SISTEMA DE BARRERA MARINA PROTECTORA
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Campo de la Invención Esta invención se refiere a barreras protectoras para proteger estructurales tales como buques, muelles y puertos ' en un ambiente marino contra daño.
Descripción de la Técnica Relacionada ¡ Barcos y estructuras marinas similares son vulnerables a ataque mediante una embarcación, tal como pequeña! embarcación que es cargada con explosivos, otras municioñes u otros materiales amenazantes. Los barcos tales como bu ues militares y buques comerciales son vulnerables a amenazas, especialmente cuando llegan a un atracadero o similar'. De igual forma, muelles, atracaderos y puertos y sus estructuras constituyentes, así como las plantas de energía y similares, potencialmente son sometidas a amenazas similares. ' Se han propuesto varios sistemas para proteger barcos ;de tales amenazas transportadas por agua. Ejemplos j incluye:^ una barrera de red de malla de acero como se describe en la Solicitud Norteamericana 2005/0013668 para Nixon ejt al., y un sistema de barrera de seguridad basado en estructuras de atenuación de ondas como se describe en la
solicitud PCT WO 2005/059275. I Aún existe una necesidad de proporcionar sistemas de barbera protectora para su utilización en ambientes marinos ; que sean ligeros y sean fáciles de desplegar. En forma deseable, tales sistema de barrera asimismo no se ven afectados por agua salada o dulce. Esos sistemas deben ser capaces , de disipar una fuerza de impacto de modo que pueda evitarse que una embarcación amenazante alcance una posición la cual esté cerca de la estructura que será protegida, para minimizar daño en la estructura. Por consiguiente, puede ser deseable proporcionar un sistema de barrera marina protectora el cual fuese ligero y fácil de desplegar. Tal sistema de barrera en forma deseable puede ser fácil de fabricar y no complejo en diseño.
COMPENDIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con esta invención, se proporciona un sistema para proteger estructuras en un ambiente marino de los efectos de una fuerza de impacto, el sistema comprende: (a) una pluralidad de paneles flotantes, los paneles jse adaptan para ser localizados a una distancia de la estructura que será protegida; y (b) una pluralidad de redes fibrosas, las redes fibrosas comprenden fibras de muy alta tenacidad que se extiendén en por lo menos una dirección generalmente
horizontal, la pluralidad de redes fibrosas está en comunicación con la pluralidad de paneles flotantes e interconectan la pluralidad de paneles flotantes, la pluralidad de redes fibrosas se disponen en una disposición generalmente paralela con respecto entre sí a lo largo de la i dirección generalmente horizontal en un plano generalmente vertical!, la pluralidad de redes fibrosas se separa verticalmente por una distancia que no exceden aproximadamente 30.5 centímetros (12 pulgadas). También de acuerdo con esta invención, se proporcipna en un sistema para proteger estructuras en un ambiente] marino de los efectos de una fuerza de impacto, la me ora comprende : (a) una pluralidad de paneles flotantes, los paneles se adaptan para ser localizados a una distancia de la estructura que será protegida; y (b) una pluralidad de redes fibrosas, las redes fibrosasj comprenden fibras de muy alta tenacidad que se extienden en por lo menos una dirección generalmente horizontal, la pluralidad de redes fibrosas está en comunicación con la pluralidad de paneles flotantes e interconectan la pluralidad de paneles flotantes, la pluralidad de redes fibrosas se disponen en una disposición generalmente paralela con respecto entre sí a lo largo de la direccióri generalmente horizontal en un plano generalmente
vertical, la pluralidad de redes fibrosas se separa verticaímente por una distancia que no exceden aproximadamente 30.5 centímetros (12 pulgadas). Además, de acuerdo con esta invención, se proporciona en un sistema para proteger estructuras en un ambiente marino de los efectos de una fuerza de impacto, el sistema comprende: (a) una pluralidad de paneles flotantes intercor^ectados , los paneles se adaptan para ser localizados a una distancia de la estructura que será protegida; la pluralidad de paneles flotantes comprende unidades extremas; (b) una pluralidad de redes fibrosas, las redes fibrosas! comprenden fibras de muy alta tenacidad que se extienden en por lo menos una dirección generalmente horizontal, la pluralidad de redes fibrosas está en comunicación con la pluralidad de paneles flotantes e interconectan la pluralidad de paneles flotantes, la i pluralidad de redes fibrosas se disponen en una disposición generalmente paralela con respecto entre sí a lo largo de la dirección generalmente horizontal en un plano generalmente vertical;, la pluralidad de redes fibrosas se separa verticaímente por una distancia que no exceden i aproximadamente 30.5 centímetros (12 pulgadas); y i (c) medios para unir por lo menos las unidades extremas de la pluralidad de paneles flotantes a los medios
