Las ciencias experimentales como herramienta para la conservación de las murallas de Cartagena de Indias, Colombia

MURALS, STONE, AND ROCK ART

Jorge Barón Vélez Laboratorio de Ciencias de la Conservación Facultad de Estudios del Patrimonio Cultural Universidad Externado de Colombia Bogotá D.C., Colombia [email protected] David Cohen Daza Laboratorio de Ciencias de la Conservación Facultad de Estudios del Patrimonio Cultural Universidad Externado de Colombia Bogotá D.C., Colombia [email protected] Mario Omar Fernández Reguera Laboratorio de Ciencias de la Conservación Facultad de Estudios del Patrimonio Cultural Universidad Externado de Colombia Bogotá D.C., Colombia [email protected]

Jhon Alexis Garcés Mora* Laboratorio de Ciencias de la Conservación Facultad de Estudios del Patrimonio Cultural Universidad Externado de Colombia Bogotá D.C., Colombia [email protected] Farid Saab Monroy [email protected] Laboratorio de Ciencias de la Conservación Facultad de Estudios del Patrimonio Cultural Universidad Externado de Colombia Bogotá D.C., Colombia *Autor para la correspondencia

Palabras clave: conservación, patrimonio de la humanidad, fortificaciones, piedra caliza, diagnóstico, deterioro

Resumen El artículo expone los resultados del proceso de investigación para el diagnóstico de un conjunto de fortificaciones de la ciudad de Cartagena de Indias, realizado por el equipo del Laboratorio de Ciencias de la Conservación de la Universidad Externado de Colombia. Se presenta el proceso de caracterización de los materiales desde el punto de vista químico y geológico y su relevancia para la comprensión de los deterioros, el estudio de la humedad y los procesos de alteración de la piedra. De igual forma, se muestran los resultados del estudio microbiológico que permitió identificar diferentes especies de organismos que afectan la muralla. El artículo resalta así mismo la importancia del trabajo interdisciplinario y cómo las ciencias experimentales se convirtieron en una herramienta clave para la conservación de este patrimonio cultural de la humanidad.

Abstract The paper presents the results of a research project to assess a set of fortifications in the city of Cartagena de Indias, carried out by the research team of the Laboratory for Conservation Sciences at Externado University of Colombia. The paper presents the process of material characterization from a chemical and geological perspective, and its importance for understanding the damage, the study of the moisture and the stone alteration processes. Equally, the results of the microbiological study that allowed the identification of the different species of microorganisms affecting the wall are shown. The paper also highlights the importance of interdisciplinary work and how experimental science became a key tool for the conservation of this cultural world heritage site.

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Introducción

Las murallas y fortificaciones de la ciudad de Cartagena de Indias en Colombia, constituyen uno de los ejemplos más sobresalientes de la arquitectura colonial militar que todavía se conservan. Aunque existen otros casos en distintas ciudades del Caribe, el conjunto de Cartagena resulta único en términos de su extensión y de la integración y relaciones que ha mantenido con la ciudad, lo que lo convierte en uno de los patrimonios en piedra más importantes del país; por esta razón, la UNESCO lo declara en 1984 como patrimonio de la humanidad, bajo los criterios (iv) y (vi), como el conjunto de fortificaciones más completo de toda Suramérica. Durante 2008, el gobierno local de la ciudad decide realizar el trazado para la construcción de un sistema de transporte masivo alrededor de varias partes de la muralla por lo que, conforma un equipo de consultoría para establecer el impacto de este sistema sobre el conjunto amurallado (Figura 1). En ese sentido, la presente investigación llevada a cabo por el Laboratorio de Ciencias de la Conservación de la Universidad Externado de Colombia, constituye un componente puntual dentro del trabajo general de diagnóstico, enfocándose principalmente en la caracterización de los materiales constitutivos de la muralla y en la relación entre las alteraciones presentes y sus posibles causas. El tramo de murallas objeto de estudio abarca un perímetro de 1.740,49 metros lineales; un área de plataforma de 9.165,43 metros cuadrados y un frente de escarpa de 7.686,14 metros cuadrados. En total, el área analizada comprende una tercera parte del cinturón de murallas de Cartagena de Indias y está situado entre el sector de la India Catalina y el Parque de la Marina. Dentro de este tramo construido entre 1586 y 1730, aparecen diferentes secciones compuestas por los baluartes y los lienzos amurallados entre ellos, así como la entrada a la ciudad con la Torre del Reloj. Las diferentes etapas constructivas, y por consiguiente las diferentes modificaciones, se realizaron en función de la defensa específica y protección de la ciudad en distintos momentos. El mar, los temporales y los sucesivos ataques que sufrió la ciudad, derribaron muchas veces estas obras que luego eran reconstruidas por otros ingenieros. Por otra parte, el arte de la guerra evolucionó tanto en esos tres siglos que en varias ocasiones hubo que rediseñar o reforzar defensas que iban quedando obsoletas. La muralla es una estructura mixta donde la cara exterior está conformada por piedra, 1

