ingeniería forense

La ingeniería forense se ha definido como "la investigación de fallas —que van desde fallas funcionales hasta catastróficas— que pueden dar lugar a acciones legales, tanto civiles como penales". ^{[ 1 ]} El campo de la ingeniería forense es muy amplio en cuanto a las numerosas disciplinas que abarca; las investigaciones que utilizan la ingeniería forense incluyen casos de daños ambientales a estructuras, fallas de sistemas de máquinas, explosiones, fallas eléctricas, puntos de origen de incendios, fallas de vehículos y muchos más. ^{[ 2 ] [ 1 ]}

Incluye la investigación de materiales , productos , estructuras o componentes que fallan o no funcionan según lo previsto, causando lesiones personales , daños a la propiedad o pérdidas económicas. Las consecuencias de la falla pueden dar lugar a acciones legales tanto penales como civiles, incluyendo, entre otras, la legislación sobre salud y seguridad, las leyes de responsabilidad contractual y/o por productos defectuosos y las leyes de responsabilidad civil extracontractual . Este campo también se ocupa de reconstruir los procesos y procedimientos que conducen a accidentes en la operación de vehículos o maquinaria. Generalmente, el propósito de una investigación de ingeniería forense es localizar la causa o causas de la falla con el fin de mejorar el rendimiento o la vida útil de un componente, o para ayudar a un tribunal a determinar los hechos de un accidente . También puede incluir la investigación de reclamaciones de propiedad intelectual , especialmente patentes . En los Estados Unidos, 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. Algunos ejemplos tempranos incluyen la investigación de fallas en puentes, como el desastre del puente ferroviario de Tay en 1879 y el desastre del puente de Dee en 1847. Muchos accidentes ferroviarios tempranos impulsaron la invención de las pruebas de tracción de muestras y la fractografía de componentes dañados. ^{[ 3 ]}

Fundamental para el campo de la ingeniería forense es el proceso de investigación y recopilación de datos relacionados con los materiales, productos, estructuras o componentes que fallaron. ^{[ 2 ]} Esto implica inspecciones, recolección de evidencia, mediciones, desarrollo de modelos, obtención de productos de referencia y realización de experimentos. A menudo, las pruebas y mediciones se llevan a cabo en un laboratorio de pruebas independiente u otro laboratorio imparcial y de buena reputación.

Cuando un ingeniero forense investiga un caso, sigue una serie de pasos estándar en su proceso de investigación. Lo primero que hace al llegar a la escena es establecer la seguridad, asegurándose de que todos los peligros se hayan abordado y sean seguros para manipular y analizar. ^{[ 4 ]} El siguiente paso es realizar una evaluación inicial del incidente, antes de cualquier análisis, y observar rápidamente la solución disponible. ^{[ 4 ]} El tercer paso es planificar cómo se llevará a cabo la investigación y qué recursos necesitará para realizar el análisis con precisión. ^{[ 4 ]} A continuación, se establecen los términos de referencia, consultando con el cliente sobre lo que desea que se haga en la investigación. ^{[ 4 ]} El siguiente paso es crear el equipo de investigación; una vez que se tiene un plan, se conforma un equipo de expertos en el campo necesario para realizar el análisis. ^{[ 4 ]} Finalmente, se inicia la investigación, donde se lleva a cabo el análisis.

En ingeniería forense existen dos tipos principales de análisis: el análisis de la causa raíz y el análisis de fallas. El análisis de la causa raíz se define como el estudio del sistema en su conjunto y de las causas de su falla, y se realiza con objetos de gran escala, como el colapso de un edificio. ^{[ 2 ]} El análisis de fallas se define como el análisis de una parte del sistema que no funcionó correctamente. Un ejemplo de esto sería la falla de un automóvil que provoca un accidente. ^{[ 2 ]} Estos dos tipos de análisis constituyen las evaluaciones iniciales que realizan los investigadores de ingeniería forense al comenzar su investigación. ^{[ 2 ]}

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

Existen puntos en común entre la ciencia forense y la ingeniería forense, como el análisis de la escena del crimen y del accidente, la integridad de las pruebas y las comparecencias ante los tribunales. Ambas disciplinas utilizan ampliamente microscopios ópticos y electrónicos de barrido , por ejemplo. También comparten el uso de la espectroscopia ( infrarroja , ultravioleta y resonancia magnética nuclear ) para examinar pruebas cruciales. La radiografía mediante rayos X (como la tomografía computarizada de rayos X ) o neutrones resulta muy útil para examinar productos gruesos en busca de defectos internos antes de realizar un examen destructivo. Sin embargo, a menudo, una simple lupa puede revelar la causa de un problema en particular.

Las huellas de los hechos 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 la carretera permiten estimar la velocidad de los vehículos, el momento en que se aplicaron los frenos, etc. Las patas de las escaleras suelen dejar una huella del movimiento de la escalera durante un resbalón y pueden mostrar cómo ocurrió el accidente. Cuando un producto falla sin razón aparente, la microscopía electrónica de barrido ( SEM ) y la espectroscopia de rayos X de energía dispersiva (EDX) realizadas en el microscopio pueden revelar la presencia de sustancias químicas agresivas que han dejado rastros en la fractura o en superficies adyacentes. Así, una junta de tubería de agua de resina de acetal falló repentinamente y causó daños sustanciales en el edificio donde se encontraba. El análisis de la junta mostró rastros de cloro, lo que indica un modo de falla por agrietamiento por corrosión bajo tensión . La junta de la tubería de combustible fallida mencionada anteriormente mostró rastros de azufre en la superficie de fractura debido al ácido sulfúrico , que había iniciado la grieta.

La extracción de evidencia física a partir de fotografías digitales es una técnica fundamental en la reconstrucción forense de accidentes. Se utilizan técnicas de comparación de cámaras , fotogrametría y rectificación fotográfica para crear vistas tridimensionales y cenitales a partir de las fotografías bidimensionales tomadas habitualmente en el lugar del accidente. Es posible recuperar y cuantificar evidencia pasada por alto o no documentada para la reconstrucción del accidente, siempre que se disponga de fotografías de dicha evidencia. Mediante el uso de fotografías del lugar del accidente, incluyendo el vehículo, se puede recuperar evidencia "perdida" y determinarla con precisión. ^{[ 5 ]}

La ingeniería forense de materiales comprende métodos aplicados a materiales específicos, como metales , vidrios , cerámicas , materiales 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 cualificaciones y experiencia como ingenieros forenses en ejercicio, con el fin de fomentar su formación continua y promover altos estándares de ética profesional y excelencia en la práctica. Su objetivo es mejorar la práctica, elevar los estándares y promover 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). Además, deben ser miembros de una sociedad técnica de ingeniería reconocida, con una categoría aceptable. NAFE también ofrece categorías de membresía afiliada para aquellos que aún no cumplen los requisitos para la categoría de miembro. ^{[ 6 ]} Los miembros plenos están certificados por el Consejo de Juntas de Especialidades Científicas y de Ingeniería ^{[ 7 ]} y obtienen el título de "Diplomado en Ingeniería Forense" o "DFE". Este título se suele utilizar después de su designación como Ingeniero Profesional.

La tubería de combustible rota que se muestra a la izquierda provocó un grave accidente cuando el gasóleo se derramó de una furgoneta sobre la carretera. Un coche que venía detrás derrapó y la conductora resultó gravemente herida al colisionar con un camión que venía en sentido contrario . La microscopía electrónica de barrido (MEB) mostró que el conector de nailon se había fracturado por corrosión bajo tensión (CBT) debido a una pequeña fuga de ácido de batería . El nailon es susceptible a la hidrólisis en contacto con ácido sulfúrico , y una pequeña fuga de ácido habría bastado para iniciar una fisura frágil en el conector de nailon 6,6 moldeado por inyección mediante CBT. La fisura tardó unos 7 días en extenderse a lo largo del diámetro del tubo. La superficie de fractura mostró una superficie principalmente frágil con estrías que indicaban un crecimiento progresivo de la fisura a lo largo del diámetro de la tubería. Una vez que la fisura penetró en el orificio interior, el combustible comenzó a derramarse sobre la carretera.

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

El gasóleo es especialmente peligroso en las carreteras porque forma una fina película aceitosa que los conductores no pueden ver fácilmente. Es muy resbaladizo, similar al hielo negro , por lo que los derrapes son frecuentes cuando se producen fugas de gasóleo. La aseguradora del conductor de la furgoneta admitió su responsabilidad y el conductor lesionado recibió una indemnización.

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

Los fallos que se producen al inicio de la vida útil de un nuevo producto son información vital para que el fabricante lo mejore. El desarrollo de nuevos productos busca eliminar los defectos mediante pruebas en fábrica antes del lanzamiento, pero algunos pueden aparecer durante su vida útil inicial. Probar productos para simular su comportamiento en el entorno externo es una tarea compleja y puede implicar, por ejemplo, pruebas de vida acelerada . 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 conllevar la retirada del producto del mercado o incluso su retirada definitiva. Los defectos de los productos suelen seguir la curva de la bañera , con un alto índice de fallos iniciales, una tasa menor durante la vida útil normal, seguida de otro aumento debido al desgaste. Las normas nacionales, como las de ASTM y el Instituto Británico de Normas (BSI) , y las normas internacionales pueden ayudar al diseñador a mejorar la integridad del producto.

Existen numerosos ejemplos de métodos forenses utilizados para investigar accidentes y desastres, siendo uno de los primeros en la época moderna el derrumbe del puente sobre el río Dee en Chester , Inglaterra . Fue construido con vigas de hierro fundido , cada una compuesta por tres grandes piezas fundidas unidas mediante cola de milano. Cada viga estaba reforzada con barras de hierro forjado a lo largo de su longitud. Su construcción finalizó en septiembre de 1846 y se inauguró para el tráfico local tras la aprobación del primer inspector ferroviario, el general Charles Pasley. Sin embargo, el 24 de mayo de 1847, un tren local con destino a Ruabon se precipitó al vacío. El accidente provocó cinco muertos (tres pasajeros, el guarda del tren y el fogonero de la locomotora) y nueve heridos graves. El puente había sido diseñado por Robert Stephenson , quien fue acusado de negligencia por una investigación local .

Aunque resistente a la compresión, se sabía que el hierro fundido era frágil a la tracción o a la flexión. El día del accidente, el tablero del puente estaba cubierto con balasto para evitar que las vigas de roble que sostenían la vía se incendiaran, lo que habría supuesto una carga adicional considerable para las vigas que soportaban el puente y probablemente habría agravado 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 se derrumbó.

Una de las primeras investigaciones importantes llevadas a cabo por la recién creada Inspección Ferroviaria fue realizada por el Capitán Simmons de los Ingenieros Reales , cuyo informe sugería que la flexión repetida de la viga la había debilitado considerablemente. Examinó las partes rotas de la viga principal y confirmó que se había roto en dos puntos, produciéndose la primera rotura en el centro. Probó las vigas restantes haciendo pasar una locomotora sobre ellas y comprobó que se deformaban varios centímetros bajo la carga en movimiento. Concluyó que el diseño era defectuoso y que las cerchas de hierro forjado fijadas a las vigas no las reforzaban en absoluto, conclusión a la que también llegó el jurado en la investigación. El diseño de Stephenson dependía de las cerchas de hierro forjado para reforzar las estructuras finales, pero estas 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, y que la fuerza del impacto provocó su fractura . Sin embargo, testigos presenciales afirmaron haber visto primero la rotura de la viga, y que la locomotora y el ténder aún se encontraban en la vía al otro lado del puente. ^{[ 8 ]}

Los fallos de los productos no suelen publicarse en la literatura académica ni en la especializada, en parte porque las empresas no quieren dar a conocer sus problemas. Sin embargo, esto impide que otros tengan la oportunidad de mejorar el diseño del producto y prevenir futuros accidentes.

La revista Engineering Failure Analysis ( ISSN 1873-1961 ), publicada en colaboración con la European Structural Integrity Society , publica estudios de caso de una amplia gama de productos diferentes que fallan en distintas circunstancias. 

Una publicación que trata sobre fallas en edificios, puentes y otras estructuras es el Journal of Performance of Constructed Facilities , ^{[ 9 ]} publicado por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles , bajo el amparo de su Consejo Técnico de Ingeniería Forense. ^{[ 10 ]}

La Revista de la Academia Nacional de Ingenieros Forenses es una revista de acceso abierto con revisión por pares que ofrece un análisis multidisciplinario del campo de la ingeniería forense. La presentación de artículos está abierta a los miembros de NAFE y el proceso de revisión por pares de la revista incluye una presentación presencial para recibir comentarios en directo antes de una revisión técnica por pares a ciegas simple. ^{[ 11 ]}

• Lewis, Peter Rhys; Reynolds, Ken; Colin Gagg; Gagg, Colin (2003). Ingeniería de Materiales Forenses . doi : 10.1201/9780203484531 . ISBN 978-0-203-48453-1.
• Noon, Randall K. (2000). Investigación de ingeniería forense . doi : 10.1201/9781420041415 . ISBN 978-0-429-24801-6.
• Noon, Randall (2020). Introducción a la ingeniería forense . doi : 10.4324/9781003068877 . ISBN 978-1-003-06887-7.
• Academia Nacional de Ingenieros Forenses
• Introducción a la ingeniería forense. OpenLearn. Universidad Abierta .
• Ingeniería forense según su origen y causa.
• Directrices para la investigación de incidentes de seguridad de procesos, CCPS, AIChE, Wiley (3.ª edición)

Revistas

• Análisis de fallas de ingeniería
• Ingeniería forense . Institución de ingenieros civiles .