Escaneado 3D e impresión digital en la creación de modelos para el estudio y detección de patologías constructivas en el patrimonio: el castillo de Carcabuey (Córdoba)

27 28 29 MAYO 2024 XX CONGRESO INTERNACIONAL EGA A CORUÑA-PORTO 2024 HORIZONTES GRÁFICOS ORIZZONTI GRAFICI GRAPHIC HORIZONS Luís Hermida González Director del departamento EGA Coruña João Pedro Sampaio Xavier Director de la Facultade de Arquitectura da Universidade do Porto Directores Vicente López Chao Secretario del departamento EGA Coruña José Pedro Sousa Profesor de la Facultade de Arquitectura da Universidade do Porto Secretarios Horizontes gráficos XX Congreso Internacional EGA A Coruña - Porto 27 28 29 de mayo de 2024 Coordinadores y editores científicos: Luís Hermida González João Pedro Sampaio Xavier Esta obra está bajo una licencia de Reconocimiento -NO comercial - Sin Obra Derivada (by-nc-nd): no se permite el uso comercial de la obra original ni la generación de obras derivadas. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ El contenido de la obra (textos e imágenes) son responsabilidad de sus autores, eximiendo a los editores de cualquier responsabilidad en la que pudieran incurrir por su publicación en este libro, ya sea por un uso indebido, no autorizado o por una citación de fuentes inadecuada. BY NC ND © de los textos: sus autores © de las imágenes: sus autores © de la edición: Universidade da Coruña [email protected] Doi: https://doi.org/10.17979/spudc.000027 Colección: Cursos, Congresos e Simposios, CCS: 159 Escaneado 3D e impresión digital en la creación de modelos para el estudio y detección de patologías constructivas en el patrimonio: el castillo de Carcabuey (Córdoba). Pablo Manuel Millán-Millán Escuela Técnica Superior de Arquitectura. Universidad de Sevilla Figura 1. Maqueta virtual del castillo de Carcabuey (Córdoba) previo a la impresión 3D para el estudio de patologías. Resumen / Abstract La documentación precisa es fundamental para poder llevar a cabo los procesos de restauración y puesta en valor de los contextos patrimoniales protegidos. La toma de datos cada vez se ha ido perfeccionando más hasta el punto de poder realizar de forma virtual recreaciones de conjuntos históricos complejos para poder llevar a cabo profundos estudios y análisis. Un ejemplo de ello es el Castillo de Carcabuey (Córdoba, Andalucía), una gran fortaleza con importantes estructuras emergentes de época medieval. Se trata de un conjunto monumental de los llamados “Castillos de Frontera” que se ubicaban entre el reino de Aragón y el reino nazarí de Granada. Con el objetivo de ser restaurado y puesto en valor, se llevó a cabo un profundo estudio para su conservación y posterior intervención. La toma de datos consistió en el escaneado y vectorizado de todas las estructuras así como un complejo y completo levantamiento fotogramétrico. A partir de estos datos previos y, llevando a cabo una metodología analítico deductiva, se generó un modelado que permitiría, tras ser impreso en 3D (diferentes modelos a diferentes escalas de detalle), estudiar los volúmenes, materiales y texturas que configuran el castillo. Palabras clave / Key words Dibujo; impresión 3d; patrimonio; restauración; Carcabuey. 532 1. Introducción En los últimos años, el Castillo de Carcabuey ha sido intervenido en diferentes ocasiones con motivo de procesos de consolidación de urgencia. Estas pequeñas incursiones descontextualizadas promovidas por el Ayuntamiento han sido realizadas como una necesidad ineludible por el estado de conservación del inmueble. A estas actuaciones se le unen las ya realizadas con anterioridad que han llevado al conjunto a una compleja lectura de las preexistencias. Ante esta situación se nos plantea la redacción de un proyecto de restauración global por fases, un Plan Director. Dada la falta de documentación e información previa del estado de conservación del monumento, se decidió centrarnos en una primera fase de toma de datos e información inicial profunda que nos permitiera, desde un conocimiento completo lanzar las diferentes líneas e hipótesis de trabajo. Para ello se generó una nube de puntos muy densa que nos permitiera poder generar un modelo digital de elevación (DEM) y una posterior impresión 3D con detalle. A partir de ahí pudimos identificar las áreas críticas más deterioradas del castillo y por tanto poder centrar el estudio material en estas zonas. Para poder sincronizar al equipo de trabajo de campo con el equipo de trabajo de estudio, se llevó a cabo una planificación en la que, en función de la disciplina que acometiera el trabajo, trabajaban unos u otros miembros del equipo, intentando que en todo y de forma transversal estuviera el arquitecto La comunicación que presentamos al congreso parte del análisis de los resultados obtenidos para explicar la metodología y objetivos planteados enumerando los diferentes momentos del proceso. 