Investigación experimental y numérica sobre el comportamiento histerético lateral y un modelo simplificado del típico Dou-Gong en las dinastías Ming-Qing

Antiguos ménsulas de madera que protegen los edificios de los terremotos

Muchas de las grandes puertas, salas y torres históricas de madera de China han resistido siglos de terremotos. Una razón clave es una curiosa pila de bloques y vigas de madera entrelazados llamada Dou-Gong. Este estudio examina con detalle cómo una familia importante de estas ménsulas, de las dinastías Ming y Qing, bascula y desliza durante el movimiento sísmico y cómo se puede capturar su comportamiento en un modelo de ingeniería sencillo. Comprender este “amortiguador” oculto de madera nos ayuda a conservar mejor los edificios patrimoniales y a diseñar estructuras modernas más seguras inspiradas en ellos.

Un rompecabezas de madera con significado social

Dou-Gong no es solo un truco estructural; también es un símbolo de estatus. En las casas históricas comunes solo se permitían ménsulas pequeñas y sencillas, mientras que las puertas oficiales de la ciudad y las salas imperiales mostraban grandes pilas de bloques ricamente pintadas. Los autores se centran en estas ménsulas Ming–Qing de nivel medio a alto utilizadas en edificios públicos importantes. En comparación con las versiones más elaboradas de la dinastía Song, el Dou-Gong Ming–Qing es más delgado y compacto, con menos brazos salientes y una trayectoria más directa para que las fuerzas viajen del tejado hacia las columnas y muros. Estas diferencias sugieren que podría responder a los terremotos de una manera propia, en lugar de comportarse como las ménsulas más antiguas que la mayoría de investigaciones previas ha estudiado.

Tres tipos de ménsulas, tres posiciones en un marco

Los investigadores examinaron tres distribuciones típicas de ménsulas, cada una ocupando una posición distinta en un entramado de madera. Un tipo se sitúa entre columnas (DGPS) y no está atado directamente a ellas. Un segundo tipo descansa sobre la parte superior de las columnas (DGZT) y un tercero se coloca en las esquinas donde se encuentran dos muros (DGJ). A partir de encuestas de campo cuidadosas en puertas y torres históricas de Pekín y Shanxi, el equipo recreó estas tres disposiciones a escala de un tercio usando el mismo tipo de madera de pino que en los originales. Probaron la resistencia básica de la propia madera y luego montaron probetas de ménsulas que reproducían fielmente las formas históricas.

Hacer vibrar las ménsulas para revelar movimientos ocultos

Las ménsulas se fijaron en un bastidor de acero robusto y se empujaron hacia adelante y atrás en ciclos lentos y controlados para imitar el movimiento sísmico. Pequeños pesos representaron la carga del tejado que presiona desde arriba. A medida que aumentaba el desplazamiento, el equipo vigiló fisuras, separaciones y fallos, y registró las fuerzas de empuje y tracción. Los tres tipos mostraron un marcado deslizamiento entre las superficies de madera en contacto, junto con aplastamiento gradual y fisuración de las fibras en puntos clave. Las curvas de fuerza frente a movimiento formaron lazos que se estrechaban en el centro, un efecto llamado “pinzamiento”, que indica que partes de la estructura se abren y cierran en cada ciclo y que la rigidez se degrada progresivamente. Entre los tres, las ménsulas en la parte superior de la columna (DGZT) y en las esquinas (DGJ) disiparon mejor la energía, mientras que la ménsula entre columnas (DGPS) mantuvo más rigidez pero disipó menos energía.

De tallados complejos a líneas sencillas

Puesto que un Dou-Gong real implica muchos bloques pequeños y superficies de contacto, los modelos informáticos detallados consumen mucho tiempo y coste si se aplican a un edificio entero. Para abordar esto, los autores construyeron simulaciones tridimensionales refinadas de cada ménsula y luego trazaron las principales rutas internas de “flujo de fuerzas” donde se concentraban los esfuerzos. Reemplazaron la geometría intrincada por unas pocas vigas y puntales idealizados, incluyendo algunos elementos que no existen literalmente en la madera pero que representan su efecto global. Se prestó especial atención a cómo la madera comprimida se deforma alrededor de pasadores ocultos, que controlan cuánto pueden moverse las piezas antes de ceder. El resultado es un modelo simplificado de vigas que usa una fracción mínima de los recursos informáticos originales —del orden de unos pocos por ciento de los elementos y nodos— y aun así registra el comportamiento clave de basculamiento y deslizamiento.

Comprobar si el atajo realmente funciona

Los modelos simplificados se sometieron luego en el mundo virtual a los mismos desplazamientos utilizados en las pruebas de laboratorio. Al comparar los resultados, los investigadores hallaron que los modelos depurados reproducían la forma general de las curvas experimentales y la manera en que la rigidez decrecía a medida que crecía el movimiento. Los patrones de esfuerzos altos y bajos en las versiones simplificadas también coincidieron con los de las simulaciones detalladas. Surgieron algunas diferencias en desplazamientos muy grandes, donde los defectos reales de la madera y efectos complejos de fricción son importantes, pero para el rango más relevante en la evaluación estructural el acuerdo fue suficientemente bueno para un uso práctico.

Qué significa esto para los edificios históricos hoy

Para un público no especialista, el mensaje principal es que estas ménsulas de madera estratificadas no son adornos frágiles; actúan como cojines incorporados que permiten a los edificios históricos oscilar, deslizarse y disipar la energía sísmica sin colapsar. Este estudio demuestra que incluso las versiones “más sencillas” de Ming–Qing cumplen este papel protector y ofrece a los ingenieros una forma compacta de representarlas dentro de modelos numéricos de edificio completo. Eso facilita enormemente comprobar la seguridad de grandes monumentos de madera y planificar reparaciones o refuerzos que respeten su carácter original.

Cita: Cui, Z., Chun, Q., Yuan, Y. et al. Experimental and numerical research on the lateral hysteretic behavior and simplified model of typical Dou-Gong in Ming-Qing dynasties. npj Herit. Sci. 14, 57 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02340-x

Palabras clave: Dou-Gong, comportamiento sísmico, patrimonio de madera, arquitectura Ming–Qing, disipación de energía