MX2012008127A - Lecho de detencion de vehiculo. - Google Patents

Abstract

Esta invención se relaciona con lechos de detención para desacelerar vehículos, especialmente aeronaves de pasajeros incapaces de detenerse en pistas disponibles, donde el sistema comprende un área de detención de vehículo (A) que comprende un lecho lleno con agregado de vidrio espumado (1) con tamaños de partícula que van de 0.25 cm a 15 cm y fracciones huecas nominales de aproximadamente 70 a 98%, y una cubierta superior (4) que cubre la superficie superior del lecho de agregado de vidrio espumado.

Description

LECHO DE DETENCIÓN DE VEHÍCULO CAMPO DE IA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con lechos de detención para desacelerar vehículos, como por ejemplo aeronaves incapaces de detenerse en una pista disponible.

ANTECEDENTES Un problema de seguridad en la aviación es que las aeronaves durante el aterrizaje ocasionalmente superan la pista disponible y finalizan en el terreno detrás de la pista. Existen varios ejemplos de esos accidentes con resultados catastróficos tanto en términos de daño material como en la pérdida de vidas/salud seriamente dañada de las personas involucradas.

Está identificada una gama de posibles causas de esos accidentes, como el descubrimiento tardío de fallas mecánicas de la aeronave que hacen necesario abortar el aterrizaje, fallas en los frenos de la aeronave, incidentes ambientales inesperados, errores del piloto, etc. La amplia variedad de causas detrás de este hecho hace improbable que sea posible introducir medidas para evitar totalmente esas situaciones en la aviación.

De este modo, para aliviar y evitar las severas consecuencias de situaciones de superación de la pista, es necesario proporcionar pistas con medios para capturar y/o desacelerar aeroplanos que superen la pista en una forma segura. Para campos aéreos con mucho espacio disponible detrás de la pista, una respuesta obvia es simplemente prolongar la pista para permitir un amplio espacio para que las aeronaves se detengan mediante el uso de frenos o potencia del motor en reversa.

Sin embargo, muchos campos aéreos no tienen disponible espacio para hacer una prolongación suficiente de la pista, y también existen incidentes donde una superación de la pista es causada por mal funcionamiento del sistema de frenado de las aeronaves. Por lo tanto es ventajoso proporcionar campos aéreos con uno o más medios para ejercer una fuerza de desaceleración externa sobre las aeronaves que superen el fin de la pista, y que sean capaces de forzar a la aeronave a detenerse a una velocidad de desaceleración la cual sea tolerable para la construcción mecánica de la aeronave, especialmente el tren de aterrizaje, y las personas a bordo del aeroplano.

ESTADO DE LA TÉCNICA La solución conocida para detener aeronaves (u otros vehículos de ruedas) es proporcionar una zona de detención. Una zona de detención es una zona hecha de un lecho poco profundo de un material relativamente suave en al parte superior de un material duro capaz de soportar las ruedas del vehículo. Cuando un vehículo entre a la zona de detención, sus ruedas se sumergirán un tanto en el material suave y de este modo obtendrán un incremento significativo en la carga de arrastre. La masa suave de la zona de detención absorbe de este modo la energía cinética del vehículo y retiene éste de manera segura. Las zonas de detención son atractivas para usarse en campos aéreos debido a que son de naturaleza pasivo y no tienen partes móviles de modo que siempre están listas para su uso.

Un ejemplo de zonas de detención es descrito en la US 3 066 896, donde el supresor consiste de un estante poco profundo lleno de líquido con una longitud de aproximadamente 300 m colocado al final de la pista, y el cual es cubierto por una cubierta superior fuerte pero flexible. El estanque lleno de líquido con la cubierta superior formará una zona suave o blanda al final de la pista la cual será oprimida por las ruedas de una aeronave que sea conducida sobre la cubierta superior. Debido a la necesidad de empujar lejos el líquido subyacente cuando las ruegas giren sobre la cubierta superior, la zona oprimida crea un incremento medible en la resistencia al giro de las ruedas si esto funciona como una zona de detención que induce una fuerza desacelerante sobre la aeronave.

La US 3 967 704 describe el uso de un material triturable como lecho de detención adyacente a una pista de vehículo. Un vehículo que conduzca fuera de su carril entrará a una zona con una capa de este material triturable; las ruedas del vehículo penetrarán hacia el material triturable y de este modo inducirán una resistencia al giro significativa la cual desacelera el vehículo. El material triturable es espuma curada con una resistencia a la compresión que va de aproximadamente 100 a 350 kPa (15 a 50 psi) , la cual está calculada para proporcionar un retardo de una aeronave del orden de 0.7 -0.9 g. Las resinas de urea/formaldehído son mencionadas como espumas curables adecuadas.

La US 5 193 764 describe un lecho de detención hecho de tableros de espuma rígida, friable, resistente al fuego conectados para formar un panel. Los tableros de espuma deberán ser hechos preferiblemente de espuma fenólica, que tiene un espesor en el intervalo de 2.5 a 15.2 cm y una resistencia a la compresión en el intervalo de 137 a 552 kPa (20 a 80 psi) .

La Administración de Aviación Federal de los Estados Unidos ha investigado el uso de diferentes materiales para fabricar zonas de detención para aeronaves.

