El acad√©mico del Departamento de Ingenier√≠a en Obras Civiles Carlos Felipe Guzm√°n es uno de los investigadores ganadores de la convocatoria 2020 del Concurso Fondecyt de Iniciaci√≥n a la Investigaci√≥n. Su proyecto ‚ÄúNumerical and experimental characterization of the quasi-brittle behavior of timber‚ÄĚ (Caracterizaci√≥n num√©rica y experimental del comportamiento cuasi-fr√°gil de la madera) se focalizar√° en mejorar el conocimiento sobre el comportamiento d√ļctil y fr√°gil de la madera.

El profesor Guzm√°n explica que la madera, mec√°nicamente, tiene un comportamiento fr√°gil bajo ciertas cargas, mientras que ante otro tipo de fuerzas tiene un comportamiento d√ļctil. El proyecto se√Īala que estas propiedades hacen de la madera un material dif√≠cil de analizar: ‚ÄúEn aplicaciones estructurales, la ductilidad es una caracter√≠stica muy deseada porque la energ√≠a disipada a trav√©s de la deformaci√≥n pl√°stica disminuye la probabilidad de una falla catastr√≥fica. Eventualmente, una estructura de madera estar√° sujeta a cargas multiaxiales sin mostrar un comportamiento d√ļctil. Por lo tanto, es deseable aprovechar al m√°ximo el comportamiento d√ļctil de la madera, con el fin de convertirla en un material estructural viable frente a competidores bien establecidos, como el hormig√≥n o el acero‚ÄĚ.

La investigaci√≥n contempla tres etapas. La primera estar√° enfocada en el estudio del comportamiento microestructural de la madera, ya que ‚Äúes un material que tiene propiedades que han evolucionado durante millones de a√Īos y que tienen una estructura con una organizaci√≥n jer√°rquica. Esto se aprecia microsc√≥picamente, donde podemos ver que en muestras cada vez m√°s peque√Īas va cambiando la geometr√≠a de la madera‚ÄĚ. De modo que el an√°lisis de la morfolog√≠a a nivel microsc√≥pico permitir√° comprender el comportamiento mec√°nico de la madera como material estructural. La segunda etapa se abocar√° a la caracterizaci√≥n experimental del comportamiento cuasi-fr√°gil del material, lo que implica la utilizaci√≥n de equipos especializados para la obtenci√≥n de im√°genes que permitan obtener las de deformaciones de la madera. Esto entregar√° datos muy importantes para los modelos num√©ricos de la tercera fase de la investigaci√≥n, que se centrar√° en el an√°lisis estructural macrosc√≥pico de los fen√≥menos que ocurren en las transiciones entre los comportamientos fr√°giles y d√ļctiles. Para esto se realizar√°n simulaciones num√©ricas, enfocadas en las caracter√≠sticas transversales del material, que permitan entregar soluciones num√©ricas que puedan abarcar a la vez la resoluci√≥n de varios problemas sobre la madera.

El enfoque de esta propuesta constituye un aporte relevante para la comunidad cient√≠fica ya que ‚Äúlos estudios previos se han enfocado en las especificidades y particularidades de cada madera, por lo que no son extrapolables a comportamientos m√°s generales. En este caso se aspira a proponer soluciones num√©ricas para distintas clases de madera y no solo ante problemas espec√≠ficos de un tipo de madera‚ÄĚ, se√Īala el acad√©mico. Asimismo, tambi√©n se posiciona como un avance en el √°mbito de la ingenier√≠a en Chile, ya que ‚Äútenemos todo un desaf√≠o respecto de c√≥mo se utiliza la madera en nuestro pa√≠s. Actualmente sigue teniendo un bajo uso si lo comparamos con materiales como el hormig√≥n y el acero. ¬ŅC√≥mo podemos contribuir para hacer de la madera un material m√°s atractivo para la construcci√≥n? Primero tenemos que entender c√≥mo funciona la madera, cu√°les son sus caracter√≠sticas mec√°nicas. Esta investigaci√≥n puede ser una contribuci√≥n al conocimiento que permita orientar las normativas para la construcci√≥n en madera‚ÄĚ. Esto es significativo ya que, como indica la propuesta, ‚Äúmediante el uso de t√©cnicas de simulaci√≥n de vanguardia, la investigaci√≥n puede ayudar al ingeniero a evaluar la viabilidad del material sin la necesidad de sobreestimar su comportamiento mec√°nico, lo que potencialmente puede reducir los costos de un proyecto‚ÄĚ.