de ancl je para fijar por lo menos las unidades extremas en una posición deseada. Se ha descubierto que al utilizar redes fibrosas de alta tenacidad junto con paneles flotantes, con las redes fibrosas se colocan en una proximidad generalmente cercana entre si, las redes fibrosas son capaces de actuar en una forma combinada para soportar la fuerza de impacto de un buque iijivasor. Como resultado, las estructuras marinas pueden ser protegidas en una forma relativamente simple. Los paneles flotantes mismos no necesitan ser diseñados para tener alguna resistencia de impacto importante. De hecho, se diseñan para actuar como un mecanisnko para colocar la pluralidad de redes fibrosas, y las redes fibrosas de fibras de alta tenacidad forman la barrera de impacto necesaria para la fuerza de impacto.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Esta invención se entenderá más completamente y ventajas adicionales se volverán aparentes cuando se tenga referencia a la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas de la invención y los dibujos anexos, en los cuales : La FIGURA 1 es una ilustración esquemática del sistema |de barrera protectora de esta invención. La FIGURA 2 es una ilustración esquemática lateral
de un sistema de barrera protectora de esta invención. La FIGURA 3 es una vista esquemática en planta del sistema de barrera protectora de esta invención. La FIGURA 4 es una vista en perspectiva de dos dispositivos flotantes conectados por cabos de acuerdo con la i invenció-n. La FIGURA 5 es una vista en perspectiva de un dispositivo flotante utilizado en la invención. ! La FIGURA 6 es una vista en planta de dos dispositjivos interconectados de la invención. La FIGURA 7 es una vista en perspectiva de una forma alternativa en un dispositivo flotante con la red i utilizada en esta invención. i
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia a los dibujos, números similares representan elementos similares, y se debe señalar que los dibujos no son a escala. La FIGURA 1 muestra un sistema 10 protector el cual se diseña para proteger una estructura, mostrada aquí como buque 12 el cual es atracado en un muelle
14 por rtiedios adecuados no mostrados . Se entenderá que la l estructura que será protegida por el sistema de esta invención no se limita a un bote o barco, sino puede ser un muelle, ihn atracadero, dársena para yates, una instalación en un atracadero o puerto, varadero, astillero, dique,
estructúra de tierra adyacente al agua tal como una planta de energía y similares. El buque 12 se muestra en agua, con la línea de flotación representada por el número 16. El cuerpo de agua! puede ser cualquier cuerpo, tal como océano, bahía,
I río, lago, etc. El sistema 10 se diseña para proporcionar una barrera protectora contra amenazas (no mostrada) las cuales se ilustran esquemáticamente como viniendo desde la dirección de la fjLecha 18. Tales amenazas pueden ser de por ejemplo, embarcación ligera que está cargada con explosivos u otros materiales peligrosos o destructivos, así como intrusos, buzos y similares. El sistema 10 incluye una pluralidad de paneles o módulos ¡20 flotantes los cuales se colocan en el agua a una distancia predeterminada del buque 12, y están flotando con respecto! a la línea de flotación 16. Los paneles 20 pueden ser de ualquier forma o conformación deseada, aunque una i forma generalmente rectangular se prefiere como se muestra en i las figuras. Los paneles 20 pueden formarse de cualquier material ¡ adecuado el cual pueda flotar o pueda hacerse flotar por inserciones y similares. De preferencia, los paneles 20 se forman de un material plástico, tal como polietileno (por ejemplo, polietileno de alta densidad, o polietileno de baja densidad lineal) o similares. Estos paneles de preferencia son ligeros, de este modo volviéndolos fáciles de desplegar
alrededór del buque 12 u otra estructura que será protegida. Los panales pueden extenderse a una cantidad deseada sobre y por debajo de la superficie del agua. Los paneles 20 pueden moldearse en una construcción de una sola pieza, con un interior hueco, o pueden tener la forma de un bloque sólido de material . Los paneles pueden ser de cualquier color deseado lo acabado superficial. El espaciado de los paneles 20 del buque 12 puede variar dependiendo de factores tales como el nivel de amenaza contra él que será protegido, la resistencia del sistema, y similarejs. El espaciado puede determinarse fácilmente por alguien ¡de experiencia en la técnica. Los paneles 20 deben separars¡e a una distancia mínima de modo que el sistema 10 pueda proteger el buque 12 de una fuerza de impacto que i resulta de un bote invasor o similares. Por otro lado, si los paneles Í20 se separarán mucho del buque 12 , entonces el área protectora general sería muy grande, resultando en un muy alto cosjto para el sistema, y lo cual también podría impedir el flujo de tráfico marino. Como ejemplo, los paneles 10 podrían epararse del contenedor 12 a una distancia de por lo menos aproximadamente 3 metros ( 10 pies) , hasta una distancia de aproximadamente 300 a 600 metros (aproximadamente 1000 a 2000 pie^) del buque 12 . Aunque los paneles 20 pueden ser de una estructura monolítica sencilla, alternativamente pueden tener la forma
