Estado de Conservación y Proyecto de Restauración del Patio de la Capilla

(Hospital Real)

Granada)

Informe Preliminar Comparativo de columnas intervenidas (1997) y no intervenidas

(Adenda marzo de 1998)

Introducción

Este informe aporta datos preliminares sobre las columnas del cuerpo inferior del Patio de la Capilla del Hospital Real de Granada, y se evalúa el grado de éxito de la restauración llevada a cabo en el curso académico 1996/97 por los alumnos de Bellas Artes de la Universidad de Granada, bajo nuestra dirección como profesores de la asignatura “Restauración de Materiales Pétreos”. Para alcanzar este objetivo, hemos comparado las columnas intervenidas con aquellas no intervenidas y que, en su momento, fueron propuestas a la Delegación de Cultura para su restauración durante el presente curso académico en el mismo contexto que el anteriormente mencionado.

Los aspectos tratados en este informe preliminar se centran en el grado de éxito de las operaciones restauradoras/conservativas relacionadas con el proceso de deterioro más relevante de la obra: la infiltración de agua en las partes inferiores de las columnas. Teniendo en cuenta que el agua accede a los interiores de las columnas a través del subsuelo, por infiltración capilar de soluciones acuosas que ascienden por las partes inferiores de las columnas, y través de sus superficies expuestas, por infiltración del agua de lluvia que salpica las columnas al caer de los tejados, nos centraremos en las hipotéticas mejoras asignables a tres de los trabajos de restauración llevados a cabo: Inyección de resinas hidrofugantes en las basas, reintegración con morteros porosos y protección de las superficies expuestas con resinas hidrofugantes. Adicionalmente, trataremos aspectos relativos al impacto cromático de los tratamientos.

Para una mayor documentación al respecto del estado de conservación de estas columnas, y del Patio en general, y al respecto de la intervención llevada a cabo en el curso académico 1996/97, remitimos al lector de estas páginas a los informes previamente enviados a la Delegación de Cultura (Estado de Conservación y Proyecto de Restauración, año 1994, e Informe de Restauración, año 1997, respectivamente). En estas páginas, por tanto, y con el fin de no ser reiterativos, no repetiremos la información contenida en estos informes, excepto en los casos en que sea necesario.

En la Figura 1 se indican las columnas objeto de restauración y estudio, y en la Tabla 1 se presentan las propiedades más significativas del material pétreo (calcarenitas bioclásticas) no alterado y tratado con consolidante/protector RC80, utilizado en la intervención del curso académico 1996/97.

Figura 1. Planta del cuerpo inferior del Patio de la Capilla, con indicación de las columnas intervenidas en el curso académico 96/97 (en azul), las que se intervendrán en el curso 97/98 (en rojo), y las que restan por intervenir (en blanco). Los datos para este informe se han obtenido de las columnas #1, #4, #5 y#6.

Condiciones termohigrométricas

Se ha medido la temperatura y humedad relativa de las columnas intervenidas y no intervenidas en el interior de las mismas, a »15 cm respecto de sus superficies actuales y a una profundidad de »15 cm bajo la solería actual del patio. Para ello se taladraron hasta »20 cm en su base, manteniendo un ángulo de »45º. En el caso de las columnas no intervenidas #4 y #6, se retiraron previamente los repellos de hormigón a base de cemento portland (de aquí en adelante se denominarán simplemente, de hormigón) que las cubrían en su basa y primer tambor, con el fin de comprobar el efecto de estos repellos en la evolución de estas variables, esto es, en la evaporación de la humedad contenida en el interior del sistema poroso de las calcarenitas de las basas y los tambores deteriorados bajo los repellos. En el caso de la columna #1 restaurada en el curso 96/97 con reintegraciones de hormigón a base de cal hidráulica y cemento blanco, este procedimiento no se considero necesario ya que (1) el mortero adicionado es poroso, por lo que, en principio, debe permitir la evaporación de la humedad interior y (2) precisamente nuestra intención es comprobar el grado de éxito de esta intervención.

En la Figura 2 se han proyectado los resultados obtenidos a las 13:30-14:00 h de los días 13 y 20 del mes de marzo de 1998. Aunque separados entre sí solamente por una semana, los datos son significativos.

Tabla 1. Propiedades de las calcarenitas bioclásticas sin tratar y tratadas con consolidante/protector (tetraetoxisilano catalizado y alquil-aril-polisiloxano).

