Ecnología sónica permite saber cuándo se va a caer un árbol

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2019-12-04Ecnología sónica permite saber cuándo se va a caer un árbol

Universidad Nacional de Colombia |Investigadores de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) utilizan tecnología sónica no invasiva para medir la descomposición de la madera en árboles urbanos vivos, a partir de un algoritmo que permite revisar con mayor grado de acierto el ahuecamiento dentro del árbol, y así evitar accidentes en las vías.

Según cifras del Jardín Botánico José Celestino Mutis de Bogotá, en lo que va de 2019 han colapsado 1.022 árboles, muchos de los cuales han caído por la temporada de lluvias, época en la que una parte de la capa del suelo acumula agua subterránea elevando la capa freática a tal punto, que esta se ablanda, se debilita y ocasiona que los árboles caigan ante los fuertes vientos.

Además de las lluvias, especies como saucos, acacias, eucaliptos y cipreses son propensas a caerse porque su área de plantación es muy pequeña. Las raíces de algunos de estos árboles no cuentan con espacio suficiente para crecer y por eso se estresan y no logran un buen anclaje en el terreno.

Algunas de dichas especies son vulnerables porque poseen raíces profundas, crecen de manera desmesurada e inclinada y tienen copas asimétricas. Para evitar más emergencias, en 2019 la Secretaría de Ambiente ha atendido 62.374 árboles enfermos: mientras algunos han tenido que ser talados –acción que ha generado polémica con activistas ambientales–, a otros se les ha hecho manejo integral de plagas y enfermedades.

Para diagnosticar enfermedades en los árboles, la Secretaría de Ambiente cuenta con tomógrafos y resistógrafos, aparatos que permiten establecer cuál es el estado interno del árbol e identificar si el tronco se está pudriendo por dentro o tiene algún ahuecamiento.

La ingeniera forestal Yolima Cortés, quien durante 10 años atendió varios de estos casos desde la Secretaría de Ambiente, explica que estos tomógrafos actúan con al menos 12 sensores que intercambian ondas acústicas y atraviesan el tronco identificando huecos o madera podrida.

Cada uno de los sensores se clava con puntillas alrededor del tronco. Al martillar los clavos, este golpe genera una onda de sonido que es leída por el tomógrafo y por un software que interpreta en imágenes el viaje de la onda dentro del tronco.

Aunque este tomógrafo no se equipara con las muestras extraídas con barrenadores, unos tornillos que perforan la madera para evaluar el interior de los árboles, mediante su uso sí se busca prescindir de la puntilla y del martillo para que, por intermedio de un software, se manden las señales a un computador que previamente tiene cargados los datos de la especie y las medidas del individuo.

Un dispositivo bidimensional

Con el propósito de desarrollar una metodología para la reconstrucción de la tomografía computarizada 2D por ultrasonido adaptada a la complejidad de la madera, Luis Fernando Espinosa, doctor en Ingeniería Mecánica y Mecatrónica de la UNAL, buscó aumentar la calidad de la imagen en comparación con enfoques tomográficos que ya existen.

Para ello, definió un sistema de medición electroacústica adaptado a la medición de árboles en pie, y además analizó los factores que influyen en la propagación de las ondas ultrasónicas en la madera mediante un modelado numérico y la implementación de un método de reconstrucción adaptado a la anisotropía de la madera.

El investigador explica que la madera está formada por diferentes tejidos cuyas funciones son distintas, y por eso su estructura no es homogénea. Esta heterogeneidad se refleja en sus propiedades físicas y mecánicas, y afecta la construcción de las imágenes.

“Dicha heterogeneidad da lugar a la ‘anisotropía‘, que afecta el comportamiento de sus propiedades físicas y mecánicas según la dirección que se considere”, comenta.

A partir de los receptores, la tomografía envía ondas de sonido que atraviesan los troncos de los árboles y que se convierte una excitación mecánica; cuanto más se demora la onda en pasar, más dañada está la madera. Fotos: Cortesía Luis Fernando Espinosa. Diseño: Ricardo González – Unimedios. 

A partir de los receptores, la tomografía envía ondas de sonido que atraviesan los troncos de los árboles y que se convierte una excitación mecánica; cuanto más se demora la onda en pasar, más dañada está la madera. Fotos: Cortesía Luis Fernando Espinosa. Diseño: Ricardo González – Unimedios.

