En dos post anteriores [ Cuando los Edificios históricos hablan (I) y (II) ] aparte de dejar clara la importancia que tiene la conservación del patrimonio construido y de relatar los factores ambientales que influyen en esa conservación, hemos ya tratado la temperatura y la humedad como los dos aspectos clave que deben vigilarse para garantizarla. De todas formas, y por si te habías olvidado, existen otros aspectos que también deben «monitorizarse» para evitar deterioros que deriven en tan costosas como largas restauraciones:
La iluminación (luz natural y artificial).
Los contaminantes.
En este blog nos vamos a meter con la iluminación, que afecta sobre todo a los bienes muebles que decoran o atesoran los edificios históricos. Sé paciente, los contaminantes les dejaremos para la próxima ( y última) entrega.
La iluminación puede ser de origen natural (procedente del sol) o artificial (procedente de fuentes eléctricas), ero independientemente de su origen es una radiación electromagnética que cubre tres rangos: infrarrojo (IR), visible (VIS) y ultravioleta (UV). Solemos denominar «luz» a la parte visible al ojo humano. La radiación UV posee una longitud de onda más pequeña que la visible y es la que tiene mayor energía asociada. Por su parte, la radiación IR tiene mayor longitud de onda que el visible y es menos energética. Tanto la radiación ultravioleta como la infrarroja no son necesarias para «ver», pero sí influyen en el deterioro de los materiales.
Cuando una obra es iluminada, bien sea un cuadro, una pintura, una policromía, un tapiz o un pergamino, todo el rango de radiación indicado (IR,VIS y UV) es absorbido por los materiales de los que está compuesta. Esta radiación lleva asociada una energía capaz de alterar y degradar la estructura molecular de muchos materiales y en especial los más «perecederos», como son los de origen orgánico (textiles, pigmentos, cuero y papel).
La componente UV, al ser la de mayor energía, es la que tiene mayor capacidad para alterar los materiales, desintegrándoles y debilitándoles, produciendo su amarilleamiento. La componente VIS es capaz de decolorar los pigmentos más sensibles. Por su parte, la componente IR, tiene un efecto de calentamiento que acelera ciertas reacciones químicas.
Si te das cuenta, parece que para los objetos que conservamos en museos, iglesias, ermitas, castillos,palacios, archivos y bibliotecas, lo más recomendable sería mantenerlos en penumbra. Sin embargo, ya sea para su estudio , para su conservación, y especialmente para su exhibición, se requiere cierta iluminación. Si guiendo los criterios del IPCE, que dipone el Plan Nacional de Conservación Preventiva (PNCP), los parámetros de evaluación de los riesgos derivados de la iluminación son estos:
Intensidad de las fuentes artificiales y naturales.
Tiempo de exposición a la iluminación del bien cultural.
Espectro (rango)de emisión de las fuentes de luz artificiales, conociendo si emiten en las franjas de radiación no visible.
Incidencia de la iluminación natural, cuál es su orientación respecto al bien, y si la radiación es directa o difusa.
Qué medidas de control de la iluminación existen.
A su vez, la valoración del daño producido por la iluminación debe tener en cuenta los siguientes aspectos:
Puesto que ese daño es acumulativo, debemos huir de los niveles de iluminación altos, pero manteniendo un nivel de compromiso para una visión adecuada. Por dar valores concretos, esto se traduce en 50 lux para los materiales más sensibles y 150-200 lux para los bienes culturales de sensibilidad media.
El daño causado viene determinado por la dosis de iluminación, es decir, la intensidad de iluminación durante el tiempo que está expuesta (lux/h). Así debemos tener claro que el daño en el caso de niveles de iluminación altos con exposiciones cortas sería el mismo que con niveles bajos y exposiciones más prolongadas.
El efecto degradativo de la iluminación depende también de otros factores del medio como la humedad y la contaminación del aire.
Por tanto, dónde colocamos nuestros bienes culturales, cómo les da la luz natural, y con qué tipo de lámparas les enfocamos, son aspectos vitales para su conservación (ver figura). En CARTIF ofrecemos asesoramiento y soluciones a medida, basadas en una experiencia contrastada de más de 20 años en investigación aplicada al Patrimonio Cultural.
