ES2217887T3 - Barrera de atenuacion de impactos. - Google Patents

Barrera de atenuacion de impactos.

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ES2217887T3 ES99970859T ES99970859T ES2217887T3 ES 2217887 T3 ES2217887 T3 ES 2217887T3 ES 99970859 T ES99970859 T ES 99970859T ES 99970859 T ES99970859 T ES 99970859T ES 2217887 T3 ES2217887 T3 ES 2217887T3
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Abstract

Una barrera de atenuación de impactos que comprende una primera capa exterior, una segunda capa intermedia y una capa interior; teniendo dicha primera capa exterior un núcleo termoplástico y unas láminas exteriores de resina fraguada térmicamente, reforzadas con fibra; teniendo dicha segunda capa intermedia una pluralidad de tetraedros truncados en ella que se extienden hacia dicha primera capa; y comprendiendo dicha capa interior una capa de espuma, definiendo dichos tetraedros truncados unas cavidades en dicha segunda capa que están abiertas hacia dicha capa interior; estando fijadas conjuntamente mediante adhesivo dicha primera capa, dicha segunda capa y dicha capa interior.

Description

Barrera de atenuación de impactos.
La presente invención está dirigida a barreras de atenuación de impactos y, más en particular, a una barrera mejorada de atenuación de impactos que comprende una pluralidad de capas de materiales absorbentes de impactos.
Antecedentes de la invención
Por razones de seguridad, es imperativo que los explosivos sean almacenados, manipulados y transportados bajo normas rigurosas para impedir la detonación inintencionada o accidental de los explosivos. Desafortunadamente, incluso bajo las circunstancias más controladas, puede tener lugar la detonación inintencionada. Ha sido por tanto un objetivo minimizar en la medida de lo posible cualquier daño causado por tal detonación inintencionada. Además, es muy deseable contener una explosión accidental en la menor área posible. Por ejemplo, es importante impedir la propagación de la explosión de un dispositivo explosivo a otro dispositivo explosivo que pudiera estar almacenado en un lugar inmediatamente contiguo o cerca del dispositivo que ha explotado accidentalmente.
Se han propuesto numerosos tipos de esquemas anti-propagación y estructuras de protección/de-
flexión contra la onda expansiva. Por ejemplo, la patente de Estados Unidos 4.440.296 de Howe y otros, divulga un empaquetamiento de explosivos anti-propagación en forma de pantallas que tienen un núcleo formado por un tablero de yeso comercialmente disponible y rodeado por un revestimiento de cualquier material conveniente que tenga resistencia suficiente contra la abrasión, tal como, por ejemplo, madera contrachapada, placa de fibra, cartón y similares.
La patente de Estados Unidos 4.850.260 de Walker y otros, divulga un aparato para la reducción del peligro fratricida de la munición que comprende pantallas de material compuesto de tungsteno-plástico.
La patente de Estados Unidos 5.113.258 de Rock y otros, divulga un soporte y un empaquetamiento para dispositivos explosivos, con paredes de elastómero espaciadas radialmente, que impiden la propagación.
Aunque cada una de las estructuras de las patentes anteriormente citadas son útiles para su finalidad pretendida, permanece no obstante una demanda de una barrera eficaz, sencilla y económica para la atenuación de impactos.
Además, hay una necesidad de proporcionar una protección creciente a edificios proporcionando barreras de atenuación de impactos a una parte exterior de los mismos. Específicamente, en tiempos recientes, la amenaza a edificios por coches bomba terroristas ha aumentado significativamente. Tales bombas pueden ser particularmente destructivas si la onda expansiva de la bomba alcanza elementos del edificio que soporten cargas, por lo que podría darse como resultado el hundimiento total del edificio.
A la luz de lo anterior, es un objeto de la presente invención proporcionar una barrera de atenuación de impactos que tenga una estructura de capas múltiples con una atenuación superior de los impactos, con características de absorción de energía y supervivencia, y que sea igualmente útil como estructura anti-propagación, y un material de protección contra la onda expansiva de propósito general para edificios y otras estructuras.
Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar una barrera de atenuación de impactos que pueda tener una superficie relativamente plana o curvada.
Es todavía un objeto más de la presente invención proporcionar una barrera de atenuación de impactos que sea relativamente sencilla y económica de fabricar.
