1. TRABAJOS ANTERIORES 1.1. LA GIGANTA DE SEVILLA.

“ […] Una vez me mandó que fuese a desafiar a aquella famosa giganta de Sevilla llamada la Giralda, que es tan valiente y fuerte como hecha de bronce, y sin mudarse de un lugar, es la más voltaria mujer del mundo […]” Don Quijote de la Mancha. Miguel de Cervantes. De esta original manera imaginaba Don Quijote a esa gran estatua de bronce de tres metros y medio de altura, metro y medio de cintura, dos metros y 24 cm. de cadera y cada uno de sus pies, algo menos de 50 cm. Por aquella época conocida como la Giralda (porque giraba), que posteriormente dio su nombre a la torre que la sustentaba y que, de ese modo, más adelante pasó a llamarse popularmente como el Giraldillo.

1.1.1. El Coloso de Sevilla. El 5 de enero de 1558 el Cabildo de la Catedral de Sevilla aprobaba el modelo que el arquitecto Hernán Ruiz II había elaborado para renovar el campanario de la catedral. Con este proyecto, el maestro demostró sus dotes para la composición y resolución de problemas de estabilidad y resistencia. El nuevo cuerpo de campanas se organizó en otros cinco superpuestos y decrecientes rematados por la monumental escultura de bronce que le sirve de veleta. En la traza de la escultura de remate, además de la aportación de Hernán Ruiz II, debió intervenir el pintor Luís de Vargas, quien para diseñarla pudo basarse en un dibujo de Giulio Romano o Perin del Vaga que, representando a Palas Atenea, grabó Marco Antonio Raimondi [Figura 1.1]. Tomando el dibujo como punto de partida, el escultor Juan Bautista “el Viejo”, procedería a pasarlo a tres dimensiones, realizando el molde que serviría a Bartolomé Morel para fundir en bronce la escultura.

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Figura 1.1. Palas Atenea. Marco Antonio Raimondi.

Primeramente se construirá la barra sobre la que se insertará la figura para dotarla de movimiento en 1565, le seguirá la esfera y la peana. El 27 de agosto de 1566 está fechado el contrato para la ejecución de "una figura de metal de bronce" entre Morel y el Cabildo en precio de unos 600 ducados de oro. El carácter de esta empresa obligó a Bartolomé Morel a firmar una interesante documentación notarial inédita, conservada en el Archivo Histórico Provincial [Figura 1.2]. Morel se comprometía a realizarla en un plazo de ocho meses, sin embargo no la dio por finalizada hasta julio de 1568. La fundición del Giraldillo se realizó siguiendo la técnica a la cera perdida de una sola pieza de pie y con una sola colada, incorporando en su interior la primitiva estructura interna.

Figura 1.2. Contrato de la figura de la Torre. Archivo Histórico Provincial.

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En agosto de 1568 se sube al campanario de la catedral la veleta que servirá de remate: una figura de bronce denominada en las fuentes documentales El Coloso de la Fe Victoriosa. Esta maravilla mecánica es fruto de las circunstancias que se dieron en el siglo XVI, cuando Sevilla era una de las metrópolis más importantes de Europa. También es una época de tensiones religiosas que producían un clima de inestabilidad, coincidiendo además con el final del Concilio de Trento (1546 1564).

1.1.2. La veleta que cambió de significado. Tradicionalmente se ha venido identificando la escultura que remata la torre de la Giralda con la imagen de la Fe. Así lo afirman varios estudios existentes sobre el tema, basándose en un asiento documental recogido en un libro de Adventicios de la Catedral de Sevilla, del día 26 de julio de 1568, en el que se dice textualmente: "trajeron la figura ...que tiene por nombre la Fe, triunfo de la Iglesia”. Por otra parte, también se describe a la escultura como "el Coloso de la Fe Victoriosa" en una inscripción latina, inserta en la base del muro norte de la torre. Este texto, coetáneo con el anterior, fue elaborado por el licenciado Francisco Pacheco para conmemorar el acrecentamiento del alminar con el cuerpo cristiano de campanas. Sin embargo, cuando se analiza iconográficamente la escultura del Giraldillo, los atributos que porta la imagen no se corresponden con aquéllos que serían característicos en una representación de la Fe de ese periodo, sino a una representación de la virtud de la Fortaleza. A raíz de esta constatación, se evidencia una falta de correspondencia entre la simbología que parece desprenderse de los documentos escritos, y la forma que tuvieron de expresarla los artistas responsables del proyecto escultórico. En consecuencia, si bien es difícil olvidar lo que afirman los citados textos, tampoco es fácil probar que la imagen sea la representación iconográfica de la virtud de la Fe. La profesora doña María Fernanda Morón de Castro, directora del departamento de Escultura e Historia de las Artes Plásticas de la Facultad de Bellas Artes de Sevilla, profundiza en esta teoría a través del análisis de otras fuentes visuales, documentales y literarias de la época (escritos, grabados, pinturas, esculturas...) hasta demostrar que lo que nació como mera hipótesis es una realidad. El estudio lleva por título «La escultura del Giraldillo y su interpretación iconológica», publicado recientemente en el libro homenaje a don Pedro Rubio Merino, archivero de la Catedral de Sevilla. -4-

El Giraldillo, salvo la delgada cruz que forma el remate del estandarte, no posee ninguna referencia a los elementos representativos de la virtud teologal de la Fe de ese periodo, como son el cirio encendido, una iglesia por tiara, el libro de los Evangelios o el cáliz, símbolos obligados y fundamentales de esa época [Figura 1.3 a]. Sin embargo, el tema iconográfico que se descubre claramente en el Giraldillo responde a la representación de la virtud de la Fortaleza. Así lo muestran atributos como: el casco, una armadura liviana sobre el largo vestido, las fauces de los leones en las sandalias, el amplio guión a modo de escudo, la esfera bajo sus pies y la propia torre que la sustenta (la virtud de la Fortaleza se personifica, desde antiguo, en una mujer con una torre [Figura 1.3 b]). Así también, la escultura se muestra en consonancia con la frase “Turris Fortissima. Prov.18”, inscrita en la propia torre. El proverbio 18, 10, del Libro de la Sabiduría del Antiguo Testamento recoge la siguiente afirmación: “El nombre de Yahveh es torre fuerte, a ella corre el justo y no es alcanzado”.

a)

b)

Figura 1.3. a) Dibujo de Duero (1495) con los atributos de la Fe. b) “Tyche”. Procedente de Itálica y muy popular a mediados del siglo XVI. Destaca su gran parecido con el Giraldillo.

