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REAL ACADÈMIA DE CULTURA VALENCIANA
LA GEOFÍSICA NO CARTOGRÁFICA: TÉCNICA NO INVASIVA DE ALTA RESOLUCIÓN EN EL ESTUDIO
DEL PATRIMONIO HISTÓRICO-ARTÍSTICO VALENCIANO
DISCURSO LEÍDO EL DÍA 25 DE OCTUBRE DE 2011 EN SU RECEPCIÓN COMO ACADÉMICO DE NÚMERO
POR
EL ILMO. SR. D. FRANCISCO GARCÍA GARCÍA
Y CONTESTACIÓN DEL ACADÉMICO DE NÚMERO DE LA REAL ACADÈMIA DE CULTURA VALENCIANA
ILMO. SR. D. MANUEL CHUECA PAZOS
Valencia 2011
SUMARIO
PREÁMBULO....................................................................................................................................... i
1.- LA GEOFÍSICA Y LAS CIENCIAS DE LA TIERRA .......................................................... 1
1.1.- Elementos de Historia ................................................................................................ 1
1.1.1.- Época griega y helenística en las Ciencias de la Tierra ............................. 1
1.1.2.- Inicios de la Ciencia moderna: siglos XVI y XVII .................................... 3
1.1.3.- Preludio y desarrollo de la Geofísica: siglos XVIII al XXI....................... 7
1.1.3.1.- Apuntes históricos de la Gravimetría en los siglos XX y XXI . 12
2.- CONCEPTO DE GEOFÍSICA .............................................................................................. 16
2.1.- La palabra “Geofísica” ............................................................................................ 17
2.2.- El Objeto de la Geofísica ......................................................................................... 18
2.3.- División de la Geofísica........................................................................................... 18
2.4.- Geofísica y otras ciencias ........................................................................................ 19
2.4.1.- La Astronomía .......................................................................................... 19
2.4.2.- La Geografía ............................................................................................. 20
2.4.3.- La Geología .............................................................................................. 20
2.4.4.- La Geodesia .............................................................................................. 22
3.- LA GEOFÍSICA NO CARTOGRÁFICA: LA INGENIERÍA GEOFÍSICA 23
3.1.- El concepto de geofísica no cartográfica: la Ingeniería ............................................ 23
3.2.- Aplicaciones de la Ingeniería Geofísica ................................................................... 25
4.- LA IMPORTANCIA DE LA GEOFÍSICA EN EL ESTUDIO DEL PATRIMONIO HISTÓRICO-
ARTÍSTICO: EL GEORRADAR 27
4.1.- Introducción a la técnica no invasiva de alta resolución de georradar ..................... 27
4.1.1.- Principios teóricos ..................................................................................... 28
4.1-2.- Instrumentación ............................................................................................ 36
4.2.- Desarrollo histórico del georradar ............................................................................ 38
4.3.- Aplicaciones del georradar en el estudio del Patrimonio Histórico-Artístico .......... 43
4.3.1- Estudios de humedad ................................................................................. 44
4.3.2.- Estudio de tipos de patología en conjuntos arquitectónicos: fisuras, despegues
y oquedades ............................................................................................. 44
4.3.3.- Estudios arqueológicos ............................................................................. 45
4.3.4.- Localización de elementos constructivos en el subsuelo que pueden afectar a
los edificios actuales ................................................................................ 46
4.4.5.- Estudios en elementos arquitectónicos restaurados .................................. 47
5.- EL GEORRADAR EN EL ESTUDIO PATRIMONIO HISTÓRICO-ARTÍSTICO
VALENCIANO ............................................................................................................................ 47
5.1.- Estudio de La Lonja de Los Mercaderes de Valencia ............................................. 48
5.2.- La Catedral de Valencia: La ilustración de un proceso constructivo ...................... 52
5.3.- Estudio 3D de los subsuelos en el patrimonio jesuítico de las iglesias de la Compañía de
Jesús y de San José (Valencia) .................................................................................. 54
5.4.- Estudio del subsuelo 3D en la Iglesia de San Juan del Hospital de Valencia .......... 58
5.5.- Localización de las tumbas de los Duques de Calabria, D. Fernando de Aragón y Dña.
Germana de Foix, en la cripta del Monasterio de San Miguel de los Reyes de Valencia
................................................................................................................................. 61
5.6.- Determinación de la cimentación de las Torres de Serranos de Valencia ................ 62
5.7.- Estudio y diagnosis de la patología de las Torres del Portal de Quart de Valencia . 63
5.8.- Estudio de la estructura interna de las columnas del sótano del Mercado Central de la
ciudad de Valencia .................................................................................................. 66
5.9.- Estudio de iglesias valencianas ................................................................................. 67
5.10.-Estudios 3D de yacimientos arqueológicos valencianos: Els Estrets - Racó de la Rata
(Vilafamés), Corral de Saus (Moixent) y Casas del Campo (Villena) ................... 70
6.- BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 75
7.-CONTESTACIÓN AL DISCURSO ........................................................................................ 89
LA GEOFÍSICA NO CARTOGRÁFICA:
TÉCNICA NO INVASIVA DE ALTA RESOLUCIÓN EN EL ESTUDIO DEL
PATRIMONIO HISTÓRICO-ARTÍSTICO VALENCIANO
Excelentísim Señor Decá de la Real Academia de Cultura Valenciana.
Excelentísimos e Ilustrísimos señores y señoras.
Señoras y señores.
PREÁMBULO
Cuando opté a realizar mis estudios universitarios de Ingeniería Geofísica, en la
entonces Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas, eran tiempos de los términos tan
nombrados de “perestroika” y “glosnost”. Por supuesto que cabía la posibilidad de que
hubiese acabado recalando en Moscú, en aquellas tierras eslavas. Adquirí una serie
conocimientos en disciplinas geofísicas gracias a la entrega y dedicación docente de
excelentes profesores de la entonces Escuela Soviética y de la Academia de Ciencias. La idea
de volver a mi tierra nunca la abandoné. Y así fue, Valencia y el mar Mediterráneo son
irreemplazables en mi vida. Recalé como profesor en la Universidad Politécnica de Valencia y
me doctoré en la Universidad Politécnica de Cataluña. Ambas instituciones me brindaron la
posibilidad de trabajar con profesores de extraordinario prestigio en la Ingeniería Cartográfica
y en la Geofísica (los catedráticos Manuel Chueca, José Antonio Canas y Lluís Pujades) y de
continuar desarrollando los conocimientos adquiridos y profundizar en la investigación con
técnicas geofísicas.
No estoy seguro si con palabras puedo exteriorizar lo que siento. En cualquier caso,
quiero expresar mi profundo agradecimiento a la Academia, y a todos sus miembros, por
aceptarme como uno más. Este acto de generosidad hacia mi persona es, a la vez, una medida
francamente inmerecida y todo un honor por haber sido elegido. Tengan por seguro que llego
con una gran ilusión por aportar todo cuanto esté en mi haber y con el ánimo para superar mi
falta de experiencia mediante la ayuda y conocimientos de sus académicos.
He sido elegido para ocupar el lugar de la medalla 36 que vacó por el fallecimiento de
D. Pere Vernia Martínez. Su excepcional trayectoria y méritos en Farmacia y su profunda
huella en la vida intelectual valenciana no son sustituibles y seguirán siendo recordados. Ante
ello no me cabe más que experimentar un sincero sentimiento de humildad y de enorme
responsabilidad al repasar mis méritos. Se podría pensar que no existe relación alguna entre la
Ingeniería Cartográfica y Farmacia. No es así. Gracias a la laboriosidad altruista de un
farmacéutico, D. Luis Giménez Lorente, Valencia cuenta con una fundación que alberga
fondos cartográficos excepcionales en cuanto a su calidad y valor histórico.
Francisco García García
Tengo hoy el honor y el compromiso de exponer ante ustedes ciertos aspectos sobre el
origen y el desarrollo de la Geofísica, haciendo una aproximación desde un prisma de cultura
propio de esta Academia. Es bien conocido que la Ingeniería Cartográfica a través de los
mapas define, modifica y aprehende nuestro mundo. En este quehacer la Ingeniería
Cartográfica está estrechamente relacionada con la Geofísica a través de las disciplinas de la
Geodesia Física y la Gravimetría, y que sus límites de aplicación no se ciñen solamente a la
Tierra. Éstos están en el Universo. En este discurso no voy a hablar de esta natural relación.
Hoy voy a referirme a la Geofísica no cartográfica, a la que trata de la parte más superficial
del subsuelo donde han tenido o tienen lugar acciones antrópicas de diversa índole, y en
concreto al georradar por ser la técnica geofísica que cuenta con la mayor resolución en el
estudio del subsuelo en 2D y 3D. Mostraré con ejemplos en los que he participado hasta
donde sea posible su aportación en el estudio del Patrimonio Histórico-Artístico Valenciano.
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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1.- LA GEOFÍSICA Y LAS CIENCIAS DE LA TIERRA
1.1.- Elementos de Historia
Hablar de la historia de la Geofísica es hablar de la historia de la Ciencias de la Tierra,
ya que la Tierra siempre ha sido para los hombres el primer laboratorio donde ha realizado
observaciones y aplicado las teorías científicas.
El concepto de ciencia como conjunto de principios y teorías que gozan del
reconocimiento de la comunidad científica y que se obtienen a partir de observaciones y que a
su vez las explican, no es muy antiguo. Propiamente hablando no se halla ningún vestigio de
las ciencias físicas en las primeras civilizaciones orientales y los conocimientos técnicos que,
sin duda, alcanzaron egipcios y caldeos no eran más que el fruto de una larga experiencia
guiada por la inteligencia y el azar. Una explicación global de los fenómenos resultaba ligada
a concepciones mitológicas, mágicas y animistas totalmente irracionales.
En Grecia, la interpretación del mundo físico terrestre fue investigada mediante una
vía racional. La concepción del mundo que tuvieron los pitagóricos (Pitágoras, 572?-500?
a.C.), Platón (428-347 a.C.) y Aristóteles (384-322 a.C.) tiene muchas más componentes de
sistemas “a priori” que de observaciones o de experimentaciones.
La ciencia embrionaria griega fue salvada por los árabes durante el eclipse de la
civilización occidental que sigue al derrumbamiento del imperio romano y, a pesar de
esfuerzos importantes de algunos precursores de la ciencia experimental como Robert
Grosseteste (1168-1253), Roger Bacon (1214-1294) y Guillermo de Ockam (1290-1349), no
es hasta los siglos XVI y XVII, primero con Galileo (1564-1642) y luego con Descartes
(1596-1650), Pascal (1623-1662) y Newton (1642-1727) entre otros, a la par de otras Ciencias
de la Tierra, se van desarrollando los fundamentos de la Geofísica moderna. A partir del siglo
XVIII hasta nuestros días, juntamente con ella las Ciencias de la Tierra se vigorizan, crecen y
se dividen en múltiples ramas.
En 1832, Saigey publica en París su Petite Physique du Globe que es uno de los
primeros tratados en lengua francesa que cubre el campo de la Geofísica de forma unificada y
un exponente del inicio de la tendencia a recoger en una sola disciplina científica las Ciencias
de la Tierra.
A continuación haré un breve recorrido por la historia de las Ciencias de la Tierra a
través de algunos de sus protagonistas destacados. El resumen no es exhaustivo y pretende
simplemente mostrar las ideas guía que han contribuido al desarrollo y consolidación de las
Ciencias de la Tierra. La selección de autores y trabajos la he efectuado atendiendo a las
contribuciones más relevantes en las Ciencias de la Tierra relacionadas, en mayor o menor
grado, con el desarrollo en la historia de la Geofísica.
1.1.1.- Época griega y helenística en las Ciencias de la Tierra
Thales de Mileto (639 – 546 a.C.). Las primeras ideas documentadas referidas a
aspectos afines a la forma de la Tierra datan de la época de Thales de Mileto, comúnmente
aceptado como el fundador de la trigonometría. Él concebía la Tierra como un disco flotando
en un océano infinito.
Francisco García García
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Anaximandro de Mileto (611 – 545 a.C.) elabora el primer mapamundi conocido.
Pensaba que la Tierra era un cilindro con el eje principal orientados en la dirección Este-
Oeste. Fue también, el primero en introducir la esfera celeste para una mejor comprensión de
la Astronomía. Ésta última idea ha permanecido durante cientos de años entre los astrónomos
y aún es de utilidad en astronomía de posición.
Aristóteles (Grecia, 384-322 a.C.). Es cierto que, desde el punto de vista científico,
Platón sólo se interesó por las matemáticas. Su discípulo Aristóteles, en cambio, se interesó
por toda la ciencia; esto le indujo a sistematizar cuantos conocimientos había en su época de
forma que sus escritos forman una verdadera enciclopedia del saber antiguo no superada hasta
el renacimiento. En su libro Del Cielo, en el año 340 a.C., presenta diferentes argumentos para
aceptar la esfericidad de la Tierra frente a los modelos de una Tierra plana: en los eclipses o
fases de la Luna, la sombra de la Tierra siempre es redonda; otro argumento procede de la
observación de la estrella polar durante los viajes: su altura sobre el horizonte es menor
cuando se observa desde el sur y aumenta cuando la observación se efectúa en regiones más
septentrionales. El mismo Aristóteles evaluó la circunferencia máxima de la Tierra en unos
400. 000 estadios a partir de la diferencia de las posiciones aparentes de la estrella polar en
Egipto y Grecia. La observación de los barcos en el horizonte del mar proporcionaba un tercer
argumento a favor de la esfericidad de la Tierra. La concepción cosmológica de Aristóteles
con una Tierra inmóvil y con la Luna, Sol, planetas y estrellas girando a su alrededor se
fundamentaba en razones místicas: creía que la Tierra era el centro del universo y que el
movimiento circular era el más perfecto. A partir de estas ideas Ptolomeo elaborará un modelo
cosmológico completo en el siglo II d. C.
Eratóstenes de Cirene (Grecia, 280?-192? a.C.) estuvo al frente de la Biblioteca de
Alejandría. Midió la longitud de la circunferencia terrestre, determinando el ángulo del arco
de meridiano entre Siena (Asuán) y Alejandría; sabiendo que en el solsticio de verano el Sol
se halla en la vertical de Siena (ya que sus rayos penetran en los pozos más profundos), midió
en Alejandría el ángulo que forman los rayos con la vertical del lugar obteniendo en un
Gnomon o Nomon: instrumento constituido por un elemento alargado cualquiera que proyecta
su sombra sobre una superficie plana y horizontal y que indica la altura del Sol o la Luna
sobre el horizonte y su orientación, es decir la hora, en relación con la longitud de la sombra
proyectada por la luz que procede del astro que es la cincuentava parte de la circunferencia. La
distancia estimada entre ambas ciudades es de 5000 estadios y obtiene así un valor de 250000
estadios para la circunferencia de la Tierra. Si aceptamos que cada estadio (aunque las
equivalencias de unidades tomadas para la comparación pueden hallarse en varios textos, hay
que decir que son objeto de discusión. No hay acuerdo en fijar una correspondencia de los
Aristóteles
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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estadios con las unidades de longitud actuales) equivale a 125 pasos geométricos y que éstos
miden aproximadamente 1. 481 m, obtenemos para la circunferencia máxima un valor de
46.281.250 m que difiere del valor actualmente aceptado en un 16%. A Eratóstenes podría
otorgársele el título de fundador de la Geodesia.
Medición de Eratóstenes
Pitágoras de Samos (572?-500? a.C.) crea la Escuela pitagórica y cree en una Tierra
esférica. Aproximadamente de esta época data uno de los primeros mapas conocidos del
mundo, realizado por Hecateus de Mileto. Éste mapa mostraba el conocimiento limitado y
los prejuicios que aún mantenían los griegos.
Parménides de Elea (515-440 a.C.) y Empedocles emitieron por primera vez la idea
de la esfericidad de la Tierra y su aislamiento en el espacio. Filolao (450 a.C.) opina que la
Tierra gira sobre sí misma. Heráclides (388-315 a.C.) y Efanto atribuyen a la Tierra un
movimiento de rotación y de traslación alrededor del Sol. Pytheas (300 a.C.) fue el primero
en sospechar que los cuerpos celestes eran los causantes de las mareas, aunque fue incapaz de
relacionarlo con la atracción gravitatoria.
Una vez que la idea de la esfericidad terrestre fue cobrando fuerza, fue solamente una
cuestión de tiempo que Dicearco (350-285 a.C.) introdujera el concepto de coordenadas
esféricas. Realizo un mapa a partir de expediciones militares de Alejandro Magno. Por ésta
época Pytheas efectúa la primera determinación de la latitud.
La decadencia de Grecia, que tuvo lugar a la muerte de Alejandro, hizo que el centro
de la civilización sufriera un desplazamiento. Alejandría paso a ser el centro científico más
importante, atrayendo al científico griego Euclides, que fundó la escuela de Alejandría.
Ptolomeo (Alejandría, 90?-168?). Su obra más importante es El Almagesto que
contiene una exposición del sistema del mundo, un tratado completo de trigonometría
rectilínea y esférica y la explicación y cálculo de todos los fenómenos de movimiento diurno.
Tuvo la infeliz idea de aceptar como longitud del meridiano los 180000 estadios a que
Posidonio había reducido los 250000 de Eratóstenes. Éste y otros errores de la geografía
ptolemaica tendrían una influencia importante en la Historia. A él se debe el descubrimiento
del movimiento oscilatorio del eje de la Tierra al que llamó prosneusis, y Bradley llamaría
nutación 1600 años más tarde. También observó el movimiento irregular de la Luna llamado
evección.
Desgraciadamente para la civilización occidental durante casi mil quinientos años las
Ciencias de la Tierra permanecieron prácticamente sumidas en un periodo de letargo y
obscuridad.
Francisco García García
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1.1.2.- Inicios de la Ciencia moderna: siglos XVI y XVII.
Copérnico, Nicolás (Polonia, 1473-1543), astrónomo polaco considerado fundador de
la astronomía moderna, demostró que los movimientos aparentes del Sol y de las estrellas se
podían explicar admitiendo el doble movimiento de la Tierra. El movimiento aparente del Sol
y los movimientos aparentes de los planetas se deben al doble movimiento real de la Tierra, el
de rotación diaria sobre su eje y el de traslación anual alrededor del Sol. Admitiendo estas
hipótesis todos los movimientos reales y aparentes resultan sencillos y desaparecen todas las
desarmonías aparentes del cielo. Esta explicación implicaba el desplazamiento del centro del
sistema planetario de la Tierra al Sol. Esta hipótesis heliocéntrica, formulada en la antigüedad
por Aristarco de Samos, contradecía la teoría geocéntrica tradicional de Ptolomeo. Su obra De
Revolutionibus Orbium Caelestium fue publicada por su amigo Raeticus (1543) al año escaso
de su muerte. La obra acabó siendo prohibida por herética a pesar de que, en ella, la teoría
heliocéntrica se formulaba como una hipótesis.
Nicolás Copérnico
GILBERT, William (Inglaterra, 1544-1603). Realiza experimentos de electrostática
y magnetismo utilizando esferas de magnetita y es el primero en concebir la Tierra como un
gran imán.
Libro de W. Gilbert sobre magnetismo
Galileo Galilei (Italia, 1564-1642). El conjunto de sus trabajos permite considerarlo
como el verdadero fundador del método experimental, combinando el razonamiento inductivo
con la deducción matemática. En una carta a Pierre Caracavy en 1637 expone de forma
explícita tres pasos que deben seguirse para estudiar la naturaleza: toma y análisis de datos,
formulación de modelos matemáticos capaces de explicarlos, comprobar en la experiencia si
las leyes formuladas y sus consecuencias suceden en la realidad tal como han sido construidas
en la mente. Sus importantes descubrimientos astronómicos, potenciados por su habilidad de
observación mediante diversos instrumentos construidos y perfeccionados por él mismo,
como su famoso anteojo (1609), corroboraron el sistema heliocéntrico de Copérnico en contra
del sistema tolemaico, estableciendo el movimiento de la Tierra. La frase que la tradición le
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atribuye: “¡Y sin embargo se mueve!”, se ha hecho popular y refleja la perplejidad que
provoca la contradicción entre las ideas establecidas y el conocimiento experimental. No
menos importante fue su contribución a la Física moderna que se fundamentó en sus
principios de relatividad, conservación y composición del movimiento; también intuyó la
posibilidad de existencia del vacío.
Galileo Galilei
Kepler, Johannes (Alemania, 1571-1630). En Tubinga fue alumno de Maestliu, que
era un ardiente defensor de la teoría copernicana. En Praga es alumno y asistente de Tycho
Brahe (Dinamarca, 1546-1601) al cual sucede como astrónomo imperial (1601). En 1627
publica unas tablas planetarias cuya elaboración fue facilitada por el descubrimiento de los
logaritmos por Neper, John (Escocia, 1550-1617). Las tres leyes de Kepler que establecen la
elipticidad de las órbitas planetarias, la constancia de las áreas barridas por los radios vectores
en tiempos iguales y la proporcionalidad entre los cuadrados de los períodos de las órbitas de
los planetas y los cubos de los semiejes mayores de la elipse que describen, abren el camino
que permitiría a Newton proponer la ley de la gravitación universal.