En estudios efectuados por Robert Cook et al., "Soft Ground Aircraft Arrestor Systems: Final Report", Washington DC, Federal Aviation Administration, 1987, FAA/P -87-27 , y "Evaluation of 'a Foam Arrestor Bed por Aircraft Safety Overrun Areas", Dayton: University of Dayton Research Institute, 1988, UDR-TR-88-07 , se discute la necesidad de tener materiales suaves o blandos con comportamiento mecánico confiable consistente con condiciones climáticas cambiantes. El comportamiento mecánico del material suave como al arcilla o arena depende del contenido de humedad, es decir que la arcilla seca es dura y proporciona poco efecto de arrastre, mientras que la arcilla húmeda es blanda de modo que las ruedas pueden sumergirse bajo y obtener un arrastre que colapse el tren de aterrizaje. Se ha encontrado que los estanques de agua poco profundos funcionan satisfactoriamente como lechos de detención para aeronaves a velocidades de 90 km/h (50 knudos) o menos, pero atraerán aves y también tendrán problemas con el congelamiento en climas fríos. Otro posible problema con lechos de retención es que las ruedas de las aeronaves pueden crear una ráfaga de material particulado que puede ser ingerido por los motores de la aeronave cuando la aeronave pase a alta velocidad sobre el lecho de detención. Los reportes de Cook et al., también investigaron la idoneidad de varios materiales de detención de espuma, y encontraron en este aspecto, que las espumas cementosas tienen ventajas sobre las espumas de polímero.

Investigaciones adicionales efectuadas por White y Agrawal, "Soft Ground Arresting Systems for Airports: Final Report", Washington DC, Federal Aviation Administration, 1993, CT-93-80, encontraron que material estructurable como la espuma fenólica y cemento celular tienen ventajas al proporcionar una carga de arrastre predecible impartida sobre el tren de aterrizaje y propiedades mecánicas constantes sobre un amplio intervalo de temperatura. El cemento celular se convirtió en un material de elección debido a su rebote cercano a cero después de la trituración y composición químicamente inerte .

La US 6 726 400 describe un lecho de detención de concreto celular tiene una longitud, ancho y espesor incluyendo la primera y segunda hileras laterales de bloques de concreto celular compresible, teniendo cada bloque una característica de resistencia al gradiente de compresión (CGS) que representa un gradiente seleccionado de resistencia a la compresión con profundidad, sobre una prefundid de penetración de al menos 10 a 60% del espesor del bloque, con la característica de resistencia al gradiente de compresión seleccionada para proporcionar desaceleración gradual de un vehículo que entre al lecho. Se describe que los bloques de concreto tienen una densidad en seco en el intervalo de 192 a 352 kg/m3. La primera hilera de bloques deberá tener una CGS característica 60/80 nominalmente igual a 482.6 MPa (70 psi) , y la segunda hilera de bloques deberá tener una CGS característica 80/100 nominalmente igual a 620.5 MPa (90 psi), cuando se promedie sobre la profundidad de penetración de los bloques respectivos .

Un estudio efectuado por Stehly, "Report of Concrete Testing, Project: Engineered Material Arresting Systems Minneapolis/St . Paul Airport", American Engineering Testing Inc, 2007, 05-03306, encontró que el desempeño de un supresor a base de concreto se había degradado después de su instalación en 1999.

OBJETIVO DE LA INVENCION El objetivo principal de la invención es proporcionar un sistema de detención capaz de desacelerar vehículos de manera segura.

Un objetivo más de la invención es proporcionar un sistema de detención con desempeño multiaeronaves superior .

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención se basa en la idea de que el agregado de espuma roto hecho de vidrio puede ser usado para formar lechos de detención de baja inversión y bajo costo de mantenimiento para detener vehículos, y en el descubrimiento de que los agregados de vidrio espumado exhiben un incremento exponencial de la absorción de energía por el incremento de la relación de compresión. El último descubrimiento proporciona la ventaja de que la relación de compresión del material en un lecho de detención es función de la profundidad de penetración de las ruedas del vehículo que esté siendo detenido, de modo que el incremento exponencial en la absorción de energía con el incremento de la profundidad de penetración de las ruedas hacen el agregado de vidrio espumado muy adecuado para usarse en lechos de detención multipropósito que se pretende se usen en vehículos de variaciones enormes en el peso.

El término "vidrio" como se usa aquí significa un sólido amorfo usualmente llamado vidrio de sosa y cal, pero también puede incluir otros tipos de vidrio como el vidrio de borosilicato . El vidrio de soda y cal es fabricado típicamente fundiendo las materias primas incluyendo uno o más del carbonato de sodio (sosa) , cal, dolomita, dióxido de silicio, óxido de aluminio, y pequeñas cantidades de aditivos. Los vidrios de borosilicato son hechos fundiendo óxido de boro, dióxido de silicio, y pequeñas cantidades de aditivos. El término "agregado de vidrio espumado" como se usa aquí significa un vidrio que es fundido, aireado, solidificado, y entonces triturado hasta partículas con tamaños que fluctúan de 0.25 cm hasta 15 cm (~ 0.1 a 5.9 pulgadas). El vidrio aireado puede tener fracciones huecas nominales de aproximadamente 70 a 98%.

De este modo, en un primer aspecto, la presente invención se relaciona con un sistema de detención de vehículo, donde el sistema comprende: - un área de detención de vehículo que comprende un lecho lleno con agregado de vidrio espumado con tamaños de partícula que fluctúan de 0.25 cm a 15 cm y fracciones huecas nominales de aproximadamente 70 a 98%, y - una cubierta superior que cubre la superficie superior del lecho de agregado de vidrio espumado.