Sumario de la invención
Estos y otros objetos se consiguen con la presente invención proporcionando una barrera de atenuación de impactos, que comprende una pluralidad de capas dispuestas sucesivamente incluyendo una primera capa de atenuación de impactos, una segunda capa que tiene una pluralidad de formas geométricas moldeadas o dispuestas de alguna otra manera en ella, y una tercera capa, preferiblemente de espuma, contigua a la segunda capa. La estructura arriba descrita puede incluir otras capas adicionales y, preferiblemente, una cuarta y quinta capas que tienen una configuración y comprenden un material sustancialmente igual al de la primera y segunda capas, respectivamente.
De acuerdo con la presente invención, la primera y la quinta capas incluyen preferiblemente un núcleo termoplástico y unas caras de resina termofraguada reforzada con fibra.
La pluralidad de formas geométricas incluye preferiblemente tetraedros truncados.
La tercera capa tiene preferiblemente caras lisas. Además, se dispone preferiblemente un material de relleno dentro de una cavidad definida por la capa de espuma y una superficie interior de la segunda capa. El material de relleno pueden ser unos microglobos cerámicos, piedra pómez o cualquier otro material absorbente de impactos adecuado.
En un modo de realización, la pluralidad de capas de la barrera son todas ellas sustancialmente paralelas a un solo plano. En otro modo de realización, la barrera está curvada.
Cada una de las capas de la pluralidad de capas de la barrera está unida por adhesivo a una capa contigua, y el espesor de la barrera de capas unidas es preferiblemente alrededor de 2,54 a 17,78 cm.
En otro modo de realización, la barrera puede ser construida en secciones de alrededor de 121,92 cm de altura 243,84 cm de ancho, o bien 243,84 cm de altura por 121,92 cm de ancho, dependiendo de su orientación. La barrera puede ser también de un espesor de 121,92 cm, o cualquier otro espesor apropiado, con formas geométricas de tamaño correspondiente.
La barrera puede ser usada como una envoltura para una caja para impedir la propagación de la explosión de munición almacenada y/o protección para edificios contra explosiones externas, tal como coches bomba.
Para la protección de edificios, la barrera está incorporada preferiblemente en el muro que se extiende alrededor de la periferia del edificio. El muro define preferiblemente una cavidad en la cual se dispone arena o cualquier otro material adecuado de manera que el muro se hace aún más resistente a las balas u ondas expansivas de las explosiones. En un modo de realización particular, el muro tiene sustancialmente una sección transversal triangular recta de forma que el muro descansa establemente sobre el suelo y tiene su hipotenusa mirando hacia el exterior del edificio que se pretende proteger con el muro. La hipotenusa tiene preferiblemente una superficie curvada de manera que cualquier onda expansiva de una explosión quede aerodinámicamente dirigida de forma que se aleja del edificio.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención será comprendida mejor con la lectura de la siguiente descripción detallada, conjuntamente con las figuras que se acompañan, en las cuales las referencias numéricas son utilizadas de manera consistente para indicar elementos similares, y en las cuales:
La figura 1 muestra una vista en perspectiva despiezada de la pluralidad de capas de acuerdo con un modo de realización preferido de la presente invención.
la figura 2 muestra una vista en sección transversal de las capas separadas de la barrera, de acuerdo con un modo de realización preferido de la presente invención.
La figura 3 muestra una estructura de la barrera en forma unida de acuerdo con un modo de realización preferido de la presente invención.
Las figuras 4a-4c muestran cómo puede utilizarse la barrera de la presente invención para proteger un edificio de ondas expansivas que se originan en el exterior del edificio.
Descripción detallada de los modos de realización preferidos
En las figuras 1-3 se representa la estructura de un modo de realización preferido de la barrera de la presente invención. Como puede verse en general en estas figuras, la barrera 1 comprende una pluralidad de capas unidas que dan como resultado un artículo de múltiples capas que tiene excelentes propiedades de atenuación de impactos, como será explicado con más detalle a continuación.
Específicamente, la barrera 1 comprende un tablero 2 de espuma que incluye preferiblemente un núcleo interior 2a de espuma y unas caras 2b y 2c. El núcleo interior 2a de espuma puede ser espuma convencional, bien conocida para los expertos en la técnica. Las caras 2b y 2c son preferiblemente de cartón, pero pueden ser de cualquier material adecuado que proporcione propiedades de rigidez al tablero 2 de espuma y una superficie a la cual puedan unirse adhesivamente otras capas. El tablero 2 de espuma es preferiblemente de alrededor de 6,25 mm de espesor. El tablero 2 de espuma puede ser sustituido por otro material que pueda ser unido a capas contiguas. Por ejemplo, el tablero 2 de espuma puede ser sustituido por cartón, papel, láminas de plástico o cualquier otro material adecuado.
