Air-bridge
Programa PROVA'T (2012-13)Development, validation and
transfer to market of a prototype of
Air-Bridge for surface transport
vehicles
Cuando hay una catástrofe natural, el primer punto que hay que restablecer son los puentes.
Las áreas devastadas quedan incomunicadas, impidiendo tanto la evacuación como el suministro de recursos por parte de los organismos de ayuda internacional.
En esta situación, la velocidad, facilidad y eficiencia del despliegue son cruciales.
Puente hinchable ultraligero de despliegue rápido para el transporte en superficie de vehículos, que utiliza como elemento básico estructural para aguantar carga vigas hinchadas con aire a baja presión.
TENSAIRITY = TENSION + AIR + INTEGRITY
EL SISTEMA MÁS LIGERO DEL MERCADO!
Tareas de evacuación en emergencias y restablecimiento de comunicaciones en áreas devastadas por desastres naturales.
El puente está compuesto por 2 vigas hinchables de 14 m de longitud y 1,70 m de anchura unidas entre sí.
*
*La estructura proyectada consta esencialmente de cuatro elementos principales:
| Dimensiones | Longitud 14 m Anchura 3,5 m |
Similar a otras alternativas |
| Presión hinchado | 175 mbar | 12 veces menos presión que una rueda de un vehículo |
| Peso | 5 tn | Hasta 7 veces menor que alternativas |
| Peso/m2 | 100 kg/m2 | Hasta 7 veces menor que alternativas |
| Carga vehículos | 30 tn | Proporción carga/peso de 7 a 1 |
| Volumen empaquetado | 12 m3 | Hasta 5 veces menor que alternativas |
| Volumen desplegado | 78 m3 | Proporción respecto volumen empaquetado de 6,5 a 1 |
| Tamaño mayor elemento | 2,00 x 1,80 x 0,20 m3 | Peso 185 kg |
| Esfuerzo de montaje | 8 operarios / 8 h | Hasta 5 veces menor que alternativas |
| Uso de maquinaria pesada | No requerido | Necesario siempre en otras alternativas |
Los principales elementos diferenciadores que ofrece el Air-Bridge son:
| 1 | Tecnología hinchable, completamente innovadora para puentes de emergencia |
| 2 | Resistente y capaz de soportar vehículos pesados |
| 3 | Ultra-ligero, con peso alrededor de 5 toneladas |
| 4 | Utilización de materiales reforzados de última generación |
| 5 | Sistema de ensamblaje mediante elementos simples, sin necesidad de especialización |
| 6 | Sistema de posicionamiento que no requiere helicóptero o grúas pesadas |
| 7 | Tiempo de montaje cuantificable en horas, no días ni meses |
| 8 | Volumen de logística y transporte alrededor de 12 m3. El mismo volumen permite hacer un stock de decenas de puentes en el espacio que actualmente ocupa uno sólo de las alternativas |
A diferencia de otras alternativas de puentes de despliegue rápido, el montaje del puente puede realizarse de forma sencilla en unas 8 horas con un equipo de 8 personas. El proceso se realiza en posición invertida en el suelo, y es idéntico para las dos vigas y se puede realizar en paralelo (salvo la maniobra de giro y posicionamiento).
Fases de montaje:
Se alinean los paneles y se pasan las barras de acero longitudinales, introduciendo en cada unión de paneles las arandelas de transmisión de cortante. Las barras longitudinales se unen mediante manguitos en los orificios destinados a tal fin en el tablero. Finalmente se añaden los apoyos metálicos en los extremos y se aprietan las barras mediante tuercas, a modo de pretensado.
Sobre el tablero se despliega el tubo y se centra. Posteriormente se fijan las bandas de amarre del tubo a los laterales del tablero mediante placas de acero atornilladas. También se atornillan las uniones entre paneles.
Con las bandas de amarre fijadas en un lateral del tablero, se coloca la eslinga a través de los pasadores diseñados para tal fin. Posteriormente se pasan por encima del tubo y se fijan las bandas al otro lateral. Una vez fijadas y el tubo semi-hinchado se ancla la eslinga a los extremos de la viga.
Una vez montada la viga boca abajo se procede a la maniobra de giro. Para ello se han diseñado dos pórticos con polipastos que se anclan a los laterales de los apoyos de acero de la viga, permitiendo el giro y levantamiento de ésta. Una vez girado, la viga se posiciona sobre unos caballetes diseñados para las pruebas.