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Hay que preguntarse cuándo y por qué se decide el cambio de simbología que evidencia la iconografía del Giraldillo. Una nueva etapa se abre bruscamente a partir de la clausura del Concilio de Trento, a finales de 1563. Ante la nueva situación, la Iglesia de Sevilla, al igual que las otras ciudades, se dispuso prontamente a aplicar las normas del decreto: “en el uso sagrado de las imágenes debe eliminarse toda superstición, extirparse todo torpe afán de lucro y evitarse toda deshonestidad de suerte que no se pinten ni se adornen las imágenes con incitaciones seductoras…”. En el museo del Prado se expone actualmente una obra firmada por Tiziano, que es un claro ejemplo de este hecho [Figura 1.4].

Figura 1.4. La Religión socorrida por España. Tiziano.

Vasari, en un estudio del propio artista en 1566, explica que esta obra fue encargada por Alfonso I del Este, duque de Ferrara en 1534 y que representaba “el triunfo de la Virtud frente al Vicio”. Probablemente, al quedar inconclusa fuera acabada después de 1571 para Felipe II, transformándose entonces en la alegoría de “La Religión socorrida por España”. En este caso, la Virtud que aparece representada con los atributos de la Fortaleza, bajo la imagen de una Palas Atenea, sirvió para cobijar la representación de España.

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No se debe olvidar que la composición actual de la veleta estaba ya decidida en 1565, como se aprecia en el grabado de Horis Hoefnagel [Figura 1.5] y que también por las mismas fechas se decidió su cambio de nombre debido al Concilio de Trento. Se trataba, no obstante, de convertir la Fortaleza en Fe y, como no era cuestión de cambiar la fisonomía de una de las esculturas más complejas e importantes de su tiempo (comparable con el Perseo de Cellini o la Fuente de Neptuno de Juan de Bolonia), se optó por una decoración doctrinal que lució la torre exteriormente y que ya se ha perdido. Es entonces cuando, posiblemente, se le pintó un cáliz (atributo de la Fe) sobre el escudo del Giraldillo que, de ser así, el tiempo ya ha borrado. De manera extrañamente explicativa, y claramente de acuerdo a las normas del concilio de Trento, en un asiento documental del Libro de Adventicios del año 1568, se dice: “trajeron la figura que tienen por nombre la Fe, Triunfo de la Iglesia.”

Figura 1.5. La Giralda con el Coloso. Grabado de G. Hoefnagel (1565).

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Para terminar, explicar las posibles causas por las que el Giraldillo, aparte de su aspecto militante, ostente además en su mano izquierda una palma, símbolo de victoria. Desde principios de 1558, fecha de presentación de las trazas de la torre por Hernán Ruiz, los triunfos obtenidos por la Iglesia española de la época serían: el que Inglaterra, tras veinte años de cisma, hubiera vuelto al catolicismo, por la boda del rey Felipe II con María Tudor en 1554; la victoria de las tropas españolas en San Quintín en 1557, considerada por el propio rey como un triunfo de Dios; pero en concreto fue muy importante, por su incidencia en la historia occidental, la victoria obtenida en Italia por las tropas españolas y en especial, el arreglo de paz con el Papado en 1558. Por el resto del siglo, un tratado ligaría al Pontificado estrechamente a España. No obstante, después de todo lo expuesto, la imagen sigue y seguirá siendo para los sevillanos la representación de la Fe, resultando inexplicable el olvido de su primitiva significación.

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1.1.3. Cuatro siglos de reparaciones del Giraldillo. Desde finales del siglo XVI se documentan numerosas reparaciones en el Giraldillo y su estructura. En 1770 se realizó en el Giraldillo la primera gran obra de mantenimiento desde su instalación. La escultura había quedado dañada tras el terremoto de Lisboa de 1755, además, el tiempo había ido mermando su condición de veleta. La intervención fue dirigida por el arquitecto Manuel Núñez y consistió en la sustitución de la primitiva estructura interna. Con el comienzo del XIX la escultura comenzará a caer en un lento anonimato, a estar más lejana que nunca. El programa iconográfico de la Giralda se ha desdibujado y apenas quedan vestigios de sus pinturas, el Giraldillo se separa más de su primitivo significado. Durante un siglo pasará prácticamente desapercibida hasta que empezará a ser objeto de las primeras investigaciones de manera más científica a partir de 1980. A partir de entonces, la palabra Giraldillo empezó a sonar tanto como la palabra Giralda. Se había perdido el misterio, pero el hermoso rostro de bronce, fruto de una labor en equipo, se convirtió en un símbolo con una difusión que no había tenido nunca: recuerdos, trofeos, tiendas, librerías, asociaciones, bares, etc. El 6 de mayo de 1976, el profesor don Teodoro Falcón publicó un artículo en ABC de Sevilla sobre el estado de conservación de la Giralda que causó un gran impacto. Tres años después, en pleno verano, un trozo de azucena corroída de óxido cayó a los pies de la Giralda. El día 30 de octubre de 1981, gracias a unos andamios cubiertos de cañas, don Alfonso Jiménez y don José María Cabeza pudieron fotografiar por primera vez, de cerca, el Giradillo como reflejan en su “Turris Fortissima”: “El 30 de octubre, cuando llegamos a su pie y pudimos girarla a nuestro antojo, gastamos cuatro carretes de fotografía mientras, durante una jornada laboral completa, sin bajar a tierra ni para almorzar, tratábamos de asimilar y analizar el espectáculo que teníamos ante nosotros”. Entonces comenzó, con muy escasos medios materiales y sin posibilidad alguna de investigar, una intervención muy conservadora, sufragada con fondos públicos casi por -9-