Iluminación de tapices flamencos en la Catedral de Palencia
En la primera parte de este post, ya describimos la importancia social y económica que tiene la conservación del patrimonio construido, y prometimos que entraríamos en más profundidad a describir los tres principales aspectos que deben vigilarse (en el argot técnico decimos “monitorizarse”) para garantizar esa conservación:
La temperatura y la humedad relativas
La iluminación (luz natural y artificial).
Los contaminantes.
Como lo prometido es deuda, en este post nos vamos a centrar en el primer punto, que nos hace vérnoslas con los más “malos” del lugar. La humedad relativa y la temperatura son muy dañinos en los efectos que pueden causar en los materiales de que están hechos los edificios históricos. Echando mano de la Física, la humedad relativa es un indicador muy útil sobre el contenido de vapor de agua en el aire, y, a su vez, la temperatura indica el nivel de energía cinética (movimiento, para entendernos) de las moléculas de ese aire.
Ambos parámetros varían en función de las condiciones meteorológicas locales, de las acciones del hombre en el medio y de las condiciones de conservación de los edificios históricos. Esto significa que vamos a tener una atmósfera que envuelve a esos inmuebles con una cantidad mayor o menor de vapor de agua a una temperatura determinada, influenciando definitivamente en la estabilidad físico-química de los materiales de que están construidos, o incluso, de que se componen los objetos que atesoran.
En este sentido, no es desdeñable el efecto que causamos las personas, tanto por nuestros cada vez más exigentes requerimientos de confort, como por el número de visitantes. Podemos influir en la humedad relativa y la temperatura de tal forma que se alcancen valores inadecuados. Los efectos de las personas se suman a los del clima local (más o menos húmedo o cálido), a los del lugar (estanqueidad y capacidad de ventilación), a los derivados de la proximidad de fuentes de calor (calefacciones, superficies de vidrio soleadas y sistemas de iluminación artificial antiguos) y de la proximidad de fuentes de frío (muros exteriores o sistemas de aire acondicionado), y también a fuentes de humedad (goteras, fugas e inundaciones).
El factor principal a controlar por el riesgo de deterioro directo que puede originar es la humedad. La cantidad de vapor de agua del aire da lugar a cambios dimensionales como la conocida dilatación y contracción de maderas, que puede desencadenar fracturas y grietas cuando se dan fuertes fluctuaciones. Además, los valores extremos de humedad relativa provocan el reblandecimiento o la desecación de materiales orgánicos como los adhesivos y aglutinantes. Pero también afecta a la estabilidad de materiales inorgánicos, como metales, acelerando los procesos de corrosión, sobre todo en presencia de sales. En condiciones de mala ventilación y suciedad, la alta humedad relativa originará la proliferación de seres vivos causantes de biodeterioro (desde microrganismos hasta roedores… ¡un asco!), e incluso problemas para nuestra salud como vemos en la imagen.
Por su parte la temperatura acelera las reacciones químicas y favorece la actividad biológica. Contribuye al reblandecimiento de ceras y adhesivos y a la pérdida de adherencia entre distintos materiales, como los esmaltes.
Quizá leer todo esto provoque un poco de desazón (y hasta picores…) Entonces, ¿qué podemos hacer para que estos efectos adversos no ocurran? La respuesta es tan sencilla como razonable: evitar los niveles demasiado altos o demasiados bajos de temperatura y humedad relativa, garantizando la mayor estabilidad posible.
Siguiendo las indicaciones del IPCE (Instituto de Patrimonio Cultural de España, dependiente del Ministerio de Cultura) que dispone el Plan Nacional de Conservación Preventiva (PNCP), para la evaluación de riesgos derivados de los factores microclimáticos de que venimos hablando deben vigilarse tres aspectos:
Los niveles extremos de humedad relativa y temperatura del aire.
La magnitud y velocidad de las fluctuaciones de humedad relativa y temperatura del aire.
La proximidad de focos de humedad y de fuentes de emisión de calor y frío.
Toda una gama de sensores está disponible en el mercado para monitorizar la temperatura y la humedad, bien de forma continua, bien de forma puntual (ver imagen). Eso sí, hace falta saber tratar, interpretar e integrar convenientemente los datos que proporcionan.