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Résumé Cet article présente les résultats d’un projet de recherche destiné à évaluer un ensemble de fortifications dans la ville de Carthagène des Indes, exécuté par l’équipe de recherche du Laboratoire pour les sciences de la conservation de l’Université Externado de Colombie. L’article décrit la méthode de caractérisation des matériaux d’un point de vue chimique et géologique, et son importance pour la compréhension des dommages, l’étude de l’humidité et des processus d’altération de la pierre. Par ailleurs, les résultats de l’étude microbiologique ayant permis l’identification des différentes espèces d’organismes qui affectent la muraille sont donnés. L’article souligne l’importance du travail interdisciplinaire et le rôle de la science expérimentale en tant qu’outil essentiel pour la conservation-restauration de ce site du patrimoine culturel mondial.

la interior o contraescarpa es una mezcla de piedra y ladrillo y el centro está conformado por material suelto; el presente estudio se enfoca en la cara exterior denominada escarpa. Aunque en algunos momentos existieron tramos del lienzo de muralla cubiertos con pañetes de cal, las secciones estudiadas coinciden con un trabajo de sillería, hecho con la intención de mostrar la piedra y los morteros de recubrimiento corresponden a diferentes intervenciones, adiciones y cambios introducidos en la muralla, la gran mayoría sin ningún tipo de información documentada, lo que dificulta su datación. Por otro lado, debido al sistema constructivo con sillares de piedra de 50 cm x 50 cm x 70 cm aproximadamente, no es posible acceder a los morteros de pega originales. Los morteros más cercanos a la superficie, a causa de procesos de intemperismo se han ido perdiendo y renovando, por lo que no es posible caracterizar estos materiales tan heterogéneos. Parte de la necesidad del equipo consultor de la ciudad en identificar los materiales y deterioros de la piedra, se debe a que los estudios anteriores que se han realizado, como por ejemplo el llevado a cabo por el Laboratorio de Catálisis y Nuevos Materiales de la Universidad de Cartagena, se restringe al análisis de las piedras desde un punto de vista químico con una muestra limitada a dos baluartes y una sola cortina de muralla. El presente trabajo de diagnóstico, que por sus características es el primero de este tipo que se realiza dentro del contexto de las fortificaciones del Caribe, constituyó un reto desde el punto de vista metodológico, debido a la extensión del área de estudio y a la heterogeneidad de materiales correspondientes a los diferentes momentos constructivos. Otro de los desafíos, fue el hecho de poder traducir los resultados del trabajo científico en un insumo que permitiera al equipo consultor de la ciudad conocer mejor la materialidad de la muralla y sus alteraciones, para poder tomar decisiones acertadas con respecto a su conservación. Caracterización de la muralla Materiales de construcción

Figura 1 Vista general de la muralla de Cartagena Figura 2 Proceso de toma de muestras

Con una extensión de casi ocho mil metros cuadrados, el punto de partida para poder establecer unas áreas de toma de muestras fue el conocimiento histórico exhaustivo de la fortificación. Trabajando con los historiadores del equipo consultor de la ciudad, se dividió el lienzo en diez unidades de intervención tipificadas por diferentes sistemas constructivos y momentos de construcción entre los siglos XVI y XVIII. Aunque el trabajo se centró en el estudio de la piedra, de acuerdo con cada sección, se analizaron también los morteros y los ladrillos, así como el tratamiento de superficies de pañete. Este acercamiento inicial permitió el establecimiento de criterios específicos para llevar a cabo la toma de muestras en cada unidad de muralla (Figura 2). Otros de los elementos que se tuvieron en cuenta fueron las marcas de cantería presentes en algunas de las piedras y que daban indicaciones de procedencias y manufacturas diferentes. 2