Johannes Kepler
Gellibrand, Henry (Inglaterra, 1597-1636), estudia las variaciones de la declinación
magnética. Declinación magnética: ángulo que forma el meridiano magnético con el
geográfico en un punto de la superficie terrestre, con el tiempo y observa el lento cambio del
campo magnético conocido como variación secular. A finales del siglo XVII, Halley, Edmond
(Gran Bretaña, 1656-1752) publicará los primeros mapas magnéticos (1698-1700).
Descartes, René (Francia, 1596-1650). Descartes es más matemático y filósofo que
científico pero es el padre del pensamiento moderno cuyas principales características son el
carácter analítico de la investigación, la necesidad de un punto de partida metódico, la
conexión de la intuición o evidencia directa y el encadenamiento deductivo en el desarrollo
del método y, finalmente, el incipiente planteamiento de una teoría del conocimiento basada
en la radical separación del sujeto y del objeto: desde el sujeto cuya esencia es pensar se
impone la recuperación del mundo sensible como verdad. El método cartesiano es la antítesis
del de Bacon, Francis (Inglaterra, 1561-1626) padre del método inductivo. Para Bacon, el
objeto de la ciencia no consiste en encontrar las verdades metafísicas abstractas acerca de la
naturaleza de las cosas sino en mejorar las condiciones de vida de los hombres aumentando su
poder sobre la naturaleza y el método para conseguirlo era la mera acumulación de datos
Francisco García García
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empíricos. Tanto Bacon como Descartes, además de Galileo, ejercerían una fuerte influencia
en el desarrollo de la ciencia experimental.
René Descartes
Picard, Jean (Francia, 1620-1682). Entre 1669 y 1670 efectúa la medida del arco de
meridiano comprendido entre Soundon, al Sur de Amiens y Malvoisine, al Sur de París. Esta
medida proporciona un valor muy exacto del radio de la Tierra y da lugar a la primera
confirmación de las teorías de Newton sobre la atracción Universal.
Huygens, Christian (Holanda, 1629-1695), creció en un ambiente científico y destacó
por sus dotes de matemático. Tras haber publicado sus obras de geometría, se orientó hacia la
Física e inventó el reloj que lleva su nombre. En Astronomía inventó el ocular negativo de los
anteojos, muy superior al ocular positivo de Kepler. Esta mejora le permitió descubrir el anillo
de Saturno y su primer satélite (1655), la rotación de Marte, las manchas oscuras de Júpiter y
la nebulosa de Orión (1656). Fue el primero en indicar que las estrellas son otros soles,
enormemente alejados y acompañados, sin duda, de planetas. Con todo, sus aportaciones más
importantes se produjeron en el campo de la Física; particularmente en Mecánica y Óptica.
Adopta la hipótesis ondulatoria para la luz y hace de ella una verdadera teoría física.
Newton, Isaac (Inglaterra, 1642-1727). La obra de Newton proporciona los
fundamentos básicos y fija los métodos de la ciencia moderna cuyas características más
importantes son la observación como fuente de conocimiento, la necesidad del uso del
lenguaje y de los métodos matemáticos en la interpretación y elaboración de los datos
observacionales mediante leyes y modelos y finalmente, la experimentación como campo de
verificación, crisol de prueba, de perfeccionamiento y de superación de las teorías y modelos
físicos. En 1687 publica su obra fundamental Principios Matemáticos de Filosofía Natural en
la que desarrolla la teoría de la gravitación universal y expone las leyes del choque. Estudia
los movimientos de los fluidos, da la teoría de las mareas y efectúa una determinación de la
constante a partir del período del movimiento lunar. El estudio de la Tierra como un líquido
en equilibrio hidrostático con la fuerza de la gravedad y rotación predice el achatamiento por
los polos de la esfera terrestre. A la misma conclusión llegó Huygens. Newton fue
contemporáneo de Leibnitz, Gottfried Wilhelm (Alemania, 1646-1716).
Isaac Newton
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1675: Fundación del Observatorio de Greenwich.
Durante los siglos XVII y XVIII un gran número de físicos y matemáticos desarrollan
los estudios teóricos y el aparato matemático necesario para tratar la complejidad creciente de
los problemas que la ciencia abordaba y sigue abordando. Menciono algunos nombres:
Taylor, Brook (Gran Bretaña, 1685-1731), Euler, Leonard (Suiza, 1707-1783), Lagrange,
Conde Louis de (Francia, 1736-1813), Bessell, Friedrick (Alemania, 1748-1813), Laplace,
Pierre Simon Marqués de (Francia, 1749-1827), Legendre, A. M. (Francia, 1752-1833),
Fourier, Barón Joseph (Francia, 1768-1830), Faraday, Michael (Gran Bretaña, 1791-1867)
y su alumno Maxwell, James Clerk (Escocia, 1831-1879).
1.1.3.- Preludio y desarrollo de la Geofísica: siglos XVIII al XXI
Los Cassini (Francia, siglos XVII-XIX) son una familia de astrónomos y geodestas. El
rey Luis XIV confía la dirección del observatorio de París, fundado en 1672 a Jean Dominique
(Cassini I, 1625-1712). Su hijo Jackes (Cassini II, 1677-1756) realizó investigaciones relativas
a la forma de la Tierra. Cesar Francois (Cassini III, 1714-1784) hijo de Jackes, fue director del
mismo Observatorio de París y trabajó en la verificación del meridiano de París. Las
investigaciones de los Cassini daban un resultado contradictorio con las previsiones teóricas
sobre el achatamiento de los polos, considerando este achatamiento en el Ecuador. Para
dilucidar este conflicto, la academia de ciencias organizará dos expediciones para medir el
arco de meridiano cerca del ecuador y cerca del polo norte. Para dilucidar la cuestión de la
forma de la Tierra que enfrentaba a la teoría de Newton y a la de Cassini, la Academia
Francesa de Ciencias promovió una expedición a Laponia (1736-1737, Maupertuis,
Claireaut, . . . ) para efectuar la medición de un arco de meridiano. Y otra a Perú dirigida por
Condamine (Godin, Bouguer y los españoles Jorge Juan y Ulloa).
Libro de Jorge Juan y Antonio Ulloa sobre la figura y magnitud de la Tierra
A esta segunda expedición, la Corona española, en cuyos territorios ultramarinos se
iban a efectuar los trabajos, designó a dos jóvenes de la Marina Jorge Juan (primer geodesta
valenciano) y Antonio de Ulloa. A su vuelta, le propusieron al Marqués de Ensenada,
ministro de Fernando VI, la elaboración de una red geodésica de España, para seguir con el
método que se estaba llevando en Francia. Bouguer aprovecha esta ocasión para medir la
desviación de la vertical. Los resultados de esta expedición confirmaron las conclusiones de
Newton. Al respecto de esto dijo Voltaire sobre Maupertuis “Il avait aplati la Terre et les
Cassini“.
Francisco García García
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Bouguer, Pierre (Francia, 1698-1758). En 1735 dirige la expedición al ecuador y en
compañía de Godin, Louis (Francia, 1704-1760) y La Condomine, va a Perú para estudiar la
forma de la Tierra. Realiza medidas de la gravedad en Quito a 4000 m de altura y en la isla del
Inca a nivel del mar y calcula la atracción debida a una capa de material de corteza terrestre
equivalente a la diferencia de altitud entre ambas localidades. Este cálculo constituye la base
de la conocida corrección de Bouguer. En 1749 publica su obra Figure de la Terre.
Maupertuis, Pierre Louis Moreau de (Francia, 1698-1759). Amigo personal de la
familia Bernouilli. En 1736 dirige la expedición a Laponia, en la latitud 66o para medir la
longitud de un grado de arco de meridiano, con el fin de resolver el litigio de las diversas
teorías sobre la forma de la Tierra y su achatamiento. Los resultados obtenidos por Bouguer en
el ecuador y por Maupertuis en el polo confirmaron el achatamiento por los polos dando un
valor de e 1
2168. para la excentricidad de la Tierra.
Celsius, Anders (Suecia, 1701-1744) participa en la expedición francesa para medir
el grado de meridiano en las regiones polares. Construye el observatorio de Uppsala. En 1740
observa la variación diurna de la declinación magnética y las perturbaciones producidas por
las auroras boreales. Las variaciones rápidas del campo magnético ya habían sido observadas
por Graham, George (Gran Bretaña, 1673-1751) en 1722 en Londres.
Wilcke, Johan Carl (Suecia, 1732-1796). En 1758 descubre la polarización de los
dieléctricos. En 1776 observa que los rayos de las auroras son paralelos a las líneas de fuerza
del campo magnético terrestre. A él se debe el primer mapa de la inclinación magnética.
Inclinación magnética: ángulo formado por la dirección del campo magnético terrestre con el
plano horizontal en un punto cualquiera de la Tierra.
Clairaut, Alex (Francia, 1713-1765)., astrónomo y matemático francés. Miembro de
la Academia de Ciencias francesa, participó en la expedición a Laponia (1736), dirigida por
Maupertuis, para la determinación de los grados del meridiano terrestre. Sus trabajos sobre
fluidos le convirtieron en un acérrimo defensor del achatamiento del globo terráqueo por los
polos. En 1758 calculó el regreso del cometa Halley con un error inferior a 30 días. Autor de
la obra Teoría de la Figura de la Tierra en la que se trata del equilibrio de fluidos, establece
los principios que permiten determinar la figura de la Tierra a partir de la observación de la
variación de la gravedad con la latitud.
1755: El Terremoto de Lisboa. El 1 de Noviembre sucede frente a las costas del cabo
San Vicente un sismo que genera un gran tsunami afectando a Lisboa. Se calculan 70000 las
muertes debidas al suceso solo en Lisboa. Este terremoto es importante por la gran discusión
científica que provoca. Suele establecerse esta fecha como el inicio de la Sismología como
ciencia.
Cavendish, Henry (Gran Bretaña, 1713-1810). En 1791, con ayuda de la balanza de
torsión efectúa la primera medida directa de la Constante de la Gravitación universal y deduce
la densidad media de la Tierra. Halla un valor de 6. 754·10-11
Nm2kg
-2 frente al de 6. 673·10
-11
Nm2kg
-2 que se usa actualmente.
Coulomb, Charles de (Francia, 1736-1806). En 1777 sale su primera publicación:
Investigaciones sobre la mejor manera de fabricar agujas imantadas, que contiene el germen
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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de sus múltiples trabajos. En siete memorias posteriores establece las bases teóricas y
experimentales del magnetismo y de la electrostática. En 1789, al estudiar la acción del campo
magnético sobre la aguja imantada introduce la noción de momento magnético. Desarrolló la
teoría de la polarización. Cavendish y Coulomb son considerados los creadores de la
electrostática cuantitativa aunque la relación de las investigaciones del primero no es hallada y
publicadas hasta 1879 por Maxwell.
Öersted, Hans Christian (Dinamarca, 1777-1851). En 1820 descubre el
Electromagnetismo en su célebre experimento en el que una aguja imantada se desvía al paso
de una corriente eléctrica.
Gauss, Karl Friedrich (Alemania, 1777-1855). Astrónomo, geodesta y matemático,
director del observatorio de Gottinga, diseñó, calculó y compensó por mínimos cuadrados la
red geodésica de Hannover en 1821 y dio las bases de la geometría diferencial de uso obligado
en Geodesia geométrica y dinámica. Así mismo estableció el fundamento teórico de la
Geodesia, al definir la superficie matemática de la Tierra, que posteriormente Listing llamó
geoide. Introdujo la teoría intrínseca de superficies, de fundamental importancia en geodesia
geométrica y cartografía. Casi al mismo tiempo que Legendre, Adrien Marie (Francia, 1752-
1833) desarrolla el método de los mínimos cuadrados y la teoría de errores. Establece la teoría
general de la electricidad y del magnetismo inventando el magnetómetro. En 1839 publica su
Teoría General del Magnetismo Terrestre que constituye un hito en la historia del
Geomagnetismo. Particularmente conocido es el teorema de su nombre sobre la expresión del
flujo a través de una superficie cerrada situada en un campo vectorial.
Karl F. Gauss
Poisson, Denis (Francia, 1781-1840). Discípulo de Laplace, su Memoria sobre la
teoría del magnetismo (1824), es una importante contribución a la teoría general del potencial
y su aplicación al campo magnético. Se le considera fundador de la Física Matemática y
aportó una importante contribución a la teoría de la elasticidad.
Navier, Henri (Francia, 1785-1836). Discípulo y amigo de Fourier, elabora la primera
teoría general de la elasticidad. Fue también contemporáneo de Lamé (Francia, 1795-1870).
Green, George (Gran Bretaña, 1793-1841). En 1828, publica el Ensayo sobre la
aplicación del análisis matemático a la electricidad y el magnetismo. Él es el responsable de
la introducción de la palabra “potencial”.
Humbolt, Alexander von (Alemania, 1769-1859). Naturalista y geógrafo alemán. Se
le considera el fundador de la geografía física y de la geobotánica. Sus múltiples viajes
inauguran la era de las exploraciones científicas modernas. En 1798 estudió la Meseta Central
de la península Ibérica y las islas Canarias. De 1799 a 1804 realizó un viaje por gran parte de
América, en compañía del botánico A. Bonpland, durante el cual llevó a cabo numerosas
Francisco García García
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observaciones y experimentos de ciencias naturales. En 1827 dirigió una expedición a Asia
Central. Con sus viajes inició la era moderna de las expediciones científicas. Autor de
Impresiones de la naturaleza, Viaje a las regiones equinocciales del Nuevo Continente (30
volúmenes), Climatología comparada y Cosmos (5 volúmenes).
Alexander von Humbolt
Sabine, Sir Edward (Gran Bretaña, 1788-1883), organizó el establecimiento de un
gran número de observatorios magnéticos en las colonias británicas. En 1852 muestra la
relación existente entre el campo magnético externo de la Tierra y los cambios en la superficie
del Sol, es decir, entre las tormentas magnéticas y las manchas solares.
Pratt, John Enry (Gran Bretaña, 1809-1871). En 1838 se desplaza a Calcuta para
ocuparse de la geodesia y en 1855 presenta en la Real Sociedad de Londres sus observaciones
sobre las desviaciones de la vertical anormalmente débiles generadas por el Himalaya. Cuatro
años más tarde presenta su teoría de la compensación gravimétrica por cambios de densidad
en una corteza de espesor homogéneo. Esta explicación será presentada como alternativa a la
hipótesis de Airy.
Airy, Sir Georges Bidell (Gran Bretaña, 1801-1892). Director del observatorio de
Greenwich entre 1835 y 1886. En 1855 presenta una explicación al problema de Pratt con la
hipótesis de la existencia de las raíces en las montañas que hacen que la base de la corteza de
densidad inferior profundice en el interior del manto.
Stokes, Sir George Gabriel (Gran Bretaña, 1819-1903). En 1849 establece su teorema
según el cual la circulación de un campo vectorial a lo largo de una curva cerrada es igual al
flujo del rotacional del campo a través de una superficie cualquiera que admita dicha curva
como contorno.
Dutton, Clarence Edward (Estados Unidos, 1841-1912), estudia en Yale y trabaja en
el Servicio Geológico de los Estados Unidos de América. A él se debe el término de
“Isostasia” (1889), entendido como el principio según el cual, la corteza terrestre tiende a un
equilibrio gravitatorio de forma que la capa menos densa se comporta como si flotara sobre el
manto más denso. También fue un estudioso del vulcanismo.
Steward, Balfour (Gran Bretaña, 1828-1887), atribuye las variaciones diurnas del
campo magnético terrestre a las corrientes eléctricas que fluyen en la alta atmósfera al
ionozarse el aire por la acción solar. Estas variaciones son importantes y pueden alcanzar el
50% en intensidad cuando el número de manchas solares en la superficie del Sol es máximo.
Eötvös, Roland Barón de (Hungría, 1848-1919), fundó el Instituto Geofísico de
Hungría. Empleó el péndulo de torsión para efectuar medidas gravimétricas y en el periodo
entre 1890 y 1892 perfeccionó la balanza de torsión que lleva su nombre. Los aparatos tipo
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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Eötvös permiten medir pequeños cambios en el gradiente y curvatura de las superficies
equipotenciales del campo gravitatorio terrestre.
Hertz, Heinrich (Alemania, 1857-1894). En 1887 genera ondas electromagnéticas y
prueba que tienen todas las propiedades de la luz. Sus investigaciones confirman la teoría
electromagnética de la luz de Maxwell.
Rayleigh, John William Strutt, 3er
Barón (Gran Bretaña, 1842-1919). Lord Rayleigh
es autor de notables trabajos en todas las ramas de la Física. Estudió las ondas estacionarias en
la superficie de los líquidos. En 1904 le fue concedido el premio Nobel de Física.
Kennelly, Arthur Edwing (Estados Unidos, 1861-1939). Los resultados obtenidos
por Marconi en 1901 en sus ensayos de transmisión transatlántica de señales radio-eléctricas,
le llevó a afirmar la existencia de una capa conductora en la alta atmósfera que, en virtud de
su conductividad eléctrica, refleja las ondas hertzianas. Esta capa, postulada también por
Heaviside, Oliver (Gran Bretaña, 1850-1925) tomó el nombre de Kennelly-Heaviside antes de
ser denominada ionosfera.
1862: Mitteleuropäische Gradmessung “Asociación Centroeuropea de Geodesia”:
fundada en Berlín por el General J. J. Baeyer (1794-1885). Más tarde cambió su
denominación por Europäische Gradmessung (1867) y, finalmente, por Internacionale
Erdmessung “Asociación Internacional de Geodesia” (1887).
Love, Augustus Edward Hough (Gran Bretaña, 1863-1940). Entre 1892 y 1893
publica su Tratado de teoría matemática y de elasticidad, que es una obra clásica con los
mejores estudios sobre el tema. Estudió numerosos problemas de Geofísica cuyos resultados
reunió en su obra: Algunos problemas de Geodinámica.
Vening-Meinesz, Félix A. (Holanda, 1887-1966). La expresión integral de Stokes
permite determinar las desviaciones del geoide con respecto al elipsoide de referencia a partir
de las anomalías gravimétricas observadas sobre la superficie de la Tierra. En teoría el
problema queda resuelto conociendo los valores de estas anomalías. En la práctica más de las
dos terceras partes de la superficie terrestre se hallan cubiertas de agua. En 1920 desarrolla un
ingenioso aparato tripendular que opera en un submarino sumergido y que utiliza en 1923 para
efectuar medidas de gravedad en el mar. Desde 1933 hasta 1946 preside la Asociación
Internacional de Geodesia y Geofísica, IUGG, fundada en 1919. Junto con Heiskanen, W.
A. publica en 1958 su libro La Tierra y su campo gravitatorio.
1882-1883: Se declara el Primer Año Polar Internacional, con la participación de
once países.
Appelton, Sir Edward Víctor (Gran Bretaña, 1892-1965). En 1924 descubre una
segunda capa ionosférica. En éste y en otros trabajos establece la estructura estratificada de las
capas E, F1 y F2 de la ionosfera. Fue premio Nobel de Física en 1947.
1898: Primera Cátedra de Geofísica en la Universidad de Göttingen, Alemania,
ocupada por Emil Wiechert.
Francisco García García
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A finales del siglo XIX, la revolución industrial con sus necesidades energéticas
(carbón, petróleo. . . ) y de metales, revoluciona y transforma las técnicas de prospección
geofísica: éstas se fundamentarán, principalmente, en la gravedad, el magnetismo, la
electricidad, la radioactividad y la prospección sísmica. Y es en los siglos XX y XXI que el
desarrollo científico-técnico permite y consolida una enorme ramificación de los diferentes
campos de la Geofísica.
Esta la diversificación, amplitud y profundidad de los campos de investigación
acometidos en estos dos siglos hacen difícil seguir el hilo de su desarrollo de la Geofísica sin
ceñirse a alguna de sus parcelas. Por tanto, recojo en este apartado algunos apuntes sobre la
historia de una disciplina geofísica muy vinculada a la Ingeniería Cartográfica: la
Gravimetría. La Gravimetría es la rama de la Geofísica que incorpora la definición del
geoide, como la superficie más importante de referencia para la determinación de altitudes,
aporta diversos aspectos importantes para la Geodesia, Cartografía y Topografía.
Siguiendo el esquema cronológico anterior, realizo un breve recorrido significando
contribuciones y sucesos que permitan constituir un marco al que incorporar el desarrollo
histórico de la Gravimetría. También cito otros sucesos aparentemente marginales y/o sin
relación manifiestamente directa con la Ciencia pero constituyen potentes herramientas que
contribuyeron en su momento a su desarrollo científico dentro del contexto social, político y
económico de la Humanidad en los siglos XX y XXI.
1.1.3.1. - Apuntes históricos de la Gravimetría en los siglos XX y XXI
PRIMERA MITAD DEL SIGLO XX: Desarrollo de balanzas de torsión y de
gravímetros, así como de levantamientos gravimétricos regionales con propósitos
geofísicos.