completo. No obstante, la documentación antigua, tanto gráfica como literaria, junto a la simple observación de su apariencia y las evidencias de reparaciones anteriores sobre su piel y estructura, permitieron identificar las partes originales y las modificaciones introducidas en las diversas etapas. Gracias a esta particular restauración, el Giraldillo quedó lo más limpio posible, reforzado y sin añadidos de anteriores reparaciones que escondían detalles como los dos cinturones del pecho. Así, en marzo de 1981 un grupo de profesores de la Facultad de Bellas Artes (don Antonio García Romero, doña Rosario Martínez Lorente y don Isaac Navarrete) sacaron un molde a la veleta a cien metros de altura y entre cañas [Figura 1.6]. De esta forma nació otra figura igual pero en poliéster, que El Monte pagó y expuso [Figura 1.7].

Figura 1.6. Distintas fases del molde de silicona y madreforma de yeso durante la realización de la reproducción que dirigiera don Antonio García Romero en 1981.

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Figura 1.7. Construcción de la reproducción en resina que estuvo expuesta en la sede Central de la Fundación El Monte.

En 1996 se montó, de nuevo, un andamio en la torre para observar de cerca su estado de conservación y proceder a intervenir en lo que fuera necesario. Entonces, con medios económicos allegados por el Excmo. Cabildo, sí se pudo investigar a fondo. Así se analizó detenidamente la estructura férrea que zuncha los cuerpos adovelados, acrecentamiento del siglo XVI, la giratoria de la veleta y ésta como tal, es decir, como estructura giratoria de bronce que pesa 1525 kg., que pivotan sobre una espiga de casi cinco metros de atrevido cimbreo libre y cuyo punto más débil sólo tiene 7 cm. de diámetro.

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De este modo, comienza la última y más grande restauración cometida hasta la fecha y que, a continuación, se detalla cronológicamente: -

Diciembre de 1996: Séptima edición del Aula Hernán Ruiz. Se discutía entonces la forma que debía ser restaurado el Giraldillo.

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Abril de 1997: El Giraldillo es bajado hasta el Patio de las Azucenas a las 8.00 del martes de Feria.

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Mayo de 1997: Reunión urgente del Cabildo. De 29 miembros, 21 votan a favor de la sustitución por una copia. La empresa Vorsevi cifra en un 70 por ciento la estructura dañada. El informe hace referencia al bronce “fatigado”.

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Julio de 1997: Ingenieros de la Universidad de Sevilla aconsejan al Cabildo que no se precipite en la decisión. La academia de Bellas Artes se suma a la tesis de hacer una réplica y protesta por el trato recibido al original, perforado en el pecho.

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Septiembre de 1997: La Comisión de Patrimonio obliga al Cabildo a estudiar la reposición. Doña Carmen Calvo, entonces consejera de Cultura, recuerda que el Cabildo “está sujeto a la ley”. El órgano rector del templo pide permiso para colocar una réplica, lo que Calvo califica de “precipitado”.

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Octubre de 1997: Bajada definitiva de la escultura de Morel y exposición pública de la original y una replica realizada en bronce dorado [Figura 1.8] por el escultor de Aracena, don José Antonio Márquez, gracias a la primera copia en resina que se realizó en marzo de 1981.

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Enero de 1999: Bendición y subida de la copia de bronce.

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Julio de 2003: Concluye la restauración del original tras cinco años de trabajo y 600.000 euros de inversión a cargo de la Junta.

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Diciembre de 2003: Exposición con el Giraldillo ya restaurado en las Atarazanas.

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Julio de 2005: Subida definitiva del Giraldillo original en una operación valorada en 120.000 euros que incluyó la bajada de la réplica un mes antes.

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Figura 1.8. Copia del Giraldillo en bronce dorado realizada por don José Antonio Márquez.

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1.1.4. El Giraldillo. Proceso de una restauración. En Julio de 1997 se reunió en el Instituto Andaluz del Patrimonio Histórico (Consejería de Cultura, Junta de Andalucía) la ponencia técnica internacional que el Instituto había convocado, con el objetivo de fijar los criterios que debían aplicarse durante la restauración. Esta reunión marcó las trazas del proyecto de investigación. El Giraldillo no cumple exclusivamente funciones ornamentales y mecánicas independientes de la construcción, sino que tanto su carácter decorativo y funcional como simbólico fueron concebidos en íntima relación entre ellos y el cuerpo de remate de la torre. Si notables son los valores (artísticos) de este bien, como escultura y obra de arte, también lo es su valor científico, al haber sido creado como un ingenio mecánico. Ideado para señalar la dirección del viento y los cambios climáticos, el Giraldillo, auténtica innovación tecnológica de la época, incorpora a su configuración como escultura el movimiento como parte esencial de su autenticidad. De ahí su nombre popular de "giraldillo" (que gira), donde se refleja el atributo más reconocido por las diferentes generaciones de sevillanos, que lo han tenido presente a lo largo de sus vidas, convertido en elemento y referente de la ciudad. Desde el punto más alto ha presidido durante siglos el conjunto edilicio y el de tradiciones, vivencias y transformaciones construidas, y en su piel de bronce y estructura han quedado reseñados y testimoniados también los acontecimientos e inclemencias del tiempo. El Giraldillo habita en el conjunto Catedral Giralda Alcázar declarado, como lo es, Patrimonio de la Humanidad. Estas premisas han dado pie al objetivo fundamental de la restauración llevada a cabo en el IAPH [Figuras 1.9 y 1.10]: la realización de la acción operativa desde el máximo respeto y la mínima intervención, para la adecuada transmisión de este legado universal, con todos sus atributos y valores. Despejar, en definitiva, mediante investigaciones y tratamientos, los posibles riesgos potenciales que puedan afectar a la existencia y permanencia del Giraldillo y de las personas.