Vídeo del montaje:
Dado que el puente debe ser fácilmente desmontable y transportable, éste está compuesto por piezas que caben dentro de palés estándar de 88”x54” para transporte de mercancías en aviones (2,235 x 1,372 x 1,70 m3).
A continuación se muestran algunas imágenes de una viga del puente montada boca abajo, y a su lado la otra desmontada pieza por pieza.
El tubo de una viga plegado ocupa aproximadamente unos 0,7 m3, cuando su volumen hinchado es de 19 m3. Los paneles definitivos medirán 2,00 m x 1,70 m.
La eslinga y toda la tornillería, manguitos, arandelas de cortante, placas metálicas, herramientas caben en una caja de 1,00 m x 0,50 m x 0,50 m. Los apoyos de acero y las placas de anclaje miden como máximo 2,00 m de longitud y caben encima de un palé estándar.
Por último, el motor de hinchado pesa 40 kg y cabe sobradamente dentro de un palé de 1,00 m x 1,00 m. Las mangueras de conducción de aire se pueden doblar y almacenar en muy poco espacio.
En un estudio previo al diseño, cálculo y fabricación de un prototipo de viga a tamaño real del puente, se ha realizado la fabricación de un prototipo a escala. Este prototipo de viga Tensairity® tiene 4 metros de longitud y está formado por un tubo hinchable de 0,5 metros de diámetro en la sección central. Este prototipo ha sido fabricado con dos objetivos: por un lado validar el concepto de la tecnología Tensairity® en forma de un prototipo físico real, y por el otro realizar un ensayo de carga en laboratorio para validar los resultados obtenidos en la simulación numérica de una viga Tensairity® mediante el cálculo con el software Stampack.
Stampack es un programa de elementos finitos resultado de un continuo trabajo de investigación llevado a cabo por varios investigadores en el Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería (CIMNE) en Barcelona. El programa se basa en el método de elementos finitos explícito y se usa para la simulación numérica de procesos de estampación de chapa. A pesar de ser un programa pensado para este tipo de problemas, mediante algunas modificaciones en el código del programa se pueden realizar simulaciones con materiales tipo membrana, presentes en las estructuras hinchables.
Una vez definido el diseño detallado de la viga, se ha procedido a la modelización mediante elementos finitos de la estructura con el fin de obtener las deformaciones producidas por la aplicación de la carga de diseño, así como las tensiones en los elementos que la componen. Al aplicar la carga del vehículo de diseño MLC 30 sobre la viga, el centro del tablero tiene una deformación máxima vertical de 327 mm.
Vídeo simulación
Con el fin de validar los resultados de la simulación numérica, se ha ensayado el prototipo a escala real de puente. Concretamente se han realizado ensayos de carga de cada viga, con una sobrecarga repartida sobre el tablero de hasta 10 tn (10 sacos de arena de 1 tn cada uno), con una presión de hinchado del tubo de 175 mbar. A continuación se presentan los resultados obtenidos tras la medición de flechas en cada una de las secciones existentes entre paneles, para incrementos de carga de 1 tn.
Como se puede observar en los gráficos obtenidos, la máxima flecha en el centro del tablero con 10 tn de peso es de 21,0 cm. En la fase de cálculo inicial, las simulaciones numéricas estimaban unas deflexiones del tablero de 32,7 cm (con 15 tn en la viga, distribuidas según la normativa militar para el vehículo MLC 30). Si suponemos un comportamiento más o menos lineal en este último ensayo, con 15 tn (eso sí, con carga repartida) llegaríamos a una deflexión teórica de 31,5 cm, muy similar a la obtenida mediante software.
Vídeo ensayo Air-Bridge
Dadas las características especiales de este tipo de puentes y su carácter internacional, se ha tomado como referencia los requerimientos de diseño de la normativa militar “Trilateral Design Test Code”, la cual toma como referencia la clasificación de vehículos MLC. Concretamente se establece como vehículo de diseño el MLC 30, cuyas características son:
La normativa militar “Trilateral Design Test Code” es un código acordado entre Alemania, Reino Unido y Estados Unidos, también de consulta para el “Quadripartite ABCA (American, British, Canadian, Australian and New Zealand Armies’ Program)”, y está centrado en puentes 100% desplegables, los cuales se identifican como puentes estándar dentro del ámbito militar estadounidense.
El Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería (CIMNE) es un centro de investigación en Barcelona (España), creado en 1987 como un Consorcio entre el Gobierno Catalán (Generalitat de Catalunya) y la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). CIMNE también es un centro del CERCA.