Sistema de Gravedad de Viena (1900).
Fórmula de gravedad normal de Helmert (1901).
Se comienza utilizar la balanza de torsión desarrollada por R. von Eötvös (1896)
para observaciones en campo (1908).
J. F. Hayford: trabajos sobre el modelo de Pratt de isostasia y sobre el elipsoide
terrestre (1909).
Sistema de Gravedad de Potsdam (1909).
M. P. Rudzki publica Physik der Erde (1911).
A. Wegener: Teoría de la deriva continental (1912).
W. Schweydar es el primero en estudiar las mareas terrestres debidas a los efectos
gravitacionales de la luna y el sol mediante gravímetros bifilares (1914).
Comienza la Primera Guerra Mundial (1914).
W. Bowie: investigaciones sobre isostasia (1917).
Finaliza la Primera Guerra Mundial (1918).
W. Schweydar: primeras mediciones con balanza de torsión en domos salinos en
el norte de Alemania (1918).
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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Se hace extensivo el uso de balanzas de torsión en la prospección petrolífera.
Se crea la Unión Internacional de Geodesia y Geofísica, IUGG (1919).
A principios de los años 20 se incrementan las mediciones con péndulo relativo
gracias a la instrumentación de Sterneck.
F. A. Vening-Meinesz realiza las primeras observaciones en océanos sobre
plataformas móviles (1921).
C. Maurain publica Physique du Globe (1923).
W. H. Heiskanen: investigaciones sobre el modelo de Airy de isostasia (1924).
Aparece la primera edición del libro de H. Jeffreys The Earth, its origen, history
and physical constitution (1924).
Domo salino de Nash (Tejas, EE.UU.): primer campo petrolífero descubierto con
métodos geofísicos (1924).
Hasta finales de esta década fueron descubiertos 16 domos salinos por medio de
exploraciones con balanzas de torsión que dieron como resultado el
descubrimiento de hidrocarburos.
Los datos del elipsoide obtenidos por J. F. Hayford en 1909 fueron adoptados para
el Elipsoide Internacional de Referencia por la Asociación Internacional de
Geodesia (IAG) en 1924.
W. H. Heiskanen: determinación de fórmulas de gravedad normal a partir de datos
gravimétricos, incluyendo elipsoides triaxiales (1924).
Ambronn edita el libro Methoden der angewandte Geophysik (1926).
J. García-Siñeriz publica el libro Los métodos geofísicos de prospección, en el
Instituto Geológico y Minero de España (1928).
B. G. Gutenberg edita Lehrbuch der Geophysik (1929).
Finaliza la década de los años 20 con la gran crisis económica.
B. G. Gutenberg comienza a publicar en 1930 la serie de nueve volúmenes del
Handbuch der Geophysik, apareciendo el último volumen en 1939. En esta serie
colaboran geofísicos más destacados de su tiempo.
F. A. Vening-Meinesz: investigaciones sobre isostasia (1931).
H. Jeffreys propone la determinación del geoide gravimétrico (1931).
Comienzan a fabricarse los primeros modelos de gravímetros estáticos o de resorte
elástico: F. Holweck y P. Lejay (1930); O. H. Truman (1930); A. Schuleusener
(1934).
Se declara el Segundo Año Polar Internacional, con la participación de 22
naciones (1932-1933).
R. A. Hirvonen realiza el primer cálculo del geoide a partir de valores
gravimétricos (1934).
Howard A. Aiken construye en Harvard el primer ordenador: el Mark I (1937).
A. Guillet propone la idea del método de caída libre para mediciones
Francisco García García
14
gravimétricas (1938).
Aparecen gravímetros basados en la astatización: A. Graf (1938); A. Hoyt (1938);
L. J. B. LaCoste (1939).
En la prospección petrolífera el empleo de gravímetros estáticos desplaza casi
totalmente a las balanzas de torsión.
Finaliza la década de los 30 con el mundo inmerso en la Segunda Guerra Mundial.
La cantidad de observaciones gravimétricas se incrementa considerablemente: N.
F. Shuravlev dispone de más de 10000 valores (1940).
Comienzan a formularse los fundamentos teóricos de la gravimetría aplicada: L.
L. Nettlenton (1940); S. Hammer (1945).
L. L. Nettlenton edita el libro Geophysical Prospecting for Oil (1940).
Desde 1940 se utilizan gravímetros submarinos posicionados en el fondo marino
para el estudio de las plataformas continentales.
Finaliza la Segunda Guerra Mundial (1945).
Ch. Volet realiza la primera medición por el método de caída libre con una
precisión de 1 mGal (1946).
Se evalúan los datos gravimétricos observados a nivel mundial, encontrándose
discrepancias y su distribución bastante heterogénea: C. Morelli (1946); R. A.
Hirvonen (1948).
S. P. Worden desarrolla el gravímetro con muelle de cuarzo (1948).
En 1948 G. P. Woollard acomete la realización de una red mundial gravimétrica
de referencia, utilizando el instrumento pendular Gulf y gravímetros Worden,
finalizándola en 1960.
En la década de los años 40 se consolidan la primera generación de ordenadores.
SEGUNDA MITAD DEL SIGLO XX Y PRIMERA DÉCADA SIGLO XXI:
Desarrollo de instrumentos de caída libre para las mediciones absolutas; mediciones
en plataformas móviles transportados, aerotransportados y en satélites; gravímetro
superconductivo; y realización de levantamientos gravimétricos de alta precisión con
fines geodésicos, geofísicos y geodinámicos.
G. P. Woollard demuestra la validez de los gravímetros de resorte, usando un
gravímetro tipo Worden, para medir grandes diferencias de gravedad (1950).
Desde el comienzo de los años 50 empiezan a renovarse las redes gravimétricas
nacionales.
M. B. Dobrin edita el libro Introduction to Geophysical Prospecting (1952).
1957 se declara Año Geofísico Internacional, IGY.
A partir de 1957 se generaliza la utilización de gravímetros marinos, quedando
obsoletas las mediciones pendulares en los submarinos: A. Graf (1957); L. J. B.
LaCoste (1959).
W. A. Heiskanen tiene a su disposición unos 170000 valores de gravedad (1957).
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
15
La entonces Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas lanza el primer satélite
artificial: el Sputnik I, inaugurando la era espacial (4 de octubre de 1957).
Los Estados Unidos de América inician la carrera espacial lanzando su Explorer I
(31 de enero de 1958).
A partir de los comienzos de 1958 el análisis orbital de los satélites artificiales
proporcionan información de las componentes de longitud de onda larga del
campo gravífico terrestre.
Se realizan las primeras mediciones con gravímetros aeroportados, en aviones
(1959).
Se desarrolla la segunda generación de ordenadores con un aumento de su
capacidad y de su velocidad de cálculo.
El comienzo de los años 60 se experimenta un importante desarrollo de los
ordenadores, se aumentan las posibilidades de modelización de la distribución de
las masas terrestres respecto a los datos gravimétricos observados (problema
inverso).
A partir de 1960 es posible reobservar con gravímetros más modernos en diversas
regiones del planeta: determinación de variaciones locales de gravedad
(geodinámica, ingeniería).
Teoría de expansión del suelo oceánico: R. S. Dietz (1961); H. H. Hess (1962).
Z. Fajklewicz introduce el concepto de la microgravimetría (1963).
Comienzan a utilizarse gravímetros en sondeos.
Basándose en el principio de del interferómetro de Michelson se obtienen
precisiones de 0. 1 ms-1 para una región: A. Sakuma (1963); J. E. Faller
(1963).
F. S. Grant y G. F. West publican el libro Interpretation Theory in Applied
Geophysics (1965).
A. H. Cook realiza mediciones gravimétricas con el método de ascenso y caída
libre, experimento simétrico (1965).
Teoría de la tectónica de placas: D. P. McKenzie y R. L. Parker (1967); W. J.
Morgan (1968).
Se empiezan a desarrollar los gravímetros superconductivos: W. A. Jr. Prothero y
J. M. Goodkind (1968).
Primeras mediciones gravimétricas en la Luna: Apolo 11 (1969).
Se desarrollan los ordenadores de la tercera generación con la integración de sus
componentes electrónicos.
Desde la década de los años 70 hasta la actualidad el fin de las mediciones
absolutas por medio de péndulos.
Importante desarrollo tecnológico y metrológico tanto en los gravímetros
absolutos como relativos.
Francisco García García
16
A partir de 1970 son operativos gravímetros absolutos transportables.
Desde los 70 LaCoste-Romberg empieza a fabricar gravímetros con precisión de
varios microgales: microgravímetros.
La Asociación Internacional de Geodesia (IAG) propone un nuevo sistema de
referencia: IGSN 71 (International Gravimetry Standartdization Net 1971), por lo
que el Sistema de Gravedad de Potsdam deja de ser válido en 1971.
Se realizan las redes fundamentales gravimétricas nacionales enlazadas con
IGSN71.
Se va mejorando y actualizando la IGSN71 con observaciones con gravímetros
absolutos y relativos.
Se desarrolla a partir de la década de los 80 los gradiómetros superconductores. A
partir de los 90 se utilizan en los satélites artificiales.
U. S. Defense Mapping Agency cuenta con más de 11 millones de valores de
gravedad observados.
Desde 1986 se vienen realizando experimentos con balanzas de torsión en
aviones.
Registro digital de datos en campo: Super G.
Se progresa en el estudio de variaciones temporales de la gravedad,
estableciéndose redes de alta precisión, fundamentalmente con gravímetros
LaCoste-Romberg, y con gravímetros superconductivos se obtiene un orden de
magnitud más.
Gravímetros absolutos portátiles: JILAG-5 y A-10 en redes nacionales e
internacionales gravimétricas de grado 0.
Desarrollo de modelos del geoide globales y locales de precisión.
2. – CONCEPTO DE GEOFÍSICA
Como hemos visto la Geofísica como tal nace a finales del siglo XIX a partir de la
aplicación del conocimiento y método físico al estudio de los fenómenos terrestres.
Es una necesidad económica debido a la revolución industrial de finales del siglo XIX
con sus exigencias energéticas (carbón, petróleo…) y de metales, la que revoluciona la
Geofísica, originando las técnicas de Prospección Geofísica, fundamentándose,
principalmente, en la gravedad, el magnetismo, la electricidad, la radioactividad y la
prospección sísmica.
La palabra Geofísica en su acepción actual no aparece hasta mediados del siglo
pasado: Adolph Mürhry la utiliza explícitamente en 1863 en su libro Beitraege zur Geophysik
und Klimatographie (Artículos sobre Geofísica y Climatología).
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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En la última década del siglo XIX, en 1893, aparece la primera revista especializada
creada por G. Gerland, Beitraäge zur Geophysik.
Uno de los primeros textos de Geofísica es el de S. Günther (1887) Handbuch der
Geophysik (Manual de Geofísica), obra de dos volúmenes en los que se hallan gran parte de
los temas que hoy consideramos como parte de la Geofísica: fundamentos de Geodesia,
Gravimetría, Sismología, Flujo Térmico, Vulcanismo, constitución del interior de la Tierra,
Geomagnetismo y Auroras. En el prólogo de la obra destaca el significado de la Geofísica en
relación con otras ciencias de la Tierra como la Geografía o la Geología y señala su carácter
físico como una de las peculiaridades que le diferencian de las mismas.
Sin embargo, la diferencia entre Geofísica y Geología aparece tan clara en otros textos
como por ejemplo en la obra monumental de 3 volúmenes que con el título Das Antlitz der
Erde (La faz de la Tierra), que E. Suess publicó entre 1883 y 1901, y en la que sintetizó todos
los conocimientos geológicos de su tiempo tocando temas de ambas ciencias de forma
indistinta.
Hacia finales del siglo XIX, por una parte la Física ve como se diversifican y crecen
sus campos de investigación y pierde su interés directo por la Tierra; por otra parte, los
métodos y técnicas de la Física son extraños a la Geología y a la Geografía.
Esta situación, generada por la necesidad de agrupar en una sola ciencia los aspectos
físicomatemáticos de los fenómenos relacionados con la Tierra, produce el nacimiento de una
ciencia separada con un nombre y un contenido específicos: la Geofísica.
2. 1. - La palabra “Geofísica”
Geofísica es una palabra cuya raíz etimológica está compuesta de dos palabras
procedentes del griego: geoque significa Tierra, y Físicacuyo significado es Naturaleza. La
primera utilización explícitamente de este término, como hemos visto anteriormente, fue en
1863 por Adolph Mürhry.
Con anterioridad a la utilización del término Geofísica se fueron utilizando otros
nombres que designaban los contenidos de esta disciplina. En el siglo XVII, J Zhann y A.
Kircher emplearon el término Geoscópica. En 1755, A. G. Wener utiliza el nombre de
Geognosia. Alejandro von Humbolt empleó el término Geografía Física y Frank Neumann el
de Física de la Tierra.
En Francia, a finales del siglo XVIII y principios del XIX, De la Metherie utilizó el
término Teoría de la Tierra y Saigey el de Física del Globo (este último se sigue utilizando
actualmente). En 1838, el profesor de la Universidad de Cambridge W. Hopkins designa con
el término Geología Física la ciencia que trata los aspectos físicomatemáticos de la Geología.
En 1871, Georg von Neumayer define la Geofísica como el conocimiento de las
relaciones físicas de la Tierra.
En 1880, el profesor de Geografía de Könisberg (actualmente Kaliningrado) define la
Geofísica como la disciplina de las ciencias de la Tierra que trata el estudio de la actividad de
las fuerzas físicas responsables del origen, evolución y estructura de la Tierra. Él considera
Francisco García García
18
que la Geofísica llena un espacio vacío existente en las ciencias de la Tierra que entonces
constituían la Geografía y la Geología.
Así pues, una primera aproximación al significado de la palabra Geofísica se refiere al
conjunto de conocimientos, técnicas y métodos pertenecientes o relativos a la Física de la
Tierra. Es por tanto, una rama de la Física y como tal se ocupa del estudio y de la
determinación de las fuerzas que provocan las modificaciones de la Tierra y se fundamenta en
el principio de que la anomalía en una región, supuestamente homogénea, se traduce en una
perturbación en las propiedades cuyas manifestaciones se observan.
Considero que una de las definiciones más apropiadas de la Geofísica es la ciencia que
estudia el conjunto de fenómenos físicos que tienen lugar en el Globo Terrestre, considerado
que está compuesto de la Tierra sólida, los mares y océanos o hidrosfera y su envoltura
exterior próxima.
2. 2. - El Objeto de la Geofísica
La Geofísica aplica el conocimiento y el método de la Física al estudio de los
fenómenos físicos de los que el Globo Terrestre es asiento y en una primera aproximación
puede ser dividida en dos partes fundamentales que son:
El estudio de los fenómenos que conciernen al interior de la superficie terrestre: la
Oceanografía, que tiene por objeto el estudio de mares y océanos; la Gravimetría, que
estudia el campo gravitatorio; la Geotermia, que se ocupa de los fenómenos de calor y
temperatura de la Tierra; el Magnetismo interno; la Sismología; la Vulcanología; las
corrientes telúricas; la Geodinámica; la Tectonofísica (lo que se denomina Geofísica
Pura o Geofísica Global); y, finalmente, la Geofísica Aplicada que trata de la
prospección y a la obtención de recursos naturales y de las aplicaciones en la
Ingeniería, denominada sencillamente Prospección Geofísica.
Estudio de los fenómenos que conciernen al exterior próximo de la Tierra y que
incluye la Meteorología, el estudio de la Ionosfera, el Magnetismo Externo, la
Electricidad, la Óptica Atmosférica y el estudio de las relaciones entre los fenómenos
solares y terrestres.
En realidad, el desarrollo del conocimiento científico y la ampliación de los campos de
observación originan que muchas ramas que pertenecen al objeto de la Geofísica se
consoliden como ciencias independientes. Así podemos considerar que la “Física del Aire”
constituye una rama independiente que se ocupa del estudio de los fenómenos meteorológicos
y atmosféricos. En cambio, el acceso de la observación a otros planetas permite aplicar, por
analogía, los estudios y métodos geofísicos al estudio de otros planetas apareciendo así la
“Física del Interior de la Tierra y de los Planetas”.
2. 3. - División de la Geofísica
Es frecuente aplicar algún criterio racional a la clasificación de la Geofísica. Así,
atendiendo a la finalidad económica suele clasificarse la Geofísica en Pura y Aplicada,
siendo la Geofísica Aplicada o Prospección Geofísica aquella rama que se realizaría con
fines principalmente económicos e ingenieriles. No está claro por qué el mero interés
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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económico hace de una ciencia que sea pura o aplicada. Si se atiende a la zona de estudio
podemos considerar la Geofísica en interna y externa: la primera tendría como objeto los
fenómenos relacionados con la Tierra sólida, mientras que la segunda estudiaría los
fenómenos de los océanos, atmosféricos, campo magnético externo, medio interplanetario,
etc.
El desarrollo y crecimiento del conocimiento hace que broten nuevas ramas del saber
en el árbol de la ciencia. Éstas a su vez pueden tomar tal vigor que se constituyen en una
nueva disciplina científica. Considero que es desde esta perspectiva dinámica de crecimiento
desde la que hay que abordar la clasificación de la Geofísica.
Una de las primeras divisiones fue propuesta por B. G. Gutenberg en el libro
Lehrbuch der Geophysik (Libro para la enseñanza de la Geofísica), publicado en 1929, y que
comprendía las partes de Mecánica, Gravitación, Electricidad, Magnetismo, Óptica, Calor y
Composición de la Materia, reproduciendo los diferentes campos de la Física que se aplica a
la Tierra sólida, a los mares y a la atmósfera.
De hecho, las asociaciones geofísicas no adoptan una división única ni unánime
aunque sí que presentan rasgos comunes para sus distintas secciones. Así, la Unión
Internacional de Geodesia y Geofísica (IUGG) adopta la siguiente: Geodesia, Sismología y
Teoría del interior de la Tierra, Meteorología y Física de la atmósfera, Geomagnetismo y
Aeronomía, Ciencias Físicas de los océanos, Hidrología científica, Vulcanología y Química
del interior de la Tierra. La Unión Geofísica Americana (AGU) añade las secciones de
Paleomagnetismo, Tectonofísica, Planetología y Física Solar e Interplanetaria. La Sociedad
Geofísica Europea (EGS) estructura las diferentes partes de la Geofísica en las siguientes
secciones: Geofísica de la Tierra Sólida, Geodesia, Hidrología, Océanos y Atmósfera,
Ciencias del Espacio y de los Planetas, Geofísica No-Linear y Riesgos Naturales
2. 4. - Geofísica y otras ciencias
Hemos llegado a la conclusión que la Geofísica como tal nace a finales del siglo
pasado a partir de la aplicación del conocimiento y método físico al estudio de los fenómenos
terrestres. Esta ciencia se relaciona de forma natural y a veces difícil de delimitar con otras
ciencias que le son próximas y que a continuación describo brevemente:
2.4.1.- La Astronomía
La Astronomía es sin duda la ciencia más antigua y quizás puede ser considerada
madre de la Física. Tiene por objeto el estudio del universo que nos rodea (astros, planetas,
cometas, estrellas, meteoritos, materia interestelar, galaxias y materia intergaláctica) y trata de
determinar su constitución, su formación, sus posiciones relativas y las leyes que rigen su
movimiento y evolución. Podemos considerar cuatro ramas de la Astronomía: la Astronomía
descriptiva o Cosmografía, la Astrometría o estudio de la posición y movimiento de los astros,
la Astrofísica (teórica y experimental) y la Cosmogonía o el estudio del origen y la evolución
del universo.
El sistema solar, y en particular la Tierra, forma parte del campo de estudio de la
Astronomía y constituye el punto de contacto entre la Geofísica y la Astronomía. La
Cosmografía describe la Tierra como planeta del sistema solar: su forma, masa, dimensiones y
Francisco García García
20
densidad media, su constitución interna y los principales fenómenos observables como su
movimiento, la desigualdad de los días y las noches, la precesión de los equinoccios, las
estaciones, y el magnetismo terrestre. La Astrometría utiliza la Trigonometría Esférica y la
Mecánica Celeste para estudiar y predecir las posiciones y movimientos de los astros, y por
tanto también de la Tierra, en su interacción con el Sol, la Luna y los otros planetas. La
Astrofísica estudia los procesos de formación y evolución de las estrellas y sistemas celestes y
la Cosmogonía estudia la evolución del universo y por tanto, forma parte de su objeto el
estudio de la formación y evolución de la Tierra y del Sistema Solar.
2.4.2.- La Geografía
La Geografía es, como la Astronomía, una ciencia muy antigua y en un principio se
limitaba a descripciones topográficas regionales. La Geografía es la ciencia que tiene por
objeto el estudio de la superficie terrestre como plano de contacto en el que entra en relación
la endosfera y la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera.
La palabra “Geografía” aparece por primera vez en la obra sistemática de Eratóstenes
(III a.C.) que midió de forma notable el arco de meridiano entre Alejandría y Siena (hoy
Asuán) y realizó un mapa del mundo en coordenadas de latitud y longitud. Su obra fue
fundamental en el transcurso de los siglos siguientes hasta el final de la antigüedad en que
Ptolomeo construye un sistema cosmográfico y su Geografía que, aunque fue ignorada en
occidente durante muchos siglos, ejerció una influencia preponderante en el renacimiento de
la geografía a finales de la Edad Media.