Lo que no es tan frecuente es usar métodos alternativos para evaluar los efectos de la humedad sobre los materiales del patrimonio construido. Incluso antes de que aparezcan y sea peor el remedio que la enfermedad. CARTIF es pionero en la utilización de escáneres láser para hacer esa evaluación.
Un reciente artículo publicado en la prestigiosa revista Studies in Conservation y los desarrollos que viene realizando para el proyecto de investigación Europeo INCEPTION muestran que a la vez que se documenta en 3D un edificio histórico, se puede saber el nivel de humedad presente en un tipo de material concreto. Todo un 2×1 a tener en cuenta en los tiempos que corren de gasto mínimo en conservación. El claustro de la Catedral de Ciudad Rodrigo (Salamanca) ha sido el lugar para los ensayos.
Ya os habréis dado cuenta de que los drones son cada vez más utilizados hoy en día. La razón principal es la disminución de su precio, por lo que tomar imágenes aéreas usando drones es más competitivo que usar otros dispositivos, como aviones, helicópteros o satélites.
Esto permite realizar campañas de medición especializadas, en lugar de utilizar imágenes de bases de datos, lo que posibilita la utilización de imágenes más detalladas.
Pero, ¿qué es la fotografía aérea y cómo funciona? La fotografía aérea no es sólo el proceso de tomar fotografías desde el aire, sino también el tratamiento de estas imágenes. Hay muchas variables involucradas en la adquisición aérea de imágenes que deben ser consideradas para asegurar que los datos sean lo suficientemente útiles para obtener los resultados deseados.
La principal ventaja de las imágenes aéreas es su capacidad para ver elementos del paisaje, que son muy difíciles de ver desde el nivel del suelo.
Las fotografías aéreas se toman en dos formas básicas, oblicuas o verticales, y ambas tienen usos y aplicaciones diferentes.
Oblicuas: estas imágenes se toman generalmente en ángulo, típicamente de 45 grados, pero puede ser cualquier ángulo que dé la mejor visión del área fotografiada. La imagen oblicua se utiliza principalmente en arqueología para tomar un encuadre más amplio de la zona bajo estudio y el área alrededor de ella, y también para dar profundidad. Casi siempre se toman a una elevación mucho menor que en el caso de la fotografía vertical, y su aplicación es bastante limitada ya que a menudo solo sirve para un propósito muy específico. Estas imágenes se adquieren desde pequeñas aeronaves fijas, como drones, y son perfectamente adecuadas para el monitoreo de la erosión y el desgaste de monumentos a través del tiempo.
Verticales: tomar una fotografía cenital sobre un paisaje es la forma más habitual de la fotografía aérea. Es una vista en planta, por lo que no hay perspectiva que distorsione la imagen. Por otro lado, es difícil interpretar las características de la zona fotografiada, tales como cambios de altura.
Aplicaciones de las imágenes aéreas
En arqueología: la fotografía aérea es ideal para localizar monumentos perdidos, especialmente aquellos que no son visibles a nivel del suelo, los que están bajo el suelo y no se pueden ver a pie y los que sólo se pueden ver bajo ciertas condiciones.
En agricultura: los agricultores pueden obtener informes sobre sus campos de cultivo, así como datos estadísticos, utilizando imágenes aéreas multiespectrales de dispositivos especiales, como cámaras térmicas. CARTIF tiene experiencia en la utilización este tipo de dispositivos en proyectos de I+D (más información).
En el estudio del cambio climático: es posible detectar ríos que se estén secando, ver la reducción de los lagos interiores, bosques moribundos, etc. Los investigadores pueden almacenar registros a lo largo los años para estudiar los efectos locales del cambio climático y los riesgos para los ecosistemas locales. Las fotografías aéreas localizadas son fundamentales para ese propósito.
En otras ciencias de la Tierra: también pueden usarse para estudiar el proceso de cambios naturales, como variaciones en el suelo y la geología en el tiempo, así como cambios en el terreno subyacente que conduce a desastres como deslizamientos de tierra.