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Figura 1.9. Llegada del Giraldillo al IAPH.

Figura 1.10. El Giraldillo en el taller del IAPH.

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1.1.4/1. Estudios científicos: Los materiales originales. Los estudios científico

técnicos previos a toda restauración rigurosa sitúan el

objeto de arte en su contexto, comprendiendo el proceso de concepción y fabricación del mismo. En el caso del Giraldillo se ha realizado una gran variedad de pruebas: análisis químicos de la composición de los metales que forman las distintas piezas del conjunto, medidas de los espesores mediante ultrasonidos, gammagrafías [Figura 1.11] para detectar porosidades, grietas y otros defectos internos, metalografías de la estructura microscópica, estudios mediante difracción de rayos X de la naturaleza de las pátinas, etc.

Figura 1.11. Gammagrafía de un brazo del Giraldillo.

El bronce del Giraldillo carece de estaño casi por completo, pero tiene un elevado contenido de plomo. La figura, colada de una pieza en posición vertical, acumuló mucho plomo en su mitad inferior y solidificó con porosidades y agrietamientos, lo que justifica que Bartolomé Morel hubiese de realizar algunas reparaciones antes de subirla a la Torre. Las soldaduras realizadas en reparaciones anteriores mostraban baja resistencia y elevada fragilidad, habiéndose agrietado en algunos casos. Por su parte, la palma, la peana y la tinaja son bronces de distinta composición por haber sido fundidas por otros fundidores o en otro momento, mientras el lábaro es de cobre relativamente puro. La superficie estaba cubierta de pátinas naturales y artificiales, aplicadas éstas en las últimas reparaciones de que fue objeto. Los elementos de hierro de la estructura interna se encontraban fuertemente corroídos.

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1.1.4/2. Restauración estructural del Giraldillo. La restauración del Giraldillo desde un punto de vista estructural se puede dividir en tres etapas, que se exponen a continuación. -

Análisis del comportamiento mecánico del Giraldillo en su estado de 1997: Para afrontar la restauración estructural del Giraldillo se hacía necesario conocer el comportamiento mecánico del conjunto de la escultura y su estructura interna, estudiando los niveles de tensiones mecánicas y deformaciones que se producen en ambas ante las distintas situaciones de carga a las que se pueden ver sometidas. Ello se hizo por medio de un modelo por ordenador (modelo de Elementos Finitos), con el cual se podía evaluar el comportamiento de la Veleta ante la acción de su propio peso, del viento, de los cambios de temperatura y de un posible terremoto. Para captar la compleja geometría del Giraldillo se obtuvo una representación tridimensional a partir de medidas tomadas con una estación total láser, como veremos más adelante. El modelo se completó con las propiedades mecánicas de los materiales, los espesores de la escultura [Figura 1.12] y las distintas grietas, pérdidas de material, etc., existentes. El análisis del modelo ha permitido comprobar que el Giraldillo puede soportar con garantías las distintas acciones mecánicas a las que ha de someterse en su ubicación habitual, siempre que se sustituyera la estructura interna de hierro corroída.

Figura 1.12. Mapa de espesores del bronce.

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Desmontaje de la estructura interna de 1770: Las características y el estado real de conservación de la estructura interna era en parte una incógnita debido a su inaccesibilidad. Su desmontaje resultó laborioso y permitió conocer el magnífico trabajo de ingeniería que supuso en su día la construcción y colocación de dicha estructura, que resultó ser "desmontable", tal y como se propusieron sus diseñadores. Así, se pudo conocer en profundidad las características y el estado de conservación en que se encontraban todas y cada una de las piezas que componen el Giraldillo [Figura 1.13], algo que hasta entonces no había sido posible: se pudieron contemplar las piezas que componen el mecanismo de giro, cómo eran realmente los distintos apoyos de la escultura sobre la estructura, las uniones entre las distintas barras, la complicada geometría de los refuerzos internos, etc. Para el desmontaje fue necesario reabrir el hueco del costado derecho del Giraldillo, que debió de ser practicado en 1770 cuando se sustituyó por primera vez la estructura interna original.

Figura 1.13. Cojinete de bronce sobre el que giraba la veleta y duelas de hierro de 1770.

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Diseño y construcción de la nueva estructura interna: El diseño de la nueva estructura interna del Giraldillo [Figura 1.14] se afrontó por un lado a partir de las conclusiones extraídas del análisis de comportamiento mecánico de la Veleta por medio del Modelo de Elementos Finitos, y por otro lado a partir del estudio de la estructura interna anterior.

Figura 1.14. Nueva estructura interna de acero inoxidable.

El análisis del modelo sirvió para comprobar que el diseño de la estructura de 1770 era bastante acertado, por lo que se ha respetado en gran medida. Se ha conservado el cojinete de bronce sobre el que ha estado girando durante más de doscientos años, ya que ha demostrado ser un magnífico sistema de giro que no necesita ningún tipo de mantenimiento y se encuentra en óptimo estado de conservación. Sí se han realizado algunas modificaciones en el diseño de la estructura de cara a mejorar su funcionamiento como estructura portante. El efecto más dañino para la escultura ha sido debido a las dilataciones diferenciales entre el bronce y el hierro de su estructura interna, por lo que se han eliminado los apoyos anteriores en el pecho y espalda para evitar dicho efecto. En los restantes apoyos se ha reducido en la medida de lo posible esta interacción. Otra variación significativa ha sido la forma de sustentación de la palma, que antes era sostenida por el brazo izquierdo (seriamente deteriorado a la altura de la axila), mientras que ahora el peso de la palma es transmitido directamente a la estructura interna, equilibrando el peso del lábaro.

