Detección no destructiva e imagen tridimensional de defectos internos en la Gran Muralla Ming de Pekín

Ver el interior de una maravilla del mundo sin tocar un solo ladrillo

La Gran Muralla China es un icono de la historia humana, pero muchos de sus ladrillos y núcleos de terraplén se debilitan lentamente desde el interior. Grietas, cavidades ocultas y humedad que se infiltra pueden socavar la estructura mucho antes de que el daño sea visible en la superficie. Dado que perforar o cortar este monumento Patrimonio de la Humanidad puede causar nuevos daños, los conservadores necesitan formas de “ver” dentro de la muralla sin tocarla. Este estudio muestra cómo un método basado en radar puede cartografiar defectos internos y zonas húmedas en tres dimensiones, ayudando a los responsables a reparar la Muralla con mayor precisión y menos conjeturas.

Problemas ocultos en el interior de muros antiguos

La Gran Muralla de la era Ming en Pekín se extiende cientos de kilómetros por montañas escarpadas, construida principalmente como una envoltura de ladrillo alrededor de un núcleo compactado de tierra, escombros y mortero de cal. A lo largo de los siglos, la retracción del mortero, los ciclos de helada y deshielo y el agua de lluvia han convertido gradualmente pequeñas grietas en vacíos y separaciones entre los ladrillos y el núcleo interior. La humedad puede colarse por estas vías, debilitando los materiales y aumentando la probabilidad de colapsos. Las inspecciones tradicionales, como los sondeos visuales o la extracción de muestras, son lentas, cubren solo áreas muy pequeñas y pueden dañar el material original. Los autores sostienen que monumentos grandes y complejos como la Gran Muralla necesitan herramientas no destructivas que puedan sondear en profundidad a lo largo de grandes distancias, y se centran en el radar de penetración terrestre (GPR) como la opción más prometedora.

Cómo el radar atraviesa la piedra y la tierra

El radar de penetración terrestre funciona de forma similar a un sonar subterráneo. Una pequeña antena emite pulsos cortos de ondas de radio hacia la muralla; cuando esas ondas pasan de un material a otro —ladrillo compacto a una grieta llena de aire, o suelo seco a suelo húmedo— parte de la energía se refleja. Registrando la intensidad y el tiempo de esos ecos mientras la antena se desplaza a lo largo de la muralla, los investigadores pueden construir imágenes de capas internas y rasgos ocultos. El equipo eligió una frecuencia de radar de 400 megahercios, que ofrece un buen equilibrio entre penetración (varios metros en ladrillo y tierra apisonada) y resolución de detalles (hasta unos pocos centímetros). También comparan el GPR con otros métodos no destructivos como la termografía infrarroja y el escáner láser, concluyendo que solo el GPR puede simultáneamente penetrar en profundidad y proporcionar imágenes interiores continuas a lo largo de largos tramos de muralla.

Construyendo una mini Gran Muralla en laboratorio

Para probar y ajustar su enfoque, los investigadores construyeron un modelo físico a escala de un segmento de la Gran Muralla usando ladrillos grises de estilo tradicional y un núcleo de piedra triturada y tierra. Dentro de este modelo de 6,9 metros colocaron diez cavidades artificiales de distintos tamaños y profundidades, y rellenaron dos de ellas de 13 maneras diferentes: con aire, agua, lechada, grava, fragmentos de ladrillo y tierra poco compactada, cada una en estados seco y húmedo. Al escanear este modelo con el radar de 400 MHz, examinaron no solo las imágenes básicas sino también atributos más detallados de la señal —como la fuerza total del eco, la frecuencia dominante y cómo se distribuye la energía en tiempo y frecuencia. Estas pruebas revelaron que ciertas firmas radar cambian de forma consistente al aumentar el contenido de agua dentro de un defecto. Por ejemplo, los rellenos húmedos tendían a producir ecos más fuertes en conjunto, una banda principal de frecuencias más estrecha y una respuesta retardada y de mayor duración en bajas frecuencias en comparación con rellenos secos.

Transformar cortes de datos en un mapa 3D

Recolectar perfiles de radar a lo largo de muchas líneas paralelas permitió al equipo apilar cortes bidimensionales en un bloque tridimensional de datos que representa el interior del segmento de muralla. Usando software personalizado escrito en MATLAB, asignaron cuidadosamente cada píxel de las imágenes radar a coordenadas del mundo real, corrigiendo el espaciado irregular del sondeo y la geometría desigual de la mampostería histórica. Después emplearon una técnica llamada extracción de “isosuperficies”, que envuelve una superficie suave alrededor de regiones donde los ecos radar son inusualmente fuertes. En el modelo de laboratorio, esta reconstrucción 3D capturó las localizaciones y las formas de la mayoría de las cavidades, con un error medio de volumen de alrededor del 19 por ciento —significativamente mejor que muchos intentos previos en estructuras igualmente complejas.

Probar el método en la Gran Muralla real

Armados con sus herramientas calibradas, los investigadores sondearon un tramo de la Gran Muralla de Panlongshan en Pekín, entre dos torres de vigilancia. Los escaneos radar desde la coronación de la muralla mostraron capas de ladrillo nítidas y grupos distintos de ecos fuertes más profundos, a profundidades de alrededor de uno a dos metros. Cuando analizaron estas zonas usando los mismos atributos de señal probados en el laboratorio, los patrones encajaron más con tierra poco compactada y seca que con material empapado de agua. En otras palabras, las áreas sospechosas probablemente son vacíos llenos de aire o huecos secos más que puntos de humedad activa. Reconstruir los datos de campo en volúmenes 3D reveló múltiples rasgos tipo cavidad dentro de la muralla y, aunque los volúmenes exactos fueron más difíciles de determinar que en el modelo controlado, el método proporcionó orientación valiosa sobre dónde centrar las inspecciones estructurales y futuras reparaciones.

Qué significa esto para la protección del patrimonio

Para el público general, el mensaje esencial es que el radar ahora puede hacer mucho más que simplemente indicar que “algo” va mal dentro de un muro antiguo. Analizando con cuidado cómo cambian los ecos radar con la humedad y convirtiendo tiras largas de mediciones en una imagen 3D, los conservadores pueden localizar vacíos internos, estimar su tamaño y obtener una primera idea de si están secos o llenos de agua —todo ello sin perforar un solo agujero. Aunque cada sitio todavía requiere su propia calibración debido a las diferencias en materiales y condiciones climáticas, este estudio ofrece una hoja de ruta práctica para usar GPR en apoyo de reparaciones dirigidas y mínimamente invasivas de la Gran Muralla y otras mamposterías históricas en todo el mundo.

Cita: Qian, W., Wu, R., Tian, W. et al. Non-destructive detection and three-dimensional imaging of internal defects in Beijing Ming Great Wall. npj Herit. Sci. 14, 62 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02341-w

Palabras clave: Conservación de la Gran Muralla, radar de penetración terrestre, ensayo no destructivo, mampostería patrimonial, detección de humedad