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A partir de los estudios geológicos con secciones delgadas y microscopía electrónica de barrido con análisis elemental acoplado (SEM–EDAX), se identificaron diferentes matrices de las rocas, por lo que se decidió emplear la clasificación propuesta por Dunham para las calizas; se encontraron cuatro tipos de rocas correspondientes a wackstone, packstone, grainstone y boundstone. Esta caracterización geológica resultó fundamental para comprender los distintos comportamientos de las piedras y poder explicar, en parte, las diferentes patologías presentes, dado que desde el punto de vista químico, la totalidad de las rocas corresponden a piedras calcáreas (carbonato de calcio) (Figuras 3 y 4). Para el estudio de los materiales constructivos minoritarios, como morteros y ladrillos, se emplearon igualmente técnicas geológicas y microquímicas para diferenciar los elementos más antiguos de los correspondientes a las modificaciones más recientes, identificando argamasas de cal y arena, y algunas intervenciones de cal, arena y cemento. Con respecto a los pocos pañetes que todavía se conservan en algunos de los elementos de la fortificación como las garitas, los cortes estratigráficos y las secciones delgadas permitieron establecer diferentes morteros de cal así como distintos momentos constructivos. Comportamiento de la humedad Figura 3 Sección delgada de una piedra caliza de tipo boundstone (100x) Figura 4 Microscopía electrónica de barrido de una piedra tipo boundstone (800x)

La heterogeneidad de los materiales, al igual que los procesos de deterioro que han sufrido, hacen difícil poder establecer resultados cuantitativos con respecto a la porosidad. Sin embargo al analizar los diferentes tipos de piedra, se encontró que las piedras boundstone constituidas por componentes orgánicos originales como restos fósiles de algas y coral, a pesar de tener una mayor cantidad de poros, con una porosidad de entre 15 y 20 por ciento, su tamaño (entre 300 y 1200 micras de diámetro) impide que funcionen como capilares, facilitando de ese modo, el intercambio de humedad con el ambiente. Caso contrario ocurre con las piedras de tipo grainstone que por poseer una matriz más compacta con una porosidad entre 4 y 12 por ciento, presentan, en general, la mayor afectación por humedad debido al reducido tamaño de los poros (entre 90 y 300 micras de diámetro). Para la comprensión de los efectos de la humedad, se llevaron a cabo mediciones en los distintos materiales de la muralla a través del método ponderado y por medio del registro puntual directamente en la escarpa, empleando un higrómetro de contacto. De igual manera se analizaron las diferentes fuentes de humedad para cada una de las unidades de intervención así como los parámetros ambientales de precipitación, humedad relativa, temperatura, insolación y aireación. También se tuvieron en cuenta los sistemas constructivos de cada uno de los tramos, pues las secciones más antiguas (siglo XVI) presentan un peripeto curvo que permite el escurrimiento del agua, mientras que las del siglo XVIII, por un cambio en el estilo arquitectónico, tienen una cornisa plana que posibilita un mayor ingreso de agua, además de un cordón en donde se acumula la humedad (Figura 5). 3

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Deterioros y posibles causas de alteración

Para la clasificación de las diferentes patologías y deterioros de la muralla se decidió emplear una terminología unificada, siguiendo el Illustrated glossary on stone deterioration patterns de ICOMOS-ISCS. Aunque el glosario está diseñado para la piedra, se amplió su uso a los demás materiales (ladrillos y morteros). El proceso de caracterización de las alteraciones se basó en primera instancia, en la observación general de cada una de las secciones fortificadas, así como en los resultados de los análisis científicos realizados en el laboratorio. De igual forma se tuvieron en cuenta registros ambientales de agencias gubernamentales, para determinar la calidad del aire y los contaminantes para el área del centro histórico de Cartagena. Grietas, deformaciones y desprendimientos

Figura 5 La topografía de la muralla provoca que en algunas zonas como el cordón o el peripeto plano, se presente mayor humedad