CIMNE tiene como empleados unos 180 científicos e ingenieros de diferentes perfiles técnicos y nacionalidades, los cuales trabajan en el desarrollo y aplicación de métodos numéricos (básicamente el Método de los Elementos Finitos) a un amplio rango de problemas de ingeniería muy diversos.
En los últimos 27 años CIMNE ha tomado parte en más de 450 Proyectos de I+D con más de 200 empresas y organizaciones. Unos 150 de estos proyectos han recibido financiación de la Comunidad Europea a través de los programas FP3-7. CIMNE ha sido coordinador de unos 45 de estos proyectos europeos.
El resultado de las investigaciones de CIMNE ha quedado plasmado en más de 1000 publicaciones científicas, informes técnicos y códigos de software educativo publicados por CIMNE. CIMNE también publica libros y monográficos en temas relacionados con los métodos numéricos. CIMNE ha organizado con éxito alrededor de 200 cursos y seminarios, así como 80 conferencias internacionales.
Buildair Ingeniería y Arquitectura, S.A. (Buildair) es una PYME en Cataluña líder en el diseño, ingeniería y fabricación de estructuras hinchables con particular énfasis en cubrición de grandes espacios. Creada en 2001, Buildair pretende ofrecer al mercado las últimas tecnologías en el diseño y construcción de estructuras hinchables. La empresa ha diseñado un gran número de aplicaciones para el cubrimiento temporal de grandes superficies. Además, ha producido estos tipos de estructuras para distintas aplicaciones ingenieriles.
A través del continuo trabajo de su equipo de investigación y desarrollo, Buildair puede asegurar que todos sus productos y servicios son únicos y óptimos para sus clientes. Estos productos se pueden adaptar a cualquier necesidad que tenga el cliente. El uso de estructuras inflables innovadoras permite a estos clientes resolver distintos problemas de ingeniería y arquitectura. La meta es proveer un amplio surtido de productos que cumplan las demandas de clientes especializados.
La Institución CERCA es el medio propio y servicio técnico de la Administración de la Generalitat de Catalunya para el seguimiento, soporte y facilitación de la actividad de los centros de investigación del sistema CERCA. Constituida como fundación, fue creada en el 2010 para dar respuesta a uno de los compromisos formulados en el Pacto Nacional para la Investigación e Innovación:
«La Administración de la Generalitat creará la Agencia de Centros de Investigación de Catalunya a partir de recursos existentes con la finalidad de responder a las necesidades específicas y singulares que representa el desarrollo, el seguimiento y el financiamiento estructural de los centros de investigación catalanes.»
El modelo de centros de investigación de Catalunya CERCA se ha desarrollado cuantitativamente y cualitativamente en los últimos 10 años, y ha alcanzado unos niveles de excelencia científica en distintas áreas. Es un modelo caracterizado por estructuras de gestión ágiles y autónomas, captación de talento investigador, y eficiencia en la captación de fondos competitivos sobre la base de una actividad científica de alto nivel. El reto, ahora, es seguir creciendo en un contexto cambiante donde se pueden encontrar numerosas oportunidades.
La Institución CERCA tiene como misión garantizar un desarrollo adecuado del sistema de centros de investigación catalán; favorecer y maximizar las sinergias, la coordinación entre los centros y la cooperación estratégica; mejorar el posicionamiento, la visibilidad y el impacto de la investigación llevada a cabo y facilitar la interlocución con los distintos agentes públicos y privados.
Programa de ayudas destinadas a incentivar la obtención de prototipos y a la valorización y transferencia de los resultados de la investigación generados por los centros que pertenecen al sistema de Centros de Investigación de Catalunya (CERCA).
Los proyectos de valorización pueden ser de carácter individual o en colaboración entre distintos centros CERCA o con otras instituciones y/o empresas.
Los proyectos objeto de esta convocatoria comprenden actividades estructuradas de carácter demostrativo que deben permitir alcanzar una prueba de concepto, en forma de prototipo, escalado piloto, prueba preindustrial o ensayo clínico o preclínico, entre otros, y que posibiliten reducir incertidumbres sobre la viabilidad técnica y comercial de la tecnología en desarrollo.
Los proyectos aprobados deben ser ejecutados en un plazo máximo de 2 años, a contar desde la fecha de aceptación de la ayuda.
El presupuesto máximo disponible el 2011 fue de 1.500.000 €, co-financiados por los fondos FEDER (Fondo Europeo de Desarrollo Regional).
Vídeo ensayo Air-Bridge
Vídeo simulación
Vídeo montaje
