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Diseño de un ambiente de simulación para el monitoreo de estructuras civiles mediante muografía de transmisión

Resumen

El monitoreo de estructuras civiles como represas y túneles es crucial para garantizar su seguridad operativa y reducir riesgos asociados a eventos y fallas no detectados oportunamente. La muografía representa una avanzada técnica de imagenología no invasiva que aprovecha los muones, partículas subatómicas generadas por la interacción de la radiación cósmica con la atmósfera terrestre, para la inspección detallada de estructuras internas sin alterar el objeto de estudio. Este estudio tuvo como finalidad desarrollar un entorno computacional que permita simular el uso de la muografía en el monitoreo estructural de presas, tomando como caso de estudio la represa Hidrosogamoso, ubicada en Santander, Colombia. Se generó un modelo tridimensional de la presa, considerando tres materiales principales: roca, agua y concreto, asignados según su ubicación real en la estructura. Se implementó un algoritmo basado en técnicas de trazado de rayos para estimar distancias recorridas y pérdidas energéticas de los muones, determinando la energía mínima requerida para atravesar cada sección del objeto inspeccionado y calculando el flujo de muones a través del objeto. Además, se evaluó la configuración óptima del telescopio detector, considerando coordenadas y aperturas angulares para obtener resultados eficientes y precisos. Se obtuvieron mapas de energía mínima, mapas de flujos de muones y tiempos estimados de observación requeridos para detectar anomalías internas significativas. En particular, se analizó un escenario específico con una grieta vertical hipotética de 0.8 metros de ancho, demostrando la capacidad de la técnica para identificar este tipo de fallas internas bajo ciertas condiciones. No obstante, otros escenarios como erosión interna (piping), debido a sus pequeñas dimensiones y ubicación cercana a los cimientos, resultaron inviables para ser analizados eficazmente con muografía. Finalmente, se concluyó que la topografía cercana al sitio inspeccionado juega un papel determinante en la configuración adecuada del detector, influyendo significativamente en la calidad de los resultados obtenidos. Además, el tiempo requerido para realizar mediciones confiables mediante muografía puede variar considerablemente, desde pocas horas hasta varios meses, dependiendo principalmente de factores como la densidad del material analizado, la resolución deseada, la apertura angular del detector y la complejidad geométrica del objeto bajo estudio.