas), distancias en las cuales la velocidad residual del obús era más alta, al menos en las primeras etapas de la Primera Guerra Mundial (véase el gráfico debajo).