2. Estado del arte Son muchos ya los trabajos que han utilizado la técnica de la fotogrametría para procurar un buen conocimiento previo de un bien material y su posterior difusión (Grilli et al., 2019; Zlot et al., 2014; Núñez et al., 2012), así como la identificación de la naturaleza y gravedad del deterioro del mismo (Alshawabkeh, et al., 2020; Pesci et al., 2012). Todos estos métodos son muy recomendables para el estudio de patologías superficiales y estructurales de elementos arquitectónicos ya que han desarrollado modelos y simulaciones, pudiendo anticipar cualquier respuesta o situación patológica grave. Tal es el caso explicado por Rebecca K. Napolitano, Michael Hess y Branko Glisic en su estudio de combinación de escaneo láser y modelados estructurales (Napolitano et al., 2019; Alfio et al., 2022). El uso de estas técnicas han supuesto una importante ayuda para la comprensión del desarrollo de estructuras con importantes patologías ocultas y difusas, devolviendo un conocimiento preciso de la evolución estructural del inmueble así como de un conocimiento profundo del sistema constructivo empleado (Millán et al., 2021) y diagnosis sobre estas patologías constructivas. La aplicación de esta metodología la centraremos en el Castillo de Carcabuey, un complejo recinto defensivo compuesto por una serie de líneas perimetrales de torres y lienzos y los propios restos de las antiguas dependencias y sus respectivas torres. Fue declarado Bien de Interés Cultural según decreto del día 29 de junio de 1985, por lo que goza de la mayor protección que contempla la actual legislación española. A día de hoy el recinto fortificado solamente ha tenido pequeñas intervenciones de mayor o menor calado, con el fin de mejorar la accesibilidad, así como algunas intervenciones de consolidación en según qué muros del flanco suroeste. La falta de un plan que ordene las actuaciones a cometer ha ido generando una paulatina pérdida de homogeneidad del recinto, con diversos criterios de intervención aplicados en un mismo bien cultural. Lo que, unido al abandono y falta de uso del propio complejo, a excepción de la ermita de la Virgen del Castillo, ha contribuido al desapego poblacional para con el Castillo, acelerando la degradación del conjunto. 3. Fases del trabajo realizado Momento 1: Reunir toda la documentación histórica existente del complejo defensivo de Carcabuey: crónicas, citas y referencias históricas que puedan ayudar a la comprensión de las diferentes etapas constructivas, así como sus avatares históricos y sus fases de poblamiento y abandono. Momento 2: Realizar una nueva georreferenciación, levantamiento fotogramétrico y escáner 3D de todo el recinto fortificado. Como más adelante se detallará, se ha conseguido levantar una red de puntos geodésicos, junto con una nube, y una maqueta 3D que nos permite poder medir con definición milimétrica y analizar de forma exhaustiva las diferentes patologías superficiales y estructurales que ha venido desarrollando el Castillo en los últimos siglos, junto a ello elaborar un conjunto planimétrico de todo el bien patrimonial. Momento 3: Analizar, mediante la impresión del escaneo 3D, dos escalas de aproximación al Castillo: Una de conjunto, y otra de elementos particulares, para poder así analizar, una vez desprovista de incertidumbres lógicas de los agentes geológicos externos, todas y cada una de las fases constructivas y de las incursiones materiales que ha tenido el Castillo a lo largo de toda su historia. Poder determinar aparejos, morfologías de piedra, rellenos de fábrica y elementos originales, así como analizar profundamente las capas materiales que componen los lienzos murarios, compuestos en su mayoría por un interior de tapial, forrado a cara y cara por mamposterías de calizas de las canteras de la Subbética cordobesa y material de acarreo de construcciones anteriores. Momento 4: Estudiar la topografía actual y el asentamiento del recinto en el terreno natural a través de la realización de una maqueta territorial que recoja la implantación del bien patrimonial en el contexto orográfico del Cerro en el que se levanta, así como poder prever posibles puntos de asentamiento, escorrentías y 533 futuribles lavados de los rellenos que puedan provocar