El proyecto del académico Carlos Felipe Guzmán, del Departamento de Ingeniería en Obras Civiles de la Universidad de Santiago de Chile, Hysteresis in Timber: A Study from Microscale Rheology to Material Applications (Histéresis en la madera: un estudio desde la reología a escala microscópica hasta las aplicaciones materiales) fue seleccionado para su financiamiento por cuatro años en el concurso Fondecyt Regular de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID).
La investigación se enfocará en el análisis de la respuesta de la madera ante cargas cíclicas y efectos de humedad y temperatura. A esto apunta el concepto de “histéresis”, tal como lo explica el profesor Guzmán: “La histéresis mecánica se refiere a la disipación de energía durante cargas cíclicas, mientras que la histéresis de humedad se refiere a la dependencia de la trayectoria observada en la humedad de equilibrio durante los procesos de sorción/absorción”. Si bien la capacidad de disipación de energía de un material es altamente deseable para el diseño estructural, el Dr. Guzmán aclara que “pueden ocurrir fallas debido a una mala estimación de las propiedades del material, los efectos ambientales o problemas de integridad estructural”. En el caso de la madera, “la mejora de los procedimientos de diseño requiere una comprensión de la importancia económica de la industria y del complejo comportamiento mecánico de la madera”, agrega.
El aspecto novedoso de esta investigación es ampliar los conocimientos sobre el comportamiento estructural de la madera para ampliar las posibilidades de diseño y construcción en este material, las que, actualmente, “enfrentan desafíos debido al conocimiento limitado, los sesgos culturales y la desinformación presente en el sector de la construcción”, sostiene el investigador, por lo que se apunta a una adopción más amplia de este material en el futuro. “A través del modelamiento matemático podemos contribuir, usando soluciones flexibles y robustas, a mejorar diseños que permitan aumentar la competencia de un material estructural sustentable como la madera”, enfatizó.
Respecto de la metodología, el estudio examinará la relación entre la humedad y las cargas cíclicas y su efecto sobre la histéresis mecánica. A escala microscópica, se utilizará un modelo numérico para simular el comportamiento viscoelástico e higroscópico. En un nivel material, se considerarán diferentes modelos, incluidos enfoques fenomenológicos y microestructurales, para el desarrollo de un modelo orientado hacia la microestructura de la madera. Asimismo, el académico puntualizó que “en cada escala, los experimentos microscópicos y macroscópicos proporcionarán los datos para caracterizar, validar e identificar las limitaciones de los modelos desarrollados, utilizando técnicas experimentales de vanguardia”.
La investigación, que se iniciará en abril de 2024, contará con dos coinvestigadores del Departamento de Ingeniería en Obras Civiles: el Dr. Juan Carlos Pina y el Dr. Erick Saavedra Flores.
Durante el desarrollo del proyecto se espera estrechar lazos con las universidades europeas TUWien (Austria), TUEindhoven (Países Bajos) y el CIMNE (España), así como propiciar nuevas colaboraciones con el ETH Zurich (Suiza) y la ULiège (Bélgica), ya que estas instituciones “poseen equipos de trabajo consolidados con los que hemos trabajado como grupo e incluso algunos cuentan entre sus investigadores con exalumnos del Departamento”, apuntó el profesor Guzmán.
En relación con las actividades de docencia y el vínculo con la investigación, la propuesta adjudicada cuenta con becas para tesis de pre y posgrado. También está contemplado colaborar estrechamente con problemáticas industriales y empresas del sector de la construcción en madera, por lo que las y los estudiantes que participen podrán adquirir habilidades científico-tecnológicas. El Dr. Guzmán se mostró muy interesado en el trabajo con tesistas, a partir de la experiencia favorable en el desarrollo de su Fondecyt de Iniciación en Investigación: “Los tesistas realizaron una tarea fundamental que nos permitió, incluso, abrir nuevas líneas de investigación con métodos que estamos aplicando actualmente al hormigón y el cobre”.
El académico expresó su gran satisfacción por haberse adjudicado fondos en su primera postulación a este concurso, caracterizado por ser altamente competitivo: “Esto habla de la solidez de la propuesta inicial y lo atractivo de los desafíos presentes en el estudio de la madera como material estructural. Es sin dudas un espaldarazo para la investigación realizada en esta área del Departamento”.
Adicionalmente, el profesor Carlos Guzmán se adjudicó el Concurso USACH Juventud Investigadora 2024, que entrega financiamiento para la contratación de asistentes de investigación para el año en curso, lo que permitirá incorporar a un/a ayudante para “modelar la degradación del material existente en un conector madera-madera, usando una técnica llamada análisis progresivo de daño en Ansys. Ello permitirá calcular la energía disipada del conector de manera precisa, lo cual es un parámetro muy importante para el diseño estructural bajo cargas cíclicas, tales como sismos”, destacó.