La Geografía actual deriva de la de los griegos, pero a finales del siglo XVIII, se
fragmentó dando lugar a múltiples disciplinas que se refieren a las diferentes categorías de
hechos recogidos en las exploraciones y descubrimientos y que se relacionan con la Física del
Globo, las ciencias naturales y las ciencias humanas.
Así, la Geografía moderna tiene múltiples ramas entre las que citamos como ejemplos
la Geografía Física, la Geografía Biológica, la Geografía Humana, la Histórica y la Aplicada.
Claro está que la que tiene una relación importante con la Geofísica es la Geografía
Física que a su vez contiene la Geomorfología, la Climatología y la Hidrología terrestre y
marítima. La Geomorfología estudia el relieve terrestre y la Geomorfogénesis estudia los
procesos geológicos responsables de la elaboración de las formas del relieve terrestre. En la
Geomorfogénesis intervienen las fuerzas internas o tectónicas y las externas o erosivas así
como la interacción entre ellas.
Es necesario hacer, finalmente, una breve referencia sobre la Cartografía. La
Cartografía es el arte y técnica que tiene por objeto el levantamiento, la redacción y la
publicación de un mapa, con la ayuda de las ciencias geográficas y de sus afines.
La Cartografía es, por tanto, el medio de expresión de la Geografía y de ella se sirven
tanto la Geofísica como las ciencias de la Tierra en general para plasmar, comparar,
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
21
correlacionar y comunicar sus resultados en el marco de las referencias objetivas globales que
constituyen los mapas.
2.4.3.- La Geología
La Geología es una ciencia de la Tierra que tiene por objeto describir y explicar el
aspecto y disposición de la corteza terrestre así como su historia y evolución en el transcurso
de los tiempos.
La descripción de las erupciones volcánicas y los terremotos que hace Herodoto y los
escritos de Plinio haciendo revivir la erupción del Vesubio ponen de manifiesto el interés que
desde antiguo suscitaron los fenómenos naturales capaces de modificar la superficie de la
Tierra. Sin embargo, la Geología como ciencia no nace hasta finales del siglo XVIII con el
desarrollo de la utilización de la hulla y del mineral de hierro. Diversos trabajos como la obra
del francés Buffon Épocas de la naturaleza, publicada en 1778 y que es una primera
cronología de la Tierra, o la Teoría de la Tierra, obra sobre el origen de las rocas publicada
por el británico James Hutton en 1795, suponen el arranque de la Geología científica. En la
primera mitad del siglo XIX se fundan las primeras sociedades geológicas, primero en
Inglaterra (1807) y posteriormente en Francia (1830), se publican los primeros mapas
geológicos (el de Inglaterra en 1815) y se establecen las bases de la paleontología. Hacia
mediados del siglo XIX, la Geología se estableció sobre bases sólidas: se codificó el uso de
sus términos y se emprendió la realización de mapas detallados de numerosas regiones. En
1878, el geólogo suizo Albert Heim propone la teoría de los mantos de corrimiento
estableciendo que incluso las rocas duras pueden comportarse como materiales plásticos,
explicando así su plegamiento. En 1897, el geólogo austríaco Edward Suess explica las
transgresiones y regresiones marinas por el eustatismo o por la variación general del nivel de
los océanos.
En 1912, el geofísico alemán Alfred Wegener (1880-1930) formula su teoría de la
deriva de los continentes que en 1915 publicará en su obra El origen de los continentes y los
océanos, y en 1920 los físicos británicos Sir William Henry Bragg (1862-1942) y su hijo Sir
William Lawrence (1890-1971), que fue premio Nobel compartido en 1915, utilizan los rayos
X para el estudio de los minerales.
Así, la primera mitad del siglo XX se caracteriza por la introducción de métodos
físicos en el estudio de la Geología: se utiliza la radioactividad para la determinación de la
edad de las rocas y se acude a los métodos geofísicos en el estudio de la corteza.
La Petrología, que estudia las rocas, la Mineralogía que tiene por objeto el estudio de
los minerales y la Paleontología que se ocupa del estudio de los fósiles son ramas de la
Geología que han alcanzado el rango de ciencias independientes. Otras ramas de la Geología
son la Geología Histórica que estudia la reconstrucción del estado del Globo en las diferentes
épocas geológicas, la Estratigrafía, la Geología Aplicada que contiene la Geología Minera, la
Geohidrología y la Geología aplicada a la construcción. Finalmente, la Geología Dinámica
estudia los fenómenos que modifican la corteza terrestre y la Geología Tectónica o Geología
Estructural que estudia las estructuras, las deformaciones y los movimientos de la corteza
terrestre debidos a fuerzas internas. Es en este campo donde se producen los mayores puntos
de contacto entre la Geofísica y la Geología.
Francisco García García
22
La teoría de Wegener no fue aceptada por falta de evidencias experimentales y por
causa de la existencia de serias lagunas en su formulación original. Y no fue hasta la década
de los 60 cuando los estudios sobre los fondos oceánicos y los datos obtenidos en las
expediciones oceanográficas pusieron de manifiesto la existencia de las cordilleras centro-
oceánicas, permitieron conocer la edad de los fondos oceánicos y la existencia de simetrías en
la imanación remanente de las rocas a ambos lados de las cordilleras oceánicas.
Este cúmulo de datos observacionales permitieron aceptar la reformulación de la teoría
de la expansión del suelo oceánico y de la tectónica de placas propuesta por H. H. Hess en
1960 que supuso una modificación global de las concepciones geotectónicas o de dinámica
interna de la Tierra y proporcionó el marco idóneo para la interpretación de los fenómenos
geológicos de origen interno como los volcánicos, sísmicos y orogénicos.
La Geología había sido capaz de reconstruir los acontecimientos que se hallan tras la
actual apariencia de muchos paisajes de la Tierra y de explicar muchas facetas observadas
tales como montañas plegadas, fracturas y fallas en la corteza, grandes depósitos marinos
sobre la superficie de los continentes pero, sin embargo, tenía menos éxito cuando trataba de
enunciar los procesos fundamentales capaces de explicar la formación de los continentes y de
las cuencas oceánicas, los que inician los principales períodos de las montañas.
La Tectonofísica trajo la respuesta a estas cuestiones y la teoría de la Tectónica de
Placas ha sido el marco principal en que la Geología y la Geofísica han compartido, de forma
fructífera, información y técnicas, teorías y métodos.
2.4.4.- La Geodesia
La Geodesia es la ciencia que estudia la forma y las dimensiones de la Tierra
valiéndose de los métodos de triangulación y nivelación, de la Astronomía Geodésica, la
Gravimetría, la Geodesia Física y más recientemente de la Geodesia Espacial.
La preocupación geodesta es muy anterior a la Geofísica y aporta valiosas
observaciones del campo gravitatorio terrestre y teorías sobre la forma de la Tierra.
Aunque puede ser considerada como una ciencia propia está estrechamente relacionada
con la Geofísica de la que puede ser considerada precursora y de la que algunos autores
consideran que forma parte. Sobre esta cuestión existe diversidad de opiniones, no obstante se
suele vincular a la Geofísica las disciplinas de la Geodesia Física y la Gravimetría.
A través de la Gravimetría se pueden obtener expresiones del campo gravífico global,
que se emplean para determinar el geoide, acometer problemáticas que afectan a grandes
regiones de la superficie terrestre, determinación de la órbita de satélites artificiales, reducción
de datos gravimétricos de campo, modelización geofísica y geodinámica.
Las Ciencias de la Tierra y las afines a la Geofísica como la Geología, la Geografía, la
Geodesia y la Astronomía incorporan técnicas y métodos que conllevan de forma implícita o
explícita la observación y la formalización matemática de sus resultados, por lo que las
diferencias metodológicas que se aducen frecuentemente para diferenciarlas son más
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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cuantitativas que cualitativas. Prefiero hablar de la relación entre estas ciencias en términos de
zonas o áreas de trabajo e investigación compartidas en las que se produce una simbiosis entre
ellas.
Así la Geología, la Geografía, la Geodesia y la Geofísica comparten el estudio de la
superficie de la Tierra estableciéndose una importante relación con la Geomorfología, la
Geomorfogénesis y la Cartografía.
La Astronomía y la Geodesia comparten con la Geofísica el estudio de la Tierra como
planeta del sistema solar.
La Geología y la Geofísica colaboran conjuntamente en el estudio de la estructura
cortical y de los fenómenos tectónicos.
Asimismo en muchos aspectos de la Prospección Geofísica y de la Geología Aplicada
contribuyen y refuerzan estudios y proyectos de Arquitectura, Ingeniería Civil, Arqueología y
Patrimonio.
3.- LA GEOFÍSICA NO CARTOGRÁFICA: LA INGENIERÍA GEOFÍSICA
3.1.- El concepto de geofísica no cartográfica: la Ingeniería Geofísica
He ido describiendo la relación existente entre la Geofísica y el ámbito de otras
ciencias que es cada vez mayor, más fluida e ineludible. Considero importante clarificar esta
relación dado que se produce en dos sentidos:
En primer lugar los procedimientos geofísicos al servicio de otras ciencias,
como pueden ser la Ingeniería Civil, Agronomía, Geología, Hidrogeología,
Arqueología, Arquitectura, Arqueología, entre otras.
En segundo, un número considerable de disciplinas pueden estar al servicio de
la Geofísica, entre ellas la Física, las Matemáticas, Geología, Ingeniería Civil,
Telecomunicación y la misma Geodesia.
Dos procesos contrapuestos son característicos en el mundo científico-técnico actual:
la diferenciación y la síntesis. Por una parte, continuamente se produce una diversificación y
especialización de incipientes disciplinas. Por otra, existe una clara tendencia a establecer
vínculos nuevos entre las diferentes, y aparentemente lejanas, ramas técnicas. Esta situación se
ha producido en los métodos geofísicos que se emplean para el estudio de espacio geológico y
geográfico. En este momento en la Geofísica Aplicada se diferencian las siguientes ramas:
Geofísica Regional.
Prospección Geofísica.
Geofísica Aplicada.
Diagrafías Geofísicas en sondeos.
Francisco García García
24
Petrofísica.
A cada una de ellas se le puede considerar como disciplina por sí misma. Al mismo
tiempo estas diferentes divisiones mantienen nexos con diversas ciencias físicas, cartográficas
y geológicas, y además observan el mismo aparato matemático para resolver el problema
directo e inverso, y una serie de principios, que vienen determinados por la adquisición de
datos de campo y las características técnicas de los equipos de medición.
Durante décadas, los métodos geofísicos de prospección se han desarrollado bajo la
exigencia de incrementar la efectividad en la localización y cartografía de minerales útiles y
energéticos, principalmente petróleo y gas. De acuerdo con este planteamiento las
metodologías, instrumentación y sistemas de interpretación se han ido perfeccionando en la
línea de aumentar la capacidad resolutiva de los métodos para profundidades cada vez
mayores. La mayor parte de las investigaciones se han dirigido al estudio de formaciones
geométricas finitas y a estructuras disyuntivas en profundidades de varios kilómetros.
También sistemáticamente se está ampliando la profundidad de prospección para yacimientos
metálicos, alcanzando cientos e incluso miles de metros.
La parte de la Geofísica Aplicada que trata a la parte más superficial de la corteza, en
la que se desarrollan actividades de Ingeniería Civil y de la Geología, fundamentalmente, y
antrópicas de diversas índoles, se le conoce como Ingeniería Geofísica (en la terminología
anglosajona se le conoce como “Near-Surface Geophysics”).
La profundidad o potencia de esta zona en cuestión alcanza, generalmente, unas pocas
decenas de metros, rara vez los primeros cientos de metros y como caso excepcional se
aproxima a los mil metros. No sería correcto suponer que debido a la escasa profundidad
requerida, esta zona somera del espacio geológico sea más fácil de estudiar que las
formaciones litológicas profundas. Por ejemplo, después de la construcción de una obra o
edificación, la influencia de formaciones delgadas frágiles o plásticas puede ser resultativa en
su estabilidad. El estudio de estas litologías requiere un estudio exhaustivo.
Además, cabe añadir que la parte más superficial del espacio geológico es muy
heterogénea en su composición y estado. Se encuentra condicionada por numerosos factores
externos e internos, y continuamente van variando sin orden predeterminado en el espacio y
en el tiempo. Esta variación en su composición y estado exige un especial planteamiento a la
hora de escoger los métodos geofísicos con los que se van a llevar a cabo las observaciones,
su integración con otros métodos y el análisis de los datos. Gran importancia adquiere el
estudio de estas variaciones en el tiempo, lo que permite determinar el régimen de variación
de las influencias fisico-geológicas y de los procesos con el paso del tiempo, lo que a grandes
profundidades se estudia en casos puntuales. Así pues el modelo físico-geológico que se
plantea para la parte más superficial del subsuelo se diferencia significativamente de aquellos
característicos para capas profundas.
Los objetivos de la Ingeniería Geofísica van más allá del marco de la Ingeniería Civil y
de la Geología. Actualmente se le considera una ciencia que trata sobre el estudio y análisis
del medio geológico, donde se han desarrollado o se desarrollan actividades antrópicas de
diversa índole.
La Ingeniería Geofísica está vinculada estrechamente con las siguientes disciplinas:
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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A. De ciclo geofísico: Geofísica Regional; Prospección Geofísica; Diagrafías Geofísicas
en sondeos; Petrofísica.
B. De ciclo geológico: Hidrogeología; Geocriología; Ingeniería Geológica; Minería.
Las disciplinas del ciclo geofísico son la fuente de donde la Ingeniería Geofísica ha
tomado los métodos, equipos, teoría sobre inversión y problema directo, análisis de la
distribución de las propiedades físicas y campos físicos en el medio geológico.
El nexo o influencia más importante ha sido la Prospección Geofísica, de la cual ha
heredado el importante arsenal de métodos, que hasta hace poco tiempo se le ha considerado
parte de ella. Los métodos y la adquisición de datos han experimentado una reconversión
profunda en relación tanto con los sistemas de observación en el espacio y tiempo, como con
el procesado de datos, estando incluidos los aparatos físico y matemático.
La Ingeniería Geofísica comenzó como una disciplina con cierto carácter
independiente de investigación y aplicada, enriqueciéndose de los apartados del ciclo
geofísico a través de sus metodologías empleadas para abordar el estudio del espacio
litosférico, completar el catálogo de propiedades físicas y del estado de las litologías y de las
aguas subterráneas en la zona superficial del espacio geológico. Y además crear nuevas vías
de integración de métodos geofísicos, geológicos y geotécnicos.
La importancia de las disciplinas del ciclo geológico estriba en el planteamiento de los
objetivos que se pueden acometer mediante Ingeniería Geofísica. Estas disciplinas orientan los
objetivos según un determinado punto de vista, como resultado de los procesos de proyecto,
ejecución y explotación de Ingeniería en superficie o subsuelo, y así mismo los debidos a
diferentes acciones antrópicas en el medio geológico. Cabe reseñar que parte de estos
objetivos puede resolverlos por sí misma la Ingeniería Geofísica, es decir, sin la intervención
de las disciplinas geológicas. En trabajos conjuntos los geólogos facilitan a los geofísicos e
ingenieros, información inicial sobre las posibles dimensiones de las formaciones geológicas,
materiales, buzamiento, sus propiedades, estado, entre otras, que ayudan y mejoran la
precisión en la interpretación de los resultados geofísicos.
3.2. Aplicaciones de la Ingeniería Geofísica
Como hemos visto anteriormente, la Ingeniería Geofísica estudia la parte más superficial
de la litosfera donde se han desarrollado o se desarrollan actividades antrópicas. Por
consiguiente consiste en determinar las peculiaridades de las formaciones geológicas,
materiales y sus propiedades, y también las propiedades y estado del medio geológico y aguas
subterráneas cuando están presentes heterogeneidades. Al mismo tiempo estudia los diversos
campos físicos, que caracterizan el área investigada, y analiza las variaciones a corto y largo
plazo del medio geológico, en el cual pueden actuar factores naturales o antrópicos.
Destacan cuatro líneas de aplicación de los métodos de Ingeniería Geofísica:
i. Estudio del emplazamiento de una construcción/intervención en fase de
proyecto.
Francisco García García
26
ii. Control en la fase de ejecución.
iii. Control en la fase de explotación.
iv. Análisis de la influencia del impacto antrópico en el medio geológico
y/o edificación.
En cada una de estas líneas se encuentra un considerable número de posibles campos
de aplicación diferentes. Algunas de ellas para cada línea pueden ser:
i. Aplicación de los métodos geofísicos durante la fase de proyecto, con las siguientes
finalidades:
Elaboración del modelo estructural del emplazamiento de la futura actuación.
Estudio de las propiedades hidrofísicas y fisico-mecánicas de las litologías.
Investigaciones hidrogeológicas.
Estudio de la influencia y de los procesos físico-geológicos (karst, deslizamientos).
Prospección de materiales canterables.
Investigaciones arqueológicas.
Análisis de patología en edificación y conjuntos arquitectónicos.
ii. Aplicación de los métodos geofísicos en el proceso de ejecución, cuyos fines son:
Ajuste del modelo físico-geológico (MFG) de la zona de actuación.
Investigaciones en el proceso de excavación en minas.
Observación de las influencias y procesos ingeniero-geológicos.
Control de calidad de la mejora del terreno.
Control de las variaciones de las propiedades de los materiales de construcción.
Investigaciones en el proceso de excavaciones arqueológicas.
iii. Aplicación de los métodos geofísicos en el control en la fase de explotación en los
siguientes casos:
Control del estado de cimentaciones.
Observaciones en construcciones hidráulicas.
Seguimiento en vías de comunicación (líneas férreas, autovías, carreteras, túneles,...).
Control del estado de sistemas de conducciones/canalizaciones subterráneas.
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27
Control de efectividad en los trabajos de explotación minera.
Control de elementos arquitectónicos restaurados.
iv. Aplicación de los métodos geofísicos en la evaluación del impacto antrópico, cuyos
objetivos principales son:
Clasificación/catálogo del territorio en función de la respuesta de las litologías y
materiales constructivos a los diferentes tipos de contaminación y patología.
Localización de focos de polución y patología, y determinación de su área de
expansión.
Obtención de valores, magnitudes o índices, que a través de ellos se pueda cuantificar
el grado de contaminación en el medio geológico y afección en edificación.
Evaluación de la tendencia del proceso de contaminación/patología en el tiempo.
Modelización del impacto de acciones antrópicas en un ecosistema determinado.
4.- LA IMPORTANCIA DE LA GEOFÍSICA EN EL ESTUDIO DEL PATRIMONIO
HISTÓRICO-ARTÍSTICO: EL GEORRADAR
4.1.- Introducción a la técnica no invasiva de alta resolución de georradar
Como hemos visto, el estudio de las estructuras internas profundas de la Tierra se
viene realizando con éxito históricamente mediante el empleo de técnicas geofísicas. Esto es
debido a que, generalmente, a las profundidades que se encuentran, así como sus dimensiones,
superan la resolución vertical de los métodos geofísicos empleados.
Sin embargo cuando se trata de investigaciones de las zonas superficiales del subsuelo,
de estructuras u objetos de pequeñas dimensiones donde tienen lugar actividades y/o acciones
antrópicas, la exigencia de incrementar la resolución vertical de los métodos de prospección
adquiere una mayor transcendencia.
Esta empresa en ocasiones no resulta del todo sencilla, incluso se ve agravada por las
heterogeneidades y los fenómenos de atenuación propios de estos medios, especialmente en el
estudio del primer o primeros metros. Un método de prospección geofísica no destructivo que
permite realizar este tipo de estudios de alta resolución es el georradar. Su resolución supera
notablemente a la de cualquier método geofísico clásico, como los geoeléctricos, sísmicos,
magnéticos y gravimétricos.
La capacidad de penetración del georradar depende, esencialmente, de las
características electromagnéticas del medio material y de su frecuencia de emisión al medio
material. Esta capacidad comprende profundidades desde decenas de metros
(aproximadamente unos 50 m) hasta escasos centímetros.
Francisco García García
28
Además de poder registrar reflexiones en un medio material, la forma de las señales
puede verse modificada o distorsionada en función de las variaciones de las características del
medio penetrado, tales como la composición, distribución y relación volumétrica de cada uno
de sus componentes; interacciones entre las diferentes fases presentes; intervalo de
frecuencias empleadas en la emisión de ondas electromagnéticas; composición del fluido
intersticial; condiciones térmicas y de presión.
La metodología de adquisición de datos en campo con georradar es sencilla y
relativamente muy rápida. Estas mediciones se realizan desplazando las antenas del georradar
en dispositivos/vehículos o manualmente. El actual modus operandi del georradar puede
originar: secciones verticales continuas (llamadas registros radar o radargramas) del subsuelo,
similares en apariencia e interpretación a una sección sísmica, si se trata de georradar (GPR,
Ground Penetrating Radar). Esta serie de circunstancias permite emplear el georradar como
técnica no destructiva en estudios de propiedades físicas, estado interno del subsuelo o de
materiales y en análisis de patología constructiva (por ejemplo humedades en muros).
