Air-bridge
Programa PROVA'T (2012-13)Development, validation and
transfer to market of a prototype of
Air-Bridge for surface transport
vehicles
Quan hi ha una catàstrofe natural, el primer punt que s’ha de restablir són els ponts.
Les zones devastades queden incomunicades, impedint tant l’evacuació com el subministrament de recursos per part dels organismes d’ajuda internacional.
En aquesta situació, la velocitat, facilitat i eficiència del desplegament són crucials.
Pont inflable ultralleuger de desplegament ràpid per al transport en superfície de vehicles, que utilitza com a element bàsic estructural per a sostenir càrregues bigues inflades amb aire a baixa pressió.
TENSAIRITY = TENSION + AIR + INTEGRITY
EL SISTEMA MÉS LLEUGER DEL MERCAT!
Tasques d’evacuació en emergències i restabliment de comunicacions en zones devastades per desastres naturals.
El pont està format per 2 bigues inflables de 14 m de longitud i 1,70 m d’amplària unides entre si.
*
*L’estructura projectada consta essencialment de quatre elements principals:
| Dimensions | Longitud 14 m Amplada 3,5 m |
Similar a altres alternatives |
| Pressió inflat | 175 mbar | 12 cops menys pressió que una roda d’un vehicle |
| Pes | 5 tn | Fins a 7 cops menor que alternatives |
| Pes/m2 | 100 kg/m2 | Fins a 7 cops menor que alternatives |
| Càrrega vehicles | 30 tn | Proporció càrrega/pes de 7 a 1 |
| Volum empaquetat | 12 m3 | Fins a 5 cops menor que alternatives |
| Volum desplegat | 78 m3 | Proporció respecte al volum empaquetat de 6,5 a 1 |
| Mida major element | 2,00 x 1,80 x 0,20 m3 | Pes 185 kg |
| Esforç de muntatge | 8 operaris / 8 h | Fins a 5 cops menor que alternatives |
| Ús de maquinària pesada | No requerida | Necessari sempre en altres alternatives |
Els principals elements diferenciadors que ofereix l’Air-Bridge són:
| 1 | Tecnologia inflable, completament innovadora per a ponts d’emergència |
| 2 | Resistent i capaç de sostenir vehicles pesats |
| 3 | Ultra-lleuger, amb un pes al voltant de 5 tones |
| 4 | Utilització de materials reforçats d’última generació |
| 5 | Sistema d’assemblatge mitjançant elements simples, sense necessitat d’especialització |
| 6 | Sistema de posicionament que no requereix helicòpter o grues pesades |
| 7 | Temps de muntatge quantificable en hores, no dies ni mesos |
| 8 | Volum de logística i transport al voltant de 12 m3. Aquest volum permet disposar d’un estoc de desenes de ponts en el mateix espai que actualment ocupa una sola de les alternatives |
A diferència d’altres alternatives de ponts de desplegament ràpid, el muntatge del pont pot realitzar-se de forma senzilla en unes 8 hores amb un equip de 8 persones. El procés es realitza en posició invertida a terra, és idèntic per a les dues bigues i es pot realitzar en paral·lel (excepte la maniobra de gir i posicionament).
Fases de muntatge:
S’alineen els panells i es passen a través d’ells les barres d’acer longitudinals, introduint les volanderes de transmissió de tallant en cada unió entre panells. Les barres longitudinals s’uneixen mitjançant maneguets en els orificis destinats a tal efecte en el tauler. Finalment s’afegeixen els suports metàl·lics en els extrems i es collen les barres mitjançant les femelles, a mode de pretesat.
Sobre el tauler es desplega el tub i es centra. Posteriorment s’uneixen les bandes de fixació del tub als laterals del tauler mitjançant plaques d’acer cargolades. També es cargolen les unions entre panells.
Amb les bandes de fixació cargolades en un costat del tauler, es col·loca l’eslinga a través dels passadors dissenyats per a aquesta finalitat. Posteriorment es passen per sobre del tub i es fixen les bandes a l’altre lateral. Un cop cargolades i el tub semi-inflat, es connecta l’eslinga als extrems de la biga.
Un cop muntada la biga cap per avall es procedeix a la maniobra de gir. Per a aquesta tasca s’han dissenyat dos pòrtics amb polispastos que s’enganxen als laterals dels suports d’acer de la biga, permetent el seu gir i elevació. Un cop girada, la biga es posiciona sobre uns cavallets dissenyats per a les proves. En les següents imatges es pot observar tot el procés, ordenat d’esquerra a dreta i de dalt a baix.