Dentro de estas categorías de alteración, se evidenciaron diferentes indicadores para cada uno de los materiales de la muralla. Las fracturas, fisuras y microfisuras, aparecieron fundamentalmente en piedras y ladrillos, provocadas por el funcionamiento de las cargas estructurales del lienzo en lugares muy específicos como algunas de las esquinas de los baluartes, al igual que por la inserción de elementos extraños como clavos y puntillas. Estos deterioros se vieron favorecidos por los fenómenos de disolución de los componentes calcáreos de la matriz, que adicionalmente han generado desintegración granular y desmoronamiento de piedras y morteros, en las áreas donde la humedad es constante, como el zócalo o la franja inferior del peripeto; este último deterioro es más generalizado. Las grietas varían significativamente en tamaño y forma, y su origen está relacionado en primera instancia con los procesos de disolución de componentes de los materiales de construcción. En el caso de las piedras y los morteros, tanto los cementantes de origen calcáreo como los fragmentos fósiles (también compuestos por calcita) se degradan en presencia de medios ácidos y en condiciones de intemperismo, produciéndose la disolución de los materiales, su migración y pérdida. También se produce una serie de diminutas microfisuras por donde penetran los fluidos que a su vez continúan los procesos de disolución. El resultado es la pérdida de material, pérdida de las propiedades físicas de las piedras y morteros y la aparición de grietas que aumentan frente a los diferentes agentes externos; en ese sentido, son los materiales frágiles los que pueden más fácilmente fracturarse presentando separaciones en dos o más partes. No obstante, al comparar las petrografías tomadas de la superficie de la piedra con las que corresponden a partes internas, se observan diferencias notorias con respecto a la aparición de grietas, pudiendo así establecer que este tipo de deterioros se trata de un problema superficial.

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Problemas inducidos por pérdida de material

Como parte de este grupo de deterioros se identificaron principalmente problemas de alveolización y erosión, además del pitting, causado por la acción puntual de ciertos agentes biológicos. La alveolización superficial, se presentó en varios sectores, en áreas muy puntuales de no más de dos metros cuadrados y casi con exclusividad en las piedras de tipo boundstone, debido a que por su baja compactación, son más susceptibles a este tipo de afectación; otro de los parámetros que estaba acentuando la formación de los alveolos, fue la acción de las sales solubles al cristalizar al interior de los poros y las oquedades. La erosión por el contrario, no se relacionó de forma tan directa con el tipo de piedra, sino más bien, con la ubicación de éstas dentro del contexto; los sillares localizados en las áreas más expuestas a la humedad o en las esquinas y bordes de la muralla mostraban un mayor desgaste por el efecto abrasivo de las corrientes de aire, que arrastran consigo materiales particulados. Estos fenómenos, que a nivel microscópico se aprecian claramente en las secciones delgadas, se ven igualmente favorecidos por los procesos de disolución de los elementos calcáreos al interior de las piedras y de los morteros (Figura 6). Alteraciones cromáticas y depósitos

La presencia de costras negras es uno de los deterioros que se destacan en general para las diferentes secciones de la muralla, pero particularmente para aquellas unidades que se ubican frente a las vías de mayor tráfico vehicular o en donde los niveles de humedad son más elevados. Al contrastar la información de los contaminantes ambientales con los resultados de los análisis microquímicos y la aplicación de SEM–EDAX sobre cortes estratigráficos, se determinó la presencia de yeso (sulfato de calcio) así como deposiciones de carbón y material particulado diverso, confirmando los resultados reportados por diferentes autores para este tipo de concreciones. Figura 6 Sección delgada de una piedra de tipo grainstone donde se observa la pérdida de material por procesos de disolución (100x) Figura 7 Corte estratigráfico de una piedra de tipo packstone en donde se observa la formación de costra negra así como la presencia de microorganismos. La muestra fue tomada de una de las zonas expuestas de la muralla, adyacente a la vía de tránsito (40x) Figura 8 Vista general de la vía de tránsito alrededor de la muralla

