Ciencia Chile , Metropolitana de Santiago, Martes, 03 de noviembre de 2015 a las 15:04

Un modelo matemático para predecir el comportamiento de la madera

Permite conocer la respuesta de elementos estructurales de edificios y puentes de madera sometidos, por ejemplo, a sismos, viento, tráfico o sobrecargas de uso

USACH/DICYT Con el fin de predecir el comportamiento de las estructuras de madera sometidas a solicitaciones de carga y comprender sus efectos sobre las distintas escalas del material, el académico del Departamento de Ingeniería en Obras Civiles, doctor Erick Saavedra, desarrolló un modelo numérico con el cual se pueden efectuar predicciones certeras sobre la respuesta de elementos estructurales de edificios y puentes de madera sometidos, por ejemplo, a sismos, viento, tráfico o sobrecargas de uso, entre otras solicitaciones.


La utilización de la madera ha variado de forma considerable a lo largo de los años, es por ello que conocer sus propiedades es fundamental.


“Una de las características más importantes de la madera es su naturaleza jerárquica, distribuida a través de numerosas escalas de material. Cada una de estas escalas queda representada por una microestructura, cuyo estudio permite realizar predicciones más confiables a nivel estructural, como también desarrollar nuevos y más avanzados materiales en ingeniería”, sostiene el investigador.


De esta forma, Saavedra utiliza el análisis multi-escala para separar la estructura del material en diferentes sub-escalas, desde la información que está a simple vista (nivel macro) hasta una escala inferior que permite llegar a la fibra, o a niveles de micrómetros o nanómetros.


Este tipo de análisis puede ser aplicado a diferentes casos explica el académico. “Por ejemplo, podemos realizar un análisis multi-escala para cuantificar la influencia de la cantidad de celulosa presente en la madera. Para comenzar el análisis debemos tener claro que estamos hablando de niveles nanométricos”.


“Entonces, si se induce una perturbación en el contenido de celulosa, eso inmediatamente tiene un impacto sobre la rigidez y resistencia de la fibra de madera y esta porción representativa de material que es muy pequeña puede llegar a tener un gran impacto sobre el comportamiento estructural de vigas, losas y muros. Entonces, al conocer qué pasa con estas alteraciones a nivel micro, también puedo conocer su impacto a nivel macro”, complementa.


Estos análisis también permiten conocer información acerca de la estabilidad estructural, la rigidez, la flexibilidad y ductilidad.


“Además, pueden constituir una poderosa herramienta ingenieril para diagnosticar agrietamiento y fallas estructurales de forma anticipada. Esto es particularmente importante en el caso de fallas frágiles que se producen en forma instantánea, y que pueden derivar en fallas de elementos estructurales, o eventualmente en un colapso estructural”, señala.


A través del modelo propuesto el académico busca determinar con mayor precisión el comportamiento de materiales heterogéneos, añadiendo que “si conozco suficiente información de su microestructura puedo anticiparme a conocer cómo podría fallar el material y la estructura”.


El modelo propuesto fue empleado por Saavedra junto a un equipo español en el puente Montoro ubicado en Córdoba, España.


“Propusimos un modelo de la estructura del puente, tomando en cuenta todos estos aspectos micro-estructurales del material, lo que nos permitió realizar predicciones confiables”, sostiene.


De esta forma, las dos aristas de la investigación del Dr. Saavedra ayudan a tener certeza sobre el adecuado comportamiento del material en una estructura ante distintos tipos de carga de forma virtual, sin incurrir en costosos ensayos experimentales a escala real. Además, ayuda a determinar cómo una perturbación a niveles muy pequeños del material puede impactar en el comportamiento de toda una estructura.