Históricamente la técnica de georradar se ha ido desarrollando y empleando durante estos
últimos treinta años en investigaciones superficiales de alta resolución del subsuelo o de
ciertos medios, fundamentalmente, en Ingeniería, Minería, Glaciología y, en los últimos
tiempos, en estudios del Patrimonio Histórico-Artístico.
Así pues, el georradar se ha ido aplicando en Glaciología (estudios de espesores de
hielo, cartografiado del sustrato subglaciar, estructura interna, propiedades del hielo,...); en
Ingeniería Civil (en la búsqueda de la roca base en terreno edificable, a la detección de
armaduras en muros de hormigón, a la localización o cartografiado de tuberías, a la de fugas
de agua, etc); en estudios geotécnicos y de control de calidad (como el control de calidad de
diferentes tratamientos realizados en el terreno, el estudio del estado de túneles y firmes, así
como la obtención del cubicaje de material necesario para su reparación, el análisis de un
terreno buscando bolsas de arcillas, gravas u oquedades,...); en estudios ambientales (cubicaje
de vertederos, localización de antiguos vertederos clausurados, etc.); en investigaciones
mineras (estado de las galerías de las minas, cubicaje de materiales en canteras, estratigrafía
en canteras,...); y en Patrimonio Histórico-Artístico (prospección arqueológica, para
determinar lesiones en monumentos complementando estudios patológicos, como control de
calidad en restauraciones, en determinación de niveles culturales,...).
Estas peculiaridades inherentes al georradar (la celeridad, la alta resolución, la
direccionalidad, el rango de profundidades de penetración, el carácter no destructivo y la
sencillez de los procedimientos de campo) lo convierten en una técnica idónea para estudios
en el ámbito del Patrimonio Histórico-Artístico donde se ha de actuar en todo momento de
forma respetuosa con el conjunto arquitectónico y sus elementos constructivos.
4.1.1.- Principios teóricos
El radar es un sistema de detección que se empieza a utilizar durante la Segunda
Guerra Mundial para la localización de aviones o barcos. Su funcionamiento básico consiste,
en todos los casos, en la emisión de señales a determinadas frecuencias para detectar las
reflexiones que se producen en los objetos de interés. Un análisis posterior de las señales
recibidas (que incluye el tratamiento de los datos mediante diversos tipos de filtrado), permite
distinguir la señal de interés del ruido que puede generarse durante la propagación de la
energía.
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
29
Jt
DH
Mt
BE
B
D f
0
El georradar es un radar diseñado para que el medio por el que se propaga la energía
sea el subsuelo o cualquier otro medio material. La prospección con georradar se basa en la
emisión de una onda electromagnética que se propagará por un medio heterogéneo. La
incidencia de esta energía en las heterogeneidades del medio provocará fenómenos de
reflexión, refracción y de difracción, que podrán ser detectados por una antena receptora que
captará la energía electromagnética tras su propagación por el medio material, que a menudo
suele ser el subsuelo terrestre. De este modo, con este método de prospección lo que se
detectará serán cambios en las propiedades electromagnéticas de los materiales del subsuelo,
ya que serán los parámetros que definen estas propiedades los que, juntamente con las
características de la onda emitida, determinarán la propagación de la energía por el medio.
El objetivo básico de este método de prospección es la determinación de estructuras
superficiales y la detección de objetos enterrados, siendo su principal característica el ser un
método de alta resolución no destructivo.
El método es similar a la sísmica de reflexión de pequeño ángulo, y los fenómenos
asociados con la propagación de la energía son básicamente los mismos, diferenciándose en el
rango de frecuencias de las ondas utilizadas (el georradar emplea ondas de frecuencias mucho
mayores que las utilizadas en sísmica; mientras que con el primer método se trabaja dentro de
un rango que se sitúa en el orden de entre los 10 MHz y los 1000 MHz, con el segundo, el
rango de trabajo queda situado aproximadamente entre los 10 Hz y los 1000 Hz), así como en
la naturaleza de la emisión, que en el caso de interés es electromagnética. De esta forma, a
diferencia de la prospección sísmica, en la cual son las propiedades mecánicas de los
materiales las que rigen la propagación de las ondas, con el georradar, las propiedades del
medio determinantes serán las electromagnéticas, es decir, la permitividad dieléctrica, la
conductividad y la permeabilidad magnética. Produciéndose las reflexiones en los contrastes
entre estas propiedades (discontinuidades). Por otro lado, las frecuencias que se utilizan en
este método, mucho mayores que las empleadas en sísmica, permiten una resolución elevada
en estudios superficiales de un medio.
De este modo, la base de este método de prospección es la teoría de campos
electromagnéticos, cuyas ecuaciones básicas fueron formuladas por Maxwell en 1867,
relacionando los campos eléctrico y magnético con sus fuentes. Estas relaciones se completan
con las denominadas ecuaciones de continuidad, que especifican el comportamiento de estos
campos en las zonas en las que existen distribuciones superficiales de carga, es decir, ahí
donde tenemos discontinuidades en el medio.
Estas ecuaciones para el campo eléctrico y magnético, se formulan como:
Francisco García García
30
Donde E es el la intensidad del campo eléctrico (medido en voltios/metro),
B es la
inducción magnética (medida en Webers/m2),
M es la imanación (en Amperios/metro),
H es
la intensidad del campo magnético (Amperios/metro), D es el vector de desplazamiento
eléctrico (medido en Colombios/m2), f es la densidad de carga libre (Colombios/m
3) y
J
(Amperios/m2) es la densidad de corriente debida al movimiento de cargas en la materia, y
comprende tanto la densidad de corriente de cargas libres como la densidad de corriente de
polarización y la densidad de corriente equivalente en materia imanada.
Las denominadas ecuaciones constitutivas relacionan la intensidad del campo eléctrico
y magnético con el desplazamiento eléctrico y la inducción magnética, respectivamente. Para
medios homogéneos e isótropos, las ecuaciones constitutivas tienen una expresión sencilla,
relacionando estas magnitudes por medio de la permitividad dieléctrica, la conductividad y la
permeabilidad magnética del material:
En general los medios que se estudiarán son medios anisótropos. En este caso, la
relación que existe entre estas magnitudes se expresa a través de los tensores de la
permitividad, permeabilidad y conductividad:
Donde
Jm es la densidad de corriente debida tanto a polarización como a
magnetización del material a consecuencia de los campos eléctrico y magnético aplicados, y
las expresiones ~ ,
~ y ~ son tres tensores diagonales de dimensión 3x3.
Partiendo de las ecuaciones de Maxwell y de la ecuación de ondas, pueden obtenerse
las relaciones que rigen la propagación de una onda electromagnética en función de las
propiedades del medio por el que se propaga. Con estas relaciones será posible determinar
tanto la velocidad de propagación de la onda, como la longitud de onda en el medio material y
la atenuación que sufre la energía durante la trayectoria.
Conductividad
Las propiedades electromagnéticas de un determinado material quedan descritas por
tres parámetros: la conductividad σ la permitividad dieléctrica (o constante dieléctrica) ε, y la
permeabilidad magnética µ.
mJt
EJ
HB
t
ED
~
~
~
EJ
BH
ED
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
31
La conductividad de un medio nos proporciona una medida de la respuesta de sus
cargas libres en presencia de un campo eléctrico externo, siendo el factor de proporcionalidad
entre el campo libre aplicado y la densidad volúmica de corriente debido al movimiento de las
cargas libres, es decir, que nos proporciona una medida de la capacidad de un material de
conducir corriente eléctrica. Según la ley de Ohm:
J Ef
donde E es el campo eléctrico externo aplicado,
J f es la densidad volúmica de
corriente debido a las cargas libres y es la conductividad del material que se expresa en
Siemens/metro.
En general, la conductividad eléctrica se presenta como un valor complejo:
' ' 'i
donde '
es la parte real de la conductividad compleja, y determina la amplitud de la
corriente en fase con la intensidad del campo eléctrico externo, y ' '
es la parte imaginaria de
la conductividad compleja, que determina la amplitud de la corriente desfasada respecto al
campo eléctrico externo y considera el retardo en la respuesta de conducción que presenta el
material en presencia de un campo eléctrico variable con el tiempo.
En general podremos distinguir entre materiales conductores, semiconductores y
aislantes. Pertenecen al primer grupo aquellos materiales cuya conductividad es mayor a 105
S/m, mientras que materiales que presentan una conductividad menor a 10-8 S/m se clasifican
como aislantes, siendo los semiconductores aquellos cuya conductividad se encuentra entre
estos dos valores. En muchos medios nos encontraremos con que el contenido de agua en los
poros del material y la composición química de ésta, son los que determinan su conductividad
más que los granos minerales que lo componen.
Permitividad dieléctrica
La permitividad dieléctrica absoluta es una constante de proporcionalidad entre el
campo externo aplicado y el vector desplazamiento eléctrico D :
D E
La permitividad absoluta, ε0 (medida en el S.I. en Faradios/metro), se define como el
producto entre una permitividad relativa del material, que es una constante adimensional y la
permitividad dieléctrica del vacío ( 12
0 10854.8 Faradios/metro):
0 r
La permitividad dieléctrica relativa es una constante que da una medida de la
capacidad de polarización de un material en presencia de un campo eléctrico. Nos proporciona
un valor de la respuesta estática de un material cuando está en presencia de un campo eléctrico
externo. La constante dieléctrica relativa del vacío es 1.
Francisco García García
32
La constante de proporcionalidad (adimensional) entre la polarización de un material y
el campo externo es la susceptibilidad, .
D P E E E E Er 0 0 0 0 01( )
La constante dieléctrica relativa se representa en forma compleja como una expresión
en la cual donde la componente real produce una corriente desfasada respecto al campo
eléctrico externo, y la componente imaginaria provoca una corriente en desfase respecto a
dicho campo eléctrico, siendo:
' ' 'i
Permeabilidad magnética
Este parámetro () es el que relaciona la inducción magnética B con la intensidad de
campo magnéticoH . Se mide en Henri/metro y se puede escribir como el producto entre la
permeabilidad magnética del vacío (H/m) y la permeabilidad relativa del material:
Siendo r la permeabilidad relativa del material, que depende a su vez de la
susceptibilidad magnética del mismo, m, que a su vez es la constante de proporcionalidad
entre la imanación de un material y la intensidad de campo magnético externo:
M Hm
La permeabilidad compleja magnética relativa se puede escribir en forma compleja
como:
r mi ' ' ' 1
En la mayor parte de los materiales que nos encontraremos en los estudios con
georradar (excepto en aquellos que contengan materiales ferromagnéticos) se cumple que la
permeabilidad magnética es próxima a 1, y no depende de la frecuencia del campo magnético.
La relación entre la permeabilidad magnética en el vacío y la permitividad dieléctrica
en el vacío se expresa como:
m/s
Siendo c la velocidad de propagación de una onda electromagnética en el vacío.
8
00
10998..21
c
7
0 104
HHHB mr
)1(00
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33
Parámetros efectivos
Los campos observados se determinan por una serie de parámetros efectivos, que
definiremos como permitividad dieléctrica efectiva real e y la conductividad eléctrica
efectiva real e :
dieléctrica compleja efectiva e la Así pues, la permitividad
podemos expresar como:
e e
ej
w
Velocidad de propagación de una onda electromagnética
Considerando el caso de una onda plana que se propaga en la dirección r , se obtiene
la siguiente ecuación, habiendo supuesto una variación del campo armónica respecto al
tiempo, es decir, dependiente de eit
:
E r E e
H r H e
i t r
i t r
( )
( )
( )
( )
0
0
El término es el denominado constante de propagación o número de onda complejo,
que puede expresarse en función de los parámetros electromagnéticos característicos de cada
medio:
i i
cir r r r r r0 0
2)
Donde c es la velocidad de una onda electromagnética en el vacío, es decir, una
constante, es la longitud de la misma onda también en el vacío, 0 la constante dieléctrica
del vacío, r la constante dieléctrica relativa del medio, 0 la permeabilidad magnética del
vacío y r la permeabilidad magnética del medio.
Suponiendo las componentes real e imaginaria de la constante de propagación:
i
Las expresiones del factor de atenuación de la onda , y de la constante de fase ,,
pueden escribirse como:
w
w
e
e
Francisco García García
34
c
c
r r
r r
Im
Re
0 0
0 0
El segundo parámetro , permitirá determinar la velocidad de la onda en el medio
material en el cual se está propagando, ya que:
v
Donde v es la velocidad de fase de la onda electromagnética. De esta forma, la
expresión que se obtiene para la velocidad de propagación de la onda es la siguiente:
v
cr r
Re
1
21 1
2
En medios no magnéticos, que es el caso que tendremos para la mayoría de medio con
los cuales nos encontraremos en los estudios con georradar, la expresión se simplifica ya que:
r 1
De forma que la expresión que comúnmente se podrá utilizar es:
vc
r
Re
Las medidas que se realizarán con georradar nos darán un parámetro denominado
constante dieléctrica efectiva del material, y que consiste en un promediado de las partes
reales de las diferentes permitividades dieléctricas de una capa.
Longitud de onda
La longitud de onda del pulso en un medio dado, m, dependerá tanto de la velocidad
de fase (e indirectamente de la constante dieléctrica efectiva del mismo) y de la frecuencia de
la onda emitida. Como en la expresión aparecerán parámetros de la propagación en el vacío,
podremos relacionarla con la longitud de onda en el vacío:
m
r r r r
vc
2 2 2
Re Re
Donde es la longitud de la onda en el vacío.
En medios no magnéticos, la expresión se simplifica, quedando:
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
35
m
r
Re
La longitud de onda determinará la resolución vertical del georradar, que dependerá
tanto de ésta como de la frecuencia utilizada y de la constante dieléctrica efectiva del material.
Coeficientes complejos de refracción y transmisión
Los coeficientes complejos de refracción y transmisión en el contacto de dos medios
no conductores en el supuesto de que ocurra una incidencia normal, como se puede aproximar
en la mayoría de los casos cuando se aplica georradar, tienen las siguientes expresiones:
R1 2
2 1
1 2
T1 2
1
1 2
2
Atenuación
La componente real del factor de atenuación caracteriza el grado de disminución de la
amplitud de la onda conforme se aumenta la distancia al punto en el cual se ha generado. A
este parámetro se le denomina factor de atenuación, siendo sus unidades Np/m:
c
r rIm
Puede observarse que la atenuación dependerá de la componente imaginaria de la
permitividad dieléctrica relativa del medio y de su permeabilidad magnética relativa.
El grado de atenuación de una onda electromagnética se define como el cociente entre
las amplitudes de las oscilaciones de la onda en dos puntos separados una distancia r. Si
tomamos la ecuación de propagación de ondas, esta relación queda como:
E
E re r0
( )
Si se toman logaritmos de esta expresión, podremos medir el grado de atenuación en
nepers (en el caso de considerar logaritmos neperianos):
LE
E rr
ln
( )
0
Siendo la atenuación específica el grado de atenuación de una onda por unidad de
longitud:
Francisco García García
36
1
8 68654 6
r
L r r..
Im
Este parámetro permite obtener el grado de decaimiento de la amplitud de la onda
conforme ésta se propaga por el medio material.
Profundidad de penetración
El concepto de profundidad de penetración está ligado al de atenuación de la señal
durante su propagación. El factor de atenuación es tal que la onda se reducirá en amplitud por
un factor e en una distancia d que se denomina distancia de atenuación o profundidad de
penetración:
d 1
Esta profundidad de penetración depende de es decir, que lo hace tanto de la
conductividad del medio como de su constante dieléctrica, decreciendo si aumenta la
conductividad, la permeabilidad relativa del material o bien la frecuencia de la onda emitida.
Esto indica que medios muy conductores serán fuertemente atenuantes, y en ellos la onda sólo
podrá penetrar en una película extraordinariamente delgada, pudiendo ser considerados como
opacos o totalmente reflectores de la energía electromagnética. También se puede observar
que para sistemas que emitan en frecuencias elevadas, la penetración en el medio será menor
que si lo hacen a frecuencias más bajas.
4.1.2.- Instrumentación
Los equipos de georradar se componen, generalmente, de una unidad central (sistema
de registro) y de antenas monoestáticas o biestáticas de diversas frecuencias, generalmente de
1.5 GHz, 900 MHz, 500 MHz, 400 MHz, 200 MHz y 100 MHz.
Unidad central y accesorios
En los equipos de georradar, la unidad central es donde se realiza toda la coordinación
y control de las antenas y de los demás componentes y accesorios del equipo y de la señal
emitida, donde se realiza el tratamiento de la señal recibida y donde se efectúa su
almacenamiento en algún tipo de soporte (magnético). Esta unidad lleva implementado un
programa informático que realiza el procesado básico de la señal y en algunas ocasiones puede
incorporar diversas utilidades que permiten actuar sobre la señal emitida y sobre los registros
que se adquieren. En estos casos se pueden realizar diferentes filtrados sobre los registros que
se van adquiriendo o bien se puede modificar la ganancia, obteniendo una amplificación de la
señal, dependiendo del tiempo de propagación, es decir, que puede ser mayor para reflexiones
registradas a profundidades mayores. También se puede seleccionar la visualización del
registro en campo, pudiendo optar por un registro de trazas de amplitud o bien por una serie
de escalas de colores o de tonos grises, cada uno de los cuales engloba un intervalo de
amplitud de la onda registrada. En los casos de radares más sencillos únicamente se podrá
visualizar la señal, sin ningún tipo de tratamiento para mejorar la calidad de imagen.
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
37
En general podemos decir que la unidad central de georradar es la unidad de control de
los pulsos, de cálculo y de almacenamiento de datos, pudiendo tratarse de un ordenador
personal.
Con la unidad central se suele incluir un monitor o una pantalla (en algunas ocasiones
el radar va conectado a un ordenador personal portátil) en la que se visualiza el registro
obtenido en cada momento, pudiendo obtener de una forma rápida aunque aproximada
resultados del estudio en campo. Esta pantalla suele disponer de un teclado de comandos que
hace efectivo el tratamiento de la señal que se pueda desear durante la adquisición de datos, en
el caso de aquellos equipos que permitan realizar estas operaciones.
Figura 1. Ejemplo de equipo de georradar: (1) unidad central sistema SIR3000; (2) antena
400 MHz; (3) antena 900 MHz; (4) antena 1,5 GHz.
Antenas
Las antenas son una parte fundamental del equipo ya que son la parte encargada tanto
de emitir el pulso electromagnético al medio como de recibir la energía que regresa a la
superficie tras haber sufrido una reflexión.
Las antenas se utilizan para realizar dos funciones básicas en la prospección con
georradar. Por un lado deben radiar la energía que se les suministra en forma de potencia con
la direccionalidad y las características adecuadas a la aplicación pensada. Cuando utilizamos
las antenas en estudios de prospección es interesante que la mayor parte de la energía radiada
lo haga en una única dirección. De este modo podremos alcanzar a estudiar objetos más
profundos porque tendremos una mayor densidad de energía que penetrará en el medio que
será nuestro objeto de estudio y por otro lado se evitarán reflexiones en objetos que queden
situados en el resto del espacio, con lo cual eliminaremos parte del ruido que se le introduce
en el registro, haciendo más clara la interpretación de los datos. Por otro lado deben recibir la
energía que se refleja en las discontinuidades electromagnéticas del medio y regresa hacia la
superficie sobre la que se coloca la antena.
(1)
(1)
(2)
(3) (4)
Francisco García García
38
Las antenas se caracterizan por su frecuencia o bien por su longitud de onda. La
relación entre estos dos parámetros es por medio otro parámetro: la velocidad de los pulsos
electromagnéticos en el medio donde se produce la propagación.
Las antenas que se utilizan en prospección quedan determinadas totalmente por la
frecuencia del pulso que emiten al radiar, ya que la longitud de onda de la energía radiada
dependerá de las características del medio por el que se propague. De esta forma, podremos
definir una antena dando únicamente la frecuencia central a la que está emitiendo y, por otro
lado, la anchura de banda de frecuencias en las que emite.
Las antenas se dividirán dependiendo de las frecuencias de emisión. Y cada tipo de
antena se escogerá debidamente de acuerdo con las necesidades de su utilización.
Las antenas utilizadas normalmente en un georradar suelen consistir en espiras de
media onda que funcionan como dipolos. La longitud de estas espiras determina la frecuencia
central de la emisión, ya que la onda emitida, en el vacío, tiene una longitud doble a la de la
espira.
4.2.- Desarrollo histórico del georradar
En prospección eléctrica los métodos de campos continuos, de baja frecuencia y
alternos no estacionarios (10-2 - 104 Hz) se han ido utilizando con éxito durante décadas.
También se han aplicado los diversos métodos basados en campos alternos de alta frecuencia
(105 - 107 Hz), conocidos como métodos de ondas de radio (prospecciones
electromagnéticas) o simplemente métodos electromagnéticos.
