DETENCIÓN DE IMPACTO DE ARMA DE FUEGO

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a la aplicación de materiales constructivos que resisten el impacto de armas de fuego de distintos calibres, en áreas susceptibles a ser atacadas con armas de fuego. Más específicamente, el campo de aplicación sería en el sistema penitenciario federal, en instalaciones militares, en instalaciones de policías federales y/o estatales, en bóvedas bancarias, en escuelas, en instalaciones de guardias en prevención, etcétera.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Actualmente existen paneles laminados resistentes al impacto de balas, tales como el divulgado en la patente US8062741 publicada el 22 de diciembre de 2011, dicha patente relaciona a un panel laminado que posee un núcleo cementoso hecho de una combinación de materiales inorgánicos y orgánicos con ciertas propiedades específicas (balísticas y de resistencia a terremotos) . Esta combinación de materiales cuando se mezcla con agua conlleva a una excelente fluidez y auto nivelación en la etapa de mezclado, así como al desarrollo de una muy alta resistencia a la compresión de al menos 10, 000, 15,000 o 20,000 psi (703, 1,055, o 1,406 kgf/cm2, respectivamente) una vez fraguado a los 28 días.

El diseño del material del panel divulgado en la patente US8062741 es en forma de multi-capas alternadas de metal con panel cementoso, este tipo de paneles presentan diversos problemas tales como, el tener más de un componente de diferente material para elaborar una pared, asi como largos tiempos en el proceso de elaboración, además de que no están diseñados para soportar calibres de alto poder.

La presente invención tiene como objetivo resolver las dificultades antes mencionadas proporcionando un compósito cementoso mecano activado para la detención de impacto de arma de fuego que una vez elaborado para ser utilizado en una pared o techo, es de una sola pieza y no requiere de otros elementos adicionales.

La invención que se pretende proteger se enfoca al área de cementos avanzados para la detención de impacto de arma de fuego y comprende la inclusión de aditivos puzolánicos, fibras metálicas, polímeros y su enfoque de protección está relacionada al área de calibres: 0.22, 0.380, 5.56, 7.62 x 39 mm, 7.62 x 51 mm (bala perforante), 12.7 x 99 mm. (bala perforante) , así como el uso de granadas MKIIIA3 y M26M.

DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1, ilustra una probeta pre-impacto balístico en su cara frontal .

La figura 2, ilustra una probeta post-impacto balístico en su cara frontal. La manera en que la energía cinética del proyectil es disipada a través de los mecanismos de fractura observados indican un comportamiento altamente isotrópico del concreto.

La figura 3, ilustra una probeta post-impacto balístico en su cara posterior . La figura 4, ilustra una gráfica que representa el aumento de flujo de calor (reactividad) durante el proceso de hidratación del concreto posterior a la mecanoactivación mediante molienda de alta energía, mecanoactivado con puzolanas de alta expansión.

La figura 5, ilustra una comparativa entre los distintos tiempos de molienda .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

De acuerdo a lo ilustrado en las figuras, la presente invención se refiere a compósito cementoso mecano activado para la detención de impacto de arma de fuego en donde existe una mecanoactivación de un cemento portland compuesto (CPC) y/o cemento portland ordinario (CPO) , así como la adición de puzolanas de alta expansión que promuevan el empaquetamiento del cemento, aumentando su resiliencia.

El Compósito de la presente invención tiene como objetivo alcanzar un alto nivel de protección balística, en este caso, la detención de ojivas calibre 12.7 x 99 mm. con núcleo de acero (bala perforante) . Nivel de protección balística equivalente y/o superior a la norma UL-752 nivel "X".

La tabla siguiente, resume los resultados obtenidos de las probetas sometidas al impacto del calibre 12.7 x 99 mm (Cal. 50) B.P., acordes a la norma de aplicación balística: UL-752. Es importante mencionar que el grado máximo de dicha norma, solamente contempla ojivas dúctiles, en el caso de las utilizados en los ensayos balísticos, fueron utilizadas ojivas con núcleo de acero (acero grado herramienta sometido a tratamiento térmico) , sobrepasando con ello el nivel máximo de dicha norma.

Con el Compósito de la presente invención se busca lograr una conversión de un cemento CPC en otro cemento de alto desempeño (CAD) y fabricar muros de concreto de alto desempeño, resistentes a la compresión (80 MPa) , de fraguado súper rápido (aprox.24h) y de blindaje arquitectónico.

Más específicamente el compósito cementoso mecano activado para la detención de impacto de arma de fuego de la presente invención, comprende :

a) Cemento Portland Compuesto CPC ordinario en una proporción de 60% a 40% de proporción en peso;

b) Cemento CPC nanométrico en una proporción de 10 a 30%; c) Fibras de acero en una proporción de 1 a 15%;

d) Aditivos puzolánicos, tales como densita de alta expansión en una proporción de 1 a 25%;

e) Alumino-silicatos, tales como óxido de aluminio en una proporción de 1% a 25%;

f) Aditivos químicos, tales como acelerantes y fluidificantes de la mezcla en una proporción de 5% a

Asimismo, se proporciona un método para elaborar un compósito cementoso mecano activado para la detención de impacto de arma de fuego, que comprende las siguientes etapas:

I . Proporcionar Concreto CPC y/o CPO, mecano activado a través de molienda de alta energía;

II . Adición de puzolanas de alta expansión;

III . Adición de agua;

IV . Colocación en moldes de 15 cm de espesor;

V . Revenido y fraguado natural a 28 días en agua con 1% de óxido de calcio por volumen, con una temperatura de 27 °C.

