MX2011003240A - Dispositivos para prueba de resistencia en campo y métodos para sistemas de detención con materiales de ingenieria instalados. - Google Patents

Abstract

Las modalidades de la presente invención proporcionan dispositivos de prueba de campo y métodos para probar la resistencia de gradiente de compresión de sistemas de detención instalados de vehículos, tal como los instalados en pistas de aterrizaje de aeropuertos; los métodos actuales para probar dichos sistemas de detención se realizan en materiales de prueba internos, y estos métodos no son aplicables o útiles cuando las pruebas necesitan ser realizadas en sistemas actualmente instalados en el campo.

Description

DISPOSITIVOS PARA PRUEBA DE RESISTENCIA EN CAMPO Y MÉTODOS PARA SISTEMAS DE DETENCIÓN CON MATERIALES DE INGENIERÍA INSTALADOS Esta solicitud reclama el beneficio de la Solicitud Provisional de Estados Unidos Serie No. 61/099 937, presentada el 25 de septiembre 2008, titulada "Método para Prueba de Resistencia en Campo en Sistemas de Detención con Materiales de Ingeniería Instalados", todo el contenido el cual se incorpora aquí a modo de referencia.

CAMPO TÉCNICO Las modalidades de la presente invención se relacionan generalmente con aparatos portátiles para pruebas y métodos de prueba de resistencia para materiales de baja resistencia, instalados en particular en Sistemas de Detención con Materiales de Ingeniería, de aquí en adelante denominados como EMAS o sistemas de detención de vehículo compresible. Un ejemplo de un EMAS se describe entre otros en la Patente de Estados Unidos No. 5 885 025 titulada Sistemas de Lecho de Detención para Vehículos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Un ejemplo de un sistema EMAS o sistema de detención vehículo compresible comprende el material colocado en el extremo de una pista que previsible y confiablemente se aplastará (o de otra forma se deformará) bajo el peso de un avión que viaja fuera del final de la pista. La resistencia proporcionada por el material de baja resistencia disminuye la velocidad del avión y lo lleva a una parada dentro de los límites de la zona invadida. Un objetivo del EMAS es fallar de una manera predecible y específica, proporcionando de tal modo una fuerza de resistencia predecible y controlada conforme el vehículo deforma el sistema EMAS. Un EMAS es por lo tanto en general compresible, deformable, rompible o de otra manera capaz de ser comprimido ó deformado ó roto con el impacto adecuado. EMAS es ahora parte de los estándares de diseño de aeropuertos de Estados Unidos y es descrito en la Circular de Asesoramiento de la FAA (Administración Federal de Aviación) 150/5220-22A como "Sistemas de Detención con Materiales de Ingeniería (EMAS) para aeronaves que hacen aterrizajes demasiado largos" con fecha del 30 de septiembre de 2005. El EMAS y la planeación del Área de Seguridad en la Pista se rigen por órdenes de la FAA 5200.8 y 5200.9. En cambio, un material EMAS ó sistema de detención de un vehículo compresible (o deformable) se puede colocar sobre ó dentro de un camino ó paseo peatonal (ó en otro lugar), por ejemplo, para desaceleración de vehículos u otros objetos aparte de aviones.

El diseño y la fabricación de EMAS debe cumplir todos los requisitos especificados en la Circular de Asesoramiento de la FAA 150/5220-22A. Materiales de cierta resistencia son seleccionados para optimizar el funcionamiento del EMAS para una mezcla de flota específica que opera en una pista específica. Los cálculos de los costos del ciclo de vida a partir de la Orden 5200.9 de la FAA suponen que el EMAS puede necesitar ser reemplazado en un momento determinado. Con el fin de determinar que los sistemas EMAS instalados han mantenido la capacidad de detener a los vehículos diseñados, es necesario desarrollar un dispositivo para la prueba de resistencia en campo y método de prueba para medir la fuerza del EMAS instalado al paso del tiempo.