de dos unidades (panel 20 frontal y panel 22 posterior en las Figuras 1 y 6) que se conectan fijamente entre sí por medio de piezas transversales o conectores 24 (de cualquier forma deseada)i o similares. El panel 20 frontal se diseña para orientarse externamente del buque 12 y hacia la dirección de la ameriaza posible. Las caras exteriores de los paneles pueden jproporcionarse con características de atenuación de ondas, ¿ales como aberturas y protuberancias (no mostradas) . Un tipo de panel es aquel descrito en la publicación de PCT antes mencionada WO 2005/059275, la descripción de la cual se incorporja expresamente en la presente para referencia al grado eri que no sea inconsistente con la misma. Cada uno de los paneles 20, 22 pueden moldearse en forma integral, y los conectores 24 pueden moldearse en forma integral con uno o ambos paneles 20, 22. En una modalidad de la invención, los paneles 20 se proporcionan con una pluralidad de aberturas 36 las cuales se extienden a través de los lados del panel. Si los paneles 20 tienen un interior hueco, entonces las aberturas 36 se comunicaji con el interior hueco. Alternativamente, si los paneles ¡20 se forman de una estructura sólida, entonces las aberturas 36 de preferencia se extienden a través de todo el ancho de los paneles 20. Véase, por ejemplo, Figuras 4 y 5. Colocada! a través de las aberturas 36 se encuentra una pluralidad de cabos o cables 26 como se describe más
completamente en lo siguiente. Los cabos 26 sirven para intercoáectar los paneles 20 entre sí y dos paneles adyacentes se muestran en la Figura 4. I Como se representa en la Figura 2, uno (o más) de los paneles 20 puede conectarse al fondo del mar 32 por medio de una línea 28 de amarre unida a un ancla 30 en cualquier forma Adecuada. La línea 28 de amarre puede formarse de
I cualquier material deseado, tal como amarres catenarios de cadena de acero, amarres grandes de nylon o poliéster, materiales de alta coeficiente tales como polietileno de cadena extendida o fibras aramídicas, o cualquier material elástico que pueda soportar las cargas deseadas y absorber energía. Alternativamente, o en combinación, otro panel 20 puede conectarse al muelle 14 por medios adecuados, de modo que dos o más paneles con sus cabos de interconexión se aseguren a las estructuras estacionarias. Como se muestra en la Figuira 3, la pluralidad de paneles 20 que forman el sistema 10 protector pueden encerrar totalmente el buque u otra estructura 12, de modo que extremos opuestos se aseguren al muelle 14 (o similar) por medios de unión adecuados. Los paneles ;20 adyacentes no necesitan estar en contacto entre sí pero de preferencia se localizan cerca uno del otro y se separan por una cantidad deseada. Como se muestra en la Figura 4, los paneles 20a y 20b adyacentes se muestran. Cada panel tiene una pluralidad
de abert1uras 36 a través de las cuales se extienden los cabos
26. Lasi aberturas 36 pueden ser de cualquier configuración deseada,¡ con aberturas circulares generalmente preferidas siendo mostradas en el dibujo. Las aberturas en un lado de cada panel se alinean de preferencia con las aberturas en el otro lado de los paneles, y las aberturas en un panel de preferencia se alinean con las aberturas en el panel adyacente. Las aberturas 36 pueden ser si se desea reforzadas con un conducto, tubería o similar a través de las cuales se extiendan los cabos 26 desde un lado de un panel hasta el lado opuesto. Aunque un conjunto sencillo de paneles frontale's se muestra en la Figura 4, si se desea paneles 22 posteriores también pueden proporcionarse con aberturas a través ide las cuales un segundo conjunto de cabos se extiende, o paneles 22 posteriores sólo pueden interconectarse por su conexión a los paneles 20 frontales. Los paneles de preferencia se pueden deslizar sobre los cabos en una dirección horizontal, de modo que puedan moverse con la accióji de las ondas o el agua. i Por lo menos dos cabos se extienden a través de las aberturas 36 por panel. Para propósitos de ilustración, tres cabos (26a, 26b y 26c) se muestran en la Figura 4. Los extremos de estos cabos pueden proporcionarse con ojales 34 empalmados u otros dispositivos de conexión de modo que los cabos pueden conectarse a una estructura adecuada (por
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ejemplo,; un poste de hormigón u otro o similar colocado en el muelle 14) . También es posible configurar los cabos en una construcción de eslinga redonda sin fin para poder proporcionar una instalación más rápida, más fácil. Alternativamente o en combinación, los cabos pueden conectarse directamente a una o más de las líneas 28 de amarre, tal como siendo unidas adyacentes a uno o más paneles 20. De preferencia, el sistema de la invención incluye por lo menos aproximadamente 4 cabos los cuales se separan verticaljmente, de mayor preferencia por lo menos aproximadamente 8 cabos, y de mayor preferencia por lo menos aproximadamente 16 cabos, con un número similar de aberturas 36. Cada uno de los paneles 20a y 20b puede tener una forma generalmente rectangular como se ilustra en la Figura 5, con los paneles teniendo una parte superior 38, una parte inferior! 40, una sección 42 frontal, una sección 44 posterior, y secciones 46 y 48 laterales. Regresando a la Figura 4, cada una de las aberturas 36 y por lo tanto los cabos 26 se extienden en una dirección generalmente horizontal la cual típicamente es paralela a la línea de flotación 16. Los cabos 26a, 26b y 26c generalmente son paralelos entre sí a lo largo de la dirección horizontal y verticalijnente se separan entre sí por una distancia D máxima predeterminada. De acuerdo con esta invención, cada par de