Además de las costras negras, la coloración oscura de la muralla se relaciona con la presencia de bacterias nitrificantes y bacterias quimio heterótrofas de los géneros Pseudomonas aeruginosa y Bacillus spp, capaces de provocar pigmentación como resultado de sus procesos metabólicos. (Figuras 7 y 8). Otro de los deterioros estudiados corresponde a la decoloración de la piedra, fenómeno que se presenta en los drenajes de la muralla y que, como se pudo comprobar, está asociado al desagüe de detergentes clorados que se utilizan para la limpieza del solado en la parte alta, en el tramo en donde la fortificación se integra al edificio de la alcaldía municipal. Aparecen igualmente manchas rojas sobre la piedra, que están relacionadas con la migración de óxido de hierro proveniente de los cañones que se ubican en algunas zonas del peripeto de la muralla. Se identificaron eflorescencias e incrustaciones de diferentes tipos de sales que, mediante los análisis microquímicos y el SEM–EDAX, fueron 5

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caracterizados como cloruros, nitratos, nitritos, carbonatos y sulfatos. Algunas de estas sales, son propias del ambiente marino o hacen parte de los contaminantes del aire, mientras que otras, como los nitratos y nitritos, están asociadas además del dióxido de nitrógeno producido por la combustión vehicular, a la presencia de desechos orgánicos acumulados en las zonas inferiores de la muralla. Biodeterioro

Como agentes de colonización biológica se encontraron diversos microorganismos como cianobacterias y algas, consideradas colonizadores primarios de la piedra expuesta a la intemperie, que a su vez, favorecieron el crecimiento de bacterias y hongos filamentosos. También se observaron plantas superiores y musgos creciendo en los intersticios de la piedra. Además del reconocimiento de estos agentes, el estudio del biodeterioro se complementó con la toma de cortes estratigráficos que permitieron comprender la conformación de las biopelículas y su afectación endolítica en los diferentes materiales. El empleo de estas técnicas analíticas permitió reconocer la presencia de un biodeterioro subyacente por la formación de colonias de microalgas de la clase Chlorophyceae del género Asterococcus spp y de la orden Volvococales del género Carteria spp, a unas 2.500  micras por debajo de la superficie de la piedra, formando una biopelícula de contextura gruesa y variedad de colores en la que se destacan los tonos verde a negro. Esta biopelícula, absorbe y retiene agua por largo tiempo, permitiendo el crecimiento de bacterias de metabolismo quimio heterótrofo, que en conjunto con las algas y cianobacterias, liberan ácidos orgánicos (oxálico, cítrico y glucónico) que funcionan como compuestos quelantes que permiten la disolución de la piedra caliza. Este biodeterioro subyacente no había sido reportado con anterioridad para contextos como el de Cartagena y aparece en las diferentes secciones de la muralla a distintas alturas y en todos los tipos de piedra. En las zonas de la muralla con presencia constante de humedad y baja insolación, se observó la presencia de capas negras compuestas de musgo, asociado igualmente a consorcios de microalgas y bacterias; los análisis SEM–EDAX permitieron observar el efecto mecánico de los rizoides del musgo en la piedra, a una profundidad mayor a las 3.500 micras de la superficie. De igual forma se aislaron ejemplares de hongos filamentosos de los géneros Verticillium spp y Mucor sp, cuyos metabolitos además de generar una pigmentación de colores azul o gris, son capaces de inducir procesos químicos de degradación del material calcáreo. Su presencia en la piedra está estrechamente relacionada con las áreas más expuestas al flujo vehicular dado que se asocian con el dióxido de nitrógeno que emplean como fuente de energía. 6