En un segundo aspecto, la presente invención se relaciona con un método para detener vehículos, donde el método comprende - hacer un lecho en la tierra donde los vehículos vayan a ser detenidos, - llenar un lecho con agregado de vidrio espumado con tamaños de partícula que fluctúan de 0.25 cm hasta 15 cm y fracciones huecas nominales de aproximadamente 70 a 98%, y cubrir la superficie superior del lecho con una cubierta superior.

En un tercer aspecto, la presente invención se relaciona con el uso de agregado de vidrio espumado en sistemas de detención de vehículos.

En un cuarto aspecto, la presente invención se relaciona con el uso de agregado de vidrio espumado con tamaños de partícula que fluctúan de 0.25 cm hasta 15 cm y fracciones huecas nominales de aproximadamente 70 hasta 98% en sistema de detención de vehículos.

El término "vehículo" como se usa aquí significa cualquier estructura mecánica automotriz que se mueva sobre la tierra mediante el uso de ruedas y/o bandas. El término también incluye aeronaves que se muevan sobre el suelo/aeropuertos. También puede incluir vehículos no automotrices como bicicletas.

El término "cubierta superior" como se usa aquí significa cualquier cubierta de masa agregada que evita que la masa agregada sea contaminada o llenada con partículas portadas por el aire, objeto de crecimiento de plantas, u otros impactos ambientales que interfieran con el funcionamiento de la masa de agregado de vidrio espumado. La cubierta superior deberá tener suficiente fuerza mecánica para mantener la parte del volumen de la masa agregada limpia, pero no tan fuerte que evite que las ruedas de un vehículo no penetren a través de la cubierta y entren a la masa de agregado. Los ejemplos de cubierta superiores adecuadas son columnas poliméricas, películas plásticas, césped artificial, etc. Sin embargo, cualquier cubierta capaz de proteger la masa agregada pero incapaz de soportar las ruedas del vehículo puede ser empleada. La cubierta superior puede, de manera ventajosa, dar una función decorativa aplicando materiales con una apariencia estética o que parezcan estar en armonía con el ambiente. Un césped artificial que imite la apariencia del pasto puede ser un ejemplo de una cubierta superior estética.

El término "fracción hueca nominal" como se usa aquí incluyen fracciones huecas que surgen de los poros microestructurales del vidrio espumado y los huecos entre las piezas agregadas, la fracción hueca nominal total debe ser comprendida de este modo como el efecto neto de esas dos fracciones tomadas juntas. La fracción hueca nominal corresponde de este modo a la densidad total del agregado de vidrio espumado. En el caso de emplear, por ejemplo, vidrio de silicato, el cual tiene una densidad en la fracción hueca nominal de cero de aproximadamente 2500 kg/m3, una fracción hueca nominal de 98% significará de este modo que 1 m3 de agregado de vidrio espumado pesará aproximadamente 50 kg, mientras que una fracción hueca nominal de 70% corresponde a un peso de aproximadamente 750 kg por m3.

El término "lecho" como se usa aquí debe ser comprendido como un término genérico que cubre cualquier forma de depresión/cavidad formada en la tierra. La depresión/cavidad puede ser formada simplemente removiendo masa/movimientos de tierra y llenando entonces la depresión/cavidad con agregado de vidrio espumado para formar un lecho de agregado en la superficie plana superior la cual es alineada con la superficie plana del terreno circundante. De manera alternativa, el lecho de agregado de vidrio espumado puede ser mantenido en su lugar mediante el uso de bermas u otra forma de estructura mecánica, es decir, paredes alrededor del perímetro del lecho en casos donde sea necesaria una elasticidad mecánica más fuerte. El lecho también puede ser colocado sobre el suelo, ya sea sin formar una depresión/cavidad o, de manera alternativa, formando una depresión/cavidad estrecha, de modo que el lecho de agregado de vidrio espumado se proyecte una distancia por encima del nivel de la superficie del suelo. En casos donde la masa de agregado necesite ser contenida mediante el uso de bermas u otra forma de estructura mecánica a lo largo del perímetro del lecho. Si las bermas/estructura mecánica se proyectan una distancia por encima del nivel del suelo, la última modalidad puede necesitar medios para hacer que el vehículo entre al lecho agregado en una forma uniforme como por ejemplo, una rampa, etc., que conduzca hacia el lecho. El fondo del lecho puede ser proporcionado por, por ejemplo, el piso en la depresión/cavidad para reforzar mecánicamente el fondo del lecho cuando sea necesario.

Las dimensiones y ubicación del lecho de detención dependen del uso pretendido, es decir, la masa del vehículo, su velocidad y la presión de compresión de las ruedas del vehículo sobre el material agregado de vidrio espumado. El material agregado induce una fuerza de arrastre sobre las ruedas del vehículo siendo incapaz de resistir la fuerza compresiva inducida por las ruedas de modo que se sumerjan una distancia en el material agregado y de este modo formen por compresión un carril o una ranura/ruta en la masa agregada cuando pasen sobre el supresor. De este modo, la funcionalidad del supresor está ligada a la resistencia a la compresión del agregado de vidrio espumado, la cual es función de la fracción hueca nominal del vidrio espumado, la longitud de la zona de detención y la profundidad del lecho lleno con agregados de vidrio espumado.