cabos se separa en una dirección generalmente vertical de una distancia que no excede aproximadamente 30.5 centímetros (12 pulgadas;) . De preferencia, los cabos adyacentes se separan a una distancia que no excede aproximadamente 25.4 centímetros (10 pulgadas) , y de mayor preferencia una distancia que no excede aproximadamente 20.3 centímetros (8 pulgadas) de preferencia, todos los cabos en el sistema se separan por la distanci.a especifica. Aunque es posible tener muchos cabos los cuales se separan l muy cerca entre sí, el costo del sistema protector puede ¡incrementar sustancialmente . Sin embargo, una pluralidad de cabos de diámetro más pequeño se prefieren sobre uña cantidad menor de cabos de diámetro más grande. El número, diámetro y separación de los cabos 26 se seleccionan de modo que el sistema se diseñe para soportar una fuerza de impacto particular. De igual forma, los cabos pueden ser de los mismos diámetros o diferentes, así como construcciones y materiales fibrosos. Sin embargo, se prefiere que todos los cabos sean sustancialmente similares. Los cabos (o cables) 26 son una forma de red fibrosa, con las fibras comprendiendo fibras de alta tenacidad como se describe más completamente en lo siguiente. Una forijna alternativa de una red fibrosa se muestra en la
Figura j . El panel 50 alternativo de igual forma tiene una conformación generalmente rectangular y puede formarse a
partir de un material similar que forma los paneles 20. El panel 50 tiene una parte superior 52, una parte inferior 54, una parte frontal 56, una parte posterior 58, y lados 60 y 62. Unaj ranura 64 alargada se extiende entre los lados 60, 62. La ranura 64 se configura para recibir una red o tela 66. La red ' 66 de igual forma se extiende en una dirección generalmente horizontal y se forma a partir de un grupo de fibras ¡68 que se extienden en tal dirección generalmente horizontal y un segundo grupo de fibras 70 que se extiende en una dirección en ángulos a la dirección de las fibras 68, de mayor preferencia generalmente perpendicular a la dirección de las , fibras 68. Por lo menos el grupo de fibras 68 comprende fibras de alta tenacidad, pero de preferencia ambos grupos 68 y 70 comprenden fibras de alta tenacidad. Los grupos de fibras 68 se extienden generalmente en paralelo entre s¡í, y grupos adyacentes de fibras 68 se separan verticaljmente por un máximo de aproximadamente 30.5 centímetros (12 pulgadas) . Los pares adyacentes de grupos de fibras de preferencia se separan más estrechamente que los cabos adyacentes mostrados en la Figura 4. De preferencia, grupos adyacentes de fibras 68 se separan verticalmente por una distancia que no excede aproximadamente 15.2 centímetros
I (6 pulgadas) , de mayor preferencia una distancia que no excede aproximadamente 5.1 centímetros (2 pulgadas). I Se debe señalar que los cabos 26 no necesitan
extenderse a través del interior de los paneles 20. Por ejemplo,1 las porciones frontal o posterior de los paneles 20, o ambas j pueden proporcionarse con medios de soporte externos que acoplan los cabos 26. Tal medio de soporte externo puede tener la forma de por lo menos uno, y de preferencia una i pluralidad de, columnas verticales de ganchos que pueden moldearse integralmente al panel 20, con los ganchos siendo separados verticalmente por una distancia predeterminada de modo qué los cabos 26 se separan por la distancia deseada. Los ganéhos proporcionan soportes para los cabos 26. Otra forma d¿ medio de soporte externo puede ser una serie de ranuras ¡o canales formados en una o ambas de las superficies frontal y posterior de los paneles 20, con los canales adaptados para recibir la pluralidad de cabos 26. Nuevamente, los canales se separan por la distancia deseada para asegurar que los cabos 26 se separen verticalmente por la distancia deseada . Además de los cabos y la red mencionada en lo anterior^ las redes fibrosas pueden formarse alternativamente de correás no tejidas o entramado, cintas de fibra orientadas en forma unidireccional, correas tejidas, tela de malla abierta, y similares. Ejemplos de tales cintas de fibra orientadas en forma unidireccional se describen, por ejemplo, en la Patente Norteamericana No. 6,642,159 para Bhatnagar et al., la descripción de la cual se incorpora expresamente en
la presente para referencia al grado en que no sea inconsistente con la misma. Tales cintas de fibra orientada en form'a unidireccional, así como cualquiera de las otras redes Ifibrosas anteriores, puede incluir una resina matricial. 1 Cuando los cabos se utilizan como las redes fibrosa^, pueden ser de cualquier construcción adecuada, tales ?p?? cabos trenzados, cabos torcidos, cabos de configuración de cable, cabos de alma paralela, y similares. De preferencia, los cabos son cabos trenzados. Los cabos pueden ser de cualquier diámetro adecuado y pueden formarse en cualquier forma adecuada a partir de las fibras deseadas y/o hilcps. En general, el diámetro de los cabos 26 o el espesor de cualquier otra forma de red fibrosa no excede aproximadamente 7.6 centímetros (3 pulgadas). El diámetro de los cabos 26 puede variar, por ejemplo, de aproximadamente 0.16 a 7.6 centímetros (aproximadamente 1/16 a 3 pulgadas), de mayor preferencia de aproximadamente 0.64 a 5.1 centímetros (aproximadamente 1/4 a 2 pulgadas) , y de mayor preferencia de aproximadamente 1.27 a 3.8 centímetros (aproximadamente 1/2 a 1.5 pulgadas). Estos márgenes de igual forma aplican al espesor de cualquier otra forma de red fibrosa. Cada uno de los cabos 26 puede tener el mismo diámetro! o diferente, pero de preferencia cada una tiene aproximadamente el mismo diámetro.
