Piedra y patrimonio: patologías de la piedra campanil en la catedral y claustro románico de Tudela (Navarra, España)

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S.O.S. Románico

Piedra y patrimonio: patologías de la piedra campanil en la catedral y claustro románico de Tudela (Navarra, España) Josep Gisbert Aguilar. Doctor en Petrología Dpto. Ciencias de la Tierra, Universidad de Zaragoza INTRODUCCIÓN

L

A catedral de Tudela es una iglesia cuya edi‑ ficación original data de 1180 a 1190 con diversas ampliaciones en los siglos XV y XVI. Originalmente fue edificada en su práctica totalidad con piedra de cantería del tipo «caliza campanil». Padece patologías propias de humedades y cris‑ talización de sales. Los deterioros, con morfologías bien documentadas en la literatura científica, son suaves; no obstante, existe uno muy severo y rápido que hemos venido en llamar patología «EPS» con una capacidad destructiva tal que representa una amenaza de primer grado a un plazo temporal cor‑ to, unos diez o quince años.Este peligro ha sido el motivo central de esta investigación en el marco de un encargo de la Institución Príncipe de Viana (Go‑ bierno de Navarra) y del Laboratorio de Edificación CADIA – ICT (Universidad de Navarra). El análisis exhaustivo de la documentación, fa‑ cilitada por la Institución Príncipe de Viana, sobre la historia constructiva de la catedral ha permitido concluir que la patología EPS que afecta a la «ca‑ liza campanil» pudo existir desde sus orígenes en el claustro y catedral, pero con extensión y manifesta‑ ciones moderadas. No obstante, a comienzo de los años setenta existe una generalización e incremen‑ to de la intensidad de deterioro que perdura hasta nuestros días. Los hechos que parecen relevantes con el desencadenamiento de esta patología son:

1. Introducción de una piedra de distinta com‑ posición en los paramentos. La piedra are‑ nisca se introduce como material constructi‑ vo en 1682 al rehacer la torre. Sin embargo, hasta las restauraciones del siglo XX, y más intensamente a partir de 1949, no se intercala como elemento de reposición en paramen‑ tos de caliza. 2. Introducción de un mortero de distinta com‑ posición a los tradicionales en los paramentos. El uso de cemento portland arranca en 1930, aunque el comienzo de su uso generalizado puede datarse en la restauración del claustro, entre 1949 y 1956, así como en todas las ac‑ tuaciones posteriores. 3. En 1980‑1981 las portadas norte y oeste, así como el claustro se tratan con «Poimate» y vi‑ drios solubles.

MATERIALES La comprensión de los procesos de deterioro ne‑ cesita partir de un análisis detallado de la composi‑ ción de los materiales afectados; veámoslo: Caliza campanil (Tablas 1A y 1B) Es una caliza lacustre, proveniente del Terciario del valle del Ebro, de color claro blanco amarillento (5Y9/1) con episódicas variaciones hasta verde claro (5Y6/2). Existen dos variedades, una pobre en fósiles

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Fig. 1.—Expresión morfológica de la patología «EPS» en función de la posición de la estratificación y del acabado de la pieza litológica.

en la que dominan cristales de calcita de grano fino (wackestone) y una segunda con un 80% de restos de bivalvos y algas carofitas (Packstone bioclástico). Coexisten, en la roca, dos tipos de materia or‑ gánica. Una de ellas es húmica (restos carbonosos visibles). La otra es sapropélica y se manifiesta en el fuerte olor que desprende la roca al rasparla. Están en porcentajes que oscilan del 1 al 3%. La porosimetría de mercurio indica una pobla‑ ción homogénea y mayoritaria de tamaño de poros situada entre los 0,2 y 0,5 micrones. Arenisca de reposición La arenisca, proveniente del Terciario del valle del Ebro, es una litoarenita de grano medio (0,25mm) con baja esfericidad y buena selección (1,2‑1,4). Hay un 49% de clastos, un 28% de cemento car‑ bonatado un 9% de matriz filosilicatada y un 14% de poros. Los clastos están constituidos por cuarzo (38%), feldespatos (3%) y fragmentos de roca (59%) de composición carbonatada aunque también exis‑ ten fragmentos de rocas lutíticas y metamórficas. El cemento es carbonato esparítico. Existe aproxima‑ damente un 5% de dolomita entre el cemento y los clastos carbonatados.

