Dispositivo y método para la apertura controlada de brechas en hormigón armado.

Un aparato (100) para romper una estructura rigida de hormig6n (400) que tiene superficiesopuestas primera y segunda (402,

404) que comprende:

un elemento impactador (104) que tiene una cara roma de impacto configuradapara transmitir una primera onda de choque localizada a traves de la estructura rigida dehormigon (400) a la segunda superficie (404) de la estructura rigida de hormig6n (400)al impactar la cara roma impactadora cara con la primera superficie (402) de laestructura rigida (400); y

una fuente de energia (102), que comprende un cartucho accionado por pelvora (324),capaz de acelerar el elemento impactador (104) a una velocidad suficiente para hacerque dicha onda de choque localizada viaje a traves de dicha estructura rigida dehormig6n (400) y de ese modo inducir el desconchamiento en la segunda superficie(404) tras uno o mas impactos con la primera superficie (402); y

en el que dicho aparato (100) esta dispuesto para acelerar dicha cara roma de impactodel mencionado elemento impactador (104) hacia dicha primera superficie (402) de laestructura rigida de hormigon (400) despues de que la primera onda de choquelocalizada se transmita a traves de la estructura rigida de hormigon (400), para de esemodo debilitar estructuralmente un area prescrita y crear una abertura a traves de dichassuperficies de hormig6n y el aparato caracterizado ademas poruna camara (308) que sobresale hacia delante de la cara de impacto, para evitar que lacara del impacto del elemento impactador (104) este en contacto directo con la primerasuperficie (402) de la estructura rigida de hormigon (400) cuando el elementoimpactador (104) este preparado para el disparo.

DISPOSITIVO Y MÉTODO PARA LA APERTURA CONTROLADA DE BRECHAS

:, EN HORMIGÓN ARMADO

Descripción

[0001] Parte del trabajo realizado durante el desarrollo de esta invención utilizó fondos del

Gobierno de Estados Unidos. El Gobierno de EE.UU. tiene ciertos derechos en esta invención.

CAMPO TÉCNICO

[0002] Las realizaciones descritas en este documento se refieren a aparatos según el preámbulo

de la reivindicación 1 y métodos para romper hormigón.

[0003] Un aparato según el preámbulo de la reivindicación 1 y un procedimiento

15 correspondiente es descrito, por ejemplo por GB 910 754 A o por US 6318228 B.

ANTECEDENTES

[0004] Los equipos urbanos de búsqueda y rescate a menudo necesitan crear espacios (llamados

"brechas ") en estructuras rígidas, tales como muros de hormigón armado, para llegar a las

víctimas en edificios después de un desastre, como un terremoto o un

huracán. Para facilitar la búsqueda y rescate, el equipo de rotura es preferiblemente portátil,

fácil de operar, y de efecto rápido a la vez que no desestabiliza la estructura del edificio o

amenaza causar dafto a operadores o víctimas.

[0005] Las técnicas convencionales para la rotura de paredes de hormigón incluyen

25 motosierras de cadena de diamante accionadas por gasolina e hidráulicas, sierras circulares de

gasolina e hidráulicas, sierras de hilo diamantado, barrenas de agujeros grandes, herramientas

hidráulicas/neumáticas/eléctricas de impacto, chorros de agua y separadores hidráulicos. Todas

estas técnicas requieren nonnalmente varias horas para romper un muro de honnigón grueso

fuertemente reforzado, y el equipo puede no ser portátil en algunos casos. Equipos militares

también utilizan explosivos para romper paredes rápidamente, pero esto es peligroso para las

víctimas y puede desestabilizar la estructura. Los láseres también se han propuesto

para aplicaciones de rotura, pero el tamaño, la seguridad, y restricciones de energía los hacen en

general inviables.

[0006] En consecuencia, se necesitan dispositivos y métodos que aborden uno o más de los

35 inconvenientes antes mencionados de métodos y dispositivos convencionales para romper

hormigón armado.

[0007] El aparato según la reivindicación 1 y el método según la reivindicación 13 proporcionan

una solución alternativa para abordar uno o más de estos inconvenientes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0008] Los dibujos adjuntos, que se incorporan a la presente memoria y forman parte de la

especificación, ilustran realizaciones de la presente invención y, junto con la descripción, sirven

además para explicar los principios de la invención y para permitir a un experto en la (s)

técnica (s) pertinente (s) realizar y utilizar la invención.

45 [0009] La figura 1 ilustra un ejemplo de un aparato de rotura según una forma de realización

aquí divulgada.

[0010] La figura 2 muestra ejemplos de cabezas de impacto según las realizaciones descritas en

este documento.

[0011] La figura 3 ilustra un ejemplo de un aparato de rotura según una realización divulgada en

la presente memoria.

[0012] La figura 4 ilustra una técnica de rotura según una realización aquí descrita.