Por ejemplo, para formar un cabo trenzado, puede emplearse una máquina de trenzado convencional la cual tiene una pluralidad de bobinas de hilos. Como se conoce en la técnica^ conforme las bobinas se mueven, los hilos se tejen sobre y ¡bajo uno del otro y se recolectan eventualmente en un carrete de captación. Detalles de máquina de trenzado y la formación de cabos a partir de las mismas se conocen en la técnica · y por lo tanto no se describen en detalle en la presenté. Los cabos los cuales incluyen hilos de fibras de polietileno de cadena extendida se describen, por ejemplo, en las Patentes Norteamericanas Nos. 5,901,632; 5,931,076 y 6, 945, 153. Los hilos que forman los cabos 26 u otras redes fibrosas de la invención pueden ser de cualquier denier adecuado. Por ejemplo, los hilos pueden tener un denier de aproximadamente 50 a aproximadamente 5000, y de mayor preferencia, de aproximadamente 650 a aproximadamente 3000. ¡ De acuerdo con esta invención, los cabos 26 u otras redes fibrosas comprenden fibras de alta tenacidad. Como se utiliza jen la presente, el término "fibras de alta tenacidad" quiere decir fibras que tienen tenacidades iguales a o mayores ¡ que aproximadamente 7 g/d. De preferencia, estas fibras tienen coeficientes de tensiones iniciales de por lo menos aproximadamente 50 g/d (de mayor preferencia por lo menos aproximadamente 150 g/d) , y energías en rompimiento de
por lo ; menos aproximadamente 8 J/g como medido por ASTM D2256. i Como se utiliza en la presente, los términos "coeficiente de tensión inicial", "coeficiente de tensión" y "coeficiente" significan los coeficientes de elasticidad como medidos por ASTM 2256 para un hilo. De preferencia, las fibras de alta tenacidad tienen tenacidades iguales a o mayores que aproximadamente 10 g/d, de mayór preferencia igual a o mayor que aproximadamente 16 g/d^ aún mayor de preferencia igual a o mayor que aproximadamente 22 g/d, de mayor preferencia igual a o mayor que aproximadamente 28 g/d. Las fibras de alta tenacidad o alta resistencia útiles én las redes fibrosas de la invención incluyen fibras de poliolefina de peso molecular elevado altamente orientadas, particularmente fibras de polietileno de alto coeficiente (también conocidas como fibras de polietileno de cadena i extendida) y fibras de polipropileno; fibras aramídicas; fibras de polibenzazol , tales como polibenzoxazol (PBO) |y polibenzotiazol (PBT) ; fibras de alcohol polivinílico; fibras de poliacrilonitrilo; fibras de copoliéster de cristal líquido, fibras de vidrio; fibras de carbono,-] fibras de basalto u otros minerales, así como fibras de polímiero de bastón rígido, fibras de nylon, fibras de poliéster, y fibras similares, así como mezclas y combinadiones de las mismas. Fibras de alta resistencia
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preferidas útiles en esta invención incluyen fibras de poliolefina, fibras aramídicas y fibras de polibenzazol, y mezclas ' y combinaciones de las mismas. Las más preferidas son las fibras de polietileno de peso molecular elevado ya que estas fibras son más ligeras que el agua y no son afectadas por la exposición al agua. La Patente Norteamericana No. 4,457,985 generalmente describe tales fibras de polietileno y polipropileno de peso molecular elevado, y la descripción de esta patente se incorpora en la presente para referencia al grado erl que no sea inconsistente con la misma. En el caso de polietiljeno, las fibras adecuadas son aquellas de peso promedió, peso molecular de por lo menos aproximadamente 150,000, de preferencia por lo menos aproximadamente un millón y de mayor preferencia entre aproximadamente dos millones y aproximadamente cinco millones. Tales fibras de polietil¡eno de peso molecular elevado pueden ser hiladas por fusión en solución (véase Patente Norteamericana No. 4,137,394 y Patente Norteamericana No. 4,356,138) o un filamento hilado por fusión a partir de una solución para formar una estructura de gel (véase Patente Norteamericana No. 4,4ÍL3,110, Alemana inactiva No. 3,004,699 y Patente
Británic^ No. 2051667) , o las fibras de polietileno pueden ser producidas por un proceso de laminación y estirado (véase Patente Norteamericana No. 5,702,657). Como se utiliza en la
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present , el término polietileno significa un material de polietileno predominantemente lineal que puede contener cantidades menores de ramificación de cadena o comonómeros, generalmente no excediendo 5 unidades de modificación por 100 átomos de carbono de cadena principal, y también pueden contener mezclados con los mismos no más de aproximadamente 50% en peso de uno o más aditivos poliméricos tales como polímeros de alqueno-1, en particular polietileno, polipropileno o polibutileno de baja densidad, copolímeros que coptienen mono-olefinas como monómeros primarios, poliolefinas oxidizadas, copolímeros de poliolefina en injerto 'y polióximetilenos , o aditivos de bajo peso molecular tales como antioxidantes, lubricantes, agentes de clasificación por ultravioleta, colorantes y similares que se incorporjan comúnmente. Fibras de polietileno de alta tenacidad se prefieren y éstas se encuentran disponibles, por ejemplo, bajo la marca comercial fibras SPECTRA® de Honeywell International Inc. de Morristown, New Jersey, Estados Unidos. Dependiendo de la técnica de formación, la relación de estirado y las temperaturas, y otras condiciones, una variedad! de propiedades pueden impartirse a estas fibras. La tenacidak de las fibras de polietileno es de por lo menos aproximadamente 7 g/d, de preferencia por lo menos aproximadamente 15 g/d, de mayor preferencia por lo menos
aproximadamente 20 g/d, aún de mayor preferencia de por lo menos aproximadamente 25 g/d y de mayor preferencia por lo menos aproximadamente 30 g/d. Similarmente , el coeficiente de tensión^ inicial de las fibras, como medido por una máquina de prueba Jde tensión Instron, de preferencia es por lo menos aproximadamente 300 g/d, de mayor preferencia por lo menos aproximadamente 500 g/d, aún de mayor preferencia por lo menos aproximadamente 1000 g/d y de mayor preferencia por lo