Energía e infraestructuras: disminuir ciertos riesgos al instalar un negocio, acelerar la planificación en el trazado de tuberías, conocer la composición de la superficie del terreno y predecir el impacto ambiental utilizando los datos de las imágenes aéreas.
Ingeniería y construcción: desde la selección y evaluación de obras hasta la evaluación de estructuras existentes, esta tecnología facilita cada paso del proyecto.
Defensa e inteligencia militar: las agencias de defensa, los contratistas militares, y las fuerzas y cuerpos de seguridad del Estado se enfrentan continuamente a nuevos desafíos. Las imágenes aéreas proporcionan una ventaja incomparable al planear operaciones estratégicas y tácticas, realizar misiones de combate y desarrollar simulaciones.
Respuesta a desastres: cuando el tiempo cuenta, las imágenes aéreas proporcionan información crucial para dar respuesta a desastres y asegurar las operaciones emergencia y rescate. CARTIF está trabajando en un proyecto relacionado con estos objetivos:
Desarrollo urbano: el uso de imágenes aéreas de alta resolución ha ganado popularidad entre los planificadores, desarrolladores e ingenieros en todo lo relacionado con el desarrollo urbano. La información de las fotos aéreas, cuando se combina con un Sistema de Información Geográfica (SIG), se utiliza entre otras cosas para el análisis, planificación estratégica y evaluación de la planificación urbana. CARTIF lleva trabajando en esta línea de investigación durante mucho tiempo.
Las herramientas CAE están a día de hoy muy extendidas y el análisis por elementos finitos está teniendo mayor impacto de lo que había tenido hasta el momento. Las capacidades que presenta la ingeniería asistida por ordenador (CAE) se venían utilizando en campos muy concretos donde los recursos eran prácticamente ilimitados. Por ejemplo, en el ámbito aeronáutico, los diseños de los aviones buscan mejorar la eficiencia de vuelo y dentro de la fórmula 1, el objetivo está puesto en aumentar la fuerza de pegado del coche contra el suelo.
Actualmente no existe ningún campo de la ciencia o de la ingeniería que no se haya visto impulsado y en algunos casos transformado por los programas de simulación o simulación computacional. En la industria actual, independientemente del sector, se está comenzando a alcanzar el potencial del cálculo numérico para simular la realidad física que se presenta en cualquier tipo de problema o desarrollo industrial.
La industria deportiva hace gala de este hecho, por ejemplo, SPEEDO fabrico trajes de baño, que mediante un efecto de compresión, producían ligeros cambios en la forma del cuerpo del nadador logrando reducir la fuerza de arrastre más de un 15 por ciento. Estos trabajos empezaron a dar sus frutos en los JJ.OO. de Pekín donde el 94% de las medallas fueron a parar a sus nadadores (Michael Phelps, Mireia Belmonte…) batiéndose 23 de las 25 marcas registradas (según la FINA).
El problema ingenieril de un nadador y el de un avión es básicamente el mismo. Tienes una forma a través de un fluido que debe atravesarlo lo más rápido posible. Por tanto, estamos aplicando conceptos de resistencia aerodinámica, propios de la aeronáutica para diseñar “bañadores”. Este ejemplo, define claramente el punto por el que atraviesa los programas de simulación hoy en día, donde se usa la alta tecnología para resolver lo que podríamos definir como problemas de andar por casa.
De acuerdo con Lesa Roe, director del centro de investigación de la NASA en Langley Research Center «el modelado y la simulación son más viejos que la NASA». Desde las primeras calculadoras humanas, tal como nos cuenta la película “Figuras ocultas (2016)”, hasta principios de siglo era inviable la utilización de esos recursos para problemas menores. Poco a poco la simulación fue quemando etapas, alrededor del año 2000, algunos expertos creían que la simulación en la ingeniería había alcanzado techo debido a la escasez de ingenieros de alto nivel capaces de trabajar los modelos de cálculo, a los equipos relativamente lentos de la época y a la sectorización de los problemas a tratar. Sin embargo, el desarrollo de los equipos y las simplificaciones integradas en los softwares han permitido que empresas sin los recursos que puedan tener la industria del motor o de la aeronáutica, accedan al campo de la simulación para predecir los fenómenos que gobiernan la naturaleza de los problemas que se presentan en sus productos, buscando de esta forma la mejora continua. Así, la ingeniería de la simulación ve ahora infinitas oportunidades de crecimiento, basadas en esas nuevas necesidades y en los retos que estas plantean.