El proyecto de tres a√Īos de duraci√≥n es uno de los 18 seleccionados entre 60 postulaciones al grupo 1 de Ingenier√≠a, de acuerdo a las categor√≠as establecidas por la Agencia Nacional de Investigaci√≥n y Desarrollo (ANID). En su realizaci√≥n contempla el trabajo con tesistas de pregrado y mag√≠ster, por lo que se realizar√° una convocatoria para estudiantes con inquietudes afines al proyecto de investigaci√≥n. Adem√°s, implicar√° la adquisici√≥n de equipamiento para el Laboratorio de Estructuras, lo que ser√° de gran beneficio para el Departamento ya que, junto a su utilizaci√≥n para las mediciones en madera, permitir√° el an√°lisis de otro tipo de estructuras, ampliando el campo de investigaci√≥n del laboratorio, lo que aportar√°, a su vez, en el desarrollo de actividades de docencia. En el contexto del Mag√≠ster en Ciencias de la Ingenier√≠a menci√≥n Ingenier√≠a Estructural, esta investigaci√≥n se vuelve relevante ya que el plan de estudios tiene un fuerte √©nfasis en la mec√°nica computacional, lo que se relaciona directamente con el proyecto, por lo que se pueden proponer ejemplos de aplicaci√≥n de inter√©s y apertura de nuevas l√≠neas de investigaci√≥n. Al respecto, el acad√©mico se√Īala que ‚Äúabordar este tema es todo un desaf√≠o para m√≠ y para el equipo de estructuras. Llevar a cabo una investigaci√≥n de este calibre requiere de equipos especializados, personal de apoyo, alumnos y profesores. De modo que una investigaci√≥n de este tipo se piensa en consonancia con los desaf√≠os y proyecciones que puedan aportar al Departamento‚ÄĚ. En relaci√≥n a lo anterior, el profesor Guzm√°n expresa su agradecimiento por el apoyo que han brindado el Departamento y la Universidad de Santiago de Chile en las actividades que derivaron en la formulaci√≥n de este proyecto.

La investigaci√≥n propuesta se vincula con la pasant√≠a que el acad√©mico realiz√≥ durante el verano 2020 en el Centro Internacional de M√©todos Num√©ricos en Ingenier√≠a (CIMNE, alojado en la Universidad Polit√©cnica de Catalu√Īa), orientada al estudio de modelos num√©ricos para elementos finitos mixtos, los que tradicionalmente se han utilizado en la mec√°nica de fluidos. En dicha instancia, se enfoc√≥ en la aplicaci√≥n de estos m√©todos en la mec√°nica de s√≥lidos. A partir de esta experiencia, se propuso analizar la madera, considerando que las heterogeneidades en la estructura del material dificultan su simulaci√≥n por los elementos finitos tradicionales.

Ante eventuales adecuaciones del proyecto, debido a la incertidumbre producida por la pandemia de covid-19, ya se barajan alternativas de reorganización de los tiempos para equipar y trabajar en el laboratorio en el momento en que sea posible.

El acad√©mico Carlos Felipe Guzm√°n es profesor asistente de nuestro Departamento, ingeniero mec√°nico por la Universidad de Concepci√≥n, mag√≠ster en Ciencias de la Ingenier√≠a menci√≥n Ingenier√≠a Mec√°nica de la misma casa de estudios y doctor en Ciencias de la Ingenier√≠a por la  Universit√© de Li√®ge, en B√©lgica. Sus l√≠neas de investigaci√≥n son la simulaci√≥n multiescala de materiales (madera, hormig√≥n); modelizaci√≥n en elementos finitos de plasticidad y da√Īo d√ļctil en metales, y las formulaciones mixtas en elementos finitos para mec√°nica de s√≥lidos. Dicta cursos en el mag√≠ster de nuestro Departamento sobre Metodolog√≠a de la investigaci√≥n; Mec√°nica no lineal de materiales, y Teor√≠a y modelaci√≥n num√©rica de acero estructural.

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