patologías estructurales en los muros y torres que directamente se apoyan en él. Momento 5: Elaborar, a partir del soporte físico impreso en 3D, un estudio y análisis profundo de todas las patologías superficiales y estructurales que actualmente padece el Castillo, apoyado en los levantamientos fotogramétricos realizados y en las impresiones parciales de cada parte del complejo protegido. Este material de apoyo nos aportará la rigurosidad necesaria a la hora de documentar y planificar las intervenciones necesarias para paliar todas las patologías existentes, así como prever otras que por su grado de desarrollo son aún muy difíciles de registrar y de acotar. Figura 2. Detalle de la impresión de fragmento de muralla para estudio de patologías 4. Extracción de resultados a partir del trabajo realizado Para poder llevar a cabo este trabajo se han requerido equipos informáticos de alta capacitación y rendimiento fundamentalmente para el procesamiento de imágenes y modelado de la volumetría. Si bien todo el procedimiento ha sido largo (dos años desde el comienzo de la campaña de toma de datos), ha sido el trabajo con las imágenes y el procesado de la nube de puntos lo que más tiempo ha requerido. En algunos momentos del desarrollo del trabajo hemos tenido que trabajar a baja resolución para poder obtener resultados del volumen más rápidos y una vez contrastados desarrollar en alta resolución. Figura 3. Detalle de estudio de patologías del fragmento impreso. Una vez aplicadas las imágenes de alta resolución a la densa nube de puntos hemos ido sacando planos de proyección paralelos a los lienzos del castillo modelados (Digital Elevation Models, DEMs), concretamente han sido 37 planos paralelos exteriores y 19 planos interiores. Al ser volumetrías a detalle centesimal (error de menos de 0,5cm.) podemos ir midiendo las diferentes fábricas de forma directa y así evidenciar el deterioro que estas estructuras patrimoniales está sufriendo. La nube de puntos muestra igualmente el diferente tipo de sillar, siendo en la parte baja más toscos y en la parte alta mejor tallados. Paralelamente nos muestra las diferentes épocas constructivas, desde el tapial almohade, la primera fábrica de piedra como protección del tapial, o las intervenciones más recientes, todo ello con el simple análisis de la estereotomía de la piedra o análisis granulométrico de los morteros. Dado el alto nivel de precisión y detalle de los datos obtenidos, hemos podido analizar además de las patologías materiales, un estudio de patologías estructurales, midiendo las variaciones de las verticales que están sufriendo las torres, algunas como la torre 7 con una excentricidad de más de 17 cm, o desplomes de los muros de cerramiento. Lo más singular ha sido poder detectar las grietas activas y medir su evolución, algunas estacionales (recordemos que el castillo está asentados sobre roca de caliza calcarenita) y otras de patología sobre las cuales a partir de ahora se procederá a su sensorización y control. Con la alta calidad de los datos obtenidos, se pueden extraer ortofotografías con un nivel de detalle muy alto (1mm/pixel). Estos resultados nos permiten en cualquier momento desde imprimir en papel a escala normalizada de levantamientos hasta su posproducción con software o procesado de datos vectoriales. Esto fue lo que nos permitió poder pasar a la impresión 3D con un nivel de detalle milimétrico para el estudio de patologías, estereotomía de la piedra o granulometría de los materiales. Con diversas maquetas a diversas escalas, hemos podido ir analizando no solamente la hipótesis de la evolución del monumento patrimonial sino sobre todo el estudio material real de lo que ha permanecido en pie hasta ahora. 5. Conclusiones El Castillo de Carcabuey, dada su génesis de edificio defensivo en la frontera, ha sufrido a lo largo de la historia las vicisitudes lógicas de un lugar desprovisto de vocación de permanencia y únicamente pensado para el fin defensivo. Las conclusiones se han definido a tres niveles: a nivel patológico y material; a nivel de información arquitectónica y arqueológica de los restos; a nivel de futuras actuaciones para una correcta puesta en valor. En primer lugar, el estudio de los diferentes periodos de ruina e intervenciones descontextualizadas evidencian una realidad compleja y un conjunto de estructuras difícil de entender en su conjunto. La documentación generada a partir de la digitalización y desarrollo del modelo 3D, tanto el físico como el digital, nos han permitido poder 534 estudiar una diagnosis sobre las patologías que