[0013] la figura 5 ilustra una técnica de rotura según una realización aquí descrita.

[0014] las figuras 6A-6F muestran ejemplos de técnicas de montaje según realizaciones aqui

descritas.

55 [0015] la figura 7 ilustra un sistema de rotura según una realización aquí descrita.

[0016[ las figuras 8 y 9 ilustran métodos según realizaciones aquí descritas. [0017[ En los dibujos, números similares de referencia indican elementos similares. Además, el dígito (s) más a la izquierda de un número de referencia identifica el dibujo en el cual el número de referencia aparece por primera vez.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0018) Las realizaciones descritas en la presente memoria son especialmente aplicables a hormigón y mampostería en base a las propiedades de tensión y esfuerzo cortante inherentemente débiles de estos materiales. Por consiguiente, las realizaciones descritas aquí, se refieren específicamente, y a modo de ejemplo, a técnicas para romper hormigón armado. Sin embargo, será fácilmente evidente para los expertos en la técnica (s) relevante (s) que las realizaciones son igualmente aplicables a las técnicas de rotura de otras estructuras. Se pueden hacer cambios a las realizaciones aquí descritas sin apartarse del alcance de la invención, que se define solamente por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

[0019) la figura 1 ilustra un ejemplo de implementación de un aparato de rotura 100 según la invención. El aparato de rotura 100 incluye una fuente de energía autónoma 102 Y un elemento impactador 104. Una fuente de energía 102, que es preferiblemente autónoma, proporciona energía para propulsar el elemento impactador 104 sobre una primera superficie 402 de una estructura 400 (Figura 4) , lo que provoca un fallo estructural localizado (es decir, desconchamiento) en una segunda superficie 404 de la estructura 400. Las superficies primera y segunda 402, 404 de la estructura 400 no son las mismas. Las superficies primera y segunda 402, 404 de la estructura 400 son superficies opuestas. En el caso de un muro de hormigón o cemento armado, tal como se usa en la estructura de apoyo de un edificio, el elemento impactador 104 puede ser obligado a impactar en una superficie exterior de la pared de hormigón y el desmoronamiento se produce en la superficie interior opuesta al lugar del impacto.

[0020) La fuente de energía autónoma 102 se dice que es "autónoma" porque la fuente de energía 102 nO depende de fuentes de energía externas que están normalmente conectadas por

mangueras o cables, para proporcionar la energía necesaria para impulsar los elementos de impacto 104. La actuación de una fuente de energía autónoma 102 hace que el elemento impactador 104 se acelere a lo largo de un eje 110 El elemento impactador 104 impacta la primera superficie 402 de la estructura 400, causando que una onda de choque localizada viaje a través de la estructura 400. La onda de choque induce el desconchado en la segunda superficie 404 de la estructura 400. En consecuencia, la fuente de energía autónoma 102 es capaz de acelerar el elemento impactador 104 a una velocidad suficiente para inducir desconchado de la segunda superficie de 404. [0021) La onda expansiva puede crear fallo por esfuerzo cortante de un elemento estructural embebido en la estructura 400, aunque el alcance de las realizaciones no se limitan a este respecto. Por ejemplo, la transmisión de la onda de choque a través del hormigón armado puede provocar un fallo por esfuerzo cortante de las barras de refuerzo en el hormigón. Además, parte de la energía impartida con el impacto se puede transmitir a lo largo de las barras de refuerzo, causando separación del hormigón circundante desde la superficie de barras de refuerzo, debilitando más la estructura 400 cerca del punto de impacto. [0022) La fuente de energía 102 comprende cartuchos accionados por pólvora para acelerar el elemento impactador 104. [0023) En la fig. 1, el elemento impactador 104 incluye un pistón 108 y una cabeza de impacto 106 para fines ilustrativos, aunque los expertos en la técnica reconocerán que el elemento impactador 104 puede ser un elemento unitario. El pistón 108 puede configurarse para soportar una variedad de diferentes cabezales de impacto. Por ejemplo, diferentes tipos de cabezales pueden ser más adecuados para diferentes tipos de aplicaciones y/o estructuras. La figura 2 muestra algunos tipos de ejemplos de cabezales de impacto. En referencia a la figura 2, el cabezal de impacto 106 puede ser una hoja plana, un objeto romo, una seta roma, o un impactador romo, por proporcionar algunos ejemplos no limitativos. [0024) La figura 3 ilustra un aparato de rotura 100' que tiene una cámara 308 para guiar un pistón 108 a lo largo de un eje 110 cuando se acciona una fuente de energía autónoma 102'. Por

ejemplo, un usuario puede actuar un gatillo 302 para accionar la fuente de energía autónoma 102'. Cuando el gatillo 302 se estira, un elemento de disparo 322 enciende la pólvora en un cartucho cargado de pólvora 324. Los gases de combustión en expansión del cartucho 324 aumentan la presión en la cámara 308. El pistón 108 se acelera a lo largo del eje \1 O en una dirección alejándose de una culata 304, comprimiendo así un resorte de retomo 314. El movimiento del pistón 108 a lo largo del eje 110 puede causar que se comprima un el paragolpes 312, dependiendo de la fuerza que el pistón 108 ejerza sobre el muelle de retomo 314. Por ejemplo, el resorte de retomo... [Seguir leyendo]