Las primeras investigaciones mediante el empleo de ondas electromagnéticas fueron
llevadas a cabo en 1910 - 1911 con fines geológicos y mineros en Alemania por Levi y
Leimbach. Levi y Leimbach determinaron la posibilidad de penetración en un tipo
determinado de formaciones litológicas (sal gema, yesos, arenas secas) mediante ondas de
radio y, por otra parte, su limitación de penetrar en ciertas litologías, como por ejemplo las
arcillas. En 1912 estos dos científicos alemanes propusieron un método de interferencia para
la búsqueda de formaciones metálicas y de agua subterránea. Esquemáticamente consistía en
ir cambiando la frecuencia del generador en determinadas distancias entre las antenas
receptora y emisora, situadas sobre la superficie del terreno. El fin perseguido era registrar con
el dispositivo receptor máximos y mínimos de las señales, originados por la interferencia entre
la onda directa y la reflejada en una capa del subsuelo. A partir de entonces comenzaron a
desarrollarse numerosas variantes del método de interferencia.
De acuerdo con las mencionadas referencias y, además, parece que las primeras
investigaciones con ondas electromagnéticas realizadas en la antigua Unión Soviética datan de
1923 - 1928, bajo la dirección de Petrovsky, del Instituto de Geofísica Aplicada de Moscú,
que realizó en zonas de sal una serie de experimentos de penetración de ondas de radio, con la
finalidad de determinar las zonas de sombra correspondientes a conductividades altas y bajas.
El emisor, con una frecuencia fija, se podía desplazar por un sondeo o por galerías de minas.
También desarrolló otros métodos, que estaban condicionados por los avances en la
radiotécnica de aquellos años, derivados del método propuesto por Levi, y se basaban en fijar
la influencia del medio en la zona inmediata a la antena, en su capacidad y sus propiedades de
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
39
direccionalidad. Concretamente propuso determinar los cambios de corriente en la antena
emisora en el momento de llegada de la onda reflejada, y en 1940 llevó a cabo las primeras
experiencias de penetración con ondas de radio en permafrost en la región de Igark (Rusia),
dejando patente la necesidad de continuar con esta línea de investigación.
Desde principios de la década de los cincuenta, Wait realizó importantes
investigaciones en el ámbito de los métodos electromagnéticos, y teóricamente argumentó
diferentes casos de propagación de ondas electromagnéticas en medios estratificados.
Paralelamente, a mediados de los años cincuenta, Tarjov y sus colaboradores
desarrollaron un método basado en la dependencia entre la intensidad del campo
electromagnético debido a estaciones de radiodifusión lejanas y la estructura geológica de una
zona concreta. Sobre el tema de propagación de ondas en medios estratificados, cabe citar
como monografía fundamental la de Brekovskikh, de 1973.
Solamente a partir de los años cincuenta los métodos anteriormente descritos
comenzaron a introducirse en mundo de la Ingeniería con fines de producción o investigación,
principalmente geológica y minera. Esta demora se debió a las dificultades técnicas y a la
necesidad de solucionar cuestiones referentes a compatibilidad electromagnética. Además, en
la mayoría de los casos o problemáticas que son objeto de la Ingeniería, los medios que se
estudian ofrecen unas características de atenuación grandes. Las escalas de ondas decimétricas
y, más aún, las centimétricas resultaron ser ineficientes. Parecía imprescindible cambiar a una
escala de metros y decámetros, lo que hubiera desmejorado la resolución vertical del método.
En consecuencia se requería utilizar radio-impulsos que incluyeran solamente unos cuantos
periodos o incluso uno de oscilaciones de alta frecuencia, lo que se denominó impulsos de un
periodo o mono-impulsos. En 1960 Cook expuso la manera de obtener este tipo de impulsos
de forma efectiva en estudios de Glaciología. Propuso generarlos mediante una antena
emisora en banda ancha por caída de potencial. En este sentido, de forma ilustrativa, cabe
señalar los trabajos realizados durante la década de los sesenta por Cherniak sobre perfiles de
georradar mediante el método de sintonización de antena.
De esta manera se propició el diseño de georradares de impulsos, pudiéndose
considerar, de hecho, el georradar como una técnica análoga al método de prospección sísmica
de reflexión, pero teniendo en cuenta, en este caso, la dependencia de propagación de las
ondas electromagnéticas con los factores y propiedades eléctricas del medio en el que se
transmitan.
Estos georradares de impulsos de corta duración, que en la terminología anglosajona se
denomina Ground Penetrating Radar (GPR), se han comercializado desde principios de los
años setenta, ofreciendo en su comienzo bandas de frecuencias superiores a 15 MHz.
Generalmente se han empleado en estudios muy superficiales (primeras decenas de metros de
profundidad).
A partir de principios de los ochenta, la mayoría de los georradares emiten impulsos
electromagnéticos de corta duración (en el intervalo 1 ns a 10 ns) al subsuelo en el rango de
frecuencias muy altas VHF hasta ultra-altas UHF (normalmente entre 35 MHz hasta 1 GHz),
consiguiéndose mejores resoluciones y registros prácticamente continuos del medio.
Actualmente se puede disponer también de antenas de 2 a 8 GHz. Todo ello ha propiciado que
sus aplicaciones vayan abarcando y acometiendo paulatinamente nuevos campos y temáticas,
Francisco García García
40
teniendo como objetivos más importantes: la localización de objetos, formaciones o
substratos, tanto en el subsuelo, como en construcciones; la determinación de sus
coordenadas, geometría y parámetros de movimiento; y también la obtención de información
sobre su estructura, estado interno, propiedades físicas y patologías.
Durante las tres últimas décadas, el método de propagación de ondas de radio ha
irrumpido con vigor en el campo de la prospección geofísica electromagnética de frecuencias
altas como una nueva línea de investigación en Ingeniería y Glaciología. Una particularidad
propia que le distingue de los demás métodos de prospección es su alta capacidad de
resolución vertical, convirtiéndolo en un método muy atrayente y con grandes posibilidades
para estudios de la parte más superficial del subsuelo y de ciertos medios, como
construcciones. Esta particularidad permite aplicarlo a problemáticas o a casos donde se
requieran determinadas precisiones en la vertical, coordenadas y velocidades. Además, el
hecho que las mediciones con este método se pueden realizar en movimiento (transportado),
es decir, en aviones y vehículos terrestres (incluyendo trineos), le han convertido en un
método sumamente operativo y con grandes perspectivas en estudios e investigaciones tanto
de Ingeniería Civil como de Glaciología.
El empleo de la técnica de georradar (incluyendo los equipos que presentan una
resolución baja de unas decenas de metros) ha sido más efectivo en medios que presentan
capas homogéneas. Estos medios poseen una atenuación baja de las ondas y sus espesores
superan la resolución vertical. Claros ejemplos son los casquetes glaciares de la Antártida y
Groenlandia. En 1943 pilotos de Estados Unidos, que sobrevolaban la Antártida, observaban
errores en los indicadores de los radioaltímetros, debidos a que las ondas de radio penetraban
en la capa de hielo y se producían reflexiones en su contacto inferior. En 1957 se realizaron
experimentos para intentar explicar este fenómeno. Se colocaron las antenas de un
radioaltímetro por impulsos directamente sobre la nieve del glaciar, y los indicadores
registraron una “altura” de unos 900 pies. En 1958 Waite fue el primero en registrar
reflexiones de ondas de radio procedentes del sustrato subglaciar, en la estación de Wilkes
(Antártida). A partir de 1963 - 1964 se van introduciendo georradares por impulsos, cuyas
escalas son de decímetros, metros y decámetros, para cartografiar el sustrato subglaciar. Ya en
1963 equipos americanos e ingleses llevaron a cabo investigaciones para sondear diversos
puntos en glaciares de la Antártida y Groenlandia mediante ondas de radio, lo que se le conoce
en la literatura anglosajona y soviética (rusa) como radio eco-sondeo (RES, Radio Echo-
Sounding). Es en esta década de los sesenta, cuando se organizan las primeras expediciones
para efectuar mediciones por RES de espesores de hielo en la Antártida. Entre ellas, por
ejemplo, en 1964 la IX Expedición Soviética a la Antártida, y en 1967 la formada por el
Instituto de Investigación Polar Scott (Inglaterra), en colaboración con la Fundación Nacional
de Ciencias de EE.UU. En 1966 Meyer experimentó las posibilidades de la idea de Cook para
determinar espesores de hielo y nieve con antenas en cono invertido.
En un principio, los radio eco-sondeos (RES) en Glaciología se habían utilizado para
obtener información en cada punto de medición del espesor de hielo, topografía del sustrato
subglaciar y estructuras internas glaciares relativamente grandes. Su resolución vertical, con
frecuencias VHF de 35 - 65 MHz proporcionaba un aspecto general de espesores de hielos y
de su estratificación, pero no una información detallada de las intrusiones internas,
heterogeneidades, huecos o de la zona de transición hielo-basamento. La resolución de RES se
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
41
ha ido mejorando al incrementar la frecuencia central de los georradares UHF empleados,
tales como 213 MHz, 440, 300 y 140 MHz, 620 MHz, 700 MHz y 840 MHz.
El empleo de RES en glaciares polares, subpolares y templados de montaña, siguiendo
la clasificación de tipos de glaciares propuesta por Baranowski y Eraso-Pulina, se ve
dificultada por la absorción y atenuación de las ondas electromagnéticas, debidas
principalmente a las características del hielo de fondo y a inclusiones de agua y aire. Los
primeros trabajos en esta temática fueron realizados por Smith y Evans en 1972, que
analizaron mediante RES estos fenómenos en hielos con inclusiones de agua.
Es en la década de los setenta cuando se realizan mediciones y se experimenta con
éxito en estos glaciares templados mediante la técnica de georradar RES.
Como respuesta a la necesidad de obtener mejores resoluciones verticales para el
estudio de estructuras internas y del sustrato glaciar y, además, a la problemática planteada por
la absorción y atenuación en estos glaciares, desde principios de los años ochenta se han ido
empleando georradares de impulsos de corta duración GPR, similares o los mismos que se
disponen en Ingeniería.
Estas mejoras introducidas en la instrumentación, tanto en RES como en GPR, han
permitido obtener datos sobre la velocidad de propagación en los glaciares para su posterior
análisis, y de esta manera poder derivar información referente a estructuras internas, sustrato
subglaciar y estados hidrotermales de los glaciares, así como las propiedades físicas y
eléctricas del hielo. Además, se puede deducir la composición del sustrato subglaciar y del
hielo de fondo a partir de variaciones en la amplitud de la señal.
También se han realizado mediciones de hielos con georradares en ríos, lagos y
pantanos. Incluso se ha ampliado el ancho de banda a rangos de las microondas y de las ondas
milimétricas para estudios de nieve y de hielo en ríos.
En el ámbito de la Ingeniería, en 1978 Nilsson, en su tesis doctoral, aprecia un
aumento espectacular de publicaciones sobre el empleo de georradar en los años setenta. Las
primeras publicaciones referentes a aplicaciones de georradar en Ingeniería,
fundamentalmente geológica y minera, aparecen a partir de principios de esta década. Sirvan
como ejemplo algunas de ellas: las investigaciones realizadas en 1973 por Finkelshtein et al.
con un georradar de impulsos con una antena de 65 MHz, con una duración de impulso de 50
ns, instalado en avión para la localización y determinación de las profundidades de acuíferos
en regiones desérticas de Asia Central. En 1974 Cook llevó a la práctica el georradar de
impulsos, realizando pruebas en suelos, Unterberger lo empleó para dimensionar una mina de
sal y Dolphin et al. experimentaron en dolomitas secas. En 1975 Cook realizó mediciones en
litologías (carbón y calizas). En 1976 Anann y Davis lo aplicaron a estudios de permafrost, al
igual que Glushnev et al., y también realizaron estudios de permafrost a una frecuencia de 440
MHz, con un equipo de georradar instalado en avión. En 1979 Finkelshtein et al., y de forma
análoga Bogorodsky y Trepov, determinaron espesores de formaciones de turbas.
Es a finales de los años setenta cuando se empieza a emplear el georradar con fines
específicamente geotécnicos. Cabe destacar en este ámbito la primera tesis doctoral
exclusivamente realizada a partir de estudios con georradar publicada en 1982 por Ulriksen,
en la que se acometen problemáticas propias de la Ingeniería Civil. Esta tesis se considera
Francisco García García
42
preámbulo y marco de referencia para cualquier estudio que se aborde con la técnica de
georradar en este ámbito.
El auge del empleo de georradar en Ingeniería Civil se inicia a principios de los años
ochenta hasta nuestros días. Lo que propició que en 1986 se celebrara el primer congreso
internacional específicamente sobre aplicaciones de georradar en EE.UU.
Sus aplicaciones, a partir de esta década, no se han limitado solamente a temas
geológicos y mineros, sino que ha ido acometiendo cuestiones que comprenden una amplia
gama de temas, como por ejemplo pueden ser de Ingeniería Civil, Geotecnia, Ingeniería
Aplicada al Medio Ambiente, Arqueología y Patrimonio Histórico-Artístico. E incluso en
áreas totalmente desvinculadas de la Ingeniería, como una técnica de investigación policial
forense.
A principios de los noventa se profundiza y se desarrolla el método de georradar,
principalmente en sistemas digitales de registro, diseño de antenas de frecuencias de GHz y
tratamiento de señales, con la finalidad de obtener imágenes en tres dimensiones. Esta
variante es conocida en la bibliografía anglosajona como Ground Penetrating Imaging Radar
(GPIR).
No es mi propósito presentar o establecer una relación detallada de referencias sobre
aplicaciones de georradar durante estas últimas décadas. Esto conllevaría un gran volumen de
referencias, dado que el número de publicaciones y contribuciones se ha ido incrementando de
forma espectacular y vertiginosa en este periodo de tiempo.
En los congresos o reuniones internacionales las comunicaciones presentadas
adquieren el suficiente volumen para ser consideradas como sesiones propias, independientes
de otros métodos electromagnéticos. También en revistas científicas de Geofísica, por ejemplo
Geophysics editada por la Society of Exploration Geophysicists, Tulsa (EE.UU.), se le
considera de forma independiente a los métodos electromagnéticos, apareciendo las
investigaciones con georradar en los apartados de Near-Surface Geophysics y Ground
Penetrating Radar.
En España las primeras publicaciones aparecen a principios de los años noventa, tanto
en ámbito nacional como internacional. En 1993 Bretones presentó una tesina de especialidad
en la Escuela Técnica Superior de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona sobre la
capacidad de la técnica de georradar para resolver posibles estructuras de túneles, simulando
en maquetas las condiciones esperadas. Y en 1994 Lorenzo realizó la primera tesis doctoral en
España, exclusivamente a partir de investigaciones mediante georradar en cuestiones
geotécnicas y arqueológicas. Esta tesis es punto de referencia para investigaciones posteriores
realizadas en nuestro país.
La Dirección General de Obras Hidráulicas (DGOH) del Ministerio de Obras Públicas,
Transportes y Medio Ambiente, así denominado hasta 1996, decidió comenzar el estudio
sistemático de la nieve en nuestro país, incluyendo los aparatos glaciares, dentro del
ambicioso programa de información hidrológica iniciada a principios de la década pasada por
la DGOH, cristalizando en el conocido proyecto SAIH (Sistema Automático de Información
Hidrológica), como consecuencia del desconocimiento casi generalizado de la extensión y
magnitud del fenómeno nival y glacial en amplios sectores de la geografía nacional. Así, la
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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puesta en marcha en 1984 del programa ERHIN (Estudio de los Recursos Hidráulicos
producidos por la Innivación en la alta montaña española), marca el comienzo del estudio del
fenómeno nival y glacial, que en una primera fase se desarrolló en las vertientes meridionales
del Pirineo. En 1988 se decidió ampliar el estudio a otras dos cordilleras: Cantábrica y Sierra
Nevada. Desde entonces, se ha venido trabajando de modo coordinado en las tres cordilleras y
se ha contado con diversas colaboraciones y contactos con diferentes equipos nacionales e
internacionales en el desarrollo del programa ERHIN.
En nuestro país, las primeras investigaciones geofísicas en Glaciología las realicé en
1992, mediante el método sísmico de reflexión de alta frecuencia en el glaciar de La Maladeta,
dentro del programa ERHIN. En 1994 participé en una prospección geoeléctrica mediante
sondeos eléctricos verticales, dispositivo Schlumberger, en el glaciar rocoso activo de Las
Argualas (seleccionado como modelo de este tipo de aparato), en este mismo programa.
También en este año de 1994, como una de las actuaciones del programa ERHIN, se llevé a
cabo la medición con la técnica de georradar de los glaciares Aneto y La Maladeta Y en 2008
realicé una segunda reobservación con georradar para la determinación del espesor de hielo.
Cabe destacar que todos los métodos geofísicos empleados en el programa ERHIN tienen un
carácter pionero en el ámbito de la Glaciología de España.
4.3.- Aplicaciones del georradar en el estudio del Patrimonio Histórico-Artístico
Tras la una breve descripción de los fundamentos teóricos de georradar y su desarrollo
histórico que he realizado, lo inmediato es preguntarse cuáles son la aplicaciones del
georradar en el Patrimonio Histórico-Artístico.
Esta pregunta la responderé mediante una relación de aplicaciones de georradar en el
estudio del Patrimonio Histórico-Artístico, entendiendo por tal edificaciones, conjuntos
arquitectónicos o elementos que presenten algún tipo de interés, ya sea histórico o bien
artístico (arquitectónico, retablos, pinturas murales, etc.), monumentos, o emplazamientos que
tengan una relevante importancia (emplazamientos arqueológicos,…).
Los estudios por georradar se pueden dividir en dos vertientes en el ámbito de su
aplicación al Patrimonio.
i. Los que dedican a la exclusiva búsqueda de los asentamientos o de los restos
que pudieran quedar soterrados y/o por debajo de otros edificios (de interés
histórico-artistico o no).
ii. Los que se enfocan al estudio de elementos estructurales o arquitectónicos de
edificaciones.
Esta segunda vertiente de los trabajos consiste en el análisis de muros, suelos o techos
para determinar la presencia de algún tipo de problema (humedad, despegues en los materiales
constructivos, fisuras, etc.) o bien para diferenciar épocas constructivas distintas. En este
segundo caso el estudio con georradar puede ayudarnos a realizar controles de calidad de las
intervenciones que sufren este tipo de edificaciones.
Así pues, se puede acometer estudios de sobre la patología en las construcciones,
abarcando la detección de humedades, oquedades, fisuras y despegues entre materiales
constructivos distintos. Los análisis se centran en los muros de las edificaciones, de forma que
los medios a estudiar tienen poco espesor. También pueden aplicarse estos estudios a los
suelos y a los techos y bóvedas y a las columnas de las edificaciones. La precisión y la
Francisco García García
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resolución requerida en este tipo de estudios son elevadas, lo que obliga a trabajar con antenas
de alta frecuencia.
El georradar aplicado en la búsqueda arqueológica propiamente dicha se presenta
como una herramienta previa para determinar la situación de zonas de mayor interés a la hora
de realizar las excavaciones. La aplicación de estos métodos puede apoyar estudios de zonas
de cierto interés, tanto para comprobar las zonas en las que un número más elevado de
anomalías determinan como de mayor interés, reduciendo en muchos casos el costo de las
excavaciones, como para poder determina la potencia máxima a excavar, pudiendo elaborar
un presupuesto de los trabajos posteriores, o bien para confirmar la presencia de elementos
por debajo de edificios o monumentos que impiden la excavación (restos bajo una catedral,
por ejemplo).
En los estudios de conjuntos arquitectónicos o de edificación a los que se les ha
efectuado algún tipo de intervención o restauración, el uso del georradar permite determinar
diferencias entre los materiales constructivos antiguos y los modernos, así como el estado de
los primeros.
Pasaré a describir estos tipos de estudios englobándolo por el ámbito de aplicación.
4.3.1.- Estudios de humedad
Este problema afecta a un gran número de construcciones. Puede presentarse tanto
debido a causas naturales (agua de lluvia o humedad ambiente del emplazamiento, así como
humedad del subsuelo) como debido a causas artificiales (fugas de agua, construcciones
posteriores que ayuden a la acumulación de agua junto al edificio en cuestión, etc.).
Básicamente, las causas de una patología en una edificación pueden dividirse en directas en
indirectas. Las primeras son las condiciones ya nombradas poco antes, es decir, todo aquello
que pueda provocar un problema en la construcción. Las segundas son aquellas características
constructivas del edificio que pueden favorecer a las primeras.
Los problemas de humedad que se presentan en edificios pueden afectar a las
construcciones ocasionando daños como despegues en los muros y deterioro de los elementos
constructivos. También, en el caso de existir ornamentaciones tipo frescos, habituales en el
caso de edificios religiosos o de cierta importancia histórica, estas pinturas pueden verse
seriamente dañadas. Las reconstrucciones y las soluciones de estos problemas deben ser
minuciosamente analizadas antes de ser efectuados. Un exceso de información acerca del
edificio y de la patología que sufre nunca será perjudicial a la hora de realizar la restauración.
