Las estructuras de madera presentes en un país sísmico como Chile requieren de una revisión constante, que permita saber su resistencia a eventos críticos como los terremotos.

Para estudiar el comportamiento de este material el Dr. Erick Saavedra Flores, investigador del Departamento de Ingeniería en Obras Civiles de la Universidad de Santiago, busca nuevas técnicas matemáticas para simular computacionalmente el comportamiento que adoptará la madera en rangos extremos de deformación, agrietamiento, procesos dúctiles y eventualmente, colapso progresivo.

El académico afirma que las fallas de las estructuras de madera se dividen en dos grupos: frágiles y dúctiles, lo que determina el tiempo de colapso de este material. “Por lo común, las estructuras fallan abruptamente, sin previo aviso. Este tipo de falla se clasifica como ‘frágil’. Sin embargo, a niveles locales, cercanos a uniones y conectores metálicos, la madera falla de manera ‘dúctil’, es decir, de modo gradual en el tiempo. Este último tipo de falla es muy recurrente en edificios de gran altura construidos en madera”, explica.

Gracias a recursos de un proyecto Fondecyt Regular el académico presentará un nuevo modelo basado en una técnica matemática llamada “homogenerización”, a través de la cual busca capturar el agrietamiento y los procesos de deformaciones irreversibles a diferentes escalas espaciales, desde niveles pequeños hasta varios metros de longitud.

Esfuerzos a nivel mundial

“Lograr este objetivo es un gran desafío dado que se requiere extender la teoría existente para incorporar daño; es decir, degradación, pérdida de rigidez del material y grietas en la respuesta mecánica multi-escala del material. En los últimos años, grandes esfuerzos se han realizado a nivel mundial, sin embargo, la predicción del comportamiento mecánico de materiales en este contexto sigue siendo un problema sin una solución aceptada completamente por la comunidad científica”, afirma.

Explica que se pretende incorporar este nuevo modelo de material en análisis avanzados de estructuras de gran escala, pues el gran desafío de este objetivo es simular computacionalmente el colapso progresivo de estructuras durante eventos sísmicos.

En este sentido, la modelación de este problema es radicalmente compleja dado que intervienen procesos de deformación extrema en el material, la interacción entre elementos que caen durante el proceso de colapso y su consiguiente fragmentación.

El estudio también considera la realización de ensayos experimentales que permitan validar las predicciones numéricas obtenidas durante la investigación, los que podrán realizarse mediante la adquisición de una mesa vibradora para el Departamento de Ingeniería en Obras Civiles.

Como resultado final de esta investigación se espera contar con modelos avanzados de material que sean capaces de capturar los procesos de deformación extrema, que permitan, a su vez, calcular medidas de ductilidad.

“Creo que el principal impacto que podría llegar a tener mi proyecto se encuentra en el diseño y construcción de edificios y estructuras de gran escala. Para el caso particular de la madera, es posible promover la construcción de edificaciones de pino radiata de gran altura, si es que se conoce con más precisión su comportamiento durante la falla y eventual colapso estructural”, explica el Dr. Saavedra

Esta investigación se enmarca en el proyecto Fondecyt Regular 2016 (1160691) “Advanced Modelling of Ductility and Damage in Mass Timber Structures by Computational Homogenisation”.