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En el momento inmediato de un desastre natural, conflicto militar o crisis humanitaria a gran escala, la capacidad de restaurar los enlaces de transporte puede significar rápidamente la diferencia entre el alivio efectivo y el sufrimiento prolongado. Los puentes de tres, con su eficiencia estructural inherente, una relación de alta resistencia al peso y una asamblea relativamente simple, han sido durante mucho tiempo una solución preferida para el rápido despliegue de emergencia.
Avances en Diseño Modular
La piedra angular de los puentes de despliegue rápido moderno es diseño modular. La construcción tradicional de puentes a menudo implica diseños personalizados, fabricación extensiva en el sitio y equipo pesado que no siempre está disponible en zonas de desastre. Sistemas modulares, por contraste, utilizan un conjunto estandarizado de componentes prefabricados que pueden ser almacenados, transportados en contenedores de transporte estándar o camiones de cama plana Bailey, y montados con herramientas mínimas especializadas [LT]
Los diseños modulares de hoy han evolucionado mucho más allá del concepto de Bailey. Fabricantes como Mabey Bridge y Acrow Bridge ofrecen ahora sistemas que utilizan paneles ligeros y de bloqueo con mecanismos integrados de bloqueo. Estos paneles pueden ser pre-ensamblados en secciones más grandes en un área de montaje, entonces se pueden levantar
- segmentos de tress panelizados: Cada segmento es una unidad estructural completa que se atornilla a segmentos adyacentes con conectores de alta resistencia y rápida liberación. Los segmentos se pueden anidado para almacenamiento compacto, con capacidad de puente de hasta 500 pies de montaje en un solo contenedor de camiones.
- Sistemas de desbloqueo integrados: Los puentes modulares vienen ahora con paneles de acero prefabricados o de aluminio que se encierran directamente sobre los acordes de la truss, eliminando la necesidad de una desbloqueación de madera o hormigón separada que requeriría mano de obra adicional y materiales.
- Diseños conjuntos universales: Muchos sistemas modernos utilizan articulaciones universales que permiten que los mismos componentes formen diferentes configuraciones de truss, como Pratt, Warren o Howe trusses, proporcionando flexibilidad en capacidad de carga y longitud de lapso sin requerir partes únicas.
El diseño modular también facilita la instalación rápida reduciendo el número de piezas individuales. Un puente militar tradicional puede requerir miles de pins individuales, pernos y lavaderos. Los sistemas modernos utilizan pins de bloqueo propio y acopladores de montaje más bajo que no pueden ser desechados o perdidos, y que pueden ser instalados de forma dramática por una sola pieza de reducción de la logística.
Para más información sobre la evolución histórica de los puentes militares modulares, vea esta referencia de ingeniería sobre el puente de Bailey , que sigue siendo el punto de referencia en el que se miden todos los sistemas de despliegue rápido.
Uso de materiales ligeros
El diseño modular no puede alcanzar los tiempos de despliegue más rápidos si los componentes mismos son demasiado pesados para manejar sin grúas pesadas. Los avances en la ciencia de materiales han sido críticos, con un cambio hacia aleaciones de alto nivel, ligeros y materiales compuestos que mantienen la integridad estructural al reducir drásticamente el peso.
Las aleaciones de aluminio ] se han convertido en un material estándar para muchos sistemas de truss de despliegue rápido.El puente de truss de los Estados Unidos Aluminio de truss Bridge (ATB)[Fook:3], por ejemplo, utiliza aleación de aluminio 5083-H321, que ofrece una resistencia a la carga de acero comparable al uso de un puente estructural
Aún más avanzados son materiales compuestos fabricados con fibra de carbono o fibra de vidrio reforzados polímeros (CFRP y GFRP). Estos materiales ofrecen ratios de fuerza a peso que exceden tanto el acero como el aluminio por un factor de 5 o más. Los puentes de la cola de trusita se están desarrollando para fuerzas de operaciones especiales y misiones humanitarias donde el transporte aéreo es la única opción.
Los beneficios de los materiales ligeros se extienden más allá de la transportabilidad. También aceleran el montaje porque los componentes individuales pueden ser manejados por pequeños equipos sin ayudas de elevación propulsadas. Una reciente prueba de campo de un puente de truss de carbono por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos demostró que un equipo de cuatro personas podría montar un espacio de 40 pies en apenas dos horas.