Con la finalidad de comprobar las características de alta resistencia del compósito de la presente invención, se efectuaron pruebas físicas de disparos contra probetas elaboradas con el compósito, en donde las probetas tenían las siguientes dimensiones: 40 cm por cada lado y 15 cm de espesor, dichas probetas fueron sometidas a impacto de arma de fuego de calibre 12.7 x 99 mm B.P. Como se ilustra en la figura 1, se coloca una probeta a una distancia de 50 metros, al efectuar el disparo se muestra el daño físico mínimo que sufrió la probeta como se ilustra en la figura 2, en la cual se puede ver que las fracturas que aparecen en el material producto del impacto de arma de fuego, dan muestra de un comportamiento isotrópico en la naturaleza del comportamiento del compósito, véase la tabla anterior.

Con el objeto de hacer una comparativa entre los resultados obtenidos con nuestra invención contra lo que existe en el estado de la técnica, a continuación, se explica una prueba de resistencia al impacto de balas que fue llevada a cabo conforme a la Norma UL 752 de acuerdo a la tabla de abajo y se realizó en paneles fabricados con un compuesto cementoso tradicional, los cuales fueron utilizados como blancos de las siguientes dimensiones: 33.0 x 33.0 x 7.5 cm, entendiéndose que la probeta tenía 7.5 cm de espesor.

Para ejemplificar la prueba en la probeta de 33.0 x 33.0 x 7.5 cm, se utilizó un rifle 0.223 Remington, con una bala de 55.1 granos y una velocidad de 958 m/seg. conforme a la Norma UL 752-Nivel 7. Por cada panel se realizaron al menos 3 disparos, en donde, en todos los casos las balas fueron detenidas y se midió la profundidad de la penetración de las balas la cual fue de 23 a 26 mm.

Como podemos apreciar en la tabla anterior, el nivel 7 corresponde a un calibre 5.56, típicamente un fusil m-16 o carabina m-4. El compuesto cementoso de la presente invención, brinda en los 7.5 cm protección para ese calibre. Asimismo, el objetivo de la presente invención es bridar una protección contra balas por encima del nivel 10 de la Norma UL 752, para el equivalente de un fusil Barret con un espesor de 15 cm ya que el impacto no es "Lead Core" (núcleo blando) sino B.P. (Bala perforante,) o "Steel Core" (Núcleo de acero), y para un equivalente de 7.5 cm de espesor, el nivel de protección sería equivalente a un nivel 8 (7.62 x 51 mm B.N.) Es decir, en el mismo espesor queda por encima del nivel 7 como se explicó en la probeta de 33.0 x 33.0 x 7.5 cm, con lo cual se obtiene una protección superior con el mismo espesor de material.

En la figura 3 es posible apreciar la completa detención del impacto de ojiva calibre 12.7 x 99 mm B.P. (Cal. .50) . Mediante la colocación de una pantalla testigo que nos indica al estar intacta, el nulo daño presentado por la probeta.

La gráfica de la figura 4, ilustra curvas de flujo de calor contra el tiempo, que representa el aumento de flujo de calor (reactividad) durante el proceso de hidratación del concreto posterior a la mecanoactivación mediante molienda de alta energía, es posible apreciar el aumento de reactividad en función de la incorporación de porcentajes mayores de material de C.P.C. La gráfica de la figura 5 es una comparativa entre los distintos tiempos de molienda y su efecto en la densidad de distribución de los polvos que fueron posteriormente hidratados. Evidencia del cambio en la dimensión de las partículas utilizadas en la presente invención .

Más específicamente, en la presente invención, se diseñaron mezclas de cemento Portland compuesto CPC mecano-activado por molienda mecánica de alta energía (high energy milling HEM) con otros ingredientes, tales como: cemento CPC ordinario, arena (s) fina(s), fibras, y aditivos poliméricos, entre otros compuestos para preparar muros compósitos de alto desempeño, capaces de arrestar varios calibres hasta el tipo 50 (típicamente cargado en rifle Barret) . En el desarrollo de la presente invención se enfocó en establecer la optimización de los parámetros de molienda y/o mecano-activación (HEM) del cemento ordinario, así como en la relación de mezclado CPC mecano-activado/CPC ordinario, agua/mezcla de cemento y cemento/aditivo ( s ) . Derivado de la caracterización microestructural realizada por rayos-X del CPC sometido a mecano-activación (HEM hasta 7h) se observó que a medida que se refina el tamaño de partícula del cemento y paralelamente se incrementan tanto el área superficial (Blaine) como su reactividad química, la tendencia a la amorfización del CPC se incrementa, tan sólo al contacto con la humedad del aire. La reactividad química del cemento CPC mecano- activado se deduce del análisis isotérmico realizado, que revela las curvas de hidratación correspondientes como se ilustra en la figura 4. Siguiendo las normas mexicanas y americanas para pruebas balísticas, que implican la aprobación del muro de concreto con fines de resitencia balística, siempre y cuando éste resista un sólo impacto con el calibre 50 del Barret, se logró desarrollar muros compósitos (de 40 x 40 x 15 cm) con cemento mecano-activado cuyo desempeño cumplió por demás, dicho estándar.