Vídeo del muntatge:
Degut a que el pont ha de ser fàcilment desmuntable i transportable, està compost per peces que caben dins de palets estàndard de 88”x54” per al transport de mercaderies en avions (2,235 x 1,372 x 1,70 m3).
A continuació es mostren algunes imatges d’una biga del pont muntada cap per avall, i al costat l’altra desmuntada peça a peça.
El tub d’una biga plegat ocupa aproximadament uns 0,7 m3, mentre que el seu volum inflat és de 19 m3. Els panells definitius mesuraran 2,00 m x 1,70 m.
L’eslinga i tots els cargols, femelles, maneguets, volanderes de tallant, plaques metàl·liques, eines i utillatges caben en una caixa de 1,00 m x 0,50 m x 0,50 m. Els suports d’acer i les plaques de fixació mesuren com a màxim 2,00 m de longitud i caben al damunt d’un palet estàndard.
Per últim, el motor d’inflat pesa 40 kg i cap sobradament dins d’un palet de 1,00 m x 1,00 m. Les mànegues de conducció d’aire es poden doblegar i emmagatzemar en molt poc espai.
En un estudi previ al disseny, càlcul i fabricació d’un prototip de biga a mida real del pont, s’ha realitzat la fabricació d’un prototip a escala. Aquest prototip de biga Tensairity® mesura 4 metres de longitud i està format per un tub inflable de 0,5 metres de diàmetre en la secció central. Aquest prototip ha estat fabricat amb dos objectius: per un costat validar el concepte de la tecnologia Tensairity® en forma de prototip físic real, i per l’altre dur a terme un assaig de càrrega en laboratori per validar els resultats obtinguts en la simulació numèrica d’una biga Tensairity® mitjançant el càlcul amb el software Stampack.
Stampack és un programa d’elements finits resultat d’un continu treball d’investigació dut a terme per diversos investigadors del Centre Internacional de Mètodes Numèrics en Enginyeria (CIMNE) a Barcelona. El programa es basa en el mètode dels elements finits explícit i s’utilitza per a la simulació numèrica de processos d’estampació de xapa. A pesar de ser un programa pensat per a aquest tipus de problemes, mitjançant algunes modificacions en el codi del programa es poden realitzar simulacions amb materials tipus membrana, presents a les estructures inflables.
Un cop definit el disseny detallat de la biga, s’ha procedit a la modelització mitjançant elements finits de l’estructura amb la finalitat d’obtenir les deformacions produïdes per l’aplicació de la càrrega de disseny, així com les tensions en els elements que la componen. Al aplicar la càrrega del vehicle de disseny MLC 30 sobre la biga, el centre del tauler assoleix una deformació màxima vertical de 327 mm.
Vídeo simulació
Amb l’objectiu de validar els resultats de la simulació numèrica, s’ha assajat el prototip a escala real del pont. Concretament s’han realitzat assaigs de càrrega de cada biga, amb una sobrecàrrega repartida sobre el tauler de fins a 10 tn (10 sacs de sorra d’1 tn cadascun), amb una pressió d’inflat del tub de 175 mbar. A continuació es presenten els resultats obtinguts després de la mesura de deformacions verticals a cada una de les seccions existents entre panells, per a increments de càrrega d’1 tn.
Com es pot observar en els gràfics obtinguts, la màxima deformació vertical al centre del tauler amb 10 tn de pes és de 21,0 cm. En la fase de càlcul inicial, les simulacions numèriques estimaven unes deflexions del tauler de 32,7 cm (amb 15 tn a la biga, distribuïdes segons la normativa militar per al vehicle MLC30). Si suposem un comportament més o menys lineal en aquest últim assaig, amb 15 tn (això sí, amb càrrega repartida) s’assoliria una deflexió teòrica de 31,5 cm, molt similar a la obtinguda mitjançant el software.
Vídeo assaig Air-Bridge
Donades les característiques especials d’aquest tipus de ponts i el seu caràcter internacional, s’han pres com a referència els requeriments de disseny de la normativa militar “Trilateral Design Test Code”, la qual pren com a referència la classificació de vehicles MLC. Concretament, s’estableix com a vehicle de disseny el MLC 30, les característiques del qual són:
La normativa militar “Trilateral Design Test Code” és un codi acordat entre Alemanya, Regne Unit i els Estats Units, també de consulta per al “Quadripartite ABCA (American, British, Canadian, Australian and New Zealand Armies’ Program)”, i està centrat en ponts 100% desplegables, els quals s’identifiquen com a ponts estàndard dins de l’àmbit militar estatunidenc.
El Centre Internacional de Mètodes Numèrics en Enginyeria (CIMNE) és un centre de recerca a Barcelona (Espanya), creat el 1987 com un consorci entre el Govern Català (Generalitat de Catalunya) i la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). CIMNE també és un centre del CERCA.
