Sergiy Khotyaintsev Duskriatchenko, académico de la Facultad de Ingeniería (FI) de la UNAM, 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 la ocurrencia de 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. La aplicación se basa en una técnica sencilla y económica, que podría ser implementada a escala masiva, en especial en un país como el nuestro, que posee zonas de alto riesgo sísmico.
Esta innovación –sencilla, económica y que no requiere de servicios de mantenimiento de alto costo– también sería aplicable a las casas de autoconstrucción, levantadas sin normas ni la asesoría de un experto, sino con las propias manos de sus habitantes.
Bajo el mismo principio se ha embebido la fibra óptica en materiales compuestos de polímeros y fibra de carbono o vidrio, utilizados 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 –que también se ha usado en el área médica– funcionan como “nervios artificiales” que, a semejanza de un dolor en el cuerpo, indican que hay alguna falla. “Introducimos 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 señal”.
Como parte de la investigación científica, profunda y detallada, también con base en estudios teóricos y experimentales, se probaron diferentes tipos de fibra. Se fabricaron 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.
Sergiy Khotyaintsev recordó que las edificaciones presentan ambientes dañinos para alambres de cobre y otros metales, debido a la humedad, la corrosión y las descargas eléctricas producto de los rayos que inciden sobre ellas. También se presentan procesos electroquímicos, por lo que no es fácil colocar sensores tradicionales (de materiales metálicos o semiconductores) en esas estructuras. Ante ello, el problema del monitoreo de la integridad de edificios, presas o puentes, es muy serio.
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, un material tres veces más fuerte que el acero respecto a cómo soporta la carga mecánica.
La fabricación 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 Duskriatchenko y el equipo descubrieron que sí se pierde una parte de los cables, “pero 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 concreto”.
Las pruebas mecánicas se realizaron en colaboración con el Departamento de Estructuras de la División de Ingeniería Civil y Geomática de la propia Facultad, donde hay expertos y equipos adecuados. Además, se recibió financiamiento de la FI y del Instituto de Ingeniería, en el marco de un convenio entre ambas instancias.
De forma adicional, el estudiante de doctorado Juan Emmanuel González Tinoco desarrolló el equipo –que tampoco existe en el mercado–, 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 de fibras ópticas con una sola unidad.
En la etapa actual de perfeccionamiento de la innovación el monitoreo se hace desde el inicio del proceso de fabricación de vigas y columnas de concreto; después, en la etapa de asentamiento, compactación y secado de la mezcla. “Sabemos el momento en que se rompe la fibra: en el proceso de llenar el molde, de someterlo a vibración para que se asiente o después de varias semanas”.
El universitario aclaró que en el concepto final se tendrá un equipo 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.
En conjunto con Brenda Guadalupe Ramírez Escoriza, alumna de licenciatura, y Selene Pérez García, maestra y asesora del trabajo de tesis de la estudiante, el científico también ha embebido fibra óptica en material compuesto de plásticos (polímeros) y fibra de carbono y vidrio, para monitorear su estado físico. Aunque en los experimentos no se logró romper las piezas, sí se pudo detectar el daño que se registró en esos materiales compuestos, concluyó.
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