En principio, la invención puede funcionar con vidrio espumado con cualquier fracción hueca nominal conocida, pero en la práctica existirá un límite decidido por la presión del suelo inducida por las ruedas del vehículo que vaya a ser detenido. Las ruedas deberán ser capaces de sumergirse una distancia en la masa agregada para recibir una fuerza de arrastre efectiva. Y viceversa, las ruedas no deberán penetrar demasiado profundo puesto que esto dará como resultado una fuerza de arrastre y velocidades de desaceleración demasiado altas, lo cual puede ser peligroso para el vehículo o personas abordo. De este modo se cree que en la práctica, la fracción hueca nominal del vidrio espumado que sea empleado en el agregado puede variar de una aireación relativamente baja con una fracción hueca nominal del 70% para vidrios altamente aireados con una fracción hueca nominal del 98%. Cualquier fracción hueca nominal entre esos dos valores puede ser empleada, y también puede ser empleada cualquier mezcla de agregados de vidrio espumado con diferentes fracciones huecas nominales dentro de esos limites. También puede ser contemplado emplear vidrio espumado con fracciones huecas nominales fuera de este intervalo.

Investigaciones del agregado de vidrio espumado para usarse en sistema de detención que se pretende detengan aeronaves efectuadas por Matthew Barsotti et al. [1] Encontraron que el agregado de vidrio espumado con una densidad de 154 kg/m3, correspondiente a una fracción hueca nominal de 93.8% y con una graduación, es decir, tamaños de partícula del agregado en el intervalo de 0.4 - 6.3 cm (0.2 - 2.4 pulgadas), y con un tamaño de partícula promedio del agregado de 4.8 cm (1.9 pulgadas) es muy adecuado para usarse en sistemas de detención de aeronaves multipropósito . La distribución de tamaño de partícula del agregado es de 0.88% en peso de partículas con tamaño de 4 a 8 mm, 0.29% en peso con tamaños de 8 a 12.5 mm, 1.03% en peso con tamaños de 12.5 a 14 mm, 1.91% en peso con tamaños de 14 a 16 mm, 4.21% en peso con tamaños de 16 a 20 mm, 33.45% en peso con tamaños de 20 a 31.5 mm, 35.30% en peso con tamaños de 31.5 a 40 mm, y 15.13% en peso con tamaños de 40 a 50 mm, 5.74% en peso con tamaños de 50 a 63 mm, y 0.31% en peso con tamaños superiores a 63 mm. Esas pruebas fueron efectuadas con el propósito de definir un supresor de aeronaves multipropósito óptimo capaz de detener aeronaves que van del Bombardier CRJ-100/200 con asientos para 50 pasajeros hasta el Boeing B747-400 con asientos para 500 pasajeros.

Una graduación de por ejemplo 0.4 - 6.3 cm como se usa aquí se relaciona con el tamaño de malla, es decir, las rejillas usadas para clasificar las partículas, de modo que la graduación de .0.4 - 6.3 cm significa partículas de vidrio espumado con tamaños suficientemente grandes para no pasar a través de una rejilla con un tamaño de malla de 0.4 cm pero suficientemente pequeños para pasar a través de una rejilla con tamaño de malla de 6.3 cm.

Las pruebas efectuadas por Barsotti et al. también muestran que el agregado de vidrio espumado tiene la propiedad ventajosa de que la absorción de la energía mecánica del material arrugado de vidrio espumado se incrementa exponencialmente con el esfuerzo de compresión. Este descubrimiento fue inesperado debido a que cada pieza de vidrio espumado del agregado está compuesta de vidrio curable, y se esperaba que exhibiera mecánicamente propiedades similares al material triturable convencional empleado en los supresores de vehículo actuales del tipo de bloque de espuma como se describe en la US 6 726 400 anterior. Sin ser limitados por la teoría, se cree que el agregado de vidrio espumado también exhibirá propiedades mecánicas continuas puesto que las piezas de ajuste del agregado fluirán más o menos libremente cuando sean expuestas a fuerzas cortantes. El proceso de compresión para la espuma agregada consiste de comprimir los huecos microestructurales de la espuma así como los huecos intersticiales entre piezas de agregado. Esta compresión de doble modo puede ser la razón por la que se encuentre que el agregado de vidrio espumado tiene un incremento exponencial en la absorción de la energía mecánica con el incremento del esfuerzo de compresión. Este comportamiento es observado en la Figura 1, la cual muestra gráficamente la historia de carga de pruebas de compresión efectuadas en dos grados del agregado de vidrio espumado.

Las pruebas fueron efectuadas llenando un cilindro con un diámetro interno de 31.433 cm (12.375 pulgadas) con agregado de vidrio espumado de una graduación, y presionando una placa con un diámetro de 30.48 cm (12.00 pulgadas) en el cilindro a la velocidad fija de 7.62 cm/min (3 pulgadas/min) . La placa tiene un diámetro el cual es al menos seis veces al tamaño característico de las partículas agregadas para asegurar el comportamiento continuo del material. El material fue colocado holgadamente en el cilindro sin empaquetar.

