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Construir con menos sin construir peor parece una contradicción, pero un equipo del MIT la ha convertido en un problema matemático con solución.
Su modelo de optimización topológica reduce hasta el 90% de los materiales en puentes y edificios sin rebajar la resistencia. El trabajo se ha publicado en la revista Automation in Construction ha recogido los resultados del estudio.
El cálculo no solo decide cuánto material sobra
La cuestión no afecta solo a la ingeniería estructural. En 2022, la producción mundial de materiales de construcción representó más del 7% de las emisiones totales de carbono, de modo que cada kilogramo evitado cuenta dos veces, en la obra y en la atmósfera.
Josephine Carstensen, profesora de ingeniería civil en el MIT y autora sénior del estudio, sitúa ahí el núcleo del problema.
"Hay una interacción entre los materiales que utilizas, la constructibilidad de los diseños y la optimización de la estructura" - Josephine Carstensen, profesora de ingeniería civil del MIT y autora sénior del estudio
Dicho de otra forma, no basta con dibujar la estructura más ligera posible en una pantalla. También hay que comprobar si puede fabricarse sin convertir cada unión, cada barra y cada ángulo en un rompecabezas imposible de montar.
El modelo obliga a que la geometría pueda construirse
Ahí entra una parte menos visible y más decisiva del sistema. El modelo introduce restricciones de fabricación que limitan las piezas por nodo, fijan el tamaño mínimo de los componentes y marcan ángulos mínimos entre elementos.
El sistema asigna madera, acero o combinaciones en cada elemento según sus propiedades mecánicas. Para hacerlo emplea algoritmos de enteros mixtos y cruza función estructural con impacto ambiental.
No todos los materiales resuelven del mismo modo la misma carga.
Zane Schemmer, primer autor del trabajo y estudiante de doctorado en ingeniería civil y ambiental, describe justamente esa tensión entre resistencia y carbono.
"Una estructura íntegramente de acero puede ser muy resistente, pero no siempre la mejor desde el punto de vista del carbono. Asimismo, una solución solo de madera puede reducir emisiones, aunque no siempre ofrece la respuesta adecuada en todos los puntos" - Zane Schemmer, estudiante de doctorado en ingeniería civil y ambiental y primer autor del trabajo
Por eso el modelo no trata el puente como si fuera una pieza uniforme. Reparte materiales distintos según lo que necesita cada tramo, una lógica que recuerda más a un organismo que refuerza solo las zonas sometidas a mayor esfuerzo que a una obra pensada con una única receta.
Lockport sirvió para probar tres versiones del mismo puente
Las pruebas se realizaron sobre el puente Lockport, cerca de Buffalo, en Nueva York. A partir de esa base, el equipo generó versiones de acero, de madera y multimaterial, una comparación que permite ver cómo cambia el equilibrio entre resistencia, emisiones y viabilidad de construcción.
En esa clase de ensayos también pesa la experiencia acumulada sobre la presión material de la construcción tecnológica, donde cada proyecto obliga a medir costes físicos y energéticos mucho antes de levantar la primera pieza.
El equipo validará el modelo con estructuras a escala en una fase posterior. Ese detalle importa porque la distancia entre una solución elegante en ordenador y una estructura que soporta peso real suele decidirse en las uniones, las tolerancias y los límites de fabricación.
Reducir hasta el 90% del material sin perder resistencia suena a promesa de laboratorio, pero el dato más incómodo sigue siendo otro. Si la construcción ya cargaba en 2022 con más del 7% de las emisiones globales de carbono, cada mejora estructural deja de ser solo una cuestión de cálculo y entra de lleno en el balance climático.