	Roca sin tratar no alterada	Tratada con Rhodorsil RC 80
Permeabilidad al vapor de agua (g/m^2·24h)	274	230.96
Porosidad total (%)	25	13.2
Angulo de contacto (grados sexagesimales)	0	141.6
Coeficiente de absorción capilar (g/cm^2·min^1^/2·10^-4)	753	13
Coeficiente de penetración capilar (cm/min^1/2)	0.539	0.0124
Indice de saturación en agua a las 21 h (% en peso)	13.37	0.82
Indice de secado (g/min1/2)	0.7229	0.7093
Velocidad de transmisión de ultrasonidos (m/s)	2857±130	3706.6
Resistencia a compresión uniaxial (MPa)	9±2	14.13
Módulo elástico (MPa)	1800±450	3993.4
Color. Longitud de onda dominante (nm)	577-580	577.14
Densidad (g/cm^3)	1.9±0.1	2.02

En primer lugar, destacan las contrastadas condiciones de humedad relativa en los medios ambiente exterior e interior de las columnas. Tanto las columnas tratadas como no tratadas presentan condiciones de humedad muy superiores a las del medio exterior. Dado que los interiores de las columnas y el medio ambiente presentan condiciones de temperatura similares, esto debe asignarse a la presencia de una mayor cantidad de vapor de agua en la atmósfera de los interiores de las columnas, como puede apreciarse en la Figura 3. En los días 13 y 20, respectivamente, el agua contenida en el interior del sistema poroso de las calcarenitas es de 11.885 y 7.405 g de vapor de agua por m3 de aire en las columnas tratadas, y 18.243 y 12.015 g/m3 en las no tratadas. En el ambiente es de 2.444 y 3.372 g/m3.

Figura 2. Distribución de temperatura y humedad relativa en el interior de las columnas intervenidas y no intervenidas (marzo 1998).

En segundo lugar, destaca la menor cantidad de vapor de agua presente en las columnas tratadas respecto de las no tratadas. Mientras las primeras se encuentran bajo unas condiciones donde difícilmente es posible la condensación de agua, las segundas se encuentran en el límite de saturación de vapor de agua en el aire (Figura 3). Dada, de nuevo, la similitud de temperatura de los interiores de ambos tipos de columnas, debe concluirse que el sistema poroso de las calcarenitas de las bases de las columnas no tratadas se encuentra totalmente ocupado por agua.

Los datos de humedad de los interiores de las columnas tratadas y no tratadas indican que existe una disminución de la cantidad de agua al paso de una semana (Figuras 2 y 3). En el caso de las columnas no tratadas, esto no debe asignarse a una hipotética transpiración del vapor agua hacia el exterior debida a la retirada de los revestimientos de hormigón, ya que la temperatura en el segundo día es menor. Al tener en cuenta todas las variables, se constata que la atmósfera de los interiores de las columnas no tratadas permanece en el límite de saturación (Figura 3). Esto mismo se concluye al tener en cuenta los datos de humedad de las columnas tratadas.

Figura 3. Distribución de temperatura, humedad relativa y presión parcial de H₂O en el interior de las columnas intervenidas y no intervenidas (marzo 1998)

Distribución superficial de temperatura

Otro aspecto interesante es el efecto térmico de los repellos de hormigón sobre las columnas no tratadas. Este efecto puede apreciarse en la figura 4, donde se ilustra la distribución de temperatura en la vertical de las columnas #4 y #6 (con repellos de hormigón) y #5 (con sustitución de la basa y primer tambor por caliza de Sª Elvira). Las mediciones se realizaron sobre las 10:00 h del día 13 de marzo, en un momento en que parte alguna de las columnas sufría insolación directa. A pesar de ello, todas las columnas presentan gradientes negativos de temperatura en vertical, con importantes descensos en los primeros centímetros (basas y arranque del primer tambor). La forma general de estos gradientes negativos deben asignarse a la inercia térmica de los materiales pétreos, esto es, a su escasa conductividad térmica. Debe tenerse en cuenta que a lo largo de 24 h las partes más insoladas de estas columnas son las partes inferiores (dada la estructura y orientación del patio), lo que conduce a un mayor calentamiento de estas partes que no es mitigado por conducción térmica durante las horas nocturnas. Esto explica los gradientes de temperatura negativos en la vertical, pero igualmente explica la fuerte inflexión en la pendiente de las curvas que tiene lugar en las partes inferiores de las columnas con repellos de hormigón. Es evidente que esto se debe a la menor capacidad calorífica y/o menor conductividad térmica de hormigones poco porosos fabricados a base de cemento portland.