Como se muestra en la gráfica de la Figura 1, se observa que el esfuerzo necesario para comprimir el material, y de este modo la energía absorbida por el material, se incrementa exponencialmente con un incremento lineal en el grado de compresión del material. Además, se encontró en las pruebas que los datos de carga para pruebas repetidas fueron notablemente consistentes, a pesar de la naturaleza aleatoria de las piezas agregadas para cada prueba. Sin embargo, también se encontró que el tamaño de la graduación del agregado tenía un efecto sustancial sobre la absorción de carga y energía. De este modo es necesario elegir la graduación del agregado de vidrio espumado cuidadosamente para usarse en lechos de detención. Otra observación importante de esas pruebas es que el material agregado de vidrio espumado funcionará como un material compresible de profundidad variable donde penetraciones de rueda más profundas conducirían a un incremento en la carga vertical, no únicamente debido a que entre en contacto un área de superficie más grande con el material agregado, si no también debido a que el material se endurece continuamente a medida que se incrementa la compresión. De este modo es apropiado que se produzca un agregado de vidrio espumado adecuado para sistemas de tensión multipropósito capaces de manejar aeronaves de tamaños muy diferentes, desde aeronaves pequeñas con pesos de aterrizaje máximos de aproximadamente 24 toneladas métricas de una aeronave de chorro de 50 pasajeros como el Bombarider CRJ - 100 hasta aproximadamente 590 toneladas métricas de una aeronave de 500 pasajeros como el Airbus A380.

Otro uso del sistema de detención de agregado de vidrio espumado es como zonas de seguridad para coches y/o autobuses de pasajeros/camiones que se desplazan sobre carreteras públicas. El sistema de detención puede ser colocado adyacente a la carretera en curvas cerradas, en colinas inclinadas, etc., para detener vehículos que pierdan su agarre a la carretera y se desplacen de manera incontrolable fuera de la carretera. Sus similares también pueden ser para detener bicicletas que hayan perdido el control cuando se desplacen en carriles para bicicletas. Una zona de detención adyacente con efecto de detención modesto puede proporcionar la ayuda de frenado necesaria para que el ciclista recupere el control. Un uso más del sistema de detención es una restricción física para evitar ataques con ruedas. Cualquier área o edificio que necesite protección contra ataques llevados a cabo en vehículos pueden ser protegidas formando zonas de detención alrededor de ellos lo cual asegura que cualquier vehículo que trate de atacar el área/orificio será detenido. Este uso del sistema de detención puede ser ventajoso, por ejemplo en bases de las naciones unidas en países donde exista el riesgo de ser atacados por camiones/coches cargados con explosivos y un conductor suicida. El sistema de detención también puede ser usado en instalaciones militares donde exista la necesidad de evitar físicamente que entren vehículos al área. Para esos usos, se contempló emplear agregados de vidrio espumado con fracciones huecas nominales altas y de este modo bajas resistencias a la compresión para asegurar que los vehículos que entren al área de detención se atasquen firmemente.

Como se mencionó, la funcionalidad de la invención depende de la fracción hueca nominal del vidrio espumado y la graduación de las partículas. Es decir, que el efecto de la invención se obtiene cuando la resistencia a la trituración del agregado de vidrio espumado se afina a la presión en el suelo de las ruedas del vehículo que esté siendo detenido. Han sido efectuadas pruebas sobre partículas de vidrio espumado con una graduación de 0.4 a 6.3 cm, tamaño de partícula medio de 4.8 cm, y fracción hueca nominal de 86%, y los cálculos basados en esas pruebas muestran que este agregado es adecuado para usarse para la detención multipropósito de aeronaves cuando las dimensiones del lecho de detención sean de una longitud de 200 m y una profundidad de 90 cm. Para otras aplicaciones, puede ser necesario emplear otra graduación y/o fracciones huecas nominales para tomar en cuenta las diferentes restricciones relacionadas con las dimensiones permitidas y/u otros vehículos que vayan a ser detenidos. Esas graduaciones y/o fracciones huecas nominales serán encontradas por el experto en la técnica efectuando investigaciones de ensayo y error comunes.

La amplia gama de posibles usos del sistema de detención requiere el uso de agregados de vidrio espumado con una amplia gama de fracciones huecas nominales y graduaciones. La presente invención deberá ser comprendida como una explotación general de material de detención novedoso. Es la explotación del descubrimiento del incremento exponencial de la absorción de energía con tasas de compresión combinada con el impacto ambiental muy bajo y el bajo costo del vidrio la que forma la esencia de esta invención. De este modo, la invención abarca cualquier uso posible de este material como supresor para detener vehículos. En la práctica, las fracciones huecas nominales serían en algún lugar del 70 al 98%, y la gradación sería de 0.25 cm a 15 cm. Cualquier fracción hueca nominal y graduación dentro de esos límites puede ser empleada. Es decir, que el agregado de vidrio espumado puede tiene una graduación con tamaños de partícula de cualquier intervalo que comience con uno de 0.25, 0.30, 0.40, 0.50, 0.60, 0.70, 0.80, 0.90, 1.00, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 y 5.0 cm y que finalice con uno de 5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 8.5, 9.0, 9.5, 10, 11, 12, 13, 14 y 15 cm. Los intervalos preferidos son las graduaciones de 0.25 a 10 cm; de 0.5 a 8 cm; de 0.7 a 7 cm; y de 1 a 6 cm.

