Caracterización del comportamiento higromórfico de un material responsivo de dos capas en madera bajo condiciones de humedad relativa de la ciudad de Bogotá

Abstract

The materials have physical-mechanical properties intrinsic to their nature and these have always been considered positive or negative according to their most widespread uses. In terms of structural applications in construction, wood has large dimensional variations due to moisture changes which can generate internal stress in the structures, this is considered a disadvantage in this area. This phenomenon of dimensional change before humidity is called hygromorphic behavior: studying it in materials opens the possibility of its implementation in situations that exploit the passive response as a tool that reacts to the surrounding environment. Based on the ability of natural subsystems to adapt their shape to changing environmental conditions for functional purposes, such as those presented by pine cones opening or closing to release their seeds in the presence of moisture changes, some investigations emulate this behavior with composite materials, such as bilayers with wood, textile or polymer components. This research characterizes the hygromorphic behavior of a wood bilayer that responds passively to the humidity of Bogota's environment with programmed deformations. For this purpose, there were manufactured several test pieces composed of commercially available wood natural species, with an adhesive interface; Subsequently, they were subjected to controlled humidity conditions in the laboratory, and their deformations were reported based on the radial curvature generated, the speed of response to the deformation, the uniformity of the deformation, the presence of delamination and the recovery of the initial condition.

Los materiales tienen propiedades físico mecánicas intrínsecas a su naturaleza y estas siempre se han considerado positivas o negativas según sus usos más extendidos. En cuanto a aplicaciones estructurales en la construcción, la madera tiene considerables variaciones dimensionales ante la humedad lo que puede generar esfuerzos internos en las estructuras, lo que se considera una desventaja en este ámbito. Este fenómeno de cambio dimensional ante la humedad se denomina comportamiento higromórfico: estudiarlo en los materiales abre la posibilidad de su implementación en situaciones que exploten la respuesta pasiva como herramienta que reacciona al ambiente circundante. Con base en la capacidad de los subsistemas naturales de adaptar su forma a las condiciones ambientales cambiantes con fines funcionales, como las que presentan las piñas de pino abriéndose o cerrándose para liberar sus semillas ante el cambio de la humedad, se han desarrollado investigaciones que emulan este comportamiento con materiales compuestos, tales como bicapas con componentes de madera, textiles o polímeros. Esta investigación caracteriza el comportamiento higromórfico de un bicapa en madera que responde de manera pasiva a la humedad del ambiente de Bogotá con deformaciones programadas. Para tal fin se fabricaron varias probetas compuestas de madera con especies naturales disponibles comercialmente, y una interfase de adhesivo; posteriormente fueron sometidas a condiciones de humedad controlada en el laboratorio, se reportó comportamiento con base en su deformación (medida en términos de la curvatura radial generada), la velocidad de respuesta de la deformación, la uniformidad de la deformación, la presencia de delaminación y la recuperación de la condición inicial.