El tablero 2 de espuma está emparedado entre las láminas 3, que están moldeadas o dispuestas en él con una forma geométrica repetitiva que da como resultado una serie geométrica ordenada. De acuerdo con el modo de realización preferido de la presente invención, la forma geométrica es un tetraedro truncado 10. Un tetraedro tiene la mayor superficie por unidad de volumen de cualquier forma y, por tanto, la capacidad de absorber la máxima energía. Su compleja geometría desvía y/o distorsiona las ondas del impacto que resultan de una onda expansiva o una explosión, por ejemplo, y reduce con ello significativamente el daño potencial a una estructura que se trata de proteger. Las láminas 3 están hechas, preferiblemente, a partir de termoplástico, pero pueden estar comprendidas también por cualquier otro material adecuado que pueda ser moldeado o que adopte cualquier forma en un modelo geométrico repetitivo. Por ejemplo, para las láminas 3, puede emplearse aluminio, o cualquier otro metal apropiado. También puede ser adecuado el hormigón. En un modo de realización más particular, las láminas 3 están comprendidas por material termoplástico de policarbonato que puede reducir la penetración de fragmentos balísticos. En un modo de realización específico, la altura de cada tetraedro 10 es alrededor de 7,87 mm y el espesor de la pared de cada tetraedro 10 es de alrededor de 1,6 mm. Debe observarse que la ductilidad y el espesor del material que comprende las láminas 3 son consideraciones relevantes con respecto a la absorción de impactos y pueden ser modificados consecuentemente.
En el modo de realización preferido, las láminas 3 están adheridas al tablero 2 de espuma, de forma tal que las puntas truncadas 10a de los tetraedros 10 apuntan alejándose del tablero 2 de espuma. Por otra parte, las bases abiertas 10b están abiertas hacia el tablero 2 de espuma. Puede utilizarse cualquier adhesivo adecuado para unir las láminas 3 al tablero 2 de espuma. Un adhesivo de elastómero ha demostrado ser eficaz para unir y sellar las láminas 3 al tablero 2 de espuma. Debe observarse que las formas geométricas moldeadas o dispuestas de alguna otra manera sobre la lámina 3 pueden adoptar virtualmente cualquier forma, por ejemplo hemisférica, rectangular, cúbica, siempre que pueda sellarse un lado abierto (directamente o a través del uso de un material de sellado) contra el tablero 2 de espuma.
Como se muestra también en las figuras 1-3, preferiblemente la orientación de las láminas moldeadas es tal que los elementos triangulares de las bases de los tetraedros 10 de una lámina modelada 3 están alineados con los elementos triangulares abiertos de los tetraedros 10 de la otra lámina moldeada 3. Tal orientación proporciona una capacidad mejorada de la absorción de impactos mediante la distribución apropiada del impacto en la barrera 1.
Como se muestra en la figura 1, las cavidades 15 definidas por las superficies internas de los tetraedros 10 y la superficie 2b, 2c de cartón del tablero 2 de espuma están rellenados con un relleno 20. El relleno 20 está comprendido preferiblemente por microglobos cerámicos. Pueden emplearse otros rellenos, por ejemplo piedra pómez. Sin embargo, generalmente con fines de protección contra ondas expansivas, se cree que las partículas de relleno que tienen un módulo / resistencia relativamente altas son superiores a las partículas de relleno de módulo / resistencia bajas. Las partículas de relleno tienen un tamaño, preferiblemente, del orden de micras. Un relleno de microglobos que ha sido determinado como eficaz es el ENDOSPHERE-SG disponible en PQ Corporation.
Como se muestra en las figuras, las láminas 4 están adheridas a las superficies descubiertas de las láminas 3. Cada lámina 4 está comprendida preferiblemente por materiales similares a los descritos en la patente de Estados Unidos núm. 5.124.196 del presente inventor. La totalidad de la divulgación de esa patente se incorpora aquí como referencia. Generalmente, la lámina 4 comprende un material 4a de núcleo termoplástico y unas láminas 4b, 4c en las caras de resina fraguada térmicamente reforzada con fibra. La selección de los plásticos y resinas particulares utilizadas son una función de las consideraciones ambientales, balísticas, de ductilidad y de coste. En un modo de realización preferido, el material 4a del núcleo es ABS con unas láminas 4b, 4c en las caras de vidrio de epoxia unidireccional (0/90). El espesor de las láminas 4b, 4c de las caras es del orden de 2,92 mm. Además, las láminas 4b o 4c de las caras pueden incluir, con fines estéticos, una textura o color particulares, como será explicado más adelante.