Fig. 2.—Aspecto de rotura por carga en una fisura de la patología «EPS». En esta pilastra se calculó que la carga era de 70‑80 Kg./cm2 y la resistencia de la roca de unos 470 Kg./cm2. Este cálculo descartaba una rotura por exceso de carga que era lo que sugería la morfología de la fisura.

PATOLOGÍAS PRESENTES Nos hemos centrado en el estudio de la pato‑ logía «EPS», expansión por secado, ya que el resto de las patologías no eran severas y poseían unas causas evidentes: alveolización/pulverización por cristalización de sales, ascensos capilares, goteras de cubiertas, deterioros antrópicos, etc.). Las carac‑ terísticas de la patología EPS son las siguientes: 1. Despredimiento de lajas de bordes afilados, fractura del sillar con planos que frecuente‑ mente forman 60º con la horizontal (Figs. 1, 2, 3, 4, 5 y 6). 2. Cuando el sillar está colocado con la estrati‑ ficación vertical, se desprenden lajas parale‑ las a la superficie del sillar (Figs. 1 y 3), cuando está colocado con la estratificación horizontal, éste se fisura en todo su espesor (Figs. 1 y 2). 3. El proceso es selectivo y afecta con mayor intensidad a las partes mas aéreas como es‑ quinas, columnas y partes con labra «aérea», como volutas de capitel, narices, orejas etc., en contraposición a los paramentos planos o muros. En la decoración escultórica en pie‑ dra hay una tendencia al desprendimiento

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Deterioro por cristalización de sales La fase salina más abundante en la catedral y el claustro corresponde al nitrato potásico. También se han detectado aphthitalita, hum‑ berstonita, halita y thenardita. El estudio del agua in‑ tersticial han revelado las siguientes familias geoquí‑ micas: • Familia A, rica en nitratos y cloruros con relacio‑ nes Mg/OC (Otros Cationes) bajas. Relaciona‑ das con humedades que vienen del sustrato y que tienen su origen en perdidas de la red ur‑ bana de alcantarillado y distribución de agua potable. • Familia B, rica en nitratos, cloruros y sulfatos con relaciones Mg/OC elevadas. Generalmente asociadas a humedades de cubiertas donde el agua atraviesa guanos de aves y longitudes apreciables de paramento con arenisca y ce‑ mento portland. Fig. 3.—En esta columna la descamación de la patología «EPS» se produce sólo en sentido paralelo a la estratificación que está colocada verticalmente,indicando un sentido preferente de expansión en dirección perpendicular a la misma.

de los elementos labrados con relieve acu‑ sado (Figs. 1 y 5). 4. Es un proceso muy rápido, al menos en algu‑ na de sus fases. En determinadas épocas, en los otoños húmedos preferentemente, fuertes crujidos advierten del desprendimiento y caí‑ da de fragmentos de la sillería y de la decora‑ ción escultórica, que en ocasiones alcanzan más de un kilogramo. Las roturas son seme‑ jantes a las que se producen en un ensayo de resistencia a la compresión. No obstante, en el caso que nos ocupa, se presentan a pesar de que las cargas que sustentan están muy por debajo a la resistencia máxima de la cali‑ za campanil (Fig. 2).

• Familia C, rica en bicarbonatos y sulfatos con relaciones Mg/OC elevadas, resultado de la evaporación de aguas de lluvia que han atra‑ vesado longitudes apreciables de paramento con arenisca y cemento portland. La conclusión más interesante es la elevada pro‑ porción de magnesio omnipresente en todas las zo‑ nas donde existe la patología EPS —las afectadas por las familias B y C—, independientemente de la cantidad absoluta de sales presentes. El estudio geoquímico también ha identificado a la arenisca de reposición y al mortero portland como las princi‑ pales fuentes que aportan magnesio. Distribución de las patologías La posición de las patologías en el edificio, era la siguiente (información del año 2003): 1. Portadas y perímetro exterior (parte baja). En todo el perímetro exterior hay manchas de hu‑ medad higroscópica por sales de antiguos ascen‑ sos capilares (más moderados en el perímetro sur) que han deteriorando el paramento y las portadas

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norte y oeste por cristalización de sales y expansión por secado. En la portada sur, y otro paramento con esta misma orientación, el deterioro es menor aun‑ que hay algún desprendimiento de fragmentos a causa de expansión por secado. Existen pátinas de enmugrecimiento con desarrollo irregular en las tres portadas atribuible a contaminación atmosférica y accesoriamente por guanos de aves —suciedad en general. 2. Interior de la catedral. Hay manchas de humedad higroscópica/sales derivadas de antiguos ascensos capilares (inactivos hoy en día tras la actuación de 2003‑2005) —que afectan prácticamente a todo el perímetro inte‑ rior—. También hay importantes manchas de sales derivadas de antiguas filtraciones en cubiertas, in‑ activas hoy en día tras la actuación de 2003‑2005, situadas sobre todo en la intersección del crucero con la nave central, en el lado norte de esta nave y en la base de algunos ventanales.