1. Un aparato (100) para romper una estructura rígida de hormigón (400) que tiene superficies opuestas primera y segunda (402, 404) que comprende: un elemento impactador (104) que tiene una cara roma de impacto configurada para transmitir una primera onda de choque localizada a través de la estructura rígida de hormigón (400) a la segunda superficie (404) de la estructura rígida de hormigón (400) al impactar la cara roma impactadora cara con la primera superficie (402) de la estructura rígida (400) ; y una fuente de energía (102) , que comprende un cartucho accionado por pólvora (324) ,

O capaz de acelerar el elemento impactador (104) a una velocidad suficiente para hacer que dicha onda de choque localizada viaje a través de dicha estructura rígida de hormigón (400) Y de ese modo inducir el desconchamiento en la segunda superficie (404) tras uno o más impactos con la primera superficie (402) ; y en el que dicho aparato (100) está dispuesto para acelerar dicha cara roma de impacto del mencionado elemento impactador (104) hacia dicha primera superficie (402) de la estructura rígida de hormigón (400) después de que la primera onda de choque localizada se transmita a través de la estructura rígida de hormigón (400) , para de ese modo debilitar estructuralmente un área prescrita y Crear una abertura a través de dichas superficies de hormigón y el aparato caracterizado además por

una cámara (308) que sobresale hacia delante de la cara de impacto, para evitar que la cara del impacto del elemento impactador (104) esté en contacto directo con la primera superficie (402) de la estructura rígida de hormigón (400) cuando el elemento impactador (104) esté preparado para el disparo.

2. El aparato (lOO) de la reivindicación 1, en el que la fuente de energía (102) es autónoma.

3. El aparato (lOO) de la reivindicación 1, en el que la fuente de energía (102) incluye una pluralidad de cartuchos accionados por pólvora (324) , el aparato (100) comprendiendo además: una culata de accionamiento de perno (304) para facilitar la utilización de cartuchos sucesivos de la pluralidad de cartuchos accionados por pólvora (324) .

4. El aparato (100) de la reivindicación 1, en el que la fuente de energía (102) incluye una pluralidad de cartuchos accionados por pólvora (324) , el aparato (lOO) comprendiendo además: una culata (304) configurada para facilitar la carga semiautomática de cartuchos sucesivos de la pluralidad de cartuchos accionados por pólvora (324) .

5. El aparato de la reivindicación 1, que comprende además: un dispositivo de enclavamiento 35 (318) para impedir el accionamiento de la fuente de energía (102) en respuesta a que el aparato (100) no está en contacto con la primera superficie (402) .

6. El aparato (lOO) de la reivindicación 1, que comprende además: un muelle de retomo (314) para permitir la operación semiautomática del aparato (100) , en el que la fuente de energía (102) está configurada para acelerar el elemento impactador (104) en una primera dirección a lo largo de un eje, y en el que el muelle de retomo (314) está configurado para acelerar el elemento de impacto (104) en una segunda dirección a lo largo del eje que es opuesta a la primera dirección; y en el que dicho aparato (100) comprende además un elemento amortiguador de mitigación del retroceso (316) para reducir el retroceso impuesto por el aparato (100) al actuar la fuente de 45 energía (102) .

7. El aparato (100) de la reivindicación 1, que comprende además: un elemento de soporte configurado para montar el aparato (100) a la primera superficie (402) .

8. El aparato (lOO) de la reivindicación 7, en el que el elemento de montaje incluye un elemento de vacío (608a) .

9. El aparato (100) de la reivindicación 2, en el que el elemento impactador (104) está configurado para transmitir una onda de choque localizada a través al menos una estructura de roca o tierra.

10. El aparato de la (100) de la reivindicación 1, que comprende además:

una pluralidad de aparatos de rotura (702) , incluyendo cada aparato de rotura (702) Un elemento impactador (104) configurado para transmitir una onda de choque localizada a través de la estructura rígida de hormigón (400) tras el impacto con la primera superficie (402) , Y en el que cada elemento de impacto (104) tiene una cara roma de impacto configurada para transmitir una onda de choque localizada a través de la estructura rígida (400) ;

un bastidor (704) para soportar estructuralmente la pluralidad de aparatos de rotura (702) , y

una fuente de energía autónoma (102) capaz de acelerar de cada uno de los elementos del impacto (104) a una velocidad suficiente para inducir el desconchamiento en la segunda superficie (404) tras el impacto con la primera superficie (402) .