I menos aproximadamente 1200 g/d. Esos valores mayores para coeficientes de tensión iniciales y la tenacidad generalmente se pueden obtener sólo al emplear procesos de crecimiento en solución o de rotación en gel. Muchos de los filamentos tienen puntos de fusión mayores que el punto de fusión del polímero del cual se formaron. De este modo, por ejemplo, el polieti†eno de alto peso molecular de aproximadamente 150,000; aproximadamente un millón y aproximadamente dos millones de peso molecular generalmente tienen puntos de fusión en el volumen de 138°C. Los filamentos de polietileno altamente orientados formados de estos materiales tienen puntos jde fusión de aproximadamente 7°C a aproximadamente 13°C más altos. De este modo, un ligero incremento en el punto de fusión refleja la perfección cristalina y la mayor orientación cristalina de los filamentos cuando se compara con el polímero de granel. Similarmente, fibras de polipropileno de alto peso
molecular altamente orientadas de peso molecular de promedio específico en por lo menos aproximadamente 200,000, de preferencia por lo menos aproximadamente un millón de mayor preferencia por lo menos aproximadamente dos millones pueden utilizarse. Tal polipropileno de cadena extendida puede formars† en filamentos bien orientados en forma razonable por las técnicas preescritas en las diversas referencias referidas en lo anterior, y específicamente por la técnica de i la Patente Norteamericana No. 4,413,110. Puesto que el polipropileno es un material mucho menos cristalino que el polietileno y contiene grupos de metilo pendiente, valores de tenacidad que se pueden lograr con el polipropileno general y sustancialmente son menores que los valores correspondientes para el ; polietileno . Por consiguiente, una tenacidad adecuada es de preferencia por lo menos de aproximadamente 8 g/d, de mayor preferencia por lo menos aproximadamente 11 g/d. El coeficiente de tensión inicial para polipropileno de preferencia es por lo menos aproximadamente 160 g/d, de mayor preferencia por lo menos aproximadamente 200 g/d. El punto de fusión del polipropileno generalmente se eleva varios grados por el jproceso de orientación, de modo que el filamento de polipropileno de preferencia tiene un punto de fusión principá.1 de por lo menos 168 °C, de mayor preferencia por lo menos 170°C. Los márgenes particularmente preferidos para los parámetros antes descritos pueden proporcionar ventajosamente
i un rendimiento mejorado en el articulo final. Emplear fibras que tienen un peso molecular promedio específico de por lo menos aproximadamente 200,000 acoplado con los márgenes preferidos para los parámetros antes descritos (coeficiente y tenacid d) pueden proporcionar un rendimiento ventajosamente mejorado en el artículo final. En el caso de fibras aramídicas, las fibras adecuadas formadas a partir de poliamidas aromáticas se describen en la Patente Norteamericana No. 3,671,542, la cual i se incorpora en la presente para referencia al grado en que no es inconsistente con la misma. Las fibras aramídicas preferidas tendrán una tenacidad de por lo menos aproximadamente 20 g/d, un coeficiente de tensión inicial de por lo menos aproximadamente 400 g/d y una energía de rompimiento de por lo aproximadamente 8 J/g, y particularmente fibras aramídicas preferidas tendrán una tenacidad de por lo menos aproximadamente 20 g/d y una energía de rompimiento de por lo menos aproximadamente 20 J/g. i Las fibras aramídicas más preferidas tendrán una tenacidad de por lo menos aproximadamente 20 g/d, un i coeficiente de por lo menos aproximadamente 900 g/d y una energía , de rompimiento de por lo menos aproximadamente 30 J/g. Por ejemplo, filamentos de poli(p-fenilent^reftalamida) que tienen coeficientes moderadamente
I elevados , y valores de tenacidad son particularmente útiles
para formar compuestos de resistencia balística. Ejemplos son Twaron®! T2000 de Teijin el cual tiene un denier de 1000. Otros ejemplos son Kevlar® 29 que tiene 500 g/d y 22 g/d como valores I de coeficiente de tensión inicial y tenacidad, respectivamente, así como Kevlar® 129 y KM2 los cuales se encuentran disponibles en 400, 640 y 840 deniers de du Pont. Fibras j aramídicas de otros fabricantes también pueden utilizarse en esta invención. Copolímeros de poli(p-fenilentereftalamida) también pueden utilizarse, tales como co-poli (p-fenilentereftalamida 3,4' oxidifenilentereftalamida) . También útiles en la práctica de esta invención se encuentran las fibras de poli (m-fenilenisoftalamida) producidas comercialmente por du Pont bajo el Inombre comercial Nomex®. Las fibras de alcohol polivinílico de alto peso molecular (PV-OH) que tienen coeficiente de tensión elevado se describen en la Patente Norteamericana No. 4,440,711 para Kwon et al . , la cual se incorpora en la presente para referencia al grado en que no es inconsistente con la misma. Las fibras de PV-OH de alto peso molecular deben tener un peso molecular promedio específico de por lo menos aproximadamente 200,000. Particularmente útiles las fibras de PV-OH cjleben tener un coeficiente de por lo menos aproximadamente 300 g/d, una tenacidad de preferencia por lo menos aproximadamente 10 g/d, de mayor preferencia por lo
menos ¡aproximadamente 14 g/d y de mayor preferencia aproximadamente 17 g/d, y una energía de rompimiento de por lo menop aproximadamente 8 J/g. La fibra de PV-OH que tiene propiedades pueden producirse, por ejemplo, por el proceso descrito en la Patente Norteamericana No. 4,599,267. En el caso de poliacrilonitrilo (PAN) , la fibra de PAN debe tener un peso molecular promedio específico de por lo menos aproximadamente 400,000. Particularmente útil la fibra de PAN debe tener una tenacidad de preferencia de por lo menos aproximadamente 10 g/d y una energía de rompimiento de por lo menos aproximadamente 8 J/g. La fibra de PAN que tiene un peso molecular de por lo menos aproximadamente 400,000, una tenacidad de por lo menos aproximadamente 15 a 20 g/d y una energía de rompimiento de por lo menos aproximadamente 8 J/g es más útil; y tales fibras se describen, por ejemplo, en la Patente Norteamericana No. 4, 535, 027. Las fibras de copoliéster de cristal líquido adecuadas para la práctica de esta invención se describen, por ejemplo, en las Patentes Norteamericanas Nos. 3,975,487; 4,118,372 y 4,161,470. Las fibras de polibenzazol adecuadas para la prácticá de esta invención se describen, por ejemplo, en las Patentes' Norteamericanas Nos. 5,286,833, 5,296,185, 5,356,58|4, 5,534,205 y 6,040,050. De preferencia, las fibras
de polibenzazol son fibras de marca Zylon® de Toyobo Co. Las fibras de bastón rígido se describen, por ejemplo; en las Patentes Norteamericanas Nos. 5,674,969, 5,939,5¿3, 5,945,537 y 6,040,478. Tales fibras se encuentran disponibles bajo la designación fibras M5® de Magellan Systems j International . En el caso de fibras de polietileno de cadena extendida, la preparación y el estirado de las fibras de polietileno hiladas por fusión en gel se describen en varias publicaciones , que incluyen las Patentes Norteamericanas Nos.
