Self-weight and seismic instability of a Qin Terracotta Army horse using finite element analysis
Este estudio utiliza el análisis de elementos finitos en un modelo de escaneo 3D de un caballo del Ejército de Terracota de Qin para demostrar que, si bien el peso propio y los terremotos frecuentes causan daños mínimos, los terremotos poco frecuentes inducen inestabilidad por deslizamiento global y vuelco, con la fricción y el tipo de movimiento del suelo influyendo significativamente en la respuesta, pero las variaciones en el espesor de la concha teniendo un impacto insignificante en los modos de falla dominantes.
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El mundo antiguo está lleno de objetos que han sobrevivido durante milenios, pero su mayor amenaza suele no ser el tiempo mismo, sino el temblor repentino y violento de la tierra. Para las estatuas grandes y exentas de arcilla pesada, un terremoto presenta un rompecabezas mecánico único. A diferencia de un edificio, que está anclado al suelo, una estatua se mantiene sobre sus propios pies. Cuando el suelo se mueve, la estatua no necesariamente se mueve con él; en su lugar, puede deslizarse por el suelo, balancearse hacia adelante y hacia atrás sobre su base o volcarse por completo. Predecir cuál de estos destinos aguarda a un objeto específico requiere comprender tres cosas: qué tan pesado es, dónde se concentra su peso y cuánta fricción existe entre sus pies y la superficie sobre la que se encuentra de pie. Este es el desafío central de proteger los sitios patrimoniales frágiles en regiones sísmicamente activas, donde el objetivo es mantener estos testigos silenciosos de la historia erguidos y altivos cuando la tierra bajo ellos comience a temblar.
En el corazón de la provincia de Shaanxi, China, se encuentra el Mausoleo del Primer Emperador Qin, hogar del famoso Ejército de Terracota. Entre los miles de guerreros y caballos de tamaño natural, los caballos presentan un caso particularmente difícil de conservación. Son altos, huecos y están equilibrados sobre cuatro patas delgadas, lo que los hace inherentemente menos estables que las figuras humanas. Un equipo de investigadores de la Universidad de Ingeniería y Arquitectura de Beijing y el Museo del Sitio del Mausoleo del Emperador Qinshihuang decidió investigar exactamente cómo se comportaría un caballo de terracota durante un terremoto. No sacudieron un artefacto real, lo cual sería demasiado arriesgado, sino que crearon un gemelo digital preciso de un caballo restaurado de la Fosa 1. Al introducir este modelo virtual en un programa informático capaz de simular la física, pudieron observar cómo reaccionaba el caballo ante diferentes tipos de sacudidas del suelo, diferentes niveles de fricción y diferentes direcciones de fuerza, todo ello sin tocar jamás la frágil arcilla.
Los investigadores comenzaron escaneando un caballo real restaurado, catalogado como T23G9:C2④, que mide aproximadamente 1,7 metros de altura y pesa unos 332 kilogramos. Utilizando un escáner láser portátil, capturaron millones de puntos para crear un mapa tridimensional de la superficie del caballo. Luego, tradujeron este mapa en un modelo informático compuesto por miles de pequeñas cáscaras triangulares, envolviendo efectivamente al caballo en una piel digital que imitaba su estructura hueca y su grosor variable. Para asegurar que el modelo fuera preciso, ajustaron el grosor de esta piel digital hasta que la versión informática del caballo pesara exactamente lo mismo que el real. Luego sometieron al caballo digital a una serie de terremotos virtuales, utilizando dos tipos diferentes de registros de movimiento de suelo: uno basado en un famoso terremoto histórico en California y otro generado por computadora para coincidir con las condiciones específicas del suelo del museo. Probaron estos movimientos en dos niveles de intensidad: un temblor moderado y frecuente, y uno raro y catastrófico.
Lo que revelaron las simulaciones fue una historia de dirección y equilibrio. Cuando el suelo tembló suavemente, el caballo apenas se movió, desplazándose solo unos pocos milímetros antes de volver a su lugar. Sin embargo, cuando el suelo virtual se sacudió con la fuerza de un terremoto importante, el resultado dependió enteramente de hacia dónde viniera la sacudida. Si el suelo se movía de lado a lado, perpendicular a la cabeza y la cola del caballo, el caballo se volvía inestable y volcaba. En estos escenarios, el caballo se balanceaba violentamente y finalmente caía, un destino que ocurrió en las simulaciones independientemente de si la superficie debajo de él era rugosa o lisa. Los investigadores descubrieron que el caballo es simplemente demasiado pesado en la parte superior y estrecho en esta dirección para resistir un fuerte empuje lateral.
En contraste, cuando el suelo tembló a lo largo de la longitud del caballo, desde la nariz hasta la cola, el caballo no volcó. En su lugar, se deslizó. Las simulaciones mostraron que el caballo se deslizaría por el suelo, moviéndose a veces casi medio metro, pero permanecería erguido. El tipo de movimiento del suelo también importaba aquí; el terremoto generado por computadora, que duró más tiempo, causó que el caballo se deslizara mucho más lejos que el registro histórico de California. La fricción entre los pies del caballo y el suelo cambió la rapidez con la que se deslizaba y cuánto se balanceaba, pero no pudo detener el deslizamiento por completo. Crucialmente, en cada uno de los escenarios en los que el caballo se deslizó o volcó, la arcilla misma no se agrietó. Las tensiones internas generadas por el movimiento nunca alcanzaron el punto de ruptura del material de terracota. El peligro no era que el caballo se hiciera añicos, sino que se cayera o fuera arrastrado por el suelo.
El estudio también comprobó si la forma en que modelaron el grosor del caballo podría haber sesgado los resultados. Realizaron las simulaciones nuevamente con la piel digital ligeramente más delgada y ligeramente más gruesa, representando una variación del veinte por ciento en el grosor real de las paredes del caballo. El resultado fue el mismo: el caballo seguía volcándose en la dirección lateral y deslizándose en la dirección longitudinal. Esto confirmó que los riesgos principales son la inestabilidad global —caerse o deslizarse— más que la rotura del material bajo tensión. Los hallazgos sugieren que proteger estos caballos antiguos requiere una estrategia centrada en evitar que vuelquen lateralmente y evitar que se deslicen largas distancias, en lugar de preocuparse por si la arcilla se agrieta debido a la vibración misma. Para los curadores e ingenieros encargados de preservar estos tesoros, la lección es clara: la orientación del caballo importa, y el suelo bajo él debe estar diseñado para mantenerse firme contra las formas específicas en que la tierra es más probable que se mueva.
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