Fig. 4.—Este capitel del claustro emitió un crujido y se quebró en otoño de 2001 desprendiendo de golpe los fragmentos que se aprecia que faltan. Obsérvese una reparación con mortero portland a su derecha (1) y el fuste de las columnas en arenisca (2), al sustituir las originales (de caliza campanil) en la restauración de 1980.

3. El claustro (ver síntesis de patologías presentes en Fig. 2). El deterioro es de expansión por secado, fracturas antrópicas, pulverización, descamación, picoteado y pátinas de enmugrecimiento. La mayoría de los capiteles presentan una pátina marmórea resultado de la aplicación de un producto de restauración en 1980‑82. En diversas actuaciones de reintegración y re‑ posición se han introducido numerosos materiales nuevos ajenos a la composición original del claus‑ tro. Destacaremos, entre otros, resinas epoxi, mor‑ tero portland, morteros de restauración, vástagos de hierro no galvanizado y grandes volúmenes de piedra arenisca. De los capiteles originales, en una evaluación de 2003, concluíamos que hay 15 en estado muy grave de deterioro, otros 26 presentan daños importantes y 44 están aceptablemente conservados. En el claustro existía documentación fotográfica muy completa de los años 1917 y 1949. La compa‑ ración detallada con la situación actual nos permite

Fig. 5.—Desprendimiento de la decoración escultórica en un capitel del claustro (otoño 2002). Este tipo de roturas encajan con un proceso especialmente activo en la fase más extrema de secado que sólo se alcanza en las partes más «aéreas» de la labra escultórica.

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afirmar que el 75% de los deterioros por patología «EPS» son posteriores a 1949.

CARACTERIZACION DE LA PATOLOGIA EPS El análisis de las «formas» de la patología llevo indefectiblemente a concluir que era un problema de expansión de la piedra. Era sobradamente cono‑ cido que las rocas expanden al mojarse, unas más que otras, así que se comenzó midiendo esta la magnitud de esta expansión en la piedra campanil. Por un camino complicado y ayudados por la intuición investigadora, se identificó el proceso propio de la patología como el de un proceso de expansión tras el secado extremo de la piedra al haber sido mojada previamente con una solución con sales de magnesio. No son necesarias grandes cantidades de magnesio, pero sí que el proceso de humectación‑secado se repita en varias ocasiones. Veamos los hitos de este recorrido investigador:

Fig. 6.—Análisis exhaustivo de daños y patologías en los capiteles del claustro. Hay más capiteles en el perímetro interior que en el exterior. Leyenda: No: Sin daños. M: Daños moderados. F: Daños importantes. EPS: Pérdida de fragmentos. Sales: Deterioro por pulverización, descamación y/o picoteado. Escorrentía: Área blanca marcando circulación agua de lluvia. Antrópico: Por acción humana. Sustitución: Capitel original sustituido por copia.

Determinamos la absorción de agua de las pro‑ betas que presentaban variaciones según estuvie‑ ran cortadas perpendicular (T) o paralelamente a la estratificación (II) (ver Tabla 1). Las absorciones de agua oscilaron entre el 6 y el 12% según el litotipo considerado. Todo el proceso de expansión resultó muy irregular y heterogéneo (compárense las des‑ viaciones típicas y el coeficiente de variación de la absorción de agua y de expansión (tabla 1), lo cual creó problemas a pesar del gran número de pro‑ betas talladas pues en muchos casos la probeta se fracturaba, o lo hacía el cristal de medida, imposi‑ bilitando tomar la lectura final. Los resultados del en‑ sayo de expansión muestran que la roca tiene una expansión hídrica intermedia. Analizados las expansiones hídricas con diso‑ luciones cargadas con sales se comprobó que se incrementaba ligeramente la expansión pero no alcanzaban valores para provocar los daños en la piedra propios de la patología «EPS». La parte más peculiar y que más costó descubrir fue que la mayor parte de la expansión se produce durante el secado extremo, condiciones estas que

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Absorción Des. (%) St.