El georradar puede darnos información acerca de la extensión de la zona dañada, del
espesor del muro afectado por la humedad y, en algunos casos, puede ayudarnos a determinar
las causas de la lesión. Los estudios que se realizan con georradar de zonas dañadas o que
pudieran encontrarse dañadas por causas de humedad, se realizan en dos fases importantes:
En primer lugar se intenta determinar con precisión la extensión del área
afectada.
En segundo lugar se realiza una prospección de la zona para determinar la
posible procedencia de la humedad.
La información que puede obtenerse de estas dos fases descritas puede ayudar junto
con la obtenida por otros métodos a la planificación de una restauración adecuada del edificio.
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
45
4.3.2.- Estudio de tipos de patología en conjuntos arquitectónicos: fisuras, despegues y
oquedades
La aparición de grietas en los muros o de despegues de los materiales que los recubren
es una patología muy común a los edificios. La aparición de grietas y de fisuras en
construcciones puede estar ocasionada por diversos problemas. Entre ellos cabe destacar
problemas de asentamientos de las cimentaciones y problemas constructivos de las
estructuras. Se diferencia entre grietas y fisuras, siendo las primeras aquellas que afectan a un
elemento constructivo (muro, columna, bóveda, etc.) en su totalidad, mientras que las
segundas únicamente afectan a su superficie. La evolución de las grietas o fisuras puede llevar
a la presencia de despegues, es decir, de desprendimientos de parte de una estructura o bien
del material que la recubre.
La presencia de grietas es una patología grave ya que puede afectar a la estructura del
edificio. Las fisuras son también un problema serio en estos edificios histórico-artísticos, ya
que pueden llegar a dañar seriamente pinturas murales y ornamentos que hubiere en los muros
o techos. Los métodos constructivos utilizados antaño pueden favorecer la aparición de estos
problemas debido a la gran diferenciación que se presenta entre los materiales que forman los
elementos constructivos.
El estudio con georradar de fisuras, despegues y oquedades interiores a materiales
permite determinar la posición horizontal de la anomalía y, en el caso de conocer las
características del medio en el que se localiza el hueco, es posible también determinar la
profundidad a la que se encuentra. Este tipo de técnica es muy adecuada para este tipo de
problemas por su característica de ser no destructiva, pudiendo aplicarse incluso sobre frescos
sin que éstos resulten alterados ni dañados.
4.3.3.- Estudios arqueológicos
Una de las aplicaciones que tiene el georradar es la de apoyo en estudios arqueológicos
para detectar las zonas que pueden presentar un mayor interés, en las que pueden existir restos
o elementos, previamente a la planificación de la excavación. Esto permite disminuir los
costos y el tiempo del estudio arqueológico. La mejor resolución que presenta este tipo de
prospección frente a los demás métodos geofísicos hace que sea una de las técnicas más
adecuadas para estos trabajos. Sin embargo, tal como ya se pudo comprobar en algunos de los
primeros estudios de este tipo, el análisis con georradar de una zona no aporta una
información útil que pueda ser interpretada si no se comparan los resultados obtenidos con
otro tipo de fuentes, tales como conocimientos históricos o estudios previos arqueológicos.
Los trabajos realizados con georradar sirven de apoyo a las excavaciones
arqueológicas, realizados por motivos diferentes: en primer lugar, la localización de zonas que
posiblemente tengan un mayor interés arqueológico, de cara a la planificación de la
excavación; y en segundo lugar, la localización del posible emplazamiento de elementos
constructivos que están documentados en antiguas cartografías pero que no se conoce su
exacta localización, realizando de este modo una confirmación de la documentación y la
cartografía antigua y localización de la existencia de restos y de antiguas construcciones por
debajo de edificios actuales en los cuales es difícil o perjudicial realizar una excavación
convencional.
Francisco García García
46
La localización de zonas que posiblemente tengan un mayor interés arqueológico por
georradar se realiza generalmente previamente a las excavaciones, para delimitar las zonas
que pueden presentar un mayor interés de estudio. En ocasiones, estos estudios se realizan en
lugares en los que, por sus características arquitectónicas o por su interés histórico, es
necesario un estudio no destructivo. Estudios del subsuelo de monumentos (catedrales,
edificios históricos, etc...) pueden realizarse sin afectar a los mismos, localizando las zonas en
las que pudieran existir elementos más antiguos, y determinando en ocasiones los estratos
culturales subyacentes al actual monumento.
Para la planificación de este tipo de estudios, es necesario tener unos datos o
conocimientos previos de la zona, para poder delimitar la penetración necesaria. Es decir, que
se precisa conocer, por un lado, la profundidad máxima a la que se podría esperar hallar algún
elemento de interés y la extensión mínima que pudiera ocupar, y por otro lado, conocer la
composición del subsuelo.
En el caso de estudios para verificación de cartografía antigua, la prospección con
georradar puede utilizarse también en el área de la arqueología, para confirmar su existencia
en una zona. Con frecuencia la documentación sobre la localización de antiguos elementos
arquitectónicos suele ser inexacta, aunque a menudo incluyen dibujos y descripciones
detalladas del elemento que tratan. Por ello, aunque es posible situar aproximadamente la
posición del mismo, es difícil conocerla con exactitud.
En otras ocasiones están documentadas obras realizadas en monumentos, describiendo
con detalle qué partes del edificio se demolieron y qué nuevas partes se levantaron, pero sin
situar ni las unas ni las otras. Es el caso de importantes edificios que han sido agrandados en
épocas de mayor esplendor económico, o de torres y campanarios que se han demolido,
levantando otros mayores pero en una localización diferente.
En los estudios de monumentos importantes que han variado su forma y tamaño a lo
largo del tiempo, esta antigua cartografía juega un papel importante ya que constituye una
hipótesis de partida para un estudio. Una forma de confirmar o refutar estas hipótesis es
efectuar excavaciones con las que se pudieran localizar los restos de los antiguos elementos,
muros, torres o edificios anexos que existieron antes de las reformas. Sin embargo es difícil
realizar este tipo de trabajos en estos monumentos ya que suelen estar ya integrados en el
patrimonio histórico-artístico actual, pudiendo los trabajos convencionales arqueológicos
llegar a afectarlos.
Así pues, a menudo estas hipótesis sobre la historia de estos edificios pueden quedarse
sin confirmar. La prospección con georradar es un sistema que puede servir en algunos casos
para el mismo fin, con dos importantes peculiaridades:
La primera de ellas es que no serán unos estudios tan precisos como los
arqueológicos.
La segunda es que son un tipo de estudios de los que se denominan no
destructivos, es decir, que no alteran ni el estado ni el aspecto del monumento
bajo el cual se esperan encontrar los restos.
Un estudio habitual de este tipo de trabajos consiste en confirmar los documentos que
describían tanto la localización de las antiguas criptas y los osarios, como de las
modificaciones en la estructura del edificio que fueron teniendo lugar a lo largo de los siglos.
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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4.3.4.- Localización de elementos constructivos en el subsuelo que pueden afectar a los
edificios actuales
En el marco de las aplicaciones de prospección con georradar a la arqueología, la
localización de elementos constructivos o niveles culturales subyacentes a un edificio
histórico puede representar una de las piezas clave para estudiar el deterioro del mismo por
problemas de asentamiento diferencial. En este caso es probable que aparezcan de fisuras cada
vez mayores en los muros y el techo del edificio en cuestión. Este proceso de fisuración puede
llegar a afectar importantes frescos y elementos ornamentales que decoran normalmente a este
tipo de edificios. Lo que puede forzar a plantearse un estudio del subsuelo, y además, en la
mayoría de los casos, debido a las condiciones de los edificios de interés histórico-artístico un
estudio arqueológico convencional es inviable. Sin embargo la prospección con georradar
parece ser una de las mejores opciones debido a su carácter no destructivo y a la resolución
que se puede alcanzar.
4.3.5.- Estudios en elementos arquitectónicos restaurados
Las actuaciones o restauraciones en monumentos o edificios de cierta relevancia o de
interés histórico-artístico son acciones que a lo largo del tiempo precisan ser llevadas a cabo
tanto para arreglar desperfectos y solventar lesiones como para reconstruir determinadas
piezas o partes de ellas.
El enfoque que se les puede dar a estas obras es muy diverso. Hay trabajos que se
dirigen a conservar y reforzar las partes que aún se conservan, y por otra parte existen otros
trabajos con los que se intenta recrear el aspecto que antaño tuviera el monumento. En algunas
ocasiones, con las actuaciones más intensas se pretende dotar al monumento de una serie de
funciones que no podría poseer únicamente con un refuerzo y consolidación de las partes
existentes. Tal es el caso, por ejemplo, de algunos castillos que, tras unas fuertes
intervenciones han pasado a poseer cierta funcionalidad, siendo utilizados actualmente de
museos, paradores, ..., o el caso de los restos de teatros (o anfiteatros) griegos o romanos
preparados tras la intervención arquitectónica para ser utilizados en representaciones actuales.
Sin embargo, sea cual sea el enfoque de la reconstrucción, siempre se actúa sobre una base
antigua que se pretende conservar, ya sea intentando darle al conjunto una cierta funcionalidad
o únicamente conservarlo con el aspecto con el que ha llegado a nuestros días.
Una vez realizadas las actuaciones sobre monumentos, uno de los problemas con el
que nos encontramos es que no es posible comprobar el estado en el cual se encuentran los
restos antiguos que han quedado tapados por los materiales nuevos, no pudiendo saber en
ocasiones si los primeros se han respetado durante las obras como se indicaba en los
proyectos. Posibles problemas de humedad o de deterioro de estos materiales subyacentes
pudieran quedar ocultos por las obras realizadas.
Para poder efectuar estos estudios no se pueden emplear medios mecánicos de los
denominados destructivos (catas, por ejemplo), ya que alteran tanto los nuevos como los
antiguos elementos. La técnica geofísica de georradar es una de las soluciones que existen
para ello, ya que numerosos métodos, consistentes en el estudio del interior del medio a partir
de los datos y medidas efectuadas sobre la superficie, pueden aplicarse sin alterar el medio
estudiado. De los diferentes estudios de geofísica el georradar es quizá el más adecuado para
estos problemas. Por un lado es un método con el cual podremos detectar tanto cambios en los
Francisco García García
48
materiales como, por ejemplos presencia de humedad en los mismos. Por otro lado, la
resolución de este método permite que se utilice en estudios precisen de cierta precisión.
5.-. EL GEORRADAR EN EL ESTUDIO PATRIMONIO HISTÓRICO-ARTÍSTICO
VALENCIANO
Quiero mostrarles el alcance y las posibilidades de esta técnica de georradar, que se
caracteriza por ser la de mayor resolución dentro de los métodos no invasivos geofísicos,
mediante una breve exposición de estudios e investigaciones que he realizado en el espléndido
y vasto ámbito del Patrimonio Histórico-Artístico que goza y ostenta con orgullo nuestra tierra
valenciana.
Desde luego que un ejemplo y una imagen pueden valer por mil palabras o más, y
máxime aquí en este ámbito, debido a que la mayoría de sus resultados que se obtienen en las
aplicaciones de georradar es mediante la interpretación por imagen que se deriva de los
radargramas, similar a lo que ocurre mediante la diagnosis por imagen en Medicina.
Desde luego las ecuaciones de Maxwell y el avance electrónico en la instrumentación
me han facilitado el poder adentrar en el mundo de la investigación del Patrimonio Histórico-
Artístico Valenciano desde mediados de los años noventa del siglo pasado.
Permítanme que les exponga algunos de estos estudios en los que he tenido el
privilegio de participar y colaborar. No voy a hablar del procesado de datos con sus
ecuaciones anteriormente descritas y filtrados. Voy a exponer mediante una selección de
ejemplos las diversas aplicaciones del georradar en el estudio del Patrimonio Histórico-
Artístico Valenciano mediante los resultados obtenidos (radargramas, modelos 3D), con la
finalidad de mostrar su potencialidad presente y futura en este ámbito.
5.1.- Estudio de La Lonja de Los Mercaderes de Valencia
Me siento un privilegiado puesto que mi andadura en la investigación geofísica
aplicada al patrimonio comenzó en nuestra Lonja de los Mercaderes, maravilla del gótico civil
de los siglos XV y XVI, Monumento Nacional desde 1931 y Patrimonio de la Humanidad
desde 1996. En 1994 los arquitectos Javier Benlloch Marco y Manuel Jesús Ramírez Blanco,
profesores de la Universidad Politécnica de Valencia, que en aquel entonces llevaban a cabo
el proyecto para la salvaguarda y divulgación de la Lonja de los Mercaderes de Valencia,
vislumbraron las numerosas posibilidades de la técnica de georradar en obras arquitectónicas
por primera vez en Valencia. Y fueron ellos los que me ofrecieron participar y experimentar
esta técnica en este colosal conjunto arquitectónico fruto de la poderosa sociedad de la ciudad
de Valencia en su siglo de oro. Era necesario una técnica no invasiva y de alta resolución dado
el grado de protección del edificio de La Lonja. Esta técnica era el georradar. En 2002 los
Arquitectos Doctores Javier Benlloch Marco y Manuel Jesús Ramírez Blanco consideraron
oportunas la continuación de las investigaciones con georradar enmarcadas en el proyecto
estudio y diagnosis de manifestaciones patológicas de la piedra y proyecto de ejecución y
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
49
dirección de las obras de limpieza y conservación de La Lonja encargado por el
Ayuntamiento de Valencia.
En estos proyectos, investigué con georradar 5 zonas del conjunto monumental de la
Lonja, que se le puede considerar como el “templo del comercio” de la ciudad de Valencia:
a. Salón Columnario: Estudio de los muros, subsuelo en 3D, zapatas de las
columnas y situación del valladar.
b. Patio de los Naranjos: Estudio de humedades y situación del valladar.
c. Sótano: Estudio de muros y humedades.
d. Consulado del Mar-Torre: Diagnosis del estado interno las vigas de madera,
estudio de las bóvedas del sótano y humedades.
e. Calle Pere Compte: Cartografiado del subsuelo para la colocación de andamios
debido a la presencia de sótanos y del valladar en dicha calle.
Los resultados más relevantes que obtuve con georradar en estas 5 zonas de estudio
fueron los siguientes:
a. En el Salón Columnario de la Lonja de los Mercaderes realicé un análisis exhaustivo de
muros, subsuelo y zapatas de las columnas. Como resultados cabe destacar que se
delimitó el trazado del valladar que recorre transversalmente toda la sala, las
dimensiones de zapatas, las estructuras internas murarias y de las columnas, así como la
detección de una ventana cegada en uno de sus muros.
Figura 2. Radargrama correspondiente a la ventana cegada en el Salón Columnario.
Francisco García García
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Figura 3. Localización del valladar, zapatas de las columnas y sus dimensiones en el subsuelo
del Salón Columnario detectadas con georradar.
Figura 4. Modelo 3D obtenido con georradar del subsuelo del Salón Columnario.
Figura 5. Niveles cartografiados por georradar 3D en el subsuelo del Salón Columnario y de
la Torre.
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
51
b. En el Patio de los Naranjos se comprobó la continuidad del valladar y se definió su
dirección, y asimismo se detectaron diversas zonas de humedad en el subsuelo.
Figura 6. Radargrama realizado en el Patio de los Naranjos donde se observa diversas zonas
de humedad en el subsuelo.
c. En el sótano se detectó la existencia de diversas zonas de humedad en el terreno
adyacente a los muros y suelo.
d. En el Consulado del Mar – Torre, se determinó el estado interno de cada una de las
vigas de madera y se correlacionaron estos resultados con los derivados de las técnicas
convencionales aplicadas a las mismas. Asimismo se comprobó el estado de las bóvedas
del sótano y se localizó una zona importante de humedad en la zona de la cimentación
de la Torre.
Figura 7. Radargramas correspondientes a dos vigas de madera del Consulado del Mar.
Francisco García García
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Figura 8. Radargrama correspondiente al subsuelo de la Torre y a las bóvedas del sótano del
Consulado del Mar.
e. En la Calle Pere Compte se consiguió conocer la situación exacta en superficie de las
bóvedas de los sótanos de la antigua Lonja del Aceite y del valladar, y por consiguiente
situar los puntos de apoyo de las patas del andamio, para que no causar daños a estas
estructuras del subsuelo y garantizar su seguridad. De esta manera se determinó la
ubicación idónea del andamio necesario para la limpieza de la fachada exterior sur del
Salón Columnario.
Figura 9. Radargrama longitudinal a la fachada sur de La Lonja en la C/ Pere Compte.
Toda la información procesada de la Lonja de los Mercaderes ha sido clasificada en
fichas como herramienta de consultas a la hora de futuras actuaciones y/o en la misma. Cada
ficha contiene la situación, longitud y nombre de los perfiles, las características técnicas de la
adquisición de datos con el georradar, la fecha de la toma de los datos y el radargrama
correspondiente.
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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Figura 10. Ejemplo de ficha del archivo correspondiente al estudio por georradar en la Lonja
de los Mercaderes de Valencia.
5.2.- La Catedral de Valencia: La ilustración de un proceso constructivo
En 1996 se celebró la exposición La Seo de la Ciudad. Catálogo de planos, trazas y
dibujos del Archivo de la Catedral de Valencia en el Instituto Cervantes de Roma, enmarcada
en los programas Valencia en Roma y Civitas Europa.
El Comisario de esta exposición Joan J. Gavara Prior señala en el Catálogo en su
apartado La ilustración de un proceso constructivo (Generalitat Valenciana, 1996):
“Dados los grandes periodos constructivos del templo, especialmente su época
medieval, de los que no conservamos ninguna traza, se ha creído conveniente la ejecución de
tres maquetas, que ilustren esta evolución histórica, tanto para dejar constancia de la misma
como para hacer hincapié en que las trazas son fruto de este proceso de constante renovación,
tanto arquitectónica como de amueblamiento del templo. Renovación y destrucción de la
fábrica es una constante dieléctrica, no exenta de disonancias, que es recogida ejemplarmente
por las trazas.”
Las maquetas referidas las realizaron magistralmente Josep María Gómez Lozano y
Carlos Martínez Pérez a escala 1:175. Joan J. Gavara Prior finaliza este apartado diciendo:
“Para la realización fidedigna de las maquetas se ha recurrido a una rigurosa
investigación documental así como la prospección del subsuelo de la catedral con la técnica de
georradar, trabajo ejecutado por V. Pérez Gracia, F. García García, J. Clapés Boixadé, R.
Osorio Gómez y J.A. Canas Torres, cuyos resultados van más allá de la simple apoyatura
gráfica, siendo en sí mismos un instrumento de conocimiento que, a buen seguro, abrirá
nuevos campos de investigación.” Y efectivamente, así ha sido, esta técnica geofísica ha
abierto y sigue abriendo nuevas líneas de investigación en Patrimonio.
Se empleó el georradar para documentar y verificar las trazas constructivas de sus
diferentes periodos presentes en el subsuelo de la Catedral mediante la realización de perfiles
en toda su planta principal. Los resultados sirvieron para la realización de las tres maquetas
mencionadas y para documentar estructuras en el subsuelo, que previamente a este estudio
carecían de referencia documental alguna.
Francisco García García
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Figura 11.- Radargramas de perfiles realizados en el la Catedral de Valencia y su correlación
de estructuras entre ellos.
Figura 12.- a primera maqueta
correspondiente a la catedral docentista 1262-1330; b segunda maqueta muestra la catedral
trecentista 1330-1430; c tercera maqueta muestra la catedral cuatrocentista 1420-1530
(Generalitat Valenciana, 1996).
5.3.- Estudio 3D de los subsuelos en el patrimonio jesuítico de las iglesias de la Compañía
de Jesús y de San José (Valencia)
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
55
El objetivo principal de este estudio fue la determinación de las estructuras presentes
en los subsuelos de las iglesias de la Compañía de Jesús y de San José (Valencia), así como de
sus respectivas cimentaciones para que utilice como documentación para un posterior estudio
de restauración. Otro objetivo fue investigar los subsuelos mediante la aplicación de
georradar 3D para cartografiar las elementos constructivos enterrados.
En primer lugar, se llevó a cabo el estudio en el interior de la Iglesia del Sagrado
Corazón de Jesús, ss. XVII-XIX, ubicada en el centro histórico de la ciudad de Valencia, y
adyacente con el antiguo trazado de la antigua muralla árabe. El objetivo principal de este
estudio fue la detección y cartografiado, mediante la aplicación del georradar, de elementos
enterrados que pueden dar lugar a las patologías que se manifiestan en el edificio para un
posterior estudio de restauración y dimensionar una serie de estructuras del subsuelo
conocidas, y al mismo tiempo detectar posibles estructuras no documentadas. Este estudio se
enmarcó en el proyecto de restauración y salvaguardia del Patrimonio Jesuítico en la ciudad de
Valencia coordinado por Forum-UNESCO.
