Ingeniería forense

La ingeniería forense se ha definido como "la investigación de fallas, que van desde la capacidad de servicio hasta las catastróficas, que pueden conducir a una actividad legal, tanto civil como penal".Incluye la investigación de materiales, productos, estructuras o componentes que fallan o no operan o funcionan según lo previsto, causando lesiones personales, daños a la propiedad o pérdidas económicas. Las consecuencias de la falla pueden dar lugar a acciones penales o civiles, incluidas, entre otras, la legislación de salud y seguridad, las leyes de responsabilidad contractual y/o de productos y las leyes de responsabilidad extracontractual. El campo también se ocupa de los procesos y procedimientos de rastreo que conducen a accidentes en la operación de vehículos o maquinaria. En general, el propósito de una investigación de ingeniería forense es localizar la causa o las causas de la falla con el fin de mejorar el rendimiento o la vida útil de un componente, o ayudar a un tribunal a determinar los hechos de un accidente. También puede involucrar la investigación de reclamos de propiedad intelectual, especialmente patentes. En los EE.UU,

Historia

A medida que el campo de la ingeniería ha evolucionado con el tiempo, también lo ha hecho el campo de la ingeniería forense. Los primeros ejemplos incluyen la investigación de fallas de puentes, como el desastre del puente ferroviario Tay de 1879 y el desastre del puente Dee de 1847. Muchos de los primeros accidentes ferroviarios impulsaron la invención de pruebas de tracción de muestras y fractografía de componentes fallidos.

Investigación

Vital para el campo de la ingeniería forense es el proceso de investigación y recopilación de datos relacionados con: materiales, productos, estructuras o componentes que fallaron. Esto implica: inspecciones, recopilación de pruebas, mediciones, desarrollo de modelos, obtención de productos ejemplares y realización de experimentos. A menudo, las pruebas y mediciones se realizan en un laboratorio de pruebas independiente u otro laboratorio imparcial de buena reputación.

Análisis

Los métodos de análisis de modos y efectos de fallas (FMEA) y de análisis de árbol de fallas también examinan fallas de productos o procesos de una manera estructurada y sistemática, en el contexto general de la ingeniería de seguridad. Sin embargo, todas estas técnicas se basan en informes precisos de las tasas de falla y en la identificación precisa de los modos de falla involucrados.

Existe un terreno común entre la ciencia forense y la ingeniería forense, como la escena del crimen y el análisis de la escena del accidente, la integridad de la evidencia y las comparecencias ante los tribunales. Ambas disciplinas hacen un amplio uso de microscopios ópticos y electrónicos de barrido, por ejemplo. También comparten el uso común de la espectroscopia (resonancia magnética nuclear, ultravioleta e infrarroja) para examinar pruebas críticas. La radiografía que usa rayos X (como la tomografía computarizada de rayos X) o neutrones también es muy útil para examinar productos gruesos en busca de defectos internos antes de intentar un examen destructivo. A menudo, sin embargo, una simple lupa puede revelar la causa de un problema en particular.

Las pruebas de seguimiento son a veces un factor importante en la reconstrucción de la secuencia de eventos en un accidente. Por ejemplo, las marcas de neumáticos quemadas en la superficie de una carretera pueden permitir estimar las velocidades de los vehículos, cuándo se aplicaron los frenos, etc. Los pies de la escalera a menudo dejan un rastro del movimiento de la escalera durante un resbalón y pueden mostrar cómo ocurrió el accidente. Cuando un producto falla sin motivo aparente, el SEM y la espectroscopia de rayos X de dispersión de energía (EDX) realizadas en el microscopio pueden revelar la presencia de productos químicos agresivos que han dejado rastros en la fractura o superficies adyacentes. Por lo tanto, una junta de tubería de agua de resina de acetal falló repentinamente y causó daños sustanciales a un edificio en el que estaba situada. El análisis de la junta mostró trazas de cloro, lo que indica un modo de falla por agrietamiento por corrosión bajo tensión.

La extracción de pruebas físicas de la fotografía digital es una de las principales técnicas utilizadas en la reconstrucción forense de accidentes. Las técnicas de comparación de cámaras, fotogrametría y rectificación de fotografías se utilizan para crear vistas tridimensionales y de arriba hacia abajo a partir de las fotografías bidimensionales que normalmente se toman en la escena de un accidente. La evidencia pasada por alto o no documentada para la reconstrucción del accidente se puede recuperar y cuantificar siempre que se disponga de fotografías de dicha evidencia. Mediante el uso de fotografías de la escena del accidente, incluido el vehículo, se pueden recuperar y determinar con precisión las pruebas "perdidas".

La ingeniería forense de materiales implica métodos aplicados a materiales específicos, como metales, vidrios, cerámicas, compuestos y polímeros.

Organizaciones

La Academia Nacional de Ingenieros Forenses (NAFE) fue fundada en 1982 por Marvin M. Specter, PE, LS, Paul E. Pritzker, PE y William A. Cox Jr., PE para identificar y reunir a ingenieros profesionales con calificaciones y experiencia. como ingenieros forenses en ejercicio para promover su educación continua y promover altos estándares de ética profesional y excelencia en la práctica. Busca mejorar la práctica, elevar los estándares y promover la causa de la ingeniería forense. La membresía completa en la Academia está limitada a Ingenieros Profesionales Registrados que también son miembros de la Sociedad Nacional de Ingenieros Profesionales (NSPE). También deben ser miembros en un grado aceptable de una importante sociedad de ingeniería técnica reconocida. NAFE también ofrece grados de membresía de Afiliado a aquellos que aún no califican para el grado de Miembro.

Ejemplos

El tubo de combustible roto que se muestra a la izquierda provocó un grave accidente cuando el combustible diesel se derramó de una furgoneta a la carretera. Un automóvil que le seguía patinó y el conductor resultó gravemente herido cuando chocó con un camión que se aproximaba. La microscopía electrónica de barrido o SEM mostró que el conector de nailon se había fracturado por agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) debido a una pequeña fuga de ácido de la batería. El nailon es susceptible a la hidrólisis cuando entra en contacto con ácido sulfúrico, y solo una pequeña fuga de ácido habría sido suficiente para iniciar una grieta frágil en el conector de nailon 6,6 moldeado por inyección de SCC. La grieta tardó unos 7 días en crecer a lo largo del diámetro del tubo. La superficie de la fractura mostró una superficie principalmente frágil con estrías que indicaban un crecimiento progresivo de la grieta a lo largo del diámetro de la tubería. Una vez que la grieta había penetrado en el orificio interior,

El nailon 6,6 había sido atacado por la siguiente reacción, que fue catalizada por el ácido:

El combustible diésel es especialmente peligroso en las superficies de las carreteras porque forma una película delgada y aceitosa que los conductores no pueden ver fácilmente. Se parece mucho al hielo negro en lo resbaladizo, por lo que los derrapes son comunes cuando ocurren fugas de diesel. Las aseguradoras del conductor de la furgoneta admitieron la responsabilidad y el conductor lesionado fue indemnizado.

Aplicaciones

La mayoría de los modelos de fabricación tendrán un componente forense que monitorea fallas tempranas para mejorar la calidad o la eficiencia. Las compañías de seguros utilizan ingenieros forenses para probar la responsabilidad o no responsabilidad. La mayoría de los desastres de ingeniería (fallas estructurales como derrumbes de puentes y edificios) están sujetos a una investigación forense por parte de ingenieros con experiencia en métodos de investigación forense. Los accidentes ferroviarios, los accidentes de aviación y algunos accidentes automovilísticos son investigados por ingenieros forenses, en particular cuando se sospecha la falla de un componente. Además, los electrodomésticos, los productos de consumo, los dispositivos médicos, las estructuras, la maquinaria industrial e incluso las herramientas manuales simples, como martillos o cinceles, pueden justificar investigaciones sobre incidentes que causen lesiones o daños a la propiedad. La falla de los dispositivos médicos es a menudo crítica para la seguridad del usuario, por lo tanto, informar sobre fallas y analizarlas es particularmente importante. El entorno del cuerpo es complejo y los implantes deben sobrevivir a este entorno y no filtrar impurezas potencialmente tóxicas. Se han informado problemas con implantes mamarios, válvulas cardíacas y catéteres, por ejemplo.

Las fallas que ocurren temprano en la vida de un nuevo producto son información vital para que el fabricante mejore el producto. El desarrollo de nuevos productos tiene como objetivo eliminar los defectos mediante pruebas en la fábrica antes del lanzamiento, pero algunos pueden ocurrir durante su vida inicial. Probar productos para simular su comportamiento en el entorno externo es una habilidad difícil y puede implicar pruebas de vida aceleradas, por ejemplo. El peor tipo de defecto que puede ocurrir después del lanzamiento es un defecto crítico para la seguridad, un defecto que puede poner en peligro la vida o las extremidades. Su descubrimiento suele conducir a la retirada del producto o incluso a la retirada completa del producto del mercado. Los defectos del producto a menudo siguen la curva de la bañera, con fallas iniciales altas, una tasa más baja durante la vida normal, seguida de otro aumento debido al desgaste. Los estándares nacionales, como los de ASTM y el Instituto Británico de Estándares,

Ejemplos históricos

Hay muchos ejemplos de métodos forenses utilizados para investigar accidentes y desastres, uno de los primeros en el período moderno fue la caída del puente Dee en Chester, Inglaterra. Fue construido con vigas de hierro fundido, cada una de las cuales estaba hecha de tres piezas fundidas muy grandes encajadas entre sí. Cada viga estaba reforzada por barras de hierro forjado a lo largo. Se terminó en septiembre de 1846 y se abrió al tráfico local después de la aprobación del primer inspector de ferrocarriles, el general Charles Pasley. Sin embargo, el 24 de mayo de 1847, un tren local a Ruabon cayó por el puente. El accidente resultó en cinco muertos (tres pasajeros, el guardia del tren y el bombero de la locomotora) y nueve heridos graves. El puente había sido diseñado por Robert Stephenson, y una investigación local lo acusó de negligencia.

Aunque fuerte en compresión, se sabía que el hierro fundido era frágil en tensión o flexión. El día del accidente, la cubierta del puente se cubrió con balasto de vía para evitar que las vigas de roble que soportaban la vía se incendiaran, lo que impuso una gran carga adicional a las vigas que soportaban el puente y probablemente exacerbó el accidente. Stephenson tomó esta precaución debido a un incendio reciente en el Great Western Railway en Uxbridge, Londres, donde el puente de Isambard Kingdom Brunel se incendió y colapsó.

Una de las primeras investigaciones importantes realizadas por la Inspección de Ferrocarriles recién formada fue realizada por el Capitán Simmons de los Ingenieros Reales, y su informe sugirió que la flexión repetida de la viga la debilitó sustancialmente. Examinó las partes rotas de la viga principal y confirmó que la viga se había roto en dos lugares, la primera rotura se produjo en el centro. Probó las vigas restantes conduciendo una locomotora sobre ellas y descubrió que se desviaban varias pulgadas bajo la carga en movimiento. Llegó a la conclusión de que el diseño tenía fallas y que las armaduras de hierro forjado fijadas a las vigas no las reforzaban en absoluto, lo cual fue una conclusión a la que también llegó el jurado en la investigación. El diseño de Stephenson dependía de las cerchas de hierro forjado para fortalecer las estructuras finales, pero estaban anclados en las propias vigas de hierro fundido y, por lo tanto, se deformaban con cualquier carga sobre el puente. Otros (especialmente Stephenson) argumentaron que el tren se había descarrilado y golpeado la viga, la fuerza del impacto hizo que se fracturara. Sin embargo, testigos presenciales sostuvieron que la viga se rompió primero y el hecho de que la locomotora permaneciera en la vía demostraba lo contrario.

Publicaciones

Las fallas de los productos no se publican ampliamente en la literatura académica o comercial, en parte porque las empresas no quieren anunciar sus problemas. Sin embargo, luego niega a otros la oportunidad de mejorar el diseño del producto para evitar más accidentes. Sin embargo, una notable excepción a la renuencia a publicar es la revista Engineering Failure Analysis, publicada en afiliación con la European Structural Integrity Society, que publica estudios de casos de una amplia gama de diferentes productos que fallan en diferentes circunstancias. También hay un número creciente de libros de texto disponibles.

Otra publicación notable, que trata sobre fallas de edificios, puentes y otras estructuras, es el Journal of Performance of Construed Facilities, publicado por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles, bajo el paraguas de su Consejo Técnico de Ingeniería Forense.