Sin embargo, los materiales ligeros introducen nuevos retos de diseño. Ellos tienden a tener menor rigidez que el acero, lo que puede llevar a problemas de vibración y deflexión bajo carga dinámica. Las innovaciones recientes abordan esto a través de diseños híbridos que combinan acordes de aluminio con miembros de la web compuestos, o mediante técnicas de unión adhesiva que crean articulaciones más rígidas.
Para una visión general de las propiedades materiales utilizadas en el puente militar, consulte el presente informe sobre ] el rendimiento del puente de truss de aluminio del Diario de Ingeniería del Puente.
Vehículos de despliegue rápido
Incluso los componentes de puentes más modulares y ligeros serían de uso limitado si no pudieran posicionarse rápidamente y unirse en el campo. El desarrollo de vehículos de despliegue especializado ha sido un cambiador de juego, transformando lo que una vez fue un proceso lento y manual en una operación altamente mecanizada.
El ejemplo más destacado es el sistema Mediante Puente de Girder (MGB) utilizado por las fuerzas de la OTAN. El MGB es un puente de truss modular que se puede montar sin grúas pesadas, utilizando una gantry montada en vehículos que levanta y coloca cada sección. El gantry en sí se rueda a lo largo de la parte completa del puente, permitiendo que el puente se construye un puente
Más recientemente, sistemas como el Puente Emplazado (REB) desarrollado por el Ejército de los Estados Unidos utilizan un lanzador operado hidráulico montado en un camión pesado. El lanzador se despliega y extiende el puente de trus como un puente gigante, luego lo baja en los abutos preparados. Toda la operación puede ser completada por un equipo de tres posiciones en los últimos 30 minutos.
También están surgiendo adaptaciones comerciales. Puente de Despliegue Hidraulico (HDB) de Acrow utiliza un concepto similar pero está diseñado para la respuesta de emergencia civil. El HDB se transporta en un semi-trailer estándar y utiliza un mecanismo de truss plegable que se extiende neumática e hidráulicamente. Una vez en su lugar, el tráfico desplegado se puede
Las características clave de los vehículos de despliegue modernos incluyen:
- Herramientas de conexión asistidas por potencia: Las cerraduras hidráulicas, los empujeadores de pin y los sistemas de pernos automatizados se integran en el vehículo de despliegue, reduciendo el esfuerzo físico necesario para el montaje.
- ] Monitoreo de carga en tiempo real: Los sensores en el lanzador proporcionan información sobre alineación, nivel y distribución de carga, asegurando una colocación segura y precisa.
- ] Capacidad de la banda: Algunos vehículos pueden lanzar múltiples secciones de puentes secuencialmente para cubrir lagunas más largas, con soportes intermedios colocados por el mismo sistema.
Técnicas de conexión innovadoras
Las articulaciones y conexiones en un puente de la tregua son donde ocurren más a menudo fallos, y también son el cuello de botella principal durante el montaje. Los puentes de acero tradicionales dependen de la soldadura (que es lenta y requiere mano de obra calificada) o de la remacha/bote (que consume tiempo y requiere numerosos giros de una llave inglesa). Para el despliegue de emergencia, la velocidad y la fiabilidad son primordiales, lo que conduce al desarrollo de varias técnicas innovadoras de conexión.
Los pines de liberación rápida] son la innovación más simple y generalizada. Estos pines tienen un mecanismo de bloqueo de bolas cargado de primavera que los asegura en su lugar una vez insertados a través de agujeros pre-alineados. No se requieren herramientas: los pines se colocan simplemente hasta que hacen clic. Se pueden insertar múltiples pines en segundos, y su diseño cautivo les impide ser conectados.
Las articulaciones desmontadas con mecanismos de bloqueo preinstalados también han avanzado significativamente. Los tornillos pretensionados con lavadores integrales de carga permiten a los trabajadores estrechar las conexiones con el par exacto requerido usando un solo golpe de una herramienta hidráulica. Algunos sistemas utilizan los tuercas autobloqueantes que tienen una inserción de plástico o una distorsión elíptica que evita la relajación bajo el bloqueo.
Las conexiones de la estructura ] son una tecnología emergente que elimina la necesidad de alineación precisa de agujeros en conjunto. En estos sistemas, los miembros de la truss se agrupan usando tornillos de alta resistencia que desarrollan resistencia friccional entre las superficies. La fuerza de sujeción se aplica utilizando un tensor hidráulico que puede apretar múltiples cerraduras simultáneamente.
Otra innovación notable es la junta de bloques de cámara , utilizada en algunos sistemas de truss compuestos. Los extremos masculinos y femeninos de los miembros de trus se insertan entre sí y luego una palanca de leva se gira 90 grados, jalando los miembros firmemente. El bloque de levas proporciona alineación y acolchado en un solo paso, y la palanca puede ser accionada con un gran accionada.