Y tal como dice el refrán, «La necesidad hace maestros», desde CARTIFse trabaja en dar el soporte necesario y ayudar a nuestros clientes en la mejora de sus productos. Me gustaría destacar la determinación del comportamiento estático de envases por simulación mediante el método de los elementos finitos.
En envases de paredes de pequeño espesor, el interés del comportamiento resistente se centra en los fenómenos de inestabilidad elástico o abolladuras (régimen elástico no lineal).
A través de estas simulaciones podemos detectar puntos débiles y fallas de diseño antes de la fabricación, con el consiguiente ahorro de tiempo, material y dinero. Durante el análisis se tienen en cuenta parámetros como el material (PET, HDPS, aluminio…), grosor, contenido líquido, etc. que definen el envase y permiten predecir su rendimiento, dando lugar a curvas características de deformación bajo carga, cargas máximas de colapso, tensiones y deformaciones ante los casos de carga a los que puede verse sometido durante la fabricación, el llenado, el embalaje y el transporte, incluyendo cambios de temperatura, variaciones de presiones e impactos.
En otro sentido y apoyándonos en los diferentes programas de simulación y conscientes de que los datos son la nueva moneda del futuro, desde CARTIF se trabaja además en el campo de la monitorización estructural con el fin de predecir necesidades de mantenimiento o detectar desviaciones funcionales basadas en los comportamientos simulados sobre modelos digitales. Esta idea puede ser revisada en mi anterior post ‘Cuando las estructuras envejecen’.
Iniciativas públicas como ‘Industria Conectada 4.0’ están articulando medidas que permitan al tejido industrial beneficiarse del uso intensivo de las TICs en todos los ámbitos de su actividad. Estas iniciativas están ligadas al término Industria 4.0, que hace referencia al reto de llevar a cabo la 4ª Revolución Industrial a través de la transformación del sector industrial mediante la incorporación de tecnologías habilitadoras: impresión 3D, robotización, sensores y sistemas embebidos, realidad aumentada, visión artificial, mantenimiento predictivo, ciberseguridad, trazabilidad, big data, etc.
El sector de la construcción, como el industrial, está inmerso en una profunda metamorfosis ante la irrupción de estas nuevas tecnologías. La crisis económica ha sido muy intensa en este mercado. Como estrategia para su recuperación debe afrontar su particular revolución, aprovechando al máximo las oportunidades que ofrecen las tecnologías habilitadoras. De ahí surge el concepto ‘Construcción 4.0’, que hace referencia a la necesidad de digitalizar la construcción mediante la incorporación de tecnologías habilitadoras adaptadas a sus particularidades.
En el sector de la construcción (como en el industrial) es la primera vez que una revolución se construye “a priori”, lo que nos da la oportunidad tanto a empresas como a centros de investigación, de participar activamente en el futuro.
En CARTIF trabajamos en esa línea a través de proyectos que aplican estas tecnologías. En el caso del BIM, (Building Information Modeling) que propone gestionar el ciclo completo de los proyectos a través de una maqueta digital 3D, desarrollamos mejoras para incluir a todos los actores de la cadena de valor.
En cuanto a la impresión 3D, metodología que permite construir los objetos capa por capa, consiguiendo piezas singulares o con geometrías complejas, CARTIF aplica tecnologías para la impresión directa sobre superficies verticales para la rehabilitación de fachadas.
Si hablamos de robotización, además de crear robots específicos para ciertas tareas, se adaptan máquinas existentes aumentando su autonomía y la seguridad de los operarios. En esta línea, colaboramos en desarrollar tecnologías de monitorización y navegación para el guiado automático de maquinaria y para detectar situaciones de riesgo entre maquinaria y operarios.
Con todas estas innovaciones, el futuro de la construcción se presenta prometedor, siempre que se tenga en cuenta la investigación como base imprescindible para su crecimiento.