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Los nuevos refuerzos internos son más robustos que los anteriores y se encuentran mejor distribuidos, reforzando aquellas zonas de la escultura que se encuentran más deterioradas. Así se ha conseguido unir rígidamente ambos brazos, que se encontraban muy deteriorados, a la estructura interna. El resultado final de todo este trabajo de ingeniería mecánica, ha sido diseñar y construir una estructura de sustentación y giro y un sistema de refuerzo interno para el Giraldillo que permita devolverlo a su ubicación habitual con plenas garantías para su conservación desde un punto de vista mecánico.

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1.1.4/3. Estudios y controles de conservación preventiva. Dada la importancia de los factores ambientales en el deterioro de los materiales, se ha estudiado el comportamiento del micro ambiente interno de la escultura en relación con el ambiente exterior. El objetivo fundamental era definir si era necesario favorecer la ventilación de la escultura. Para ello se han medido la temperatura y la humedad en la cabeza, la cintura y los pies, y se han comparado con los valores exteriores [Figura 1.15].

Figura 1.15. Estudio microclimático del interior del Giraldillo.

Los valores más estables se dan en la cintura; además cuando se cierran los huecos (se elimina la ventilación), las diferencias entre los valores internos y externos aumentan y se inestabiliza la humedad relativa, pudiendo darse problemas de condensación. Como conclusión, se desprende la necesidad de que la escultura tenga ventilación al menos en la cabeza y en los pies, así los fenómenos de condensación serían menos frecuentes y menos prolongados y todo el conjunto se mantendría en un equilibrio, con lo que se evitarían problemas de corrosión interna.

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1.2. LEVANTAMIENTO ARQUITECTÓNICO Y PATRIMONIAL MEDIANTE ESCÁNER LÁSER. La digitalización 3D es una herramienta cada vez más conocida y adecuada para tareas de documentación en Arquitectura y Patrimonio. Plasmar la información adquirida de forma que sea útil en estos campos supone orientar todo el proceso de forma muy específica y aplicar herramientas informáticas de desarrollo propio. Además de la información “habitual” que proporciona un modelo tridimensional de un entorno patrimonial, los datos de un escáner láser pueden ser utilizados como base en la elaboración de planos muy exactos y otra serie de vistas ortográficas. Los planos obtenidos pueden ser usados por arquitectos, ingenieros y restauradores como base para su trabajo (comparaciones con documentos existentes, planteamiento de intervenciones, mediciones exactas, desplomes, etc.) El advenimiento de las nuevas metodologías de levantamiento y en particular de los escáner láser 3D pone a los técnicos del levantamiento frente a problemas inéditos de orden general. Efectivamente, mientras la selección de los puntos que hay que levantar, necesaria para llegar a la construcción del modelo era en el pasado preliminar a la toma de medidas, hoy queda relegada a un segundo momento: las nuevas metodologías con rayo láser adquieren todos los datos de forma automática, datos que sólo posteriormente vienen elaborados en modo diverso para realizar un modelo numérico o geométrico del objeto levantado. En otras palabras, mientras en el pasado el técnico de levantamiento desarrollaba un papel crítico ya al inicio del proceso de levantamiento, interviniendo en la fase de selección de los datos, hoy con las nuevas tecnologías su intervención se sitúa al final del proceso y a menudo se resuelve con el empleo de técnicas semiautomáticas.

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1.2.1 El escáner láser. El escáner láser para la medición en 3D es un instrumento que permite explorar el espacio y adquirir las coordenadas de los puntos interceptados por el rayo y que, habiendo nacido para aplicaciones industriales, desde hace unos años se utilizan en vía experimental también en los levantamientos arquitectónicos y patrimoniales. El láser se basa en el principio del empleo de una fuente luminosa que opera en el espectro visible (desde el infrarrojo hasta el ultravioleta), con una potencia luminosa variable en función de la aplicación y de la distancia operativa. Los escáneres láser terrestres [Figura 1.16] pueden clasificarse según el principio de medición de distancias en dos grupos: los escáneres de distancia (ranging scanners) y los escáneres basados en triangulación (triangulation scanners). Se pueden encontrar dos tipos de escáneres basados en rango: los que siguen el principio de tiempo de vuelo de un pulso láser y aquellos que siguen el método de comparación de fase. Normalmente, los escáneres láser de medio o largo alcance están basados en el principio de tiempo de vuelo de un pulso láser. Esta técnica permite medir distancias de varios cientos de metros. Las desviaciones típicas estándar de las medidas de distancia por un escáner basado en tiempo de vuelo son del orden de milímetros. En este proyecto nos centraremos en el escáner de medio o largo alcance basado en el principio de tiempo de vuelo.

Figura 1.16. Escáner Láser Cyrax 2500 de Leica basado en el principio de tiempo de vuelo.