Debe observarse que no es necesario incluir todas las capas para proporcionar en cierta medida la protección contra ondas expansivas. Por ejemplo, es posible eliminar de la estructura ilustrada en las figuras 1-3 una o más capas y seguir obteniendo una estructura que pueda ser útil como barrera. Por ejemplo, podría eliminarse una pareja de capas contiguas en un lado del tablero 2 de espuma, dejando así descubiertas las caras de una capa 4 y del tablero 2 de espuma.
Otra configuración posible es apilar dos o más barreras 1 juntas. Las barreras pueden ser atornilladas o unidas con adhesivo, la una contra la otra. Para añadir aún mayor protección contra la onda expansiva, las barreras 1 pueden estar apiladas conjuntamente con una capa de microglobos dispuestos entre ellas. En un modo de realización preferido, tal capa de microglobos tiene alrededor de 3,18 mm de espesor.
Resultados de las pruebas
Un recipiente metálico de municiones que contenga 36 municiones de carga conformadas (donante) fue encapsulado dentro de una barrera 1 de aproximadamente 2,79 cm de acuerdo con la presente invención y colocada cerca de un recipiente hermano de municiones (receptor) rodeado también con la barrera 1 de la presente invención y que contenía 36 municiones (12 activas más próximas al donante y 24 inertes). El conjunto fue colocado en una jaula de alambre y se hizo detonar la munición central del recipiente donante, haciendo que 25 de las municiones restante del recipiente donante detonaran/explotaran. Ninguna de las cargas del recipiente receptor sufrió una detonación ni fue dañado. El recipiente receptor fue simplemente aplastado descubriendo así las municiones del receptor.
Las pruebas controladas indican que la barrera 1 es capaz de reducir la carga del impacto de un donante de Pentolite 50/50 de 5,08 x 5,08 cm de 280 Kbares sin la barrera 1, a 12 Kbares con la barrera.
Desvío de la onda expansiva anti-terrorista
Además de ser una barrera excelente anti-propagación de explosiones, la barrera 1 de acuerdo con la presente invención puede ser utilizada efectivamente o contiguamente en el exterior de los edificios para reducir significativamente los efectos de una explosión, por ejemplo, de un coche bomba terrorista. Específicamente, la barrera 1 de la presente invención puede ser instalada fácil, rápida y económicamente en el exterior o en la proximidad del edificio.
Cuando se utiliza de esa manera, la barrera 1 no solamente absorbe el impacto de una onda expansiva, sino que también, debido a su estructura, como se ha descrito aquí, puede desviar una onda expansiva del impacto. La barrera 1 es altamente deformable y la energía transmitida por el impacto es así absorbida en el proceso de deformación, haciendo así mínima cualquier transmisión de energía. Además, la barrera 1 de la presente invención es una estructura que así isotrópica y se comporta igualmente bien independientemente de la dirección de la onda expansiva.
Haciendo referencia a las figuras 4a y 4b, la barrera de la presente invención puede ser fabricada en secciones, por ejemplo de 121,92 - 300,48 cm de ancho y 121,92 - 300,48 cm de alto o de cualquier otro tamaño conveniente, con un peso aproximado de 0,977 gr/cm^{2}, y ser colgadas desde cables unidos a un tejado, o de cualquier otra manera adecuada, para formar un muro continuo 50 en el exterior de un edificio 55. Los paneles pueden estar descentrados desde el edificio y/o hechos traslúcidos de manera que la luz pueda seguir entrando a través de sus ventanas. Además, los paneles pueden hacerse estéticamente agradables proporcionando a la capa más externa, por ejemplo a la capa 4, una textura o una forma particular y/o un color de manera que el panel se adapta al contorno existente o a la textura del edificio.
La figura 4b muestra cómo puede utilizarse una sección curvada de la barrera de la presente invención para proteger elementos que soportan carga de un edificio. Como está ilustrado, se fija preferiblemente una viga vertical 70, en doble T, al edificio directamente frente a un elemento de soporte de carga y se une a ella un panel curvado 75, por ejemplo, de 180 grados. Si ocurre una explosión, la fuerza de la onda expansiva será desviada alrededor del elemento de soporte de carga como resultado de las propiedades de absorción/desviación de energía de la barrera de acuerdo con la invención, reduciendo así la posibilidad de hundimiento del edificio.