América Latina y el Caribe (ALC) es la región en desarrollo con la más alta tasa de urbanización del mundo. Su población urbana ha pasado de ser el 41% en 1950, al 80% en 2010. Su actividad económica se concentra en sus centros urbanos (60% – 70% del PIB regional). Sin embargo, a pesar de su capacidad en la generación de riqueza, casi el 70% de las personas que viven en estas ciudades lo hacen en condiciones de pobreza. Si a lo anterior sumamos el impacto de las ciudades sobre el medio ambiente y la alta vulnerabilidad de sus urbes al cambio climático, a los desastres naturales y a las limitaciones financieras, nos obliga a reflexionar sobre la sostenibilidad en su desarrollo urbano.
La teoría del desarrollo tradicional postula que la industrialización conduce a una brecha entre la productividad laboral urbana y la rural, reflejando a su vez una diferencia salarial entre las dos áreas y promoviendo con ello la migración rural-urbana. Simultáneamente, esta teoría justifica mejores indicadores de bienestar para los residentes de centros urbanos en comparación con los habitantes de las zonas rurales, pues disfrutan de una mayor cobertura en servicios públicos e ingresos más altos. Sin embargo, esta teoría no se refleja en el patrón de desarrollo de los países de ALC ni explica por qué presentan niveles de urbanización sustancialmente mayores que otras regiones del mundo. El crecimiento de la población urbana en ALC tampoco ha redundado necesariamente en mejores condiciones de vida para sus habitantes.
Es así como las ciudades, y mucho más aún las de ALC, están formadas por sistemas complejos e interdependientes que han dado pie a un nuevo concepto de sostenibilidad. Este nuevo enfoque va más allá de lo ambiental, e incluye variables culturales, políticas, institucionales, sociales y económicas. Se requiere, por tanto, el desarrollo de metodologías que estudien las ciudades como un sistema holístico, complejo y multisectorial, que nos permitan una comprensión cualitativa y cuantitativa de los problemas de desarrollo y gestión urbana de la región.
De este desafío nace el concepto de “ciudad inteligente” o Smart City. En CARTIF lo interpretamos como un nuevo modelo de ciudad fundamentado en tres conceptos básicos: calidad de vida, sostenibilidad e innovación que implica, en algunos casos, el empleo de tecnologías de la información y las comunicaciones (TICs) pero, principalmente, la definición de modelos territoriales sostenibles y cohesionados con objetivos medioambientales, sociales, económicos, territoriales y administrativos. Como resultado, se obtienen ciudades más inteligentes y eficientes en el uso de recursos, reduciendo costes y ahorrando energía, mejorando los servicios proporcionados y la calidad de vida, y reduciendo la huella medioambiental. El fin último de estas ciudades inteligentes no es, ni mucho menos, presumir de sus avanzados sistemas e innovaciones, sino mejorar la calidad de vida de los que viven en ellas y, en un futuro, anticiparse a sus necesidades y solventar los problemas que acarree cada imprevisto que pueda surgir.
En este sentido, CARTIF lleva años trabajando para ayudar a transformar “ciudades tradicionales” en “ciudades inteligentes y sostenibles” en Europa y, más recientemente, también en ALC.
Nuestro modelo busca una regeneración urbana eficiente e integral que logre alcanzar los objetivos sociales, económicos y ambientales que emanan de las prioridades específicas de cada ciudad, integrando para ello soluciones tecnológicas innovadoras en los diversos escenarios urbanos, con amplia participación ciudadana, creando las bases de un ecosistema de negocios que facilite el despliegue de proyectos piloto y su posterior escalado y expansión.
En los próximos años esperamos ver ejemplos de este nuevo modelo de ciudad en muchas ciudades de ALC. Por lo pronto, CARTIF ha conseguido involucrar a la ciudad de Medellín (Colombia) en un proyecto financiado por el Programa de investigación e innovación Europeo H2020, con el cual se buscan nuevas estrategias para renaturalizar las ciudades a través de soluciones basadas en la propia naturaleza. Con esta participación, Medellín contará con la colaboración de expertos para, en primera instancia, identificar las barreras económicas, sociales y normativas que impiden desplegar este tipo de proyectos integrales en la ciudad.
