La madera es un material de crecimiento natural que se ha utilizado como material de construcción durante siglos. Sin embargo, el alto contenido de humedad dificulta su uso como estructuras de carga sin procesos de secado. En su nuevo doctorado en tecnología de la construcción, Winston Mmari estudia las interacciones entre el calor, la humedad y los mecanismos de transporte en la madera y desarrolla un modelo para predecir el comportamiento de la madera bajo tensión mecánica en diversas condiciones de humedad y temperatura.
La madera tiene un alto contenido de humedad inicial y una composición química que la hace muy sensible a la humedad. La humedad de la madera afecta sus propiedades físicas y mecánicas y requiere procesos de secado en estructuras portantes. Es difícil describir la distribución y el transporte de la humedad en la madera porque la madera consta de diferentes fases y procesos, como la absorción, la evaporación/condensación y la hinchazón/contracción de las fibras de madera.
“El objetivo principal de la disertación es desarrollar un modelo que pueda predecir el comportamiento macroscópico de la madera bajo tensión mecánica, así como cuando se expone a diversas condiciones de humedad y temperatura”, dice Mmari.
Madera expuesta a la humedad o estrés mecánico
La disertación examina el comportamiento de la madera expuesta a la humedad o cargas mecánicas. Se describieron las propiedades de la madera y se utilizaron modelos teóricos para predecir su comportamiento. La disertación consta de cuatro partes que contienen modelos y simulaciones.
La primera parte describe cómo se mueve la humedad en la madera. Luego, el modelo se refina en secciones posteriores para tener en cuenta también los niveles de humedad y la distorsión de la madera debido a cambios en la humedad. También se realizan simulaciones para probar los modelos. En la parte final de la investigación, se centran en cómo se rompe la madera, y para ello se utiliza un modelo especial. A través de simulaciones, se prueban las capacidades del modelo y los resultados se comparan con las observaciones experimentales.
“Los procesos de absorción y movimiento de la humedad en la madera van de la mano con los cambios de temperatura en el material. Mi disertación muestra que estos intrincados mecanismos de transporte de humedad en la madera, y las distorsiones y grietas resultantes, pueden describirse mediante modelos construidos sobre sólidas teorías matemáticas y predichos por simulaciones por computadora”, continúa Mmari.
Herramientas de análisis y pronóstico
El estudio podría ser útil tanto para la industria maderera actual como para futuras investigaciones.
“El modelo desarrollado se puede utilizar como herramienta para analizar y predecir el comportamiento de elementos y estructuras de madera. Los modelos se pueden utilizar para estudiar y posiblemente optimizar los procesos de secado de la madera. Además, los resultados de estos estudios ayudan a orientar a los investigadores en la dirección correcta para futuras investigaciones experimentales y teóricas destinadas a avanzar en el conocimiento y la comprensión de este material ecológico”, concluye Mmari.
Más información:
Winston Mmari, Modelado continuo de madera multifase: un enfoque de teoría híbrida (2023). DOI: 10.15626/LUD.485.2023