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Conclusiones

Para el grupo interdisciplinario de profesionales involucrados en las ciencias de la conservación, fue meritorio lograr unificar diferentes visiones de la materialidad y de los deterioros presentes en la fortificación, al transformar todo el lenguaje técnico expresado en los resultados químicos, físicos biológicos y geológicos en una documentación comprensible para diferentes públicos. Los desafíos estuvieron marcados por el manejo de las diferentes escalas de análisis; en un objeto de estudio con las dimensiones de la muralla y con tantas variables involucradas, parte de los retos fue poder pasar del nivel microscópico a una escala mucho más amplia de metros e incluso de kilómetros, para poder entender y así mismo poder explicar, los procesos de deterioro y sus causas. En ese sentido el estudio mineralógico permitió establecer la recurrencia entre la aparición de ciertos deterioros y el tipo de piedra, como un factor adicional a tener en cuenta para la comprensión de las alteraciones, además de la ubicación de los elementos dentro de la muralla y su exposición a las condiciones ambientales. De ese modo, antes de esta investigación se pensaba que las murallas estaban constituidas por una sola roca (piedra caliza), cuando en realidad se trata de cuatro materiales distintos, con propiedades, comportamientos y por lo tanto alteraciones que difieren entre sí. La caracterización de los materiales de igual forma brindó aportes para el conocimiento de las técnicas constructivas de este tipo de estructuras, por lo que hacia un futuro sería interesante poder comparar los resultados obtenidos con estudios de fortificaciones en otros lugares del Caribe como Cuba o Puerto Rico, para así tener una perspectiva histórica más amplia acerca de cómo fueron hechas y de los cambios que han sufrido. A este respecto y a pesar en las dificultades en términos de la heterogeneidad de los materiales, el estudio aportó datos que corroboran la información histórica con relación a los diferentes momentos constructivos en un conjunto arquitectónico, que ha sido sometido durante los últimos cuatrocientos años a distintas modificaciones y mantenimientos. La caracterización geológica de los tipos de roca caliza por ejemplo, constituyó un criterio importante para la selección de piedras en canteras locales, que sirvieran para la reposición de faltantes. Con respecto a los deterioros y alteraciones, a pesar de existir manifestaciones generalizadas como las costras negras, se consideró que no constituían un problema prioritario para la toma de decisiones en términos de la elaboración de un proyecto de intervención. La comprensión detallada de estos procesos fue fundamental para poder evaluar dentro de todo el conjunto, cuales factores resultaban más urgentes, en términos de la disminución de los riesgos de la fortificación, por encima de la apariencia de la muralla. 7

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De ese modo, dentro de la elaboración conjunta de recomendaciones con el equipo consultor de la ciudad, se sugirió no hacer ninguna intervención que removiera costras negras o biopelículas, para mantener el equilibrio medioambiental que ha tenido la muralla a lo largo de varios siglos, tratando así de dar prioridad a la conservación preventiva y curativa de la fortificación, sin llegar a una instancia de restauración. Finalmente vale la pena resaltar que el trabajo realizado implicó un cambio en la comprensión de las murallas por parte de otros profesionales como arquitectos, ingenieros y arqueólogos a partir del entendimiento de las diferencias geológicas de las piedras y sus deterioros, dimensionando las múltiples problemáticas presentes, aportando elementos de juicio que le permitió a las diferentes instancias del gobierno llevar a cabo una mejor toma de decisiones para la protección de este importante conjunto patrimonial. Referencias Barbosa, L. 2008. Estudio fisicoquímico del deterioro del material pétreo de las murallas de Cartagena de Indias Colombia. Ciencias e Ingeniería Al Día 1(1): 97–102. Camuffo, D., M. Del Monte, y C. Sabbioni. 1983. Origin and growth mechanisms of the sulfated crust on urban limestone. Water, Air, and Soil Pollution 19: 351–359. Dimar–CIOH. 2008. Boletín meteomarino mensual del Caribe colombiano (septiembre, octubre y noviembre del 2008). Cartagena, Colombia: Centro de Investigaciones Oceanográficas e Hidrográficas. Dunham, R.L. 1962. Classification of carbonate rocks according to depositional texture. In Classification of Carbonate Rock, ed. W.E. Ham, 1, 108–121. American Association of Petroleum Geologists Memoir. ICOMOS-ISCS – International Council on Monuments and Sites – International Scientific Committee for Stone. 2008. Illustrated glossary on stone deterioration patterns, ed. V. Vergés-Belmin. Francia: ICOMOS-ISCS. Kumar, R., y A.V. Kumar. 1999. Biodeterioration of stone in tropical environments. EE.UU.: The Getty Conservation Institute. Saiz-Jiménez, C. 1995. Microbial melanins in stone monuments. Science of the Total Environment 167: 272–286. Stambolov, T. y J.R.J. van Asperen de Boer. 1984. El deterioro y la conservación de materiales porosos y de construcción en monumentos. México: Universidad Nacional Autónoma de México. Tomaselli, L. 2003. Biodeterioration processes on inorganic substrata. COALITION 6(1): 5–9. Torraca, G. 1988. Porous building materials – materials science for architectural conservation. ICCROM – International Centre for the Study of the Preservation and Restoration of Cultural Property.

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