El agregado de vidrio espumado también puede emplear partículas de vidrio espumado con diferencia en las fracciones huecas nominales. Es decir, además de tener tasas agregadas con una fracción hueca nominal de las partículas de vidrio espumado, también se contempló emplear alternativamente masas de agregado con mezclas de fracciones huecas nominales en intervalos que comiencen con uno de 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93 y 94 % y que finalicen con uno de 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94 y 95%. Los intervalos preferidos son las fracciones huecas nominales de 80 a 98%; de 70 a 95%; y de 90 a 94%.

Las partículas de vidrio espumado tienen una microestructura de células cerrada lo cual imita la absorción de agua, de modo que el agua puede penetrar únicamente a los poros abiertos más externos de las partículas. El agregado de vidrio espumado ha sido usado en aplicaciones de ingeniería civil como construcción de llenado ligero, aislamiento y protección contra congelación de cimientos y carrazas de carretera. Esas aplicaciones muestran que las propiedades mecánicas del agregado de vidrio espumado son estables con variaciones cíclicas de temperatura y humedad. Sin embargo, el agua que sumerge permanentemente las partículas de vidrio espumado puede ser un problema en climas con ciclos de congelación y descongelación, puesto que los poros llenos con agua más externos abiertos pueden encontrar erosión por congelación. Esto puede conducir a una disminución del material de graduación agregado con el tiempo. Las pruebas efectuadas sobre el material han encintrado que después de 50 ciclos de congelación - descongelación y una inmersión completa en agua, el material tubo una disminución del 47% en la capacidad de absorción de energía.

Por lo tanto puede ser ventajoso equipar el lecho de agregado con medios de drenaje para evitar el estancamiento de agua en la masa de agregado. Los medios de drenaje pueden ser cualquiera actualmente conocido como un diseño de ingeniería civil futuro capaz de drenar un lecho. De manera alternativa, la masa de agregado de vidrio espumado es en lecho de detención puede ser hecha a prueba de agua siendo envuelta por materiales geoplásticos y/o geotextiles para formar un sello contra la penetración de agua. Esta técnica es bien conocida por los expertos en la técnica de tiraderos.

Las dimensiones del estanque de tensión no son características críticas de esta invención, y serán diseñadas sobre la base del supresor en si dependiendo del tipo de aeronave u otro vehículo al que se pretenda dar servicio. Cualquier tamaño y diseño concebible del estanque de detención caerán dentro del alcance de la invención. En la práctica, las dimensiones del estanque de detención tendrán profundidades que fluctúen de aproximadamente 10 cm hasta aproximadamente 200 cm, y longitudes de 1 m hasta 400 m. El diseño del estanque puede ser de cualquier forma geométrica adecuada para las aplicaciones actuales. Los ejemplos de configuraciones posibles de diseño del estanque incluyen, pero no se limitan a triangular, rectangular, circular, elíptica, poligonal, trapezoidal, o cualquier combinación de esas.

El lecho de detención puede ser equipado, de manera ventajosa, con zonas de transición en las partes periféricas adyacentes al terreno/suelo circundante. La funcionalidad de las zonas de transición es proporcionar una incremento gradual en la carga de arrastre sobre el vehículo que sea detenido cuando entre al supresor, teniendo un incremento gradual de la profundidad del lecho cuando se desplace desde le borde hacia la parte interna. La zona de transición puede ser formada teniendo un incremento gradual en el lecho, o teniendo paredes inclinadas del lecho.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La Figura 1 es un facsímil de la Figura 11-8 de [1], que muestra los esfuerzos de compresión y absorción de energía medidos para el agregado de vidrio espumado con una graduación de 0.4 - 6.3 cm, tamaño de partícula medio de 4.8 cm y 93.8% de fracción hueca nominal.

La Figura 2 es un dibujo esquemático de una modalidad ejemplar de la invención vista desde un lado.

La Figura 3 es un dibujo esquemático de otra modalidad ejemplar de la invención observada desde un lado.

Las Figuras 4A a 4C es un facsímil de la Figura 11-22 de [1], que muestra la velocidad (Figura 4?) , desaceleración (Figura 4B) y fuerzas del tren de aterrizaje de la punta de la nariz (Figura 4C) .

La Figura 5 es un diagrama de barras que muestra la distribución de tamaño de partícula de un agregado de vidrio espumado de acuerdo con una modalidad ejemplar de la invención .

La Figura 6 muestra una representación gráfica de las pruebas de compresión sobre agregados de tres fracciones huecas nominales, cada uno con una distribución de tamaño de partícula como se muestra en las Figuras 4A a 4C.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCION La invención será descrita con mayor detalle a manera de dos modalidades ejemplares que se pretende sean usadas como sistemas de detención de aeronaves. Esas modalidades no deberán ser consideradas como una limitación de la idea inventiva general del empleo de agregados de vidrio espumado para retener vehículos de cualquier tipo.

Primera modalidad ejemplar Una primera modalidad ejemplar del sistema de detención de vehículo se forma en el suelo, y se muestra esquemáticamente desde un lado de la Figura 2. La sección transversal vertical longitudinal del lecho queda en forma de un trapezoide de altura B y longitud A que se coloca en el suelo 2, de modo que la superficie superior 4 de la zona de detención se alinee con el y al mismo nivel del plano formado por el terreno circundante 2. Mediante el uso de un diseño con una sección transversal trapezoidal vertical del lecho, se obtiene que ambos extremos del lecho estén provistos con zonas de transmisión lisas 3. El ángulo a de inclinación puede estar típicamente en el intervalo de 20 a 30°. El fondo 2 del lecho puede ser provisto con medios de drenaje (no mostrados) para evitar el estancamiento de aguas en el lecho.