Figura 4. Distribución de temperatura en la superficie de las columnas (13/3/98, 10 a.m., sin insolación)

Este tipo de fuertes gradientes térmicos conlleva la generación de esfuerzos por expansión térmica diferencial que, si bien no son de entidad suficiente para vencer la resistencia a la tensión de estos materiales (del orden de 0.5-10 Mpa), sí son efectivos en la pérdida de sus propiedades mecánicas por fatiga. De hecho, todas las columnas no tratadas que presentan repellos de hormigón se encuentran fracturadas en sus partes inferiores (Figuras 3 y 4). En este proceso de fracturación, los materiales pétreos originales que se encuentran en contacto directo con los morteros de hormigón son igualmente fracturados, por lo que caen junto con los fragmentos desprendidos de los repellos de hormigón.

Velocidad de transmisión de pulsos ultrasónicos

El control de las propiedades mecánicas de las columnas intervenidas y no intervenidas se ha llevado a cabo mediante la medición de la velocidad de transmisión de pulsos ultrasónicos a través de las mismas. Este método es uno de los más ampliamente utilizados en la determinación y evaluación de las propiedades mecánicas de materiales pétreos (resistencia mecánica, porosidad, fisuración, etc.), particularmente por su carácter no destructivo.

Las medidas se han tomado en las columnas #4, #5 y #6 (no intervenidas) y la columna #3 (intervenida en la campaña del año 1997). La realización de este ensayo ha seguido en gran parte las recomendaciones propuestas por la Comisión NORMAL, (Documento NORMAL 22/86). El número total de muestras medidas ha sido de 10 en cada columna, siguiendo un orden ascendente desde la basa hasta la parte superior del fuste (» 4 m, próxima al capitel). El equipo de ultrasonidos empleado ha sido un STEINKAMP BP V, cuyas características fundamentales son las siguientes: generador de impulsos de baja potencia, y transductor de emisión y transductor de recepción de alta potencia. Transductores con forma cilíndrica, siendo la frecuencia empleada de 50 khz. Como interfase entre los transductores y la roca se han usado dos piezas de un elastómero, que ha asegurado un contacto óptimo en todo momento entre ambas superficies. El equipo siempre ha sido calibrado antes de proceder a la medición de las diferentes columnas, para ello se ha utilizado una pieza de PVC como elemento de tarado.

En la Figura 5 se ha representado la velocidad de transmisión de ondas ultrasónicas en las cuatro columnas estudiadas. En el caso de las columnas #4 y #6, no intervenidas y que presentan repellos de hormigón en sus basas y primeros tambores, las velocidades de transmisión de ondas ultrasónicas son muy bajas en estas partes inferiores (800-1200 m/s; símbolos de color negro en la Figura 5). A partir de esta zona los valores aumentan drásticamente hasta hacerse constantes (aproximadamente 2000-2700 m/s). No obstante, por comparación con los valores correspondientes a roca sin alterar (ca. 2850 m/s, Tabla 1), estas velocidades son más bajas, lo que indica que el material pétreo (calcarenita) ha sufrido pérdida de sus propiedades mecánicas debido a procesos de deterioro relacionados con el ascenso capilar del agua a través de su sistema poroso. Como se dijo más arriba, esto es consecuencia directa de los repellos de hormigón que no permiten la transpiración del vapor de agua.

Los datos obtenidos para la columna #5 ponen de manifiesto su aceptable estado de conservación, tanto en su parte inferior constituida por basa y primer tambor de caliza de Sª Elvira (> 6000 m/s, símbolos de color blanco) como en su parte superior constituida por calcarenitas (» 2800 m/s). Este aceptable estado de conservación es debido al efecto de impermeabilización que ejerce la basa de caliza micrítica (con muy baja porosidad, »2%).

Por último, las velocidades de transmisión de la columna #3 ponen de manifiesto una homogeneidad en cuanto a propiedades mecánicas, no sólo en la roca sino en los morteros porosos de reintegración. Esto evidencia una excelente adhesividad entre la roca y el material de reintegración usado por nosotros. Finalmente es destacable el aumento de la velocidad (i.e., de propiedades mecánicas y durabilidad) en toda la columna respecto de las piezas de calcarenita en aceptable estado de conservación de columnas no tratadas, lo que se debe asignar a la consolidación/protección de la columna #3 con un compuesto silicónico (tetraetoxisilano catalizado y alquil-aril-polisiloxano) en la restauración del curso académico 1996/97.