En la nave crucero se densificó la malla de perfiles debido a la detección de dos
estructuras significativas. Asimismo, se realizaron perfiles ex professo para el estudio de la
cimentación. En la interpretación de los resultados 3D obtenidos en el estudio cabe destacar la
detección de los siguientes elementos: un talud en el subsuelo situado en la fachada principal,
que podría corresponder a una estructura constructiva de la antigua muralla árabe; una cripta
en el ala derecha de la nave crucero de dimensiones 5,5 m de longitud, 3,50 m de ancho y 2,5
m de altura; una tumba en el ala izquierda de la nave crucero; un enterramiento en la nave
principal; la disposición de los niveles culturales en el subsuelo y las dimensiones de las
cimentaciones de muros y pilares.
Figura 13. Modelo 3D del subsuelo de la nave principal de la Iglesia de la Compañía de
Jesús.
Francisco García García
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Figura 14. Modelo 3D del subsuelo del ala derecha de la nave crucero de la Iglesia de la
Compañía de Jesús.
Figura 15. Modelo 3D del subsuelo del ala izquierda de la
nave crucero de la Iglesia de la Compañía de Jesús.
Figura 16. Situación en planta de las estructuras enterradas no documentadas en la Iglesia de
la Compañía de Jesús resultantes de la interpretación 3D por georradar.
Figura 17. Radargrama obtenido en la nave central de la Iglesia.
Talud
Tumba Nivel cultural
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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Figura 18. Radargrama obtenido en el ala derecha de la nave crucero.
Figura 19. Radargrama realizado en la ala izquierda de la nave crucero .
El segundo lugar, se realizó el estudio en el interior de la Iglesia de San José, ubicada
la ciudad de Valencia. La Iglesia presenta tres etapas constructivas. En 1881 se construye la
primera capilla del nuevo colegio de San José. En 1915 tiene lugar la primera ampliación, que
consiste en añadir a la capilla dos corredores laterales. Durante la Guerra Civil Española la
Iglesia fue ocupada y sufre muchos deterioros, en 1941 se inicia la restauración y limpieza de
la Iglesia. Los corredores laterales se convierten en naves laterales, se añaden tres tamos a los
cuatro de la capilla primitiva y se hace una nueva fachada con cinco ventanales. El objeto del
estudio fue la diferenciación en el subsuelo de las fases constructivas en la creación del
edificio, ya que se realizaron en diferente periodos.
Se planificó una malla de perfiles en la nave central, en el altar mayor y perfiles para el
estudio de la cimentación. Los resultados más relevantes obtenidos del análisis 3D fueron: la
diferenciación en el subsuelo de las tres fases de construcción del edificio; la presencia de una
estructura de canalización que atraviesa transversalmente toda la nave en su zona central de
dimensiones 3,5 metros de ancho y 0,8 m de potencia; la localización de una galería en el altar
mayor (1,5 m de ancho y 1,80 m de alto); la disposición de los niveles culturales en el terreno
y las dimensiones de las cimentaciones de muros y pilares.
Cripta
Tumba
Francisco García García
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Figura 20. Modelo 3D del subsuelo de la nave de la Iglesia de San José.
Figura 21. Radargrama realizado en la nave de la Iglesia de San José. Se observa: tres fases
de construcción del edificio.
Figura 22. Estructuras y fases constructivas detectadas y cartografiadas con georradar en la
Iglesia de San José.
La generación de seis modelos 3D de los subsuelos de la Iglesia de la Compañía de
Jesús y de la Iglesia de San José mejoraron el análisis de los radargramas, y por lo tanto se
incrementó la calidad de los resultados correspondientes a la detección y cartografiado de
estructuras constructivas enterradas obteniendo las dimensiones más precisas tanto en planta
como en profundidad. Como consecuencia el empleo del georradar permitió estudiar las
cimentaciones, la disposición de los niveles culturales en el subsuelo y estructuras enterradas
si ocasionar daños a ambos edificios, evitando o minimizando, de esta forma, las
perforaciones en elementos constructivos de las dos iglesias.
5.4.- Estudio del subsuelo 3D en la Iglesia de San Juan del Hospital de Valencia
1ª fase 2ª fase 3ª fase
Estructura Galería
Nivel cultural
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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Este estudio se desarrolló en la investigación coordinada y científica multidisciplinar
en el marco de la construcción, biomedicina y humanidades centrada en el Conjunto
Hospitalario del siglo XIII de San Juan del Hospital de Valencia, para su rehabilitación en el
casco histórico de la ciudad, integrándolo y adaptándolo al entorno construido. Dicha zona fue
sede durante 600 años de la primera Orden religioso-militar de caballeros cruzados, la de San
Juan del Hospital de Jerusalén, actualmente Orden de Malta. Primer hospital de la ciudad
reconquistada por Jaime I en 1238. Albergue de peregrinos hacia lugares tradicionales, como
Santiago de Compostela. Cementerio hasta el s. XVIII.
En este proyecto coordinado se presentó la conservación de un conjunto singular del s.
XIII, el de San Juan del Hospital en el centro histórico de la ciudad de Valencia, mediante el
desarrollo de tecnologías y metodologías que permitan una mejor evaluación de su estado
constructivo y el uso de técnicas avanzadas de rehabilitación, favoreciendo su regeneración e
integración en el casco histórico.
La preocupación de la Orden de Malta por la conservación del complejo dio como
resultado la Declaración del Conjunto como Monumento Histórico Artístico de carácter
nacional por decreto de 5 de abril de 1943, tras el informe del Académico Don Elías Tormo.
Desde que en Abril de 1997 fue declarado Museo el recinto de San Juan del Hospital,
nuestros esfuerzos se han dirigido a poner en práctica lo que desde un principio fue objetivo
en el “Plan Global de la restauración del Conjunto”: dar a conocer la antiquísima edificación
hospitalaria de la Orden de San Juan de Jerusalén, situada dentro del “casco histórico” de la
ciudad de Valencia y con un contenido histórico y solidario fuera de lo común en otros
monumentos.
Desde 1987 se han ido localizando restos del circo romano de la ciudad de Valencia.
Estos hallazgos obligaron a replantearse la importancia que tenía Valencia durante el Alto
Imperio. La ciudad de Valencia fue fundada en el año 138 a.c siendo cónsul romano Décimo
Junio Bruto y se creía que era una ciudad de escasa relevancia dado que no se había
encontrado ninguna construcción importante y a tan solo 25 km de la ciudad, en la ciudad de
Sagunto existía un importante circo romano.
Los últimos hallazgos arqueológicos indican que el Circo de Valencia sería el edificio
más grandioso de la Valencia romana, con unos 350 m de largo y 50 de ancho, y un aforo para
más 10000 personas.
El estudio con georradar en el conjunto arquitectónico de San Juan del Hospital se
realizó con la generación de modelos 3D. Para ello se planificó perfiles transversales y
longitudinales en la nave central, el altar mayor, la zona de tránsito y el patio sur. Se alcanzó
una profundidad máxima de unos 8 metros suficiente para estudiar el nivel romano en el
subsuelo de la ciudad de Valencia de acuerdo con los estudios arqueológicos.
San Juan del Hospital
Francisco García García
60
Figura 23. Hallazgos arqueológicos y posible trazado del Circo Romano de Valencia.
(1)1987: CCOO. (2)1988: calle Palau. (3)1989: calle Trinquete de Caballeros. (4)1990: calle
Comedías. (5)1992: calle Milagro. (6)1994: Plaza de Nápoles y Sicilia. (7)1994: Plaza de San
Vicente Ferrer. (8)1995: Plaza de Nápoles y Sicilia. (9)1995: calle de la Paz. (10)1997: San
Juan del Hospital.
En el modelo 3D correspondiente a la nave central, se detectó una estructura que
corresponde con la prolongación situación de las gradas del circo romano a su paso por la
nave central; otra estructura situada entre las gradas y la “spina” del circo romano y que podría
corresponder con una eventual estructura del circo romano. Asimismo se registró tres niveles
culturales en el subsuelo. En lo modelo 3D del altar mayor se localizó una cripta.
Figura 24. Modelo 3D de la nave central
de San Juan del Hospital.
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
61
Figura 25. Modelo 3D del altar mayor de San Juan del Hospital.
Los resultados me confirmaron que el georradar es una herramienta útil para
verificación de una interpolación o extrapolación de estructuras enterradas en áreas bajo
edificaciones actuales en las que no es viable una actuación de excavación a determinadas
profundidades.
5.5.- Localización de las tumbas de los Duques de Calabria, D. Fernando de Aragón y
Dña. Germana de Foix, en la cripta del Monasterio de San Miguel de los Reyes de
Valencia.
Este estudio geofísico fue requerido por la Consellería de Cultura i Educació de la
Generalitat Valenciana que llevado a cabo en lo que es hoy la Biblioteca Valenciana instalada
en el antiguo Monasterio de San Miguel de los Reyes de Valencia. En este ejemplo el objeto
de estudio consistió en la detección de las tumbas de los fundadores del Monasterio de San
Miguel de los Reyes (1546-1835). En 1546 los Duques de Calabria, D. Fernando de Aragón y
Dña. Germana de Foix, fundaron un Monasterio con el propósito de que fuera su Mausoleo
familiar.
Se disponía de documentación histórica (no expresa) que hacía suponer que los restos
de los fundadores se encontraban en la cripta situada debajo del altar mayor de la iglesia, y
que estarían en el interior de sus mausoleos.
Tras el análisis mediante georradar se descubrió que los mausoleos eran macizos y no
podían contener ningún resto. La inmediata pregunta que nos hicimos era ¿dónde los
enterraron?. Por este motivo, se inspeccionó el subsuelo de la cripta y tras su análisis mediante
el 3D se localizó una zona de enterramientos, en la que se pudieron identificar cuatro zonas en
el subsuelo. Dos de ellas seguramente corresponderían a las tumbas de los Duques de Calabria
(los fundadores) y las otras dos a las hermanas de la Duquesa, el saberlo con exactitud
corresponde ya a los arqueólogos.
Francisco García García
62
(A)
(B)
Figura 26. Elementos estudiados en la cripta: mausoleos, altar y subsuelo.
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
63
Figura 27. Modelo 3D del subsuelo de la cripta donde se aprecia cuatro zonas
correspondientes a enterramientos (A), junto con su modelo 3D filtrado (B).
5.6.- Determinación de la cimentación de las Torres de Serranos de Valencia
A todos nos impresiona pasar por las Torres de Serranos, y nunca nos ha dejado de
fascinar su arquitectura y detalles góticos. La Puerta de Serranos (Torres dels Serrans) era la
entrada del camino real de Zaragoza y del camino real de Barcelona. Su construcción estuvo a
cargo del maestro Pere Balaguer que se inspiró en el estilo de otras puertas góticas del Reino
de Aragón. Comenzaron las obras el 6 de abril de 1392, finalizando las obras en marzo de
1398. Su uso primer uso fue de carácter defensivo-militar, aunque con el tiempo pasó a ser
considerada la puerta principal de la ciudad. Desde finales del siglo XVI hasta finales del XIX
sirvió para cárcel de nobles y caballeros. Este conjunto fue declarado Monumento Histórico-
Artístico Nacional en 1931
Este estudio geofísico se enmarcó en el proyecto de limpieza y conservación de las
Torres de Serranos encargado por el Ayuntamiento de Valencia en el año 2002. En este
ejemplo el objeto de estudio consistió en la determinación de su cimentación, dado que se
carecía de documentación sobre cómo se realizó y el tipo de cimentación.
Tras obtener un modelo 3D con georradar de la cimentación en una de sus torres, se
obtuvo una profundidad de la cimentación de unos 8 m. Asimismo se observó una serie de
niveles subhorizontales en la estructura interna de la cimentación del modelo 3D que se
correlacionaron perfectamente con los resultados de un sondeo mecánico realizado,
comprobándose que se correspondían con una serie de tongadas para la mejora del terreno
donde se asientan las Torres.
Francisco García García
64
Figura 28. Modelo 3D obtenido con georradar de la cimentación de las Torres de Serranos. El
contacto entre la cimentación y el terreno natural se encuentra a unos 8 m de profundidad.
5.7.- Estudio y diagnosis de la patología de las Torres del Portal de Quart de Valencia
Aquí presento un estudio geofísico mediante la técnica no destructiva de georradar,
llevado a cabo en las Torres de Quart, siendo éstas uno de los monumentos más singulares de
la ciudad de Valencia. Las Torres de Quart son los restos de la antigua muralla medieval de
Valencia y fueron construidas por el arquitecto Pere Bonfill en el siglo XV, entre los años
1441 y 1460. El estilo de las Torres es neogótico o gótico tardío militar, imitando a las Torres
del Castell Nuovo de Nápoles, diseñado por el mallorquín Segrera. Estas Torres amuralladas
han soportado la Guerra de la Independencia de los franceses, la de Sucesión, las cantonales y
la Guerra Civil Española. Todavía se pueden observar las huellas de los impactos provocados
por los cañonazos de la Guerra de la Independencia en sus gruesos muros. A partir del 1626 y
hasta el siglo XVIII se alojó en su interior la cárcel de mujeres. Hasta el 1874 se les llamaba
las Torres de la Cal porque la cal con la que se encalaba las casas de Valencia debía entrar por
la puerta situada entre las dos Torres. En 1931 fueron declaradas Monumento Nacional.
Este análisis se enmarcó en el proyecto Estudio y diagnosis de la patología de las
Torres del Portal de Quart y Proyecto de ejecución de limpieza, restauración y conservación.
El objeto de este estudio fue conocer de forma precisa en primera instancia el estado de
conservación de las Torres de Quart, así como sus patologías evitándose, en la medida de lo
posible, las actuaciones invasivas en esta fase de reconocimiento previa a la fase de ejecución
de restauración del monumento. Así mismo el estudio del subsuelo en su cimentación y el
adyacente al paso del foso enterrado de la anterior muralla cristiana. Los principales objetivos
fueron: determinación de patologías en muros; localización previa de huecos en muros que
pudieran estar cegados parcial o totalmente; estudio del estado de la cimentación y del
subsuelo.
Este estudio se centró en centrado en cinco áreas:
1.- Sótano: Estudio de cimentación.
2.- Planta primera: Estudio de muros.
3.- Planta segunda: Estudio de muros.
4.- Entre Torres: Estudio estructuras enterradas.
5.- Zona perimetral: Estudio de foso.
Este estudio permitió registrar la presencia en el subsuelo del antiguo foso de la
muralla cristiana en la actual calle de Guillem de Castro, con una conducción en su parte
central y taludes en sus laterales, cuya profundidad máxima es de 8.1 m.
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
65
Figura 29. Perfil longitudinal del sótano de la Torre Derecha. En este perfil se aprecian 3
reflectores situados a 20 ns ( 0.8 m), 50 ns (2.1 m ) y 125 ns (5.4 m).
Figura 30.- Perfil en el muro de la primera planta de la Torre derecha, donde se aprecian 2
reflectores situados a 1 ns ( 5 cm) y 5 ns (25 cm ).
Figura 31. Perfil en el muro de la primera planta de la Torre izquierda, donde se observa 2
reflectores situados a 1 ns ( 5 cm) y 5 ns (25 cm).
Figura 32. Perfil en el muro de la segunda planta de la Torre derecha, donde se aprecian los
mechinales cada 1 m.
22
Estu
dio
geo
físico d
e las Torres d
el “Portal d
e Quart” m
edian
te sistema
geo
rradar
Estu
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Francisco García García
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Figura 33. Perfil realizado en la calle Guillem de Castro. En este perfil se aprecian una
sección del foso de la muralla cristiana, donde se observa en su parte central la canalización
abovedada de fábrica de ladrillo y en sus laterales la huella de los taludes de la muralla
medieval.
5.8.- Estudio de la estructura interna de las columnas del sótano del Mercado Central de
la ciudad de Valencia
Este conjunto arquitectónico de estilo modernista de principios del siglo XX combina
diversos materiales constructivos y estructuras de forma armoniosa y atrevida como son el
metal, las cúpulas, el vidrio, las columnas, emulando el gótico del modernismo, y los azulejos
cerámicos.
Este ejemplo se enmarcó en el proyecto de Rehabilitación Integral del Mercado
Central, cuya finalidad era una restauración completa del edificio teniendo en cuenta su
función como mercado moderno. Ante la falta de documentación sobre la construcción de las
columnas del sótano del Mercado Central era necesario el empleo de georradar escogiéndose
para su estudio 9 columnas representativas de las diferentes tipologías constructivas.
Tras el análisis de los resultados, las conclusiones más relevantes de este estudio
mediante este muestreo fueron las siguientes:
En los fustes de las columnas se observa 3 capas: 1ª capa (hoja) de ladrillo; 2ª capa; 3ª
nivel hueco. Asimismo se comprobó que el encuentro de las columnas metálicas con las
columnas del sótano se produce en soluciones encima de los capiteles de las columnas del
sótano, no penetrando en ellas. Es decir, las columnas de los sótanos presentan una zona
interior compacta, sin ningún elemento metálico.
27 2
2
TALUD TALUD
CANALIZACIÓN
C
9
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
67
Figura 34. Situación de las 9 columnas estudiadas por georradar en el sótano del Mercado
Central de Valencia.
Figura 35. Perfil de georradar en una columna.
5.9.- Estudio de iglesias valencianas
En general cuando nos referimos al Patrimonio construido pensamos en edificios o
conjuntos que destacan por su singularidad y valor arquitectónicos. Pero no cabe la menor
duda que para cada uno de nosotros que la iglesia de nuestro pueblo o de nuestro barrio tiene
un gran valor patrimonial y emotivo, independientemente de su singularidad arquitectónica.
Es nuestra iglesia, donde han tenido y tienen lugar un sinnúmero de vivencias religiosas,
familiares y sociales. Pienso que es más que un edificio, es nuestro patrimonio más cercano,
por eso se merece todo nuestro estudio para su conservación y salvaguarda.
2ª
capa 1ª
capa
3ª
capa
hueco
Francisco García García
68
He tenido la fortuna en participar en estudios de restauración, patología y del subsuelo
en una serie de iglesias valencianas. He detectado criptas, tumbas, estructuras previas
enterradas, suelos,…., cuyas existencias se desconocían o bien no estaban documentadas.
Muchas veces me he sentido cómplice de la historia de estas iglesias. Algunas de las iglesias
han sido:
Iglesia de San Pedro de Paterna.
Iglesia de San Juan Bautista de Atzeneta d´Albaida.
Iglesia de San Vicente Mártir de Benimámet.
Iglesia de la Santísima Cruz de Valencia (Iglesia del Carmen).
Iglesia de Nuestra Señora del Don de Alfafar.
Iglesia de San Jorge Mártir de Paiporta.
Iglesia de Nuestra Señora del Rosario de Olocau.
Iglesia de Nuestra Señora de la Asunción de Ares del Maestre.
Iglesia de Santiago Apóstol de la Pobla de Vallbona.
Iglesia de San Miguel de Jalance.
Iglesia Virgen del Socorro de Peñíscola.
Iglesia Arciprestal de Santiago de Villena.
Figura 36. Perfil en la nave principal de la Iglesia de Nuestra Señora de la Asunción de Ares
del Maestre, donde se observa los 5 niveles en el subsuelo, el nivel freático y una cripta.
Nivel 1
Nivel 2
Nivel 3
Nivel 4
Nivel 5
nivel freático
cripta
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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Figura 37. Modelo 3D y secciones del subsuelo de la Iglesia de Nuestra Señora del Don de
Alfafar, donde se observa su cripta central, 2 enterramientos y estructura enterradas.
Figura 38. Zona anómala localizada en la nave principal de la Iglesia de San Pedro de
Paterna.
Le
yenda
Iglesia Parroquial
Virgen del Socorro
(Peñíscola)
Plano de
Espacios
detectados
por
georradar Rellenos
Espacios
previamente
conocidos
Estructura
por
georradar
Francisco García García
70
Figura 39. Planta de la Iglesia de la Virgen del Socorro de Peñiscola sobre la cual se muestra
los espacios y estructura detectados con georradar (estudio requerido por requerido por la
Fundación “La Luz de las Imágenes”).
Figura 40. Radargrama donde se observa la existencia de un espacio abovedado al pie del
altar mayor de la Iglesia Parroquial Virgen
del Socorro de Peñíscola.
Figura 41. Perfil en el altar mayor de la Iglesia Arciprestal de Santiago de Villena, donde se
ha detectado dos enterramientos no documentados.
espacio abovedado
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
71
Figura 42. Secciones (slices) en profundidad en la Iglesia Arciprestal de Santiago de Villena.
5.10.- Estudios 3D de yacimientos arqueológicos valencianos: Els Estrets - Racó de la
Rata (Vilafamés), Corral de Saus (Moixent) y Casas del Campo (Villena)
Como hemos visto, la prospección con georradar como apoyo en estudios de
Patrimonio Valenciano es una aplicación cada vez más habitual, aunque todavía tiene escasa
difusión en determinados sectores de la investigación arqueológica. Este tipo de estudios
previos permite a los arqueólogos determinar las zonas de mayor interés para el estudio,
limitando así las excavaciones. Puede ser una herramienta útil en trabajos de zonas especiales
donde no se pueden realizar o, si éstas se llevan a término, han de ser muy concretas y
selectivas. Por ello es una forma de ahorrar tiempo y dinero, aumentando su