CIMNE té com a empleats uns 180 científics i enginyers de diferents perfils tècnics i nacionalitats, els quals treballen en el desenvolupament i aplicació de mètodes numèrics (bàsicament el Mètode dels Elements Finits) a un ampli rang de problemes d'enginyeria molt diversos.
En els últims 27 anys CIMNE ha participat en més de 450 projectes de R+D amb més de 200 empreses i organitzacions. Uns 150 d'aquests projectes han rebut finançament de la Comunitat Europea a través dels programes FP3 -7. CIMNE ha estat coordinador d'uns 45 d'aquests projectes europeus.
El resultat de les investigacions de CIMNE ha quedat plasmat en més de 1000 publicacions científiques, informes tècnics i codis de software educatiu publicats per CIMNE. CIMNE també publica llibres i monogràfics en temes relacionats amb els mètodes numèrics. CIMNE ha organitzat amb èxit al voltant de 200 cursos i seminaris, així com 80 conferències internacionals.
Buildair Ingeniería y Arquitectura, S.A. (Buildair) és una PIME a Catalunya líder en el disseny, enginyeria i fabricació d'estructures inflables amb particular èmfasi en cobriment de grans espais. Creada el 2001, Buildair pretén oferir al mercat les últimes tecnologies en el disseny i construcció d'estructures inflables. L'empresa ha dissenyat un gran nombre d'aplicacions per al cobriment temporal de grans superfícies. A més, s'han produït aquests tipus d'estructures per a diferents aplicacions d'enginyeria.
A través del continu treball del seu equip de recerca i desenvolupament, Buildair pot assegurar que tots els seus productes i serveis són únics i òptims per als seus clients. Aquests productes es poden adaptar a qualsevol necessitat que tingui el client. L'ús d'estructures inflables innovadores permet a aquests clients resoldre diferents problemes d'enginyeria i arquitectura. L'objectiu és proveir un ampli assortiment de productes que compleixin les demandes de clients especialitzats.
La Institució CERCA és el mitjà propi i servei tècnic de l’Administració de la Generalitat de Catalunya per al seguiment, suport i facilitació de l’activitat dels centres de recerca del sistema CERCA. Constituïda com a fundació, va ser creada al 2010 per donar resposta a un dels compromisos formulats al Pacte Nacional per a la Recerca i la Innovació:
«L’Administració de la Generalitat crearà l’Agència de Centres de Recerca de Catalunya a partir de recursos existents amb la finalitat de respondre a les necessitats específiques i singulars que representa el desenvolupament, el seguiment i el finançament estructural dels centres de recerca catalans.»
El model de centres de recerca de Catalunya CERCA s’ha desenvolupat quantitativament i qualitativament en els darrers 10 anys, i ha assolit nivells d’excel·lència científica en diverses àrees. És un model caracteritzat per estructures de gestió àgil i autònomes, captació de talent investigador, i eficiència en la captació de fons competitius sobre la base d’una activitat científica d’alt nivell. El repte, ara, és seguir creixent en un context molt canviant on s’hi poden trobar nombroses oportunitats.
La Institució CERCA té per missió garantir un desenvolupament adequat del sistema de centres de recerca català; afavorir i maximitzar les sinergies, la coordinació entre els centres i la cooperació estratègica; millorar el posicionament, la visibilitat i l’impacte de la recerca duta a terme i facilitar la interlocució amb els diferents agents públics i privats.
Programa d’ajuts destinats a incentivar l’obtenció de prototipus i a la valorització i transferència dels resultats de la investigació generats pels centres que pertanyen al sistema de Centres de Recerca de Catalunya (CERCA).
Els projectes de valorització poden ser de caràcter individual o en col·laboració entre diferents centres CERCA o amb altres institucions i/o empreses.
Els projectes objecte d’aquesta convocatòria comprenen activitats estructurades de caràcter demostratiu que han de permetre l’assoliment d’una prova de concepte, en forma de prototipus, escalat pilot, prova preindustrial o assaig clínic o preclínic, entre altres, i que possibilitin reduir les incerteses sobre la viabilitat tècnica i comercial de la tecnologia en desenvolupament.
Els projectes aprovats hauran de ser executats en un termini màxim de 2 anys, a comptar des de la data d’acceptació de l’ajut.
El pressupost màxim disponible el 2011 va ser de 1.500.000 €, amb co-finançament FEDER (Fons Europeu de Desenvolupament Regional).
Vídeo assaig Air-Bridge
Vídeo simulació
Vídeo muntatge