4,413,110; 4,430,383 4,436,689; 4,536,536 4, 545, 950; 4,551,236; 4,612,148; 4,617,233, 4,663,101, 5,032,338; 5,246,657; 5,286,435; 5,342,567; 5,578,374 5,736,244; 5,741,4^1; 5,958,582; 5,972,498; 6,448,359; 6,969,553 y la publicación de solicitud de Patente Norteamericana 2005/0093200, descripciones de las cuales se incorporan expresamente en la presente para referencia al grado que no son combatibles con la misma. Para los propósitos de la presente invención, una fibra es un cuerpo alargado del cual la dimensión de longitud es muchó mayor que las dimensiones transversales del ancho y espesor.! Por consiguiente, el término fibra incluye monofilamento, multifilamento , cordón, cinta, grapa y otras formas ele fibra recortada, cortada o discontinua y similares que tie'nen sección transversal regular o irregular. Las
fibras también pueden tener la forma de cordón, banda o película dividida o cinta. El término "fibra" incluye una pluralidad de cualquiera de lo anterior o una combinación de los misinos. Un hilo es una hebra continua comprendida de muchas fibras o filamentos. Las secciones transversales de las fibras útiles en la presante pueden variar ampliamente. Pueden ser circulares, planas á oblongas en sección transversal. También pueden ser de una sección transversal irregular o regular multilobal que tiene Uno o más lóbulos regulares o irregulares que se proyectan del eje lineal o longitudinal de las fibras. Se prefiere que las fibras sean de una sección transversal sustancialmente circular, plana u oblonga, de mayor preferencia circular. Las redes fibrosas de esta invención de preferencia comprenden por lo menos 50 por ciento en peso de las fibras de alta1 tenacidad, de mayor preferencia por lo menos aproximajdamente 75 por ciento en peso y de mayor preferencia sustancialmente todas las fibras en las redes fibrosas comprendan las fibras de alta tenacidad. Otros tipos de fibras pueden mezclarse con las fibras de alta tenacidad para proporcionar propiedades deseables. Un ejemplo de tales fibras son fibras de fluoropojLímero formadas, por ejemplo, a partir de politetrafluoroetileno (de preferencia politetrafluoroetileno
expandido) , policlorotrifuluoroetileno (ambos homopolímeros y copolímeros (incluyendo terpolímeros) ) , fluoruro de polivin^lo, fluoruro de polivinilideno, copolímeros de etilentétrafluoroetileno, copolímeros de etilencíorotrifluoroetileno, copolímeros de etilenpropileno fluorinádos , polímero perfluoroalcoxi , y similares, así como mezclas de dos o más de lo anterior. Ejemplos de lo anterior se describen, por ejemplo, en la solicitud de Patente
Norteamericana Número de Serie 11/481,872, presentada el 6 de julio de 2006, la descripción de la cual se incorpora expresamente en la presente para referencia al grado en que no es inconsistente con la misma. Las redes fibrosas pueden revestirse con una o más resinas ¡o composiciones de revestimiento como se desee para lograr propiedades deseables. Fibras o hilos individuales, o el cabo ¡formado, pueden revestirse con el material deseado.
