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 actividades legales, tanto civiles como penales". [1] 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 una falla pueden dar lugar a acciones bajo la ley penal o civil, incluidas, entre otras, la legislación de salud y seguridad, las leyes de responsabilidad contractual y/o del producto y las leyes de agravio . Este campo también se ocupa de rastrear procesos y procedimientos que conducen a accidentes en el funcionamiento de vehículos o maquinaria. Generalmente, el propósito de una investigación de ingeniería forense es localizar la causa o causas de la falla con miras a mejorar el rendimiento o la vida útil de un componente, o ayudar a un tribunal a determinar los hechos de un accidente . También puede implicar la investigación de reclamaciones de propiedad intelectual , especialmente patentes . En los EE. UU., los ingenieros forenses requieren una licencia de ingeniería profesional de cada estado.
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 las pruebas de tracción de muestras y la fractografía de componentes defectuosos. [2]
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 evidencia, 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.
El análisis de modos y efectos de fallas (FMEA) y los métodos de análisis de árbol de fallas también examinan las fallas del producto o proceso 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.
Hay algunos puntos en común entre la ciencia forense y la ingeniería forense, como el análisis de la escena del crimen y la escena del accidente, la integridad de las pruebas y las comparecencias ante el tribunal. Ambas disciplinas utilizan ampliamente , por ejemplo, microscopios ópticos y electrónicos de barrido . También comparten el uso común de la espectroscopia ( infrarroja , ultravioleta y resonancia magnética nuclear ) para examinar evidencia crítica. La radiografía que utiliza rayos X (como la tomografía computarizada por rayos X ) o neutrones también es muy útil para examinar productos gruesos en busca de defectos internos antes de intentar un examen destructivo. Sin embargo, a menudo una simple lupa puede revelar la causa de un problema en particular.
Los rastros de evidencia son a veces un factor importante para reconstruir la secuencia de eventos en un accidente. Por ejemplo, las marcas de quemaduras de neumáticos en la superficie de una carretera pueden permitir estimar la velocidad del vehículo, cuándo se aplicaron los frenos, etc. Los pies de las escaleras 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, la SEM y la espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDX) realizadas en el microscopio pueden revelar la presencia de sustancias químicas agresivas que han dejado rastros en la fractura o en las superficies adyacentes. Así, una junta de tubería de agua de resina acetálica falló repentinamente y causó daños sustanciales al edificio en el que se encontraba. El análisis de la junta mostró rastros de cloro, lo que indica un modo de falla por fisuración por corrosión bajo tensión . La unión fallida de la tubería de combustible mencionada anteriormente mostraba rastros de azufre en la superficie de la fractura debido al ácido sulfúrico , que había iniciado la grieta.
La extracción de evidencia física de fotografías digitales es una técnica importante utilizada en la reconstrucción forense de accidentes. Se utilizan técnicas de comparación de cámaras , fotogrametría y rectificación de fotografías para crear vistas tridimensionales y de arriba hacia abajo a partir de fotografías bidimensionales que normalmente se toman en la escena de un accidente. Las pruebas pasadas por alto o no documentadas para la reconstrucción de accidentes se pueden recuperar y cuantificar siempre que se disponga de fotografías de dichas pruebas. Mediante el uso de fotografías de la escena del accidente, incluido el vehículo, se pueden recuperar y determinar con precisión pruebas "perdidas". [3]
La ingeniería de materiales forense implica métodos aplicados a materiales específicos, como metales , vidrios , cerámicas , compuestos y polímeros .
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 plena en la Academia está limitada a ingenieros profesionales registrados que también sean 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. [4]
El tubo de combustible roto que se muestra a la izquierda provocó un grave accidente cuando el combustible diésel se derramó desde una furgoneta a la carretera. El vehículo que le seguía patinó y la conductora resultó gravemente herida al chocar con un camión que se aproximaba . La microscopía electrónica de barrido o SEM mostró que el conector de nailon se había fracturado 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 sólo 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 penetró en el orificio interior, el combustible empezó a filtrarse a la carretera.
El nailon 6,6 había sido atacado por la siguiente reacción, que fue catalizada por el ácido:
El combustible diesel es especialmente peligroso en las superficies de las carreteras porque forma una película delgada y aceitosa que los conductores no pueden ver fácilmente. Es muy parecido al hielo negro en su capacidad resbaladiza, por lo que los patinazos son comunes cuando se producen fugas de diésel. Las aseguradoras del conductor de la furgoneta admitieron su responsabilidad y el conductor lesionado fue indemnizado.
La mayoría de los modelos de fabricación tendrán un componente forense que monitorea las fallas tempranas para mejorar la calidad o la eficiencia. Las compañías de seguros utilizan ingenieros forenses para demostrar responsabilidad o no responsabilidad. La mayoría de los desastres de ingeniería ( fallas estructurales como derrumbes de puentes y edificios) están sujetos a investigación forense por parte de ingenieros con experiencia en métodos de investigación forense. Los ingenieros forenses investigan los accidentes ferroviarios , los accidentes de aviación y algunos accidentes automovilísticos , especialmente cuando se sospecha que hay fallas en los componentes. Además, los electrodomésticos, productos de consumo, dispositivos médicos, estructuras, maquinaria industrial e incluso herramientas manuales sencillas como martillos o cinceles pueden justificar investigaciones sobre incidentes que causen lesiones o daños a la propiedad. El fallo de los dispositivos médicos suele ser crítico para la seguridad del usuario, por lo que informar sobre fallos y analizarlos 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 defectos mediante pruebas en fábrica antes del lanzamiento, pero algunos pueden ocurrir durante sus primeras etapas de vida. 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 la integridad física. Su descubrimiento suele dar lugar a la retirada del producto o incluso a su retirada total del mercado. Los defectos del producto suelen seguir la curva de la bañera , con un elevado número de fallos iniciales, una tasa más baja durante la vida útil, seguida de otro aumento debido al desgaste. Las normas nacionales, como las de ASTM y el Instituto Británico de Normas , y las normas internacionales pueden ayudar al diseñador a aumentar la integridad del producto.
Hay muchos ejemplos de métodos forenses utilizados para investigar accidentes y desastres, siendo uno de los primeros en el período moderno la caída del puente Dee en Chester , Inglaterra . Se construyó con vigas de hierro fundido , cada una de las cuales estaba formada por tres piezas de fundición muy grandes encajadas entre sí. Cada viga estaba reforzada con barras de hierro forjado a lo largo. Se terminó en septiembre de 1846 y se abrió al tráfico local tras la aprobación del primer inspector de ferrocarriles, el general Charles Pasley. Sin embargo, el 24 de mayo de 1847, un tren local que se dirigía a Ruabon cayó por el puente. El accidente se saldó con 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, el tablero del puente se cubrió con lastre de vía para evitar que las vigas de roble que sostienen la vía se incendiaran, imponiendo una pesada carga adicional sobre las vigas que sostienen el puente y probablemente agravando 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 recién formada Inspección de Ferrocarriles fue realizada por el Capitán Simmons de los Royal Engineers , y su informe sugirió que la flexión repetida de la viga la debilitaba 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 pasando una locomotora a través de ellas y descubrió que se desviaban varios centímetros bajo la carga en movimiento. Concluyó que el diseño era defectuoso y que las vigas de hierro forjado fijadas a las vigas no las reforzaban en absoluto, conclusión a la que también llegó el jurado de la investigación. El diseño de Stephenson había dependido de las cerchas de hierro forjado para fortalecer las estructuras finales, pero estaban ancladas a las propias vigas de hierro fundido, por lo que se deformaban con cualquier carga sobre el puente. Otros (especialmente Stephenson) argumentaron que el tren se había descarrilado y golpeado la viga, provocando que la fuerza del impacto la fracturara . Sin embargo, los testigos afirmaron que la viga se rompió primero y el hecho de que la locomotora permaneciera en la vía demostraba lo contrario.
Los fallos de los productos no se publican ampliamente en la literatura académica o comercial, en parte porque las empresas no quieren publicitar sus problemas. Sin embargo, luego niega a otros la oportunidad de mejorar el diseño del producto para evitar más accidentes. Sin embargo, una excepción notable a la renuencia a publicar es la revista Engineering Failure Analysis , [5] publicada en afiliación con la Sociedad Europea de Integridad Estructural , que publica estudios de casos de una amplia gama de productos diferentes que fallan en diferentes circunstancias. También hay un número cada vez mayor de libros de texto disponibles.
Otra publicación notable, que trata sobre fallas de edificios, puentes y otras estructuras, es el Journal of Performance of Constructed Facilities , [6] que publica la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles , bajo el paraguas de su Consejo Técnico de Ingeniería Forense. [7]