En la figura 4c se ilustra otro enfoque a utilizar en la presente invención como dispositivo de seguridad del edificio. En el modo de realización ilustrado, se erige un muro 60 alrededor de la periferia del edificio 55. El muro 60 es, preferiblemente, de forma generalmente triangular con una base 62, una pared interior 63 que se extiende hacia arriba y una hipotenusa 61, que tiene preferiblemente una superficie 64 que está curvada de tal manera que una onda expansiva producida por una explosión sería desviada aerodinámicamente hacia arriba y por encima del edificio 55. Al menos una parte de la base 62, dentro de la pared 63 y la hipotenusa 61, comprende la barrera 1 de capas múltiples de acuerdo con la presente invención. Aunque la figura 5c representa una sección transversal en triángulo rectángulo para el muro 60, puede realizarse cualquier otra forma adecuada de la sección transversal, por ejemplo cuadrada o rectangular, o triangular con un ángulo oblicuo. Tras la erección, se rellena preferiblemente una cavidad interior 65 del muro 60 con arena 67 o con cualquier otro material adecuado para proporcionar capacidad adicional de absorción de energía, para ayudar a mantener el muro en su sitio y permitir la fácil retirada del muro 60, si se desea. Además, con tal relleno, el muro 60 presenta una mayor resistencia a las balas u otros proyectiles.
La presente invención ha sido descrita en términos de modos de realización preferidos actualmente, de manera que pueda transmitirse la comprensión de la presente invención. La presente invención no debe contemplarse limitada por tanto a los modos de realización particulares aquí descritos. En lugar de eso, todas las modificaciones, variaciones o disposiciones equivalentes que estén dentro del ámbito de las reivindicaciones anexas deben considerarse que están dentro del ámbito de la invención.

Claims (16)

1. Una barrera de atenuación de impactos que comprende una primera capa exterior, una segunda capa intermedia y una capa interior;
teniendo dicha primera capa exterior un núcleo termoplástico y unas láminas exteriores de resina fraguada térmicamente, reforzadas con fibra;
teniendo dicha segunda capa intermedia una pluralidad de tetraedros truncados en ella que se extienden hacia dicha primera capa; y
comprendiendo dicha capa interior una capa de espuma, definiendo dichos tetraedros truncados unas cavidades en dicha segunda capa que están abiertas hacia dicha capa interior;
estando fijadas conjuntamente mediante adhesivo dicha primera capa, dicha segunda capa y dicha capa interior.
2. La barrera de la reivindicación 1, en el que el espesor de la barrera es de alrededor de 2,5 - 17,8 cm.
3. La barrera de la reivindicación 1, en la que la barrera es de alrededor de 1,2 - 3 metros de altura y 1,2 - 3 metros de anchura.
4. La barrera de la reivindicación 1, que comprende además medios de soporte para soportar la barrera con respecto a una estructura.
5. La barrera de la reivindicación 1, en la que los tetraedros truncados están dispuestos de acuerdo con un patrón repetitivo que cubre sustancialmente la superficie completa de dicha segunda capa.
6. La barrera de la reivindicación 1, en la que dicho material absorbente de energía comprende al menos unos microglobos de cerámica y piedra pómez.
7. La barrera de la reivindicación 1, en la que dicha segunda capa está formada al menos por un material termoplástico y por un metal.
8. La barrera de la reivindicación 1, en la que dicha capa de espuma comprende un núcleo de espuma y unas láminas exteriores.
9. La barrera de la reivindicación 9, en la que dichas láminas exteriores de dicha capa de espuma están formadas por cartón.
10. La barrera de la reivindicación 1, en la que dicha primera capa, dicha segunda capa y dicha capa interior están fijadas conjuntamente por adhesivo.
11. La barrera de la reivindicación 1, que comprende además una tercera capa intermedia dispuesta y fijada al lado opuesto de dicha capa interior desde dicha segunda capa, y una cuarta capa exterior fijada a dicha tercera capa, teniendo dicha tercera capa una pluralidad de tetraedros truncados en ella, que se extienden hacia dicha cuarta capa y definen unas cavidades en dicha tercera capa que están abiertas hacia dicha capa interior.
12. La barrera de la reivindicación 11, en la que dicha cuarta capa tiene un núcleo termoplástico y unas láminas exteriores de resina fraguada térmicamente reforzada con fibra.
13. La barrera de la reivindicación 11, en la que dichos tetraedros truncados de dicha tercera capa son de una tamaño sustancialmente uniforme y están dispuestos según un patrón repetitivo que cubre sustancialmente la superficie completa de dicha tercera capa.
14. La barrera de la reivindicación 11, en la que dicho material absorbente de impactos de dicha tercera capa comprende al menos unos microglobos cerámicos y piedra pómez.
15. La barrera de la reivindicación 12, en la que dicha tercera capa está formada al menos por un material termoplástico y por un metal.
16. La barrera de la reivindicación 11, en la que dichos tetraedros truncados de dicha segunda capa y de dicha tercera capa están sustancialmente alineados.
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