Por ejemplo, un revestimiento de una mezcla de una resina de siliconaj funcional amino y un polietileno de peso molecular bajo neutralizado pueden utilizarse, tal como aquellas i descritas en la solicitud de Patente Norteamericana Número de i Serie llj/361,180 presentada el 24 de febrero de 2006, la descripción de la cual se incorpora expresamente en la presente 1 para referencia al grado en que no es inconsistente
I con la misma. De preferencia cada uno de los cabos u otras redes
fibrosaá tienen una resistencia al rompimiento mínimo de por lo menos aproximadamente 14,090 kilogramos (31,000 libras), y de mayor preferencia por lo menos aproximadamente 75,000 kilogramos (165,000 libras), como probada por ASTM D-4268. La pluralidad de redes fibrosas se utiliza en un sistema i protector que se designa para proteger estructuras de diferen es niveles de amenaza. Por ejemplo, el sistema 10 protector puede ser diseñado para proporcionar protección contra una fuerza de impacto de por lo menos aproximadamente 406,745 ? N-m (300,000 pies-libras), de mayor preferencia una fuerza de impacto de por lo menos aproximadamente 813,491 N-m (600,000 pie's-libras) . Sin enlazarse a ninguna teoría especifica, se cree que el ¡espaciado estrecho de las redes fibrosas formado a partir de las fibras de alta tenacidad permite que la estructura general al nivel de carga contra la fuerza de impacto. Los paneles 20 por si mismos no se designan para ser la es rúctura que repele la fuerza de impacto. De hecho, es la pluralidad de las redes fibrosas de alta tenacidad, de preferenjcia en forma de cabos, que se diseña para absorber la fuerza de impacto. Cuando una embarcación amenaza un buque 12, se impide por la pluralidad de redes fibrosas de alta tenacidad. El grupo de paneles con sus redes fibrosas de alta tenacida'd interconectadas se diseña para desplazarse hacia el buque id cuando es impactado por una embarcación o similar,
pero las redes fibrosas disipan la energía de impacto de la embarcación invasora, y la firme conexión del grupo de redes fibrosas a través de los paneles 20 a las estructuras rígidas (por ejemplo, anclas o muelles) , evita que el sistema se desplacé demasiado cerca del buque que está siendo protegido. Como tal, el bote invasor se detiene a una distancia segura del barico u otra estructura que está siendo protegida, de modo qu£ pueda reducirse un ataque terrorista. En una modalidad, existe por lo menos un cabo 26 u otra red fibrosa que se extiende sobre la línea de flotación 16 y por lo menos un cabo 26 u otra red fibrosa que se extiende bajo la línea de flotación 16. El sistema 10 puede proporcionarse con una o más compuertas para facilitar la entrada del buque 12 a un muelle o similar. Además, uno o más dispositivos de detección (no mostrados) pueden emplearse a lo largo de la longitud de la pluralidad de paneles 20 para poder detectar la intrusión por botes, transgresores , buzos u otros medios. Tales dispositivos de detección incluyen, sin limitación, fibras ópticas que pueden extenderse ya sea en paralelo a los cabos 26 o püedan ser un componente de los cabos. Además, puede emplearse una red de buzo (no mostrada) bajo el grupo de paneles 20 para proteger adicionalmente al buque 12 de ataques J En una modalidad ejemplar de la invención, los
paneles] 20 se forman a partir de plástico de polietileno de alta densidad con una forma generalmente rectangular y un interior hueco. Tales paneles tienen dimensiones de 2.4 metros j(8 pies) de alto, 0.9 metros (3 pies) de ancho y 0.3 metros 1 (1 pie) de espesor, y pesa aproximadamente 27.2 kilogramos (60 libras) . Las aberturas 36 en los lados de los paneles ¦ tienen forma circular teniendo un diámetro de aproximadamente 7.6 centímetros (3 pulgadas). Las aberturas 36 se [separan a una distancia de 25.4 centímetros (10 pulgadaá) , medida desde el centro de cada abertura. Un total de 8 aberturas se proporciona. Los cabos 26 que se extienden a través de las aberturas 36 se forman de fibra de polietileno de cadena extendida SPECTRA®. Los cabos son cabos trenzadas formados de hilo 900 de SPECTRA® de 4800 denier, con losi hilos torcidos juntos y trenzados en el diámetro deseado del cabo. Cada cabo 26 tiene un diámetro de 2.54 centímetros (1 pulgada) . Un total de 8 cabos se emplea y se separan [aproximadamente 25.4 centímetros (10 pulgadas) de separación en la dimensión vertical. Cada cabo tiene una resistencia al rompimiento mínima de 50,000 kilogramos (110, 000; libras) . Los paneles 20 y los cabos 26 interconectados se despliegán sobre un barco que será protegido. Aproximadamente 75% de la altura de los paneles se extiende sobre la línea de flotación. Los paneles se despliegan a una distancia de
aproximadamente 61 metros (200 pies) desde el barco que va a protegerse. Varios de los paneles se conectan por líneas de amarre a las anclas en el fondo del mar. El sistema 10 se diseña para soportar una fuerza de impacto de aproximadamente 813,491 N-m (600,000 pies-libras). Al utilizar una pluralidad de cabos o similares, varias Ventajas se logran con el sistema de esta invención. Estas ventajas incluyen un sistema de peso más ligero que puede ser movido de un lugar a otro si es necesario, un sistema j que es menos costoso de desplegar, un sistema que requieré menos mantenimiento que sistemas convencionales debido a la naturaleza inerte de las redes fibrosas sintéticas de alta tenacidad, y un sistema que es adaptable al nivel de amenaza al cambiar los diámetros de los cabos u otras redes fibrosas. Al utilizar cabos trenzadas formados de fibras de alta tenacidad, tales como fibras de polietileno de cadena extendida, estos cabos se pueden separar en el campo. La capacidad de separación asegura que los cabos puedan removerse y/o instalarse en el campo, permitiendo por i consiguiente al usuario ahorrar costos al reparar la barrera en el ¡sitio en lugar de remover toda la barrera para reparación. Puede observarse que la presente invención proporciona un sistema protector basado en redes fibrosas de fibras de alta tenacidad que se diseñan para proteger buques
y similares de amenazas terroristas desde una embarcación y similares. Las redes fibrosas de alta tenacidad se diseñan para sdportar la fuerza de impacto de un buque invasor o similar ¿ El sistema es relativamente poco complicado, es fácil dé fabricar y es fácil de desplegar. i De este modo, habiendo descrito la invención en detalle más bien completo, se entenderá que tal detalle no necesitá añadirse estrictamente sino que cambios adicionales y modificaciones pueden sugerirse así mismas para alguien con experiencia en la técnica, todo cayendo dentro del alcance de la invención como se define por las reivindicaciones subadjuntas .