11. El aparato (100) de la reivindicación 10, que comprende además: un elemento de accionamiento configurado para accionar la fuente de energía autónoma (102) para acelerar simultáneamente los respectivos elementos de impacto (104) .

12. El aparato (100) de la reivindicación JO, que comprende además: un elemento de accionamiento configurado para activar la fuente de energía autónoma (J 02) independientemente para cada aparato de rotura (702) para acelerar sucesivamente los respectivos elementos de impacto (104) .

13. Un método de romper una estructura de hormigón, que comprende las etapas de: activar de una fuente de energía (102) , incluyendo un cartucho de pólvora (324) , para acelerar una superficie de impacto roma de un elemento de impacto (104) sobre una primera superficie de hormigón (402) de la estructura de hormigón (400) ; propulsar la cara roma impactadora del elemento impactador sobre la primera superficie de hormigón de dicho estructura de hormigón en respuesta a la activación de la fuente de energía; transmitir una onda de choque localizada a través de la estructura de hormigón (400) en respuesta a propulsar la cara roma de impacto del elemento de impacto, y en el que la transmisión de la onda de choque localizada provoca desprendimientos en una segunda superficie de hormigón (404) de la estructura (400) , siendo la segunda superficie de hormigón opuesta a la primera superficie (402) de la estructura (400) ; y posteriormente, utilizar otro cartucho de pólvora (324) para acelerar dicha cara roma de impacto de dicho elemento impactador (104) hacia dicha primera superficie (402) de dicha estructura de hormigón, para así debilitar estructuralmente un área prescrita y crear una abertura a través de dichas superficies de hormigón.

14. El método de la reivindicación 13, en el que activar la fuente de energía (102) incluye activar una fuente de energía autónoma (102) , Y en el que el paso de activar la fuente de energía autónoma (102) incluye proporcionar al menos 460 Julios de energía explosiva.

15. Un método de la reivindicación 13 para romper una estructura rígida de hormigón (400) que

tiene superficies opuestas primera y segunda (402, 404) , que comprende: proporcionar un aparato de rotura (100) que incluya una fuente de energía autónoma (102) , incluyendo un cartucho de pólvora (324) , y un elemento de impacto (104) ; mientras que el aparato de rotura (100) está soportado por dos personas, activar una fuente de energía autónoma (102) ; propulsar una cara de impacto roma de un elemento de impacto (104) sobre la primera superficie (402) en respuesta a la activación de la fuente de energía autónoma (102) ; transmitir una onda de choque localizada a través de la estructura rígida (400) a una segunda superficie de la estructura rígida (400) en respuesta a propulsar el elemento de impacto, y posteriormente, utilizar otro cartucho de pólvora (324) para impulsar dicha cara de impacto roma de dicho elemento de impacto (104) hacia la primera superficie (402) ; e inducir desconchamiento en la segunda superficie (404) .

16. El método de la reivindicación 15, en el que transmitir la onda de choque localizada incluye además crear un fallo por corte localizado de un elemento estructural embebido en la estructura rígida (400) .

ACTUACIOH DE DIM FUEHTE DE EHERGIA AUTOHOMA PARA ACELEFtAR EL ELEMEHTO IMPACTADOR SOBRE LA PRIMEFtA SUPERFICIE DE LA ESTRUCTURA

TRASMISIOH DE LA 01IDA DE CHOOUE LOCALIZADA A TRAVES DE LA ESTRUCTUFtA.EH RESPUESTA A LA ACTUACIOH DE LA FUEIITE DE EHERGIA AUTOHOMA PAFtA PRO VOCAR EL DESCOHCHAMIEHTO DE LA SEGUHDA SUPERFICIE DE LA ESTRUCTURA ODE ES OPUESTA A LA PIUMEFtA SUPERFIECIE DE LA ESTRUCTURA

F1G.8

-900\

ACTUACI6H DE LA PUENTE DE EHERGIA AUTOHOMA

904

PROPULSIOH DELELEMEHTO DE IMPACTO SOBRE LA PFUMERA SUPEFtFICIE EH FtESPUESTA A LA ACTUACI011 DE LA FUEHTE DE ALIMEHTACIOH AUTOHOMA

906

TRASMISIOH DE LA OHDA DE CHOQUE LOCALIZADA A WAVES DE LA ESTRUCTUFIA RIGIDA EH RESPUESTA A LA PROPULS1611 DELELEMEHTO DE IMPACTO EH LA CUAL LA TRASMISI6H DE LA 011DA DE CHOQUE LOCALIZADA 111CLUYE DESCOHCHAMIEHTO EH LA SEGUHDA SUPERFICIE

FIG.9