La Patente de Estados Unidos No. 5 789 681 describe un ejemplo de un aparato de prueba y método de prueba para el material del EMAS. Esta patente también define el Gradiente de la Fuerza de Compresión (CGS) estándar, que se ha usado internamente para controlar la resistencia del material en la producción. Sin embargo, este método de prueba patentado internamente no puede ser aplicado directamente a la prueba de resistencia de los sistemas EMAS instalados al menos porque el aparato de prueba no es portátil. Este sistema prueba una sección de prueba del material de detención que se coloca en un bloque de apoyo. Una carga se aplica luego a la sección de prueba (mediante un sistema hidráulico que controla un eje con un cabezal de la sonda de prueba) a una velocidad constante relativamente rápida con medición de la fuerza que ocurre de forma continua o en pequeños incrementos de desplazamiento a medida que el cabezal de la sonda de prueba se mueve a través de la muestra. Sin embargo, si uno quiere someter a prueba un sistema EMAS que ya ha sido instalado, el retirar una o más porciones del material del sistema y transportar esas porciones de nuevo al laboratorio para su análisis es poco práctico y poco confiable. Ejemplos de posibles problemas son que el material puede ser roto durante la extracción de la pieza, o que el sistema completo puede verse comprometido por el retiro de la pieza de prueba, causando en ambos casos problemas con el proceso de prueba. La remoción de una pieza de prueba en algunos casos posiblemente podría requerir que todo el lecho del EMAS sea puesto fuera de servicio, descartando potencialmente el uso de la pista asociada por un período prolongado.

Las modalidades de la invención que se describe en este documento por lo tanto proporcionan así un dispositivo de prueba de resistencia y método que se puede implementar fácilmente en el campo, en un EMAS existente y actualmente instalado (es decir, in situ). El deseado aparato de prueba portátil debe tomar las lecturas de carga resistiva y la profundidad de penetración. La carga resistiva medida se puede convertir en CGS. La profundidad de penetración en el material se puede medir usando diferentes tipos de dispositivos de medición de distancia.

Aunque algunos penetrómetros de suelo fuera de la plataforma son capaces de registrar tanto cargas resistivas y mediciones de distancia, no pueden aplicarse directamente a la prueba de resistencia en campo de materiales EMAS con sus diseños actuales. Estos penetrómetros fueron diseñados principalmente para el estudio de la compactacion del suelo. Por ejemplo, la Sociedad Americana de Ingenieros Agrícolas (ASAE) y la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) requieren el uso de cabezales de perforación con formas de cono, que son especialmente diseñados para las pruebas de suelo, pero no se pueden utilizar para las pruebas de EMAS debido a las propiedades únicas de los materiales EMAS. En consecuencia, las modalidades de esta invención proporcionan un sistema portátil de transporte y método de prueba para probar las diversas características de los sistemas EMAS instalados actualmente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Hay una gran necesidad de pruebas de resistencia en campo de los sistemas EMAS instalados. Sin embargo, ni el aparato de prueba de EMAS patentado internamente ni los penetrómetros para análisis de suelos cumplen las necesidades especializadas de las pruebas de campo para EMAS. En consecuencia, las modalidades de esta invención proporcionar un dispositivo de prueba de resistencia en campo y el método que incluye el diseño de hardware, la determinación del tamaño de la muestra, el muestreo aleatorio, y la interpretación de los datos de fuerza. Los dispositivos de prueba de resistencia descritos y métodos se pueden aplicar no sólo a los actuales sistemas EMAS, sino también a las nuevas generaciones EMAS, que pueden utilizar otros materiales de baja resistencia que tienen similares capacidades de detención. Cada tipo de material tendrá una banda de tolerancia única asociada con un tamaño de cabeza perforadora seleccionada. Esas bandas de tolerancia serán probablemente pre-establecidas por la autoridad reguladora o por un fabricante del sistema EMAS, y se establecen en el momento de la instalación. Sin embargo, las bandas de tolerancia del sistema instalado deben ser debidamente probadas en varios intervalos después de la instalación utilizando los dispositivos y métodos descritos en este documento con el objeto de confirmar que los materiales mantienen la fuerza deseada y necesaria a lo largo del tiempo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 muestra una vista lateral de una modalidad de un dispositivo de prueba de campo.

La Figura 2 muestra una vista cercana de un extremo del dispositivo de prueba de campo de la Figura 1.

La Figura 3 muestra una vista en planta inferior de una modalidad de un cabeza perforadora del dispositivo de prueba de campo de la Figura. 1.