“Teniendo en cuenta la anisotropía, desarrollé un método de reconstrucción de imágenes tomográficas bidimensionales adaptado a la madera. El método propuesto reconstruye las trayectorias de propagación (ondas) y las propiedades del material”, señala.

En ese sentido, la tomografía envía ondas de sonido a través de los troncos de los árboles. El grado de descomposición interno afecta la onda que se propaga, ralentizándola. Basándose en la velocidad del sonido, el tomógrafo hace una imagen con colores de una sección transversal del tronco.

La metodología, desarrollada junto con la Universidad de Montpellier, en Francia, se probó experimentalmente en muestras de madera de dos especies (roble y pino) para tres configuraciones diferentes: un caso saludable, un defecto céntrico y un defecto excéntrico. Al igual que con la validación numérica, el método desarrollado permitió obtener una representación más precisa de los defectos en comparación con una reconstrucción clásica de ondas, en particular en el caso de los defectos céntricos.

“A diferencia de los aparatos comerciales que tienen múltiples sensores, en mi caso contaba con dos receptores, el primero generaba la excitación mientras el segundo iba cambiando la posición. La señal se emitía con un generador eléctrico y luego, para transformar esa señal eléctrica en una onda acústica, teníamos los sensores de ultrasonido que se encargaban de transformar esa señal en una excitación de onda mecánica”, explica.

Además, para observar las señales se tenía un osciloscopio que permitía ver la señal que se enviaba y la que se recibía. Este conjunto de señales iba a un programa que reconstruía la imagen, que representaba en colores la intensidad de los defectos del tronco a partir de la velocidad.

Al respecto, el profesor Flavio Augusto Prieto, de la Facultad de Ingeniería de la UNAL y quien acompañó la investigación, agrega que esta metodología se puede utilizar en cualquier terreno y adecuar a cualquier tipo de árbol, ya que esto se asemeja a una ecografía.

“El algoritmo que se desarrolló en esta investigación se puede replicar, ya que el objetivo es tomar imágenes de mejor calidad. Aunque los árboles de Francia no son iguales a los de Colombia, esta metodología tiene la capacidad de ajustar los parámetros del arbusto, ya sea de un pino o de un eucalipto”, señala el docente Prieto.

Diagnosticar a tiempo para evitar accidentes

La ingeniera Cortés explica que el proceso de diagnóstico empieza con las solicitudes que los vecinos del sector hacen a las entidades de la localidad. Hasta allí se desplaza un ingeniero forestal, quien hace una primera evaluación a partir de la observación de las características físicas (arquitectura del árbol, estado de la copa) y sanitarias (entorno).

Esta información se lleva al sistema para emitir un concepto técnico que direccione el tratamiento –fertilizaciones, podas, cirugías, tala– que se debe aplicar al árbol.

La tomografía solo se utiliza cuando en esa primera observación se identifica que en el fuste o en la rama del árbol hay síntomas de una infección o pudrición, o cuando hay cavidades. De esta evaluación se origina el concepto técnico, en el que se decide si el árbol puede recibir tratamiento o debe ser talado.

“Si el árbol está cerca de una vía o si su tronco o sus raíces están podridas, el arbusto debe ser retirado. También se valora la carga de viento que pueda tener el árbol y la capacidad de estabilidad que tendría en el sitio”, explica sobre algunos de los factores que inciden en el tratamiento de estos árboles, que son atacados por plagas como Fusarium y hongos que causan que la madera se pudra al entrar en un tronco de árbol y descomponiéndola de adentro hacia afuera, liberando el carbono de vuelta a la atmósfera como dióxido de carbono.

“Esta investigación es valiosa porque, además de que Bogotá solo cuenta con dos tomógrafos, es necesario que estos diagnósticos sean más asertivos, y eso es lo que logra Luis Fernando, desde la Ingeniería”, concluye la ingeniera Cortés.

Escrito por: Diana Gabriela Hernández

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La Universidad Nacional de Colombia es una universidad pública colombiana del orden nacional,​ fundada bajo el gobierno de Santos Acosta el 22 de septiembre de 1867 y regentada por la Ley 66 de 1867.​ Es la universidad más importante y representativa de Colombia por su tradición, prestigio, calidad y selectividad.

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