Figura 5. Distribución de velocidad de transmisión de pulsos ultrasónicos a lo largo de las columnas intervenidas (#3) y no intervenidas (#4, #5, y #6).

Impacto colorimétrico

Introducción

En toda intervención de restauración en la que se reponga material pétreo, o bien se apliquen consolidantes o protectores, o morteros de reintegración, es imprescindible evaluar el impacto o incidencia cromática que estos elementos nuevos o añadidos puedan ocasionar en el conjunto. En general, este es un tema que se suele controlar de manera visual, con lo cual tanto los resultados como la interpretación de los mismos están sujetos a las limitaciones y subjetividad del ojo humano en la captación e interpretación del color. Se hace necesario pues, un método objetivo de medida del color.

En la determinación de un color intervienen tres factores importantes: el iluminante o tipo de iluminación, el objeto y el observador. Cuando un haz de luz incide sobre un objeto pueden darse simultáneamente diversos fenómenos: transmisión, dispersión, absorción, reflexión, etc., dependiendo de las características tanto del objeto como de la radiación lumínica incidente. En el método seguido por nosotros se determina el efecto denominado remisión o reflectancia, consistente en la relación entre la energía lumínica recibida y la reflejada por el objeto, expresada en tanto por ciento. De esta manera, el color del objeto se define por la reflectancia del mismo a lo largo de todo el espectro visible (400-700 nm), y consecuentemente la longitud de onda de dicho color sería aquella en la que se produce el máximo de reflectancia. Dos conceptos son fundamentales: cromaticidad y luminosidad. En el primero se engloban tono, definido como la longitud de onda dominante y saturación o pureza espectral del color. Por último, el factor luminosidad termina de cuantificar el color.

El sistema de medición de color CIE 1976 L*a*b* usado por nosotros utiliza coordenadas rectangulares y cilíndricas que determinan un espacio tridimensional. Estas coordenadas se definen a partir de los valores triestímulo X, Y, Z de un objeto, y los valores Xn, Yn, Zn del iluminante, según las ecuaciones (Wyszecki &. Stiles, 1982):

Materiales

Hemos utilizado un espectrofotómetro marca Hunter Lab. Ultrascan, cuyas características fundamentales son: rango de medición entre 375 y 750 nm, a intervalos de 5 nm; precisión en longitud de onda ± 0.5 nm; sistema de iluminación por haz de luz continuo; medición de color por reflectancia; precisión o repetitibilidad del 99.94% (entre 680 y 750 nm), del 99.96% (entre 430 y 680 nm) y del 99.85% (entre 380 y 430 nm). El equipo puede incorporar en las medidas la componente especular del objeto, y cada valor de reflectancia responde a la media de veinte medidas.

Las medidas se han efectuado usando tres tipos de iluminantes: iluminante A, que corresponde a la luz emitida por una lámpara de incandescencia de filamento de wolframio y cuya temperatura de color es 2856°K. Iluminante C, representa la luz del sol directo al medio día con un cielo claro, con una temperatura color de 4874°K.. Iluminante D65, corresponde a la luz del cielo norte sin sol directo en un día claro cuya temperatura de color es de 6774°K. Los resultados obtenidos con los diferentes iluminantes son equivalentes, y se han usado los correspondientes al iluminante C.

Resultados

En la Figura 6 se han representado siete patrones correspondientes a los valores máximos y mínimos de variabilidad cromática de calcarenita bioclástica no alterada. En la misma se observa cómo existen ligeras (casi exiguas) diferencias tonales frente a lo incrementos de saturación, y luminosidad (Durán 1995). De forma análoga se constata que existen pequeñas diferencias en relación a los valores de luminosidad (negro-blanco).

Figura 6. Representación gráfica en el espacio cromático CIE L* a* b*, diversas muestras de calcarenita bioclástica sin alterar (Durán 1995). Nótese cómo existe una gradación de las muestras en el plano de cromaticidad a* b* la cual oscila desde tonos que incluyen componente verde mínimamente saturada, hasta mezclas moderadamente saturadas de amarillos y rojos. Exceptuando las muestras 1 y 3, todas presentan prácticamente el mismo tono, difiriendo únicamente la saturación.