actualmente sufre el monumento patrimonial y restos arqueológicos así como un estudio pormenorizado de las fases constructivas. De estos datos se desprenden las numerosas incursiones y abandonos que ha tenido el conjunto así como los diversos trabajos de reconstrucción. Por el contrario, no se han detectado cuantiosas intervenciones invasivas o y ajenas al conjunto patrimonial. La fabricación de las diferentes maquetas impresas nos ha ido ayudando a entender la evolución tanto topográfica como monumental. En segundo lugar, tras evidenciar el mal estado de conservación del castillo, se ha llevado a cabo un exhaustivo análisis de la evolución de las patologías previendo las diferentes intervenciones más urgentes, todas ellas evidenciadas por el modelo 3D. Tras el estudio de los materiales y la estereotomía de la fábrica, se ha podido determinar un estado previo de las estructuras así como una evolución arquitectónica sobre los restos arqueológicos. Con el escaneado y posterior modelado vectorial hemos podido ir avanzando la deriva de muchas de las grietas estructurales y determinar cuáles revisten cierta gravedad y cuáles no. En última instancia se ha realizado un pormenorizado estudio de actuaciones a futuro con el objetivo de ir poco a poco recuperando la estabilidad física y patrimonial de inmueble. Todas estas actuaciones son las que se han recogido en el documento completo de protección del edificio y que permitirá, de forma ordenada y con las certezas obtenidas en la investigación aquí sintetizada, poder actuar con un criterio unitario y ordenado. Tras haber detectado y documentado todos los niveles arqueológicos, se ha podido valorar con exactitud la magnitud de las diferentes actuaciones para la conservación del conjunto patrimonial. Referencias Alfio, V. S., Costantino, D., Pepe, M., & Restuccia- Garofalo, A., 2022. A Geomatics Approach in Scan to FEM Process Applied to Cultural Heritage Structure: The Case Study of the “Colossus of Barletta”. Remote Sensing, 14, pp. 664-680. Alshawabkeh, Y., El-Khalili, M., Almasri, E., Bala’awi, F., & Al-Massarweh, A., 2020. Heritage documentation using laser scanner and photogrammetry. The case study of Qasr Al-Abidit, Jordan. Digital Applications in Archaeology and Cultural Heritage, 16, pp. 1-9. Grilli, E. & Remondino, F., 2019. Classification of 3D Digital Heritage. Remote Sensing, 11, 847, pp. 1-23 Millán-Millán, P. M., 2021. Investigaciones en el proyecto de restauración de la antigua sala capitular y panteón del monasterio de Santa Clara de la Columna de Belalcázar (Córdoba). Arqueología de la Arquitectura, 18, pp. 1-21. Napolitano, R. K., Hess, M., & Glisic, B., 2019. The Foundation Walls of the Baptistery Di San Giovanni: A Combinationof Laser Scanning and Finite-Distinct Element Modeling to Ascertain Damage Origins. International Journal of Architectural Heritage, 13(7), pp. 1180-1193. Núñez, A., Buill, F., Regot, J., & De Mesa, A., 2012. Generation of virtual models of cultural heritage. Journal of Cultural Heritage, 13 (1), pp. 103-106. Pesci, A., Bonali, E., Galli, C., & Boschi, E., 2012. Laser scanning and digital imaging for the investigation of an ancient building: Palazzo d’Accursio study case (Bologna, Italy). Journal of Cultural Heritage, 13(2), pp. 215-220 Zlot, R., Bosse, M., Greenop, K., Jarzab, Z., Juckes, E., & Roberts, J., 2014. Efficiently capturing large, complex cultural heritage sites with a handheld mobile 3D laser mapping system. Journal of Cultural Heritage, 15(6), pp. 670-678. 535 Biografía Pablo-M. Millán Millán (Porcuna, 1979). Doctor arquitecto por la Universidad de Sevilla y profesor en el Departamento de Proyectos Arquitectónicos de la ETSA de Sevilla, desarrolla su actividad investigadora y profesional principalmente en la conservación del patrimonio edificado. Tras cursar el “Master en Arquitectura y patrimonio histórico” y el “Máster en gestión del patrimonio Latinoamericano y Andaluz” ha centrado su estudio en el análisis contemporáneo de edificios y estructuras históricas. En la actualidad, junto a la actividad investigadora y docente llevada a cabo en la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Sevilla, es investigador en la Escuela de Arquitectura y Diseño de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso en Chile. Entre sus recientes obras podríamos destacar el proyecto de rehabilitación y conservación de la Cisterna Romana de La Calderona de Porcuna (Jaén), la restauración del Anfiteatro romano de Obulco (Jaén) o el proyecto de restauración del Real Monasterio de Santa Clara de Sevilla. 536