El lecho es llenado con agregado de vidrio espumado 1. La profundidad máxima del agregado de vidrio espumado en esta modalidad es la altura B del trapezoide, y la longitud de la zona de detención y la longitud A del lado superior del trapezoide. La superficie superior del lecho agregado es cubierta con una capa de cubierta 4 de césped artificial 4. Una rueda 5 de una aeronave que entre al sistema de detención se muestra esquemáticamente. La rueda se desplaza en la dirección mostrada por la flecha, y penetrará a través de la cubierta superior 4 y se sumergirá gradualmente en el vidrio espumado a medida que pase sobre la zona de transición lisa 2 y entre a la parte del volumen del lecho.

El agregado de vidrio espumado tiene una fracción hueca nominal del 93.8% y las partículas de agregado 1 tienen una agregación de 0.4-6.3 cm y tamaño de partícula medio de 4.8 cm. La distribución de tamaño de partícula del agregado 1 es de 0.88% en peso de las partículas con tamaños de 4 a 8 mm, 0.29% en peso con tamaños de 8 a 12.5 mm, 1.03% en peso con tamaños de 12.5 a 14 mm, 1.91% en peso con tamaños de 14 a 16 mm, 4.21% en peso con tamaños de 16 a 20 mm, 33.45% en peso con tamaños de 20 a 31.5 mm, 35.30% en peso con tamaños de 31.5 a 40 mm, 15.13% en peso con tamaños de aproximadamente 40 a 50 mm, 5.74% en peso con tamaños de 50 a 63 mm, y 0.31% en peso con tamaños superiores a 63 mm. La distribución de tamaño es mostrada gráficamente en las Figuras 4A a 4C. La profundidad B del lecho es de 91 cm, y la longitud A de la zona de detención es de 200 m. La sección transversal horizontal del lecho (no mostrada) es rectangular o triangular. En el caso de una sección transversal rectangular, el ancho del lecho es constante y deberá ser al menos tan ancho como la pista donde sea colocado el supresor, pero puede, de manera ventajosa, ser más ancho para permitir alguna desviación de curso de la aeronave cuando entre al lecho de detención. La capacidad para capturar aeronaves con desviaciones de curso cuando entren al lecho de detención puede mejorar la formación del lecho de detención con una sección transversal horizontal triangular.

El inventor ha efectuado mediciones de la resistencia a la trituración del agregado 1, presionando un pistón circular con un diámetro de 29.99 cm en un barril lleno con agregado y que tiene un diámetro interno de 30.00 cm. Los experimentos han sido efectuados para la misma graduación que el agregado 1, pero con tres fracciones huecas nominales diferentes. Los resultados se dan en la Tabla 1 y se muestran gráficamente en la Figura 5. Los tres agregados tuvieron la agregación dada anteriormente, la cual se muestra en las Figuras 4A a 4C.

Los cálculos efectuados por [1] han predicho que la modalidad ejemplar de la invención podrán detener aeronaves que entren con una velocidad de 130 km/h (70 knudos) para detenerse completamente en 110 m (360 pies) cuando la aeronave sea un Bombardier CRJ-200, 95 m (310 pies) en el caso del Boeing 737-800, y 180 m (590 pies) en el caso de un Boeing 747-400. Un facsímil de la Figura 11-22 [1] muestra la velocidad, desaceleración y fuerzas del tren de aterrizaje de la punta de la nariz calculadas inducidas por el agregado de vidrio espumado sobre un Boeing 737-800 que entre a la modalidad ejemplar con una velocidad de 130 km/h.

Los cálculos proporcionados [1] para el Bombardier CRJ-200 y el Boeing 747-400 muestran resultados similares y verifican que el agregado de vidrio espumado de la modalidad ejemplar proporcionará un sistema de detención de aeroplano multipropósito donde los aeroplanos son detenidos en una forma segura con velocidades de desaceleración de 0.7 - 1.0 g y longitudes de detención en el intervalo de 90 a 200 m.

Segunda Modalidad Ejemplar La segunda modalidad ejemplar se hizo con la misma solución principal que la primera modalidad ejemplar, en la que el extrusor está hecho del mismo agregado de vidrio espumado con una fracción nominal similar y una distribución de tamaño de partícula como se dio para la primera modalidad ejemplar, y dio aproximadamente la misma longitud A y profundidad B del lecho. La modalidad ejemplar se muestra desde un lado en la Figura 3. Por favor nótese que la longitud del lecho está truncada en la Figura.

La diferencia principal es que el lecho 1 de agregado de vidrio espumado en la segunda modalidad ejemplar se colocó directamente sobre el suelo 2 sin formar un pozo/depresión, véase la Figura 3. En el caso en el que el lecho de vidrio espumado necesite ser contenido mediante el uso de una estructura mecánica 6 a lo largo de la periferia del lecho. La estructura mecánica deberá ser diseñada de manera ventajosa para funcionar como una rampa para la entrada y salida del lecho de agregado 1. Esto puede ser obtenido formando la estructura mecánica 6 con una sección transversal triangular de modo que un aeroplano que se dirija hacia el lecho 1 corra uniformemente colina arriba sobre la rampa y entre al lecho 1 sumergiéndose en el lecho rodando a lo largo del fondo interno inclinado en pendiente 3 del lecho hasta que la rueda 5 quede suspendida en el agregado de vidrio espumado. El ángulo de inclinación puede ser el mismo que se dio en la primera modalidad ejemplar, pero también pueden ser limpiados otros ángulos de inclinación. El lecho es cubierto con una capa de césped artificial 4.