El sistema se compone de un resonador (cavidad óptica) provisto en el extremo de dos espejos planos o ligeramente cóncavos, de los cuales unos es totalmente reflectante mientras el otro es parcialmente transparente. El resonador se llena de una sustancia capaz de ser activada por una bomba de energía, que produce una radiación electromagnética monocromática, a ondas constantes y con los rayos paralelos. - 23 -

Nuestro instrumento está dotado de un láser en estado sólido a impulsos de corta duración con el así llamado método del tiempo de vuelo, el cual emplea impulsos de breve duración con un alto pico de energía, los impulsos son de alta frecuencia más de uno al segundo. El sistema tiene la capacidad de medir la distancia entre el láser y el objeto que hay que levantar. En el momento de la activación, el láser genera un rayo que se mueve a intervalos regulares a lo largo de las 576 líneas horizontales creando una malla de puntos sobre el objeto que hay que levantar, generando la llamada "nube de puntos" (points cloud). La medida del tiempo que emplea el rayo en llegar al instrumento, golpear la superficie del monumento y volver atrás, permite al escáner medir la distancia del punto y sus coordenadas. La medida de la intensidad del rayo de vuelta brinda elementos útiles para el reconocimiento de los diferentes materiales presentes en la obra que hay que levantar. Cada uno de los puntos levantados se define a través de sus tres coordenadas cartesianas. El conjunto de los datos registrados constituye el modelo de la obra levantada y que se define como modelo numérico. Como quiera que a menudo son necesarias más tomas de datos para completar el objeto que hay que levantar, se pueden poner sobre el mismo una serie de elementos geométricos conocidos (esferas de poliestireno u otro material) para efectuar el enlace de los diferentes barridos del escáner. Esta operación puede ser omitida si se dispone de software especial que efectúe esta operación de modo automático. La nube de puntos puede ser transformada, en modo semiautomático o automático, en una superficie poliédrica “mesh”, que puede ser de mallas más anchas en las zonas menos significativas del objeto, volviendo aún más fácil la elaboración de los datos. Del modelo numérico es posible pasar a un modelo geométrico, interpolando las superficies y realizando de este modo un modelo simplificado que, sin embargo, a alta definición es capaz de restituir el objeto real. Este último apartado es el objetivo de este proyecto fin de carrera.

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1.2.2. Planificación y captura de datos. El estudio a priori del objeto es un factor fundamental para el buen desarrollo del levantamiento. Un correcto análisis previo en el campo de trabajo puede evitar confusiones posteriores en la unión de los distintos barridos, comúnmente denominado proceso de registro, minimizar redundancias, optimizar el tiempo de escaneo y estimar precisiones (resolución) por cada área. De forma esquemática podemos plantear las siguientes subetapas: -

Trabajo previo: planteamiento de objetivos, documentación y planificación.

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Selección de vistas: Cubrimiento de la mayor superficie posible para evitar “zonas oscuras” con el menor número de vistas y el suficiente solapamiento entre las mismas. Se realiza un planteamiento inicial que normalmente habrá que adaptar sobre la marcha.

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Trabajo de Campo: Realización de las tomas (su resolución es función del mínimo detalle a observar). la resolución espacial de los puntos medidos es función del nivel de detalle requerido (en horizontal y vertical), que normalmente será variable según el grado de complejidad de la zona de interés. Hay que llegar a una solución de compromiso en cuanto al número de puntos medidos puesto que un valor demasiado elevado supone aumentar el tiempo de captura y la dificultad en el manejo de los datos.

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1.2.3. Creación del modelo geométrico. Una vez obtenidos los datos, se procede a su alineación, es decir situar todas las nubes de puntos en un sistema de referencia común. La generación del modelo final requiere además de un tratamiento de la información manejada, en resumen los pasos a seguir son: -

Importación y tratamiento previo de las vistas: Es necesario eliminar o separar todos aquellos puntos que no sean de interés para el modelo en cuestión. Los datos medidos mediante tiempo de vuelo son “ruidosos”, es decir, las medidas obtenidas tienen un cierto nivel de inexactitud provocado por diversos factores (medición del tiempo, tamaño del spot láser, estacionamiento). Es conveniente entonces realizar un filtrado de los mismos para conseguir suavizarlos1 (bien sobre las nubes de puntos, bien sobre el modelo). El suavizado de los puntos es un paso delicado puesto que se corre el riesgo de perder definición en los detalles o aristas vivas del modelo.

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Enlace entre las nubes de puntos: Por cada escaneo, el “láser scanner” obtiene una nube de puntos en el sistema de referencia del sensor. Para reconstruir el objeto, esta información 3D obtenida para cada escaneo debe ser registrada/alineada en un único sistema de coordenadas. El sistema será relativo hasta que se realice la georreferenciación pertinente. El registro de los múltiples scans puede realizarse por solapamiento (habiendo escaneado previamente un mínimo del 10% de zona en común) o por asignación de coordenadas (habiendo asignado coordenadas por otros métodos a puntos fácilmente identificables). En la bibliografía, existen diferentes métodos para registrar, en una única nube de puntos global, las nubes de puntos independientes. Estos métodos son:

1

Eliminar puntos que distorsionen el modelo.

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o ICP y sus variantes requiere coordenadas próximas de los puntos coincidentes pero no proporciona ninguna herramienta para el análisis estadístico de los resultados. Puede converger a una solución errónea debido a su esquema del punto más cercano (o plano tangente). o “Generalised Procrustes Analysis 1” requiere puntos coincidentes idénticos para el alineamiento. Es un modelo de estimación lineal que realiza un buen archivo de datos cuando se usan blancos reflectantes durante el proceso de escaneo. Carece de un criterio fiable para detectar errores garrafales pero puede manejar archivos globales y simultáneos y no sólo archivos por pares. o Método de mínimos cuadrados para alinear superficies 3D

2

es una

generalización del método de mínimos cuadrados para alinear imágenes 2D; puede manejar cualquier superficie 3D y tiene buenas herramientas para chequear la precisión y fiabilidad. Como modelo de estimación no lineal, requiere buenas aproximaciones de las incógnitas. -

Generación de la superficie o malla y su tratamiento: Aquí comienza el proyecto que se presenta. La obtención del modelo tridimensional es una de las partes que más tiempo de cálculo y de operación consumen (aproximadamente tres veces más que el tiempo de digitalización), siempre en función de la calidad de los datos medidos. Una vez obtenida una superficie inicial mediante la triangulación de las nubes de puntos enlazadas es necesario realizar una serie de operaciones encaminadas a solventar los errores que suelen aparecer en la triangulación (llenado de agujeros, corrección de errores topológicos, suavizado de datos y generación de superficies ocultas que no haya sido posible escanear). A pesar de realizar gran cantidad de tomas, es muy complicado y a veces imposible (sitios inaccesibles) evitar que aparezcan agujeros en la malla. Es inevitable supervisar esta operación guiando al programa de la forma correcta.