Siguiendo este esquema como patrón, se han representado los valores L* a* b* de diferentes muestras situadas en las columnas de calcarenita del Patio de la Capilla (Figuras 7 y 8). Las proyecciones de los valores de cromaticidad correspondientes a muestras de roca sucia (en amarillo) aparecen dispersas, al igual que los de roca calcarenita no alterada (Figura 6), con valores más o menos acentuados de componente rojo-amarillo. Las muestras correspondientes a roca limpia (representadas con color azul) destacan por el incremento generalizado de componente amarilla, frente a la igualdad de componente rojiza. Al igual que las muestras de roca sucia la gradación en cuanto a valores de saturación es similar a las muestras de calcarenita no alterada (Figura 6). Este aumento de componente amarilla se debe fundamentalmente a la limpieza de polvo superficial, mientras que la incidencia del consolidante-protector RC 80 es prácticamente nula. La correspondencia con la representación de los valores de luminosidad L* es similar en ambos casos: todas las muestras están muy próximas entre sí, por encima del gris espectralmente puro, exceptuando una de ellas que incluye un 20% más de componente negra (figura 8).

Figura 7. Representación gráfica de diversas zonas y elementos de las columnas del Patio de la Capilla (antes y después de la intervención de conservación de la campaña 1997) en el plano de cromaticidad (a*-b*), según sistema CIELAB 1976 (Wyszecky & Stiles, 1982).

Los repellos de hormigón imponen cambios cromáticos importantísimos debido a su fabricación a base de cemento portland. Estos repellos muestran una escasa presencia de componente amarilla, poco aporte de componente espectral roja (casi nula), y sobre todo decrecen los valores de luminosidad respecto del croma de la roca. En la Figura 8 destaca que la mayoría de las muestras se sitúan por debajo del 50% (gris espectral puro) alcanzando valores próximos al 20%. En esencia los colores relacionados con estos valores son desde el gris-claro hasta el pardo-negruzco. Por el contrario, los valores de las muestras correspondientes a morteros de reintegración se posicionan en el centro de los valores correspondientes a roca limpia (símbolos de color rojo), tanto en el plano de cromaticidad como en el eje de luminosidad.

Figura 8. Representación gráfica de diversas zonas y elementos de las columnas del Patio de la Capilla (antes y después de la intervención de conservación de la campaña 1997) en el eje de luminosidad (L*), según sistema CIELAB 1976 (Wyszecky & Stiles, 1982).

Conclusiones

De todo lo expuesto, puede concluirse que la intervención llevada a cabo en el curso académico 1997/98 ha mejorado las condiciones termohigrométricas a que están sometidos los materiales, así como sus propiedades mecánicas. Igualmente, se ha conseguido una adecuación cromática de los materiales pétreos limpios y protegidos, así como de los morteros de reintegración.

Teniendo en cuenta el origen del agua infiltrada en las columnas (subsuelo y lluvia), y dadas las propiedad hidrofugantes de las resinas utilizadas, hemos de concluir que gran parte de las mejoras en las condiciones de humedad de las columnas tratadas se debe a la protección de sus superficies (i.e., ese ha limitado de forma significativa el acceso del agua de lluvia) y a la creación de una barrera hidrofugante por inyección a nivel de las basas (i.e., se ha limitado el acceso de agua de capilaridad de forma sustancial, aunque se ha permitido la transferencia al vapor de agua).

Por otro lado, los datos de distribución de temperatura y de velocidad de transmisión de pulsos ultrasónicos en las columnas permiten concluir que es necesaria la retirada de los morteros de hormigón fabricados con cemento portland, para evitar la creciente arenización y fracturación de la calcarenita que forma las basas y primeros tambores infrayacentes, así como para permitir la evaporación del agua que satura su sistema poroso y reducir la altura de ascenso capilar. Esta medida conservativa es urgente y necesaria si se quiere conservar la obra.

Bibliografía

Durán Suárez, J. (1995). Estudio de consolidantes y protectivos para restauración de material pétreo. Tesis Doctoral. Universidad de Granada. p. 369.

NORMAL 22/86 CNR-ICR. (1986). Misura della Velocitá di propagazione del Suono. Roma, 7 p.

Wyszecky, G. y Stiles, W. S. (1982). Color Science. Concepts and Methods, quatitative data and formulae. 2ª ed. Wiley and Sons.