Tabla 1. Pruebas de compresión sobre agregado tres fracciones huecas nominales, cada una con distribución de tamaño de partícula como se muestra en Figuras 4A a 4C.

Agregado con una fracción hueca nominal del 94.6% (corresponde a una densidad de 135 kg/m3) Relación de Fuerza de Resistencia a la Compresión [%] Compresión [N] Compresión [MPa] 20 32 500 0.46 25 48 000 0.68 30 55 000 0.78 40 90 000 1.28 Agregado con una fracción hueca nominal del 94.0% (corresponde a una densidad de 150 kg/m3) Relación de Fuerza de Resistencia a la Compresión [%] Compresión [N] Compresión [MPa] 20 38 000 0.54 25 50 000 0.71 30 58 000 0.82 40 92 000 1.30 Agregado con una fracción hueca nominal del 92.8% (corresponde a una densidad de 180 kg/m3) Relación de Fuerza de Resistencia a la Compresión [%] Compresión [N] Compresión [MPa] 20 55 000 0.78 25 61 000 0.86 30 90 000 1.28 40 120 000 1.70 Referencias 1. Matthew Barsotti et al., reporte publicado el 21 de Enero de 2010 con el Título "Developing Improved Civil Aircraft Arresting Systems", en Airports Cooperative Research Program, administrado por Transportation Research Board of the National Academies, EUA.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de detención de vehículo, caracterizado porque el sistema comprende: - un área de detención de vehículo que comprende un lecho lleno con agregado de vidrio espumado con tamaños de partícula que fluctúan de 0.25 cm a 15 cm y fracciones huecas nominales de aproximadamente 70 a 98%, y - una cubierta superior que cubre la superficie superior del lecho de agregado de vidrio espumado.

2. El sistema de detención de vehículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el agregado de vidrio espumado está constituido de vidrio de sosa y cal o vidrio de soda, con una fracción hueca nominal en el intervalo que comienza con uno de 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, y 94% y que finaliza con uno de 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94 y 95%.

3. El sistema de detención de vehículo dé conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la fracción hueca nominal está en uno de los siguientes intervalos: de 80 a 90%, de 83 a 88%; y de 85 a 87%.

4. El sistema de detención de vehículo de conformidad con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el agregado de vidrio espumado tiene una graduación con tamaños de partícula de cualquier intervalo que comience con uno de 0.25, 0.30, 0.40, 0.50, 0.60, 0.70, 0.80, 0.90, 1.00, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 y 5.0 cm, y finalice con uno de 5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 8.5, 9.0, 9.5, 10, 11, 12, 13, 14 y 15 cm.

5. El sistema de detención de vehículo de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el agregado de vidrio espumado tiene una graduación de uno de los siguientes intervalos: de 0.25 a 10 cm; de 0.5 a 8 cm; de 0.7 a 7 cm; y de 1 a 6 cm.

6. El sistema de detención de vehículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el agregado de vidrio espumado tiene una fracción hueca nominal de 93.8% y las partículas del agregado tienen una agregación de 0.4-6.3 cm y tamaño de partícula medio de 4.8 cm, y porque la profundidad del lecho es de 91 cm y la longitud del lecho es de 200 m.

7. El sistema de detención de vehículo de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la distribución de tamaño de partícula del agregado de vidrio espumado es de 0.88% en peso o partículas con tamaños de 4 a 8 mm, 0.29% en peso con tamaños de 8 a 12.5 mm, 1.03% en peso con tamaños de 12.5 a 14 mm, 1.91% en peso de tamaños de 14 a 16 mm, 4.21% en peso con tamaños de 16 a 20 mm, 33.45% en peso con tamaños de 20 a 31.5 mm, 35.30% en peso con tamaños de 31.5 a 40 rain, 15.13% en peso con tamaños de 40 a 50 mm, 5.74% en peso con tamaños de 50 a 63 mm, y 0.31% en peso con tamaños superiores a 63 mm.

8. El sistema de detención de vehículo de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la cubierta superior está constituida de uno de: lonas poliméricas, películas plásticas, césped artificial.

9. Un método para detener vehículos, caracterizado porque el método comprende: hacer un lecho en el suelo donde los vehículos van a ser detenidos, llenar el lecho con agregado de vidrio espumado con tamaños de partícula que fluctúan de 0.25 cm a 15 cm y fracciones huecas nominales de aproximadamente 70 a 98%, y cubrir la superficie superior del lecho con una cubierta superior.

10. El método para detener vehículos de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el vehículo a ser detenido es una aeronave, formar un lecho al final de una pista con la profundidad de 91 cm y una longitud de 200 m, emplear agregado de vidrio espumado con una fracción hueca nominal de 93.8% y las partículas del agregado tienen una agregación de 0.4 - 6.3 cm y tamaño de partícula medio de 4.8 cm, y cubrir el agregado de vidrio espumado con césped artificial como cubierta superior.

11. El uso de agregado de vidrio espumado en sistemas de detención de vehículos.

12. El uso de agregado de vidrio espumado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en sistemas de detención de vehículos.