En el marco del concurso de Proyectos Fondecyt de Iniciación en Investigación 2022, el académico Dr. Juan Carlos Pina se adjudicó el financiamiento para el proyecto “Numerical-experimental study on the degradation of the thermo-mechanical properties of radiata pine grown in Chile exposed to elevated temperatures” (Estudio numérico-experimental sobre la degradación de las propiedades termomecánicas del pino radiata cultivado en Chile expuesto a altas temperaturas), de tres años de duración, en la que apunta a desmitificar a la madera como un material de construcción peligroso, por el temor a la acción del fuego.
Tal como lo señala el proyecto, este material se debate en las diversas normativas de construcción europeas entre su sostenibilidad ambiental y el riesgo de incendio que pueda implicar. Esto se debe al “desconocimiento de la respuesta de elementos estructurales de madera bajo la acción de fuego [lo que] limita en muchos casos su uso en un mayor número de edificaciones”. Ante lo cual, para tomar decisiones con un adecuado respaldo científico, el profesor Pina enfatiza la importancia de estudiar el comportamiento de la madera y de los elementos estructurales de este material expuestos a elevadas temperaturas “para contar con los conocimientos y herramientas necesarias para diseñar estructuras de madera seguras ante la acción de incendios” y, de este modo, “generar el conocimiento que nos permita derribar ese mito y darle mayor impulso al uso de la madera en Chile”, mediante el diseño de estructuras de madera que sean seguras ante los efectos del fuego.
A partir de lo anterior, el objetivo del proyecto es “comprender la relación entre los cambios microestructurales que se producen en la madera al estar expuesta a temperaturas elevadas y relacionar estos cambios con la evolución de las propiedades térmicas y mecánicas que se observan a nivel macroscópico”. Desde allí se desarrollará un modelo computacional para la predicción de la degradación de las propiedades de la madera ante altas temperaturas, el que será utilizado para el análisis de las propiedades termomecánicas del pino radiata, por ser la madera más utilizada en Chile, pudiendo adaptarse, en el futuro, para aplicarlo a otras variedades de madera. El Dr. Pina destaca que “la metodología usada en este proyecto no ha sido aplicada a este tipo de problema con anterioridad, por lo tanto, es algo novedoso” y que podría impactar directamente en el campo de la construcción.
El proyecto considera en su desarrollo dos visitas de expertos internacionales: la Dra. Emanuela Bosco, de la Eindhoven University of Technology (Países Bajos), y el Dr. Lars Beex, de la Universidad de Luxemburgo. La idea es que estos colaboradores internacionales se involucren en el proyecto, por ejemplo, mediante la participación en comisiones de tesis de magíster del Departamento, lo que ya se realizó con la Dra. Bosco durante 2021, dando como resultado un paper conjunto ya publicado y dos más que están en camino.
Además, se espera trabajar con al menos cuatro tesistas de postgrado: dos en ámbito experimental de la investigación y dos en la etapa de modelación numérica del proyecto. Para el investigador responsable “la idea es buscar oportunidades para incluir a más tesistas de pre o postgrado, dado a que su aporte siempre es muy importante para lograr el avance de este tipo de proyectos de Investigación”.
Asimismo, durante el primer año se ha presupuestado la compra de un equipo portátil para medir la conductividad térmica de diversos materiales, entre ellos la madera. Para el segundo año se planea comprar equipamiento para realizar ensayos mecánicos en probetas o muestras de madera a temperaturas hasta los 300ºC. En suma, el monto aproximado de inversión en equipamiento es de 30 millones de pesos. Son equipos que nos ayudarán a comprender qué le pasa a la madera; es decir, cómo se afectan sus propiedades térmicas y mecánicas cuando es expuesta a temperaturas elevadas de hasta 300ºC.
Junto a los avances en el ámbito de la investigación en torno a la madera, se espera también que el nuevo conocimiento que se obtenga sea volcado a los cursos que aborden este material, de modo que también se contribuya al desarrollo de la docencia. Asimismo, el equipamiento adquirido será usado en actividades de formación, cuando sea necesario.
El profesor Juan Carlos Pina es profesor asistente de nuestro Departamento y subdirector de Investigación y Postgrado. Posee el título de ingeniero civil por la Universidad Nacional de Cuyo (Argentina), es magíster en Modelación Computacional y Elementos Finitos en Ingeniería Mecánica de la Universidad de Swansea (Reino Unido) y doctor en la Eindhoven University of Technology. Sus líneas de investigación actuales incluyen la mecánica computacional de sólidos y estructuras, respuestas mecánicas y termomecánicas de materiales con microestructuras complejas, mecánica multiescala, micromecánica, viscoplasticidad y creep. En la actualidad su investigación está enfocada en el desarrollo de modelos multiescala y multifísicos para el estudio de la respuesta termomecánica de la madera y de estructuras compuestas y de madera expuestas a altas temperaturas como, por ejemplo, en el caso de incendios.