La Figura 4 muestra un ejemplo de una técnica anterior de un penetrometro de suelo antes de ser modificado según las modalidades de esta invención.

La Figura 5 muestra un diagrama esquemático de los pasos de prueba según una modalidad del método de prueba.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Como se muestra en la Figura 1 , una modalidad de un dispositivo portátil de pruebas de campo 10 que incluye un eje 12, una cabeza perforadora 20, y un sistema de medición 30. Para mayor portabilidad, el eje 12 puede (aunque no necesariamente) ser dividido en dos o más secciones y ensambladas en el lugar. En el ejemplo específico que se muestra en la Figura 1, el eje 12 se presenta en dos partes, un eje superior 14 y un eje inferior 16, que pueden ser rápidamente ensambladas en el campo proporcionando un fácil transporte. Debe entenderse, sin embargo, que un solo eje ó cualquier número de secciones del eje pueden ser proporcionadas. Como también se muestra en la modalidad específica de la Figura 1 , las partes superior e inferior del eje 14, 16, se pueden conectar a través de una conexión roscada 18. Una vez más, se debe entender que cualquier número de conexiones adecuadas puede ser utilizada y se consideran dentro del alcance de esta invención, tales como las conexiones de ajuste rápido, conexiones en j de pestaña/bloqueo, conexiones en forma de cola de milano, conexiones cónicas, y así sucesivamente.

En una modalidad particular, el eje de perforación 12 es por lo menos unos 63.5 cm de largo para cubrir la profundidad deseada de penetración máxima. Dependiendo del tipo de materiales a ser probados, el eje 12 en general debe ser por lo menos unos 12.7 centímetros de largo, pero puede ser de 12.7cm a 91.44 cm e incluso más largo si eso facilita su uso. En general, la longitud deberá ser optimizada para facilitar la operación para mantener una velocidad de penetración constante.

El dispositivo 10 también incluye un cabezal de perforación 20 en su parte inferior. Un tipo de cabeza de perforación 20 tiene una superficie inferior plana 22 y un diámetro generalmente redondo 24, como se muestra en la Figura 3. En una modalidad, el dispositivo de pruebas de campo 10 se puede basar en un diseño con capacidad para registrar mediciones de la carga resistiva y la profundidad de la penetración. En otras modalidades, el dispositivo de prueba de campo 10 se puede construir sobre la base de un penetrómetro de suelo existente con una cabeza de perforación modificada y eje.

Un ejemplo de un penetrómetro de suelo 70 se muestra en la Figura 4. Aunque diversas opciones para dichos dispositivos existen, los penetrómetros de suelo generalmente tienen una cabeza de perforación en forma de cono o puntiaguda 72 que está diseñada para penetrar en el suelo con el fin de medir diversos parámetros. Los penetrómetros de suelo en general tienen una cabeza de perforación para prueba de suelos ya sea con una forma cono de 30° o 60° conforme a lo dispuesto por las normas de la ASAE y la ASTM. Esto es para que el extremo de punta del penetrómetro de suelo pueda penetrar en el suelo con facilidad.

Obviamente, este dispositivo no sería útil para las pruebas de resistencia a la compresión de un gradiente de EMAS. El objetivo de tales pruebas no es necesariamente para penetrar el EMAS sino para determinar su fallo sobre a una cierta carga aplicada a través de una cierta área definida. Como tal, el dispositivo de prueba de campo 10 para probar un sistema existente de EMAS se ha diseñado con una cabeza de perforación 20 de preferencia que tiene una superficie inferior plana 22. La cabeza de perforación 20 también se encuentra en una forma generalmente redonda o circular. La forma circular plana se selecciona para que la cabeza de perforación 20 supere la resistencia sobre todo de la fuerza CGS del material. El espesor 28 de la cabeza de perforación 20 ha sido diseñado para minimizar la resistencia a la fricción de la cabeza de perforación 20. Por el contrario, la cabeza en forma de cono de un penetrómetro de suelo inmediatamente penetraría el EMAS sin probar la resistencia suficiente. El material de la cabeza de perforación debe de ser elegida para resistir el desgaste debido a la abrasión por el material EMAS. Ejemplos no limitantes incluyen cualquier tipo apropiado de metal, polímero o cerámica, o cualquier combinación o sus aleaciones. Debe entenderse que la cabeza de perforación 20 puede tener una superficie efectiva diferente y no necesita ser perfectamente plana y redonda. Un tamaño apropiado de la cabeza se puede seleccionar para probar la resistencia de ciertos materiales. Ejemplos no limitantes de diámetros posibles de perforación oscilan entre 1.27 cm a 5.08 cm aunque se debe entender que pueden ser más grandes ó pequeños dependiendo del material y las circunstancias de prueba.

El eje de perforación 12 se muestra en la Figura 1 , tiene un diámetro 26 que es más pequeño que el diámetro 24 de la cabeza de perforación 20. Este diseño ayuda a eliminar la carga de fricción del eje 12. También es posible que el eje de perforación 12 sea casi del mismo tamaño o igual al diámetro 24 de la cabeza de perforación 20. El eje 12 también debe ser lo suficientemente resistente para evitar el pandeo debido a la carga resistiva. El material del eje debe ser seleccionado para resistir el desgaste por uso intensivo, ejemplos los cuales pueden ser los mismos que los proporcionados anteriormente para la cabeza de perforación 20.

El dispositivo 10 también incluye un asa 13 o algún otro tipo de agarre o elemento de estabilización en su parte superior. Como se muestra en la Figura 1 el asa 13 puede apoyar un sistema de medición 30 para medir los parámetros deseados que se están probando en el campo (sin embargo, debe entenderse que el sistema de medición 30 puede ser ubicado en cualquier lugar a lo largo de eje 12 como se desee). En una modalidad, la profundidad de penetración de la cabeza de perforación 20 puede ser medida usando varios sensores de distancia ó de profundidad de penetración 32, tales como sensores ultrasónicos y láser. La selección de un sensor de distancia 32 tal dependerá de la precisión requerida y la aspereza del medio ambiente. Debido a que la resistencia del material es sensible a la tasa de deformación, es importante controlar la velocidad de penetración, que afectará significativamente la medición de la carga resistiva. La velocidad de penetración puede ser calculada a partir de las mediciones de profundidad de penetración. Un indicador de velocidad 34 puede ser utilizado para ayudar en el control de la velocidad de la cabeza de perforación. Un sensor de carga resistiva (no se muestra, pero similar a los otros sensores indicados en ele asa) también pueden ser proporcionados.

La determinación de un tamaño de muestra es también importante porque las muestras demasiado grandes hacen perder el tiempo y recursos, mientras que un tamaño de la muestra que es demasiado pequeño puede ser estadísticamente insignificante y dar lugar a resultados imprecisos en la prueba. El tamaño de la muestra puede ser determinada principalmente por el nivel deseado de precisión, nivel de confianza, y el grado de variabilidad en la resistencia del material. También es importante utilizar un muestreo aleatorio a fin de determinar de forma confiable la resistencia media de un sistema EMAS en un intervalo de confianza deseado.

La ubicación de las muestras para las pruebas de resistencia en campo puede determinarse mediante la norma ASTM D 3665 en un área eficaz de detención EMAS, que puede ser definida según los estándares de diseño y mantenimiento del EMAS.

Una modalidad de un método que puede ser utilizado en las pruebas de campo para medir la resistencia de sistemas EMAS para proporcionar un dispositivo de campo de prueba apropiado, definir un tamaño de muestra que debe tomarse, e identificar los lugares de muestreo a lo largo del EMAS instalado. Los lugares de muestreo (y específicamente, lugares de muestreo aleatorios) se pueden identificar mediante un programa informático con el fin de evitar el error de operador en las decisiones de localización. Sin embargo, también es posible para el operador identificar lugares al azar a lo largo del EMAS, asegurándose de poner a prueba las varias alturas y las distancias a lo largo del EMAS (por ejemplo, no todas las muestras se encuentra en la base del sistema EMAS y no todas las muestras deben ser tomadas de un lado o todos al otro lado del EMAS, sino a lo largo de una buena muestra de diferentes alturas y distancias).

El operador debe llevar al dispositivo de prueba de campo a cada punto de muestreo a lo largo del EMAS, registrar la carga resistiva, la profundidad de la penetración, la velocidad de la cabeza perforadora, o cualquier combinación en cada lugar de muestreo. Una vez que todos los datos han sido obtenidos, la fuerza del gradiente de compresión (CGS) del material se calcula a partir de los datos obtenidos. Este cálculo puede hacerse manualmente o por un programa informático adecuado que recibe y ejecuta los datos, y proporciona un resumen de salida de los resultados.

Usando el procedimiento descrito anteriormente, las cargas resistivas en los lugares seleccionados al azar se pueden registrar como funciones de la profundidad de penetración y luego ser descargadas en una computadora para su análisis. La resistencia del material, CGS, se puede calcular en función del tamaño de la cabeza de perforación asociada. Siendo equivalente o similar a las bandas de tolerancia definidas en la patente de Estados Unidos No. 5 789 681 para las pruebas internas, las bandas de tolerancia de la prueba de resistencia deben ser desarrolladas para materiales de cierta resistencia y cabezas de perforación asociadas. La resistencia del material calculada debe compararse con una banda de tolerancia de prueba de resistencia. Por ejemplo, una vez que el CGS se ha identificado, puede ser comparado con los límites definidos CGS. La resistencia del material resultante entonces debe presentarse como un intervalo de confianza basado en el análisis estadístico.

La prueba de resistencia en campo debe llevarse a cabo regularmente para encontrar una tendencia de cambio en la resistencia a lo largo del tiempo y confirmar que el sistema instalado está manteniendo su resistencia requerida. Integrado con otros métodos de inspección sobre el terreno, el método de prueba de resistencia en campo descrito en esta invención ayudará a controlar la condición de los sistemas EMAS instalados.

Los cambios y modificaciones, adiciones y eliminaciones se pueden hacer a las estructuras y métodos recitados anteriormente y mostrados en los dibujos sin salir del ámbito ó espíritu de la invención y de las siguientes reivindicaciones.

Claims (10)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo portátil para pruebas de campo para el sistema de detención de vehículo compresible, que comprende: (a) un eje que tiene una longitud y un diámetro; (b) una cabeza de perforación en un extremo del eje que tiene una superficie plana; y (c) un sistema de medición configurado para medir la carga resistiva, la penetración de la cabeza de perforación en el sistema instalado de detención de un vehículo compresible, la velocidad de la cabeza de perforación en el sistema instalado de detención de un vehículo compresible, o cualquier combinación de los mismos.

2. El dispositivo portátil para pruebas de campo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el sistema de medición comprende un sensor de carga resistiva, un sensor de profundidad de penetración, un indicador de velocidad, o cualquier combinación de los mismos.

3. - El dispositivo portátil para pruebas de campo de conformidad con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado además porque el eje es proporcionado en más de una sección para portabilidad, y en donde las más de una secciones se pueden conectar entre sí en uso en el campo.

4. - El dispositivo portátil para pruebas de campo de conformidad con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado además porque el diámetro del eje es menor que o igual al diámetro de la cabeza de perforación.

5. - El dispositivo portátil para pruebas de campo de conformidad con las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado además porque la longitud del eje es de 12.7 cm a 91.44cm.

6. - Un método para probar la resistencia en campo de un sistema de detención de un vehículo compresible instalado que comprende: (a) proporcionar un dispositivo de pruebas de campo; (b) identificar lugares de muestreo a lo largo del sistema instalado; (c) conducir el dispositivo de prueba de campo hacia cada lugar de muestreo a lo largo del sistema, y (d) registrar la carga resistiva, la profundidad de penetración, la velocidad de la cabeza de perforación, o cualquier combinación de éstos en cada lugar de muestreo.

7. - El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque comprende el cálculo de resistencia a la compresión del gradiente (CGS) de la carga resistiva, profundidad de penetración, la velocidad de la cabeza de perforación o cualquier combinación obtenida de los mismos.

8. - El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque comprende el cálculo de resistencia a la compresión del gradiente (CGS) de la carga resistiva, la profundidad de penetración, la velocidad de la cabeza de perforación o cualquier combinación obtenida de los mismos y la comparación de CGS para definir los límites de CGS.

9. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque los lugares de muestreo se identificaron al azar.

10. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el dispositivo de pruebas de campo es el dispositivo recitado en la reivindicación 1.