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Besl P.J., McKay N.D. A method for registration of 3D shapes. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 14(2), 239-256, 1992. 2 Scherer, M. About the synthesis of different methods in surveying. International Workshop on Recreating the Past – Visualization and Animation of Cultural Heritage, Ayutthaya, Tailândia, 2001.

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1.2.4. La Minerva de Arezzo. La Minerva de Arezzo [Figura 1.17] es una estatua de bronce datada del siglo III A.C. que fue descubierta en Arezzo en 1541. Un ejemplo interesante del uso del método de levantamiento mediante láser escáner lo podemos encontrar en la restauración, de esta obra de arte, realizada por el Centro de Restauración de la “Soprintedenza Archeologica” de la región de la Toscana en Italia, en el año 2006. La estatua mide unos 150 cm. de alto y pesa cerca de 150 Kg. El cuerpo es aproximadamente un cilindro de unos 50 cm. de diámetro, con un brazo derecho que se extiende al exterior cerca de 40 cm. La parte baja de la estatua fue enteramente restaurada con madera y yeso, mientras el brazo derecho, desde el hombro, fue integrado en 1785 y está hecho de bronce.

Figura 1.17. La Minerva de Arezzo en el Museo Arqueológico en Florencia.1

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© Pezzati et al., en: “Handbook on the Use of Lasers in Conservation and Conservation Science”. 2008.

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Para la realización del modelo digital de la estatua [Figura 1.18], fueron adquiridas 119 vistas independientes, cada una de ellas de una parte de la superficie de la estatua y con una densidad (resolución) de 16 puntos por mm2. Todas las partes fueron unidas y tratadas para obtener el modelo 3D.

Figura 1.18. Imagen del modelo digital de la estatua. 1

El modelo 3D de la Minerva permanece como la única documentación de la forma de la estatua antes del último proceso de restauración (2006) en el que nuevamente se introdujeron cambios irreversibles. Por ejemplo, durante la reparación de la estatua tanto la parte inferior de madera como el brazo derecho se desmontaron y las superficies corroídas fueron suavizadas durante su limpieza. El modelo 3D [Figura 1.19] se usará para reproducir y situar exactamente las partes perdidas, o para tener una referencia de otras posibles alteraciones de su forma.

Figura 1.19. Detalle de la cabeza de Minerva (a). Fotografía e imagen digital del modelo (b) y su mallado (c). 1 1

© Pezzati et al., en: “Handbook on the Use of Lasers in Conservation and Conservation Science”. 2008.

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La restauración que se hizo en 1785 parece ser incorrecta. Las circunstancias de la recuperación no son conocidas, así como las condiciones originales de conservación que, probablemente, sufrieron una restauración previa en el siglo XV. La postura del brazo derecho, que pone a la Minerva en una postura oratoria, probablemente imita la del “Arringatore” [Figura 1.20], otra estatua mayor de bronce del museo de Toscana, junto a la “Chimera” y el “Idolino”. Una previa reparación en yeso, cuya evidencia viene dada por un impreso datado de principios del siglo XVIII, describe el brazo derecho de la Minerva, diosa de la guerra y la sabiduría, caído a lo largo del tronco y el antebrazo en alto para mantener una lanza [Figura 1.20]: Este es un recurrente atributo de los dioses guerreros, armados con casco corintio. El modelo digital permite la realización de una aplicación de software capaz de visualizar las dos hipotéticas posiciones del brazo derecho de la estatua [Figura 1.21].

Figura 1.20. Estatua del “Arringatore” y representación tradicional de Minerva con lanza.

Figura 1.21. Simulación de dos posibles posiciones del brazo de Minerva.

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© Pezzati et al., en: “Handbook on the Use of Lasers in Conservation and Conservation Science”. 2008.

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1.2.5. Consideraciones finales. El láser escáner terrestre es de gran interés para ingenieros, arquitectos y arqueólogos. La documentación del patrimonio cultural utilizando láser escáner está aún en una primera fase, esta tecnología pretende ser una alternativa eficiente a las técnicas tradicionales de captura métrica, o al menos, ser un complemento a las mismas. La complejidad de las formas, que generalmente existen, y la gran valía cultural de los monumentos arquitectónicos, hacen de él un objeto a ser representado con gran detalle geométrico y radiométrico. Es por ello que el láser escáner es una técnica óptima para estas aplicaciones, ya que su naturaleza geométrica es de gran precisión. Entre las aplicaciones de esta técnica podemos destacar la de proteger el patrimonio de la degradación, el fuego y otros desastres que puedan ocasionar su extinción. Así mismo, a nadie escapa el alcance de las posibilidades que abre el empleo de máquinas por control numérico, también en lo que se refiere a la reproducción de detalles arquitectónicos, esculturas u otros objetos de valor. Efectivamente, este método de levantamiento permite construir un modelo geométrico que puede ser introducido en una fresa con cinco ejes capaz de reproducir elaborados que son la copia exacta de aquellos levantados. Es posible, también, realizar restauraciones virtuales sobre el modelo para evaluar posibles alternativas como en el ejemplo de la Minerva de Arezzo. Sin embargo, todavía hay aspectos que deben investigarse como la adaptación automática de la resolución del escaneado a la morfología del objeto. Si el software que administra el láser fuera capaz de evaluar la variación de la profundidad, se podría seleccionar y adquirir sólo los puntos cuya profundidad es mayor o menor de un valor preestablecido, no considerando aquellos cuya profundidad no varía de manera sensible respecto a su alrededor. En este caso, se podría reducir considerablemente el número de los puntos de las zonas lisas, mientras que serían levantados todos aquellos puntos que presentan una discontinuidad relevante.