Wackstone

Packstone Wackstone Transicional

Coeficiente Coeficiente Expansión Des. Núm. variable variable %00 St. probetas (%) (%)

T

11,42

0,4

4

2,26

1,2

54

3

II

11,06

0,9

8

3,31

6,5

196

8

T

6,50

0,2

4

2,94

2,9

97

6

II

6,30

0,2

2,7

2,11

1,1

50,3

6

T

6,50

0,3

4

2,57

1,8

70

6

II

6,90

0,1

2,3

1,55

0,8

48,6

7

Tabla 1.—Tabla con la absorción de agua y la expansión hídrica características. En las medidas se diferencian las probetas talladas perpendicularmente a la estratificación (T) y paralelamente a la misma (II).

no se contemplaron en las primeras pruebas y que resultaban así fallidas. La figura 10 representa el fenómeno de la ex‑ pansión en la piedra campanil. Era muy importan‑ te la reproducción de la patología en el laboratorio para poder comprender todos sus detalles cuando se produce en el edificio. Si algún lector desea una información más técnica, puede encontrarla en BUJ et Al (2010). Otra prueba de la responsabilidad del magne‑ sio la tenemos en los ensayos de cristalización de sales con tres sales distintas: sulfato magnésico, sulfato sódico y nitrato potásico, las más abundan‑ tes en la iglesia. La caliza campanil ha presentado un comportamiento muy bueno frente a la crista‑ lización del nitrato potásico, un comportamiento moderadamente alterable frente al sulfato sódico y una fragilidad extrema frente a la cristalización de sales de sulfato magnésico (Fig. 7). El ensayo con sulfato magnésico reprodujo en el laboratorio las formas de alteración presentes en la catedral (Figs. 8 y 9). Tal como puede verse en la Fig. 10, cuando mo‑ jamos la piedra al final del proceso, sólo se retrae el

Fig. 7 .—Pérdidas de peso en las probetas en los tres ensayos de cristalización de sales. Se aprecia la baja agresividad del nitrato potásico y la elevada del sulfato magnésico.

70% del volumen expandido, y queda una expan‑ sión residual que es acumulativa. Cuando se repiten los ciclos de humectación‑secado, la acumulación de expansiones de cada ciclo acaba provocando la fractura de la piedra; lo más grave es que la hu‑ mectación se puede producir a partir de la hume‑ dad del aire por la higroscopicidad de las sales de magnesio, esta continuidad de los ciclos a partir de los cambios de humedad del aire explica la con‑ tinuidad de los ciclos de caídas en el interior de la iglesia al abrigo de la intemperie. Generalmente se achaca a arcillas hinchables el fenómeno de la expansión (ver por ejemplo, PUSCH 2006). Aquí no parece estar relacionado, dadas la pequeña cantidad de arcillas expansivas y la pro‑ pensión a la contracción que estos minerales tienen durante el secado. Como principal responsable del fenómeno barajamos a la materia orgánica por los siguientes motivos: a) Comportamiento heterogéneo del proceso, característico de la materia orgánica en ro‑ cas. b) Moderada correlación entre cantidad de ma‑ teria orgánica y expansión hídrica.

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La hipótesis de la materia orgánica tiene la ventaja que suministra explicaciones a muchos de los fenómenos asociados que de no barajar‑ la quedarían inexplicados. Los compuestos orgá‑ nicos, especialmente las alginitas —recordemos aquí que se trata de una caliza de carófitas— que gelifican, son capaces de «orientar» los cristales de sal, eso explicaría el fenómeno de expansión durante el secado al crecer todos los cristales en la misma dirección.

CONCLUSIONES REFERENTES A LA PIEDRA

Fig. 8.—Probeta del ensayo de cristalización de sales con sulfato magnésico. La esquina derecha desarrolló una fractura concoide semejante a las morfologías de la patología «EPS» en la catedral.

