03-06-2015
Un modelo matemático para optimizar el uso de la madera

En Chile, la industria forestal se ha desarrollado ampliamente.

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A lo largo de la historia de la construcción, la madera ha sido uno de los materiales usados por excelencia. Con el paso del tiempo, otros elementos la han desplazado, sin embargo, sigue siendo el material más utilizado en las construcciones de bajo presupuesto. En Chile, la industria forestal se ha desarrollado ampliamente, llegando a un 2,6 por ciento del producto interno bruto (PIB) y la madera se impuso como tercer producto chileno más exportado el 2011, según la Corporación Chilena de la Madera.

Pese a la importancia de este producto a nivel mundial, existen pocas investigaciones sobre la madera, manteniéndose muchas dudas sobre sus propiedades y atributos.

“A la fecha no se entiende completamente, ni en Chile ni el mundo, cómo predecir con exactitud las propiedades mecánicas y capacidades resistentes de la madera. Eso, de alguna forma, se traduce en ciertas deficiencias en el diseño de estructuras, siendo utilizada de forma conservadora, lo que significa un uso de más material que lo óptimo”, señala el académico del Departamento de Ingeniería en Obras Civiles, Dr. Erick Saavedra, indicando que su estudio puede ser un aporte en la materia.

Tras años investigando este material, buscando profundizar y potenciar sus hallazgos, el profesor Saavedra desarrolla actualmente el proyecto Fondecyt Regular “Mecánica computacional multiescala para la descripción de materiales y estructuras de madera”, estudio que se extenderá hasta el 2017.

“Esta investigación busca comprender el comportamiento mecánico de la madera, con el fin de determinar sus elementos de falla y de deformación, que ocurren a nivel microscópico, y poder vincularlo a nivel macroscópico”, señala el Dr. Saavedra.

Según explica, la diferencia que se puede observar entre este material biológico y los desarrollados por el ser humano, es su constitución por escalas. Cuando se analiza el acero, por ejemplo, se puede advertir un solo nivel relevante de material, mientras que al examinar la madera, se pueden encontrar cinco distintas escalas, las que están organizadas jerárquicamente.

“Todas estas escalas coexisten simultáneamente en la madera. Así, tenemos una viga de madera que representa una escala estructural o macroscópica. A su vez, la madera está constituida por una serie de anillos de crecimiento que son del orden de los milímetros, esto es, una escala mesoscópica. Luego, en un nivel aún más pequeño, dichos anillos están conformados por fibras de madera del tamaño de unos cuantos micrómetros, o escala microscópica, y así sucesivamente”, explica el especialista.

Otra característica importante que destaca en la madera, es la optimización que ha experimentado durante miles de años de evolución. “La naturaleza se ha encargado de optimizar las características microestructurales de la madera, obteniendo excelentes propiedades mecánicas en relación a su baja densidad. Debido a esto, la madera es muy atractiva para los ingenieros, ya que estas cualidades se traducen en estructuras con bajo peso sísmico”, destaca el profesor.

El Dr. Saavedra ya desarrolló un modelo que trabaja con la nueva información detectada de las escalas, buscando predecir el comportamiento mecánico de la madera. En esta etapa, se busca robustecer dicho patrón matemático, incorporando nueva información sobre estas escalas para predecir el comportamiento de la madera bajo diferentes estados de carga.

“Si no entiendo bien un material, lamentablemente tengo que asignar grandes márgenes de seguridad a mi diseño y eso aumenta la cantidad de material, y por lo tanto los costos. Lo que proponemos es reducir los márgenes de seguridad, siendo el usuario final quien se verá beneficiado con el ahorro. Por esto, hacer más óptimo el uso de la madera podría tener un gran impacto en la sociedad, siendo aún más relevante en construcción de viviendas sociales”, puntualiza Saavedra.

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