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1.3. EL LEVANTAMIENTO DEL GIRALDILLO MEDIANTE ESTACIÓN TOTAL LÁSER. Uno de los retos planteados en la última gran restauración realizada al Giraldillo, era su restauración estructural. Para ello era necesario conocer el comportamiento mecánico del conjunto de la escultura y su estructura interna, estudiando los niveles de tensiones mecánicas y deformaciones que se producen en ambas ante las distintas situaciones de carga a las que se puede ver sometidas, como son la acción de su propio peso, el viento, los cambios de temperatura o posibles terremotos. Para este estudio, se requería un modelo de elementos finitos por ordenador que, además, serviría posteriormente para el diseño de una nueva estructura interna debido a que la anterior se encontraba en muy mal estado de conservación. En el mes de julio del año 2000, aprovechando que la escultura de Bartolomé Morel se encontraba en las instalaciones del IAPH, un grupo de trabajo de la Universidad de Sevilla [Figura 1.22] coordinado por D. Carlos Cobos y compuesto los profesores titulares de la escuela universitaria, D. Antonio M. Pérez Romero y D. Rafael Esteve González, se propuso medir la superficie del Giraldillo con el objeto de, posteriormente, poder desarrollar un modelo tridimensional que sirviera para hacer un estudio de elementos finitos.

Figura 1.22. Equipo de trabajo de la Universidad de Sevilla en el taller del IAPH.

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De la estructura interna, aunque deteriorada, era posible crear un modelo por elementos finitos mediante los medios convencionales de medición. Sin embargo, la superficie de la escultura era tan compleja, que necesitaba un método no convencional de medición para poder obtener su modelo por ordenador. Debido a que la tecnología del escáner láser de tiempo de vuelo no estaba desarrollada por entonces, se optó por realizar la medición con una estación total láser TCR 1103 de Leica Geosystems [Figura 1.23], facilitada por D. Armando Morales (delegado provincial de Leica Geosystems).

Figura 1.23. Estación total Leica TCR 1103.

Esta estación total, a diferencia de otras, tiene la particularidad de poder medir superficies. Esto se debe a que están equipadas con un distanciómetro láser, coaxial con el anteojo, capaz de medir distancias sin necesidad de reflectores [Figura 1.24] (característica fundamental para realizar la medición de la superficie de la escultura). El instrumento envía un rayo láser visible concentrado en un haz muy fino que señala sin error el punto, y aplicando el método de medición de fase determina la distancia con gran precisión.

Figura 1.24. Ejemplo de medición de distancia sin reflector.

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Además, gracias a disponer de un dispositivo motorizado, se pudieron realizar barridos de la superficie. El usuario define la zona a escanear y el tamaño de la cuadrícula [Figura 1.25]. El programa efectúa la medición automáticamente, presentando en cada momento el tiempo transcurrido.

Figura 1.25. Barrido de superficie mediante estación motorizada.

Las características de la estación total TCR 1103 se detallan a continuación: -

Alcance / Distancia mínima: 80 m. / 1.5 m.

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Precisión (ISO 17123-4) / Tiempo de medición: 3 mm. + 2 ppm. / típ. 3–6 seg., máx. 12 seg.

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Tamaño de la mancha láser a 50 / 100 / 200 m.: 10x20 / 15x30 / 30x60 mm.

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Método: Principio de medición de fase (láser rojo visible coaxial).

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Velocidad máxima de giro (estación motorizada): 50º / seg.

Figura 1.26. Descripción de instrumento Leica TCR 1103.

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Primeramente, se dispuso a pegar una serie de dianas por la superficie del Giraldillo [Figura 1.27]. Estas dianas sirven para controlar las zonas cubiertas en la medición, así como cualquier posible movimiento de la estatua a lo largo de la toma de datos.

Figura 1.27. El Giraldillo con dianas ópticas para la ocasión.

Seguidamente se dispuso a buscar las ubicaciones más idóneas para la estación total láser de manera que quedara cubierta la mayor parte de la superficie posible, y así, minimizar el número de zonas oscuras. De este modo, se realizaron tres estaciones situando el láser, en cada una de ellas, sobre un trípode fijado al suelo [Figura 1.28].

Figura 1.28. Estación total TCR 1103 sobre trípode fijado al suelo.

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La resolución de los puntos medidos (distancia entre los puntos) se decidió en base a dos premisas: -

Tiempo: Solamente se disponía de dos o tres días para la medición y la estación total de la que se disponía es “lenta” tomando puntos (sobre todo, comparada con el escáner láser basado en el método de tiempo de vuelo).

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Objeto de la medición: No debía olvidarse que el objeto de la medición era obtener un modelo de elementos finitos por ordenador. Dicho modelo solamente requiere una superficie aproximada.

Con esto, tras la calibración pertinente del instrumento, se tomaron unos 17700 puntos [Figura 1.29], con mayor concentración en las zonas más complejas (fauces de león de las botas y cara), y menor concentración en las zonas más irrelevantes (barriga).

Figura 1.29. Obtención de puntos de la superficie del Giraldillo desde distintas ubicaciones.

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Tras la toma de todos los puntos, se procedió al enlace de todas las nubes [Figura 1.30], obtenidas de cada ubicación del láser. Este proceso, aunque se disponía de dianas referenciales, fue complicado debido a que el software de aquellos momentos no era específico para este tipo de trabajos.

Figura 1.30. Nube de puntos total del Giraldillo después del enlace de cada parte.

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