La arenisca campanil, con la que esta construi‑ da la catedral de Tudela presenta una expansión hídrica moderada que se incrementa si la solución es salina y contiene magnesio. También posee un fenómeno consistente en la expansión durante el se‑ cado extremo en presencia de sales de magnesio. Esta expansión provoca una fisuración y fractura de la piedra en paramentos pétreos en tiempos muy cortos siempre que haya ciclos repetidos. La patología EPS existió desde los orígenes en la catedral y claustro pero con extensión y manifesta‑ ciones moderadas. La expansión y agresividad de la patología se manifiesta en la segunda mitad del siglo XX. El cemento portland y, más limitadamente, la arenisca de reposición, han tenido gran importan‑ cia en la alteración de la piedra, ya que han sido el origen de las sales de magnesio. Ambos materiales han sido introducidos en rehabilitaciones realizadas entre 1950 y 1980. La medida de los ritmos de caídas de fragmen‑ tos en el interior de la iglesia están relacionados con cambios de humedad en el aire y con la inversión en el sentido de los flujos de vapor de agua en los muros del edificio, fenómeno este propio de la pri‑ mavera y el otoño.

Fig. 9.—Probeta del ensayo de cristalización de sales con sulfato magnésico Todas las probetas presentaban esta escamación continua de 0,4 mm. de grosor. Es un desprendimiento por expansión de la capa superficial.

CONSECUENCIAS PARA LA CONSERVACIÓN RESTAURACIÓN Cuando se introduce el cemento portland en rehabilitaciones (1930) no existía información sobre

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los perjuicios que podía acarrear; es más, los co‑ nocimientos de la época le atribuían mejores cua‑ lidades que los morteros tradicionales: sólo un pero pudo hacerse —no sabemos si alguien llego a plan‑ tearlo— «este material es de reciente invención y no sabemos como evolucionará en el tiempo ni como envejecerá». Este «pero» puede hacerse a la mayoría de los materiales de última generación que sólo deberían emplearse tras un período prologado de evaluación y sólo en caso de prevención de males mayores. Más complejo, o sencillamente más técnico, es el tema de la coexistencia en el paramento de materiales, roca arenisca, que favorecen el deterio‑ ro de la original, caliza campanil. Este problema ya fue activo en rehabilitaciones históricas pero ahora lo conocemos y podemos «evitarlo». En ambos casos nos encontramos ante «pro‑ blemas históricos» que se han producido, en este caso en el siglo XX, y que son tanto mayores cuanto mayor ha sido la preocupación y la «inversión eco‑ nómica» en patrimonio; en este momento uno de los mayores problemas en la catedral y claustro de Tudela es en el «costo» de desmontar y rehacer ac‑ tuaciones de todo un siglo. Y hablo de «problemas históricos» y no de «erro‑ res históricos» por que, en mi opinión, no se pueden catalogar de «error» lo que se hizo adecuadamente de acuerdo a los conocimientos de la época. Lo que sí sería un error es no sacar las obvias con‑ secuencias sobre esta «dura» experiencia en con‑ servación del patrimonio. Las consecuencias razonables pasan por dar por buena una política muy conservadora en el uso de materiales, realizar estudios previos exhausti‑ vos en cualquier actuación, tomarse el tiempo y la prudencia necesaria para decidir la actuación y fi‑ nalmente consensuar las decisiones entre técnicos, historiadores y políticos en un importante ejercicio de trabajo en equipo. Sólo así caminaremos hacia una adecuada conservación de nuestro patrimonio en el siglo XXI.

Fig. 10.—Gráfica de expansión de caliza campanil. La probeta se saturó en agua con sulfato magnésico y posteriormente se llevo a secado extremo, finalmente se volvió a humedecer.

Agradecimientos Deseamos agradecer al Instituto CADIA y a la Institución Príncipe de Viana, ambas de Pamplona, el permiso para publicar esta infor‑ mación realizada en el marco de un informe a estas dos instituciones. También al personal del Museo Arqueológico de Tudela por su interés y su participación en las estadísticas de caída de fragmentos. BIBLIOGRAFÍA GIL y SIMON (1992): Aproximación al cálculo de los valo‑ res absolutos de paleoesfuerzos compresivos en el Mioceno inferior de Tudela (Navarra). Geogaceta, 11, pp 31‑34 O. BUJ, J. GISBERT, B. FRANCO, N. MATEOS y B. BAULUZ (2010). Tudela Cathedral (Navarra, Spain): Decay of the Campanile limestone used as building material in Geological Socie‑ ty, London, Special Publications 2010; v. 331; p. 195‑202 SANCHO, JAVIER (2002 Comunic. personal): Institución Prín‑ cipe de Viana. Gobierno de Navarra. Pamplona. PUSCH (2006): Mechanical properties of clays and clay mi‑ nerals. En: Handbook of Clay Science. F. Bergaya, B.K.G. Theng y G. Lagaly (eds). Developments in Clay Science, vol. 1, cap 6, 247‑260.