Estas técnicas de conexión no sólo ahorran tiempo sino también mejoran la calidad. Debido a que están diseñadas para ser infalibles, la inaignación física es prevenida por guías y bordes acariciados, el riesgo de error humano se reduce. En situaciones de emergencia, donde los trabajadores pueden estar fatigados o trabajar bajo presión, esta confiabilidad es inestimable.El efecto neto es que un puente de trusión moderno puede ser montado por un equipo con entrenamiento mínimo, mientras que los sistemas antiguos requieren puentes.
Para una comparación detallada de los métodos de ayuno en puentes militares, el InvestigaciónEl papel de satélite sobre tecnologías de conexión rápida ofrece una excelente visión general de las innovaciones mecánicas que impulsan este campo.
Diseños adaptables y flexibles
No hay dos escenarios de emergencia idénticos. Un puente necesario para el alivio de inundaciones en una zona rural puede requerir un espacio de 30 pies para vehículos ligeros, mientras que una operación militar en terreno urbano puede necesitar un espacio de 150 pies capaz de soportar los principales tanques de batalla. Históricamente, diferentes puentes tendrían que ser diseñados y fabricados para cada requisito, lo que conduce a grandes inventarios de componentes únicos.
Los puentes de truss telescópicos] son una innovación. Estos puentes han anidado secciones que pueden ser extendidas o retraídas para ajustar la longitud de la llanta en incrementos. Un sistema telescópico puede tener una longitud nominal de 80 pies cuando se derrumbe, pero puede extenderse a 120 pies tirando de una sección interna y cerrándola automáticamente.
]La flexibilidad de configuración modular es otra tendencia clave. El mismo conjunto de paneles se puede organizar como una a través de trus (donde el tráfico pasa entre los trus) para vehículos altos, o como una cubierta truss (donde el tráfico se ejecuta en la parte superior de los trus) para áreas de baja limpieza.
La adaptabilidad se extiende también a la base y el diseño de la abutación. Los abrojos prefabricados y ajustables se pueden colocar en terreno irregular sin una extensa excavación. Algunos sistemas utilizan pilas de tornillo] o anclas de tierra que pueden instalarse a mano o con un pequeño conductor hidráulico, permitiendo que el puente se eriga en bancos empinados o suelo suave sin trabajo de base pesada.
La flexibilidad de los puentes de truss modernos también incluye la capacidad de carga múltiples. Un sistema modular puede ser valorado para cargas de carreteras civiles (HS-20 o HS-25) o para cargas militares (MLC 50-120) dependiendo del tipo de configuración y conexión utilizado.Simplemente agregando miembros de cómputo extra o reforzando acordes, la capacidad de carga puede aumentarse sin reemplazar toda la estructura.
Para un estudio de caso sobre el uso de puentes adaptables en respuesta a desastres, el despliegue de puentes modulares en Nepal después del terremoto de 2015 ilustra cómo los diseños flexibles permitían a los convoyes humanitarios cruzar ríos impasibles en días posteriores al desastre.
Impacto en la respuesta de emergencia
El efecto acumulativo de estas innovaciones en la respuesta de emergencia ha sido profundo. Los puentes de truss de despliegue rápido permiten ahora a los equipos de respuesta, ingenieros militares y organizaciones humanitarias establecer puntos de cruce críticos dentro de horas, restaurar cadenas de suministro y rutas de evacuación que de otro modo permanecerían rotas durante semanas o meses.
En respuesta a desastres naturales], la velocidad de instalación es a menudo la diferencia entre llegar a comunidades aisladas y dejarlas varadas. Durante la temporada de huracanes de 2017 en el Caribe, los militares estadounidenses desplegaron múltiples puentes modulares de trus en Puerto Rico y las Islas Vírgenes de Estados Unidos alcanzaron 72 horas de caída. Estos puentes sustituyeron los tramos de carretera restaurados del terremoto de Bailey, permitiendo que los vehículos de emergencia alcanzaran los hospitales y la distribución.
En operaciones militares], la capacidad de cerrar rápidamente una brecha es una ventaja táctica decisiva. Los modernos sistemas de truss pre-motores son ahora equipos estándar para unidades de ingenieros de combate. El sistema MGB se ha utilizado en Afganistán para abarcar canales de riego y pequeños ríos flotantes rápidamente, permitiendo patrullas blindadas para evitar artefactos explosivos improvisados (IED) en las carreteras principales.
El impacto humano es mensurable en términos de tiempo salvado y de vida afectado. Un estudio del Banco Mundial estimó que cada día un puente está fuera de servicio en una zona de desastre puede reducir el PIB de la región afectada por 0,5% debido a la pérdida de comercio y productividad. Para las comunidades aisladas, la pérdida de un puente correlaciona directamente con el aumento de la mortalidad por falta de atención médica.
Las innovaciones también han hecho que el despliegue de puentes de emergencia sea más económico. Mientras que el precio inicial de compra de un sistema modular de truss es mayor que los materiales tradicionales, los ahorros en el transporte (remolques menores), el trabajo (reiniciar más temprano) y el tiempo (reabierto) hacen que el costo total del ciclo de vida sea significativamente menor.
A pesar de estos éxitos, persisten los desafíos. Los obstáculos políticos y burocráticos a menudo retrasan el despliegue de puentes pre-configurados a las zonas de desastre, y muchos países todavía carecen de existencias de componentes apropiados. Sin embargo, organizaciones internacionales como la Oficina de las Naciones Unidas de Servicios para Proyectos (UNOPS) y el Programa Mundial de Alimentos han comenzado a desplegarse en forma modular los puentes.
Tendencias futuras en la construcción de puentes de emergencia
El ritmo de innovación en puentes de tress de despliegue rápido no muestra signos de desaceleración. Mirando hacia adelante, varias tecnologías emergentes prometen empujar los límites de lo que es posible aún más.
Los investigadores están desarrollando sistemas de tress que pueden desplegarse, como una antena desplegable. Utilizando una combinación de actuadores neumáticos y aleaciones de forma-moria, los componentes del puente emergerían de un contenedor compacto y se expandirían a su forma final sin ningún montaje manual.
Los puentes inteligentes integrados por el sensor] proporcionarán un monitoreo estructural de salud en tiempo real. Los sensores de tensión y acelerómetros de fibra óptica incrustados en los miembros de la trus pueden detectar sobrestres, daños o fatiga antes de que ocurra el puente de emergencia.En un escenario de emergencia, esta información puede ser retransmitida inalámbricamente al centro de comandos, permitiendo a los ingenieros ajustar rápidamente los límites de carga o desplegar los mismos.
La impresión 3D] está empezando a influir en la construcción de puentes. Aunque los puentes de truss impresos a gran escala no son factibles para el despliegue rápido, la impresión 3D puede producir conectores personalizados, accesorios de finalización y piezas de reparación in situ utilizando impresoras móviles. Esta capacidad reduciría la necesidad de almacenar docenas de componentes únicos; en lugar, un inventario general de elementos de trus se pueden complementar los requisitos específicos con piezas.
]El montaje asistido por el drone es otra vía prometedora. Los drones pequeños pueden llevar cables ligeros o cables guía entre secciones de puentes, ayudando a alinear componentes durante la fase inicial de montaje. Los drones más grandes o helicópteros autónomos podrían colocar elementos estructurales precisamente, reduciendo la necesidad de andamios o grúas. Mientras que los ensayos temporales por el Instituto Federal de Tecnología de Suiza pueden ser utilizados posteriormente
] Los materiales sostenibles] también están adquiriendo atención. Las resinas basadas en bio para materiales compuestos, aleaciones de aluminio reciclado y acero de bajo contenido de carbono se están integrando en sistemas modulares de puentes. Para proyectos humanitarios a largo plazo, estas opciones sostenibles reducen la huella ambiental del esfuerzo de socorro y se ajustan a los objetivos de la comunidad internacional.
En última instancia, el objetivo de todas estas innovaciones es hacer la construcción de puentes de emergencia como rutina como la creación de una tienda. Con la investigación y la inversión continua, el día puede llegar cuando un puente de truss totalmente desplegable puede ser construido por un solo operador usando un ordenador tableta, convirtiendo un reto de ingeniería potencialmente de semanas en un procedimiento rápido y estandarizado que ahorra tiempo, dinero y vidas.
El viaje desde el puente de Bailey de los años 40 hasta los sistemas de auto-desplegable, adaptadores de sensores, es un testamento de la ingeniosidad de la ingeniería humana. A medida que la frecuencia y gravedad de los desastres naturales aumentan debido al cambio climático, y a medida que las operaciones militares se vuelven cada vez más expedicionarias, la necesidad de soluciones rápidas, fiables y versátiles de restauración sólo crecerá.