_ Sirve para identificar grietas y fisuras después de un sismo
Sergiy Khotyaintsev, académico de la Facultad de Ingeniería, encontró una aplicación totalmente nueva para la fibra óptica, comúnmente utilizada en el campo de las telecomunicaciones: ser los nervios de edificios, presas, puentes y otras estructuras para identificar grietas y fisuras después de que ocurra un sismo, incendio, explosión de gas u otro evento catastrófico, para así conocer rápidamente el daño que sufrieron.
Con ello, de forma inmediata sería posible establecer, por ejemplo, el nivel de riesgo de la entrada de equipos de emergencia. Se basa en una técnica sencilla y económica, que podría ser implementada masivamente, en especial en un país como el nuestro, que posee zonas de alto riesgo sísmico.
Esta innovación a€“que no requiere de servicios de mantenimiento de alto costoa€“ también sería útil en las casas de autoconstrucción, levantadas sin normas ni la asesoría de un experto, sino con las propias manos de sus habitantes.
Con el mismo principio se ha embebido la fibra óptica en materiales compuestos de polímeros y fibra de carbono o vidrio, empleados en la fabricación de autos, lanchas, yates, helicópteros y aviones para monitorear la integridad estructural de esos medios de transporte.
Khotyaintsev expuso que las líneas de fibra óptica a€“que también se han usado en el área médicaa€“ funcionan como nervios artificiales que, a semejanza de un dolor en el cuerpo, indican que hay alguna falla. a€œIntroducimos una señal óptica y observamos sus características. Si se presenta un daño en la estructura, cambia la transmisión y algunos detalles más finos de la señala€.
Como parte de la investigación científica, profunda y detallada, y con base en estudios teóricos y experimentales, se probaron diferentes tipos de fibra. Se hicieron muestras de concreto, como si fueran vigas o columnas reales, con los cables embebidos; luego de 28 días de espera para que el material adquiera su dureza final, se probó qué pasa si la pieza se rompe.
Ambientes dañinos
El experto recordó que las edificaciones presentan ambientes dañinos para alambres de cobre y otros metales, por humedad, corrosión y descargas eléctricas producto de los rayos que inciden sobre ellas. También suceden procesos electroquímicos, por lo que no es fácil colocar sensores tradicionales (de materiales metálicos o semiconductores) en esas estructuras.
En contraste, la fibra óptica es un material químicamente resistente; no es un medio conductivo porque no tiene metal, entonces no sufre interferencia ni corrosión electroquímica. Está hecha de dióxido de silicio, tres veces más fuerte que el acero respecto a cómo soporta la carga mecánica.
La elaboración de una pieza de concreto incluye el llenado de molde con una mezcla de arena, agua y grava; esta última puede dañar la fibra, por lo que fue necesario probarla de diferentes grosores y flexibilidad.
Luego de encontrar la idónea, Khotyaintsev y el equipo descubrieron que se pierde una parte de los cables, a€œpero para monitorear una pieza se requiere sólo de uno, dos o tres. Si ponemos 50, no importa que la mitad se rompa; no se produce ningún problema principal. Los datos demuestran que hay una tasa suficientemente grande de sobrevivencia de las fibras en este ambiente rudo y severo, que es el momento de fabricación de las piezas de concretoa€.
Las pruebas mecánicas se realizaron en colaboración con el Departamento de Estructuras de la División de Ingeniería Civil y Geomática de la propia Facultad. Además, se recibió financiamiento de ésta y del Instituto de Ingeniería, como parte de un convenio entre ambas instancias.
Adicionalmente, el estudiante de doctorado en Ingeniería Eléctrica de la UNAM Juan Emmanuel González Tinoco desarrolló el equipo a€“que tampoco hay en el mercadoa€“, que permite monitorear simultáneamente decenas y hasta cientos de fibras ópticas embebidas en diversos elementos estructurales.
El académico explicó que se trata de una caja que contiene un transmisor y un receptor óptico de 16 canales cada uno. De ese modo, es posible implementar la multicanalización en el dominio de tiempo (TDM) y monitorear 256 canales con una sola unidad.
A futuro
Khotyaintsev aclaró que en el concepto final se tendrá un aparato más compacto y sencillo. La meta es contar con un panel en la pared de entrada de un edificio, y con la ayuda de leds y un suministro de energía solar, permitir que cualquier persona tome la lectura del dispositivo. El costo de cada unidad no rebasaría los 500 pesos.
Por Laura Romero, fotos por: Francisco Parra
