Ingeniería de materiales forenses

La ingeniería de materiales forenses , una rama de la ingeniería forense , se centra en las pruebas materiales de las escenas de un crimen o accidente, buscando defectos en esos materiales que puedan explicar por qué ocurrió un accidente, o la fuente de un material específico para identificar a un criminal. En las investigaciones se pueden utilizar muchos métodos analíticos utilizados para la identificación de materiales, y el conjunto exacto se determina por la naturaleza del material en cuestión, ya sea metal , vidrio , cerámica , polímero o compuesto . Un aspecto importante es el análisis de pruebas traza , como marcas de derrape en superficies expuestas, donde el contacto entre materiales diferentes deja rastros materiales de uno en el otro. Siempre que los rastros se puedan analizar con éxito, a menudo se puede reconstruir un accidente o crimen. Otro objetivo será determinar la causa de un componente roto utilizando la técnica de la fractografía .

Las superficies metálicas se pueden analizar de varias maneras, incluyendo la espectroscopia y la EDX utilizada durante la microscopía electrónica de barrido . La naturaleza y la composición del metal normalmente se pueden establecer seccionando y puliendo la masa, y examinando la sección plana utilizando microscopía óptica después de que se hayan utilizado soluciones de grabado para proporcionar contraste en la sección entre los componentes de la aleación. Dichas soluciones (a menudo un ácido ) atacan la superficie preferentemente, aislando así las características o inclusiones de una composición, lo que permite verlas mucho más claramente que en la superficie pulida pero sin tratar. La metalografía es una técnica rutinaria para examinar la microestructura de los metales, pero también se puede aplicar a cerámicas, vidrios y polímeros. El SEM a menudo puede ser fundamental para determinar los modos de fallas examinando las superficies de fractura. Se puede encontrar el origen de una grieta y evaluar la forma en que creció, para distinguir, por ejemplo, la falla por sobrecarga de la fatiga . Sin embargo, a menudo, las fracturas por fatiga son fáciles de distinguir de las fallas por sobrecarga por la falta de ductilidad y la existencia de una región de crecimiento rápido de grietas y el área de crecimiento lento de grietas en la superficie de la fractura. Por ejemplo, la fatiga del cigüeñal es un modo de falla común en las piezas del motor. El ejemplo muestra solo dos de esas zonas: la grieta lenta en la base y la rápida en la parte superior.

Los productos duros, como la cerámica y los parabrisas de vidrio, se pueden estudiar utilizando los mismos métodos SEM que se utilizan para los metales, especialmente ESEM, que se realiza a bajo vacío. Las superficies de fractura son fuentes de información especialmente valiosas porque las características de la superficie, como las rayadas, pueden permitir encontrar el origen o los orígenes de las grietas. El análisis de las características de la superficie se lleva a cabo utilizando fractografía .

La posición del origen puede entonces coincidir con las cargas probables en el producto para mostrar cómo ocurrió un accidente, por ejemplo. La inspección de los orificios de bala a menudo puede mostrar la dirección del recorrido y la energía del impacto, y la forma en que los productos de vidrio comunes, como las botellas, pueden analizarse para mostrar si se rompieron deliberada o accidentalmente en un crimen o accidente. Los defectos, como las partículas extrañas, a menudo se producen cerca o en el origen de la grieta crítica y se pueden identificar fácilmente mediante ESEM .

Los termoplásticos , termoestables y compuestos se pueden analizar utilizando espectroscopia FTIR y UV , así como RMN y ESEM . Las muestras fallidas se pueden disolver en un disolvente adecuado y examinar directamente (espectroscopia UV, IR y RMN) o como una película delgada fundida a partir del disolvente o cortada mediante microtomía del producto sólido. El método de corte es preferible ya que no hay complicaciones por la absorción del disolvente y la integridad de la muestra se conserva parcialmente. Los productos fracturados se pueden examinar utilizando fractografía , un método especialmente útil para todos los componentes fracturados utilizando macrofotografía y microscopía óptica . Aunque los polímeros suelen poseer propiedades bastante diferentes a los metales y las cerámicas, son igualmente susceptibles a fallas por sobrecarga mecánica , fatiga y corrosión bajo tensión si los productos están mal diseñados o fabricados. Muchos plásticos son susceptibles al ataque de productos químicos activos como el cloro , presente en niveles bajos en los suministros de agua potable, especialmente si los moldes de inyección son defectuosos.

ESEM es especialmente útil para proporcionar análisis elemental de partes observadas de la muestra que se está investigando. Es efectivamente una técnica de microanálisis y valiosa para el examen de evidencia de trazas . Por otro lado, no hay reproducción de color y no hay información sobre la forma en que esos elementos se unen entre sí. Las muestras se expondrán al vacío, por lo que se pueden eliminar los componentes volátiles y las superficies pueden contaminarse con sustancias utilizadas para unir la muestra al soporte.

Los productos de caucho son a menudo piezas críticas para la seguridad de las máquinas, por lo que un fallo puede provocar a menudo accidentes o pérdida de función. Los productos averiados se pueden examinar con muchos de los métodos genéricos de polímeros, aunque es más difícil si la muestra está vulcanizada o reticulada . La espectroscopia infrarroja de reflectancia total atenuada es útil porque el producto suele ser flexible, por lo que se puede presionar contra el cristal de selenio utilizado para el análisis. Las pruebas de hinchamiento simples también pueden ayudar a identificar el elastómero específico utilizado en un producto. A menudo, la mejor técnica es ESEM utilizando la función de análisis elemental de rayos X en el microscopio. Aunque el método solo proporciona un análisis elemental , puede proporcionar pistas sobre la identidad del elastómero que se está examinando. Por lo tanto, la presencia de cantidades sustanciales de cloro indica policloropreno , mientras que la presencia de nitrógeno indica caucho de nitrilo . El método también es útil para confirmar el agrietamiento por ozono por las grandes cantidades de oxígeno presentes en las superficies agrietadas. El ozono ataca a los elastómeros susceptibles, como el caucho natural , el caucho de nitrilo y el polibutadieno y los copolímeros asociados . Estos elastómeros poseen dobles enlaces en sus cadenas principales, grupo que es atacado durante la ozonólisis .

El problema se produce cuando hay pequeñas concentraciones de gas ozono cerca de superficies elastoméricas expuestas, como juntas tóricas y sellos de diafragma . El producto debe estar en tensión, pero solo tensiones muy bajas son suficientes para provocar la degradación.

• Lewis, Peter Rhys, Reynolds, K, Gagg, C, Ingeniería de materiales forenses: estudios de casos , CRC Press (2004).
• Lewis, Peter Rhys Ingeniería forense de polímeros: por qué los productos de polímeros fallan en el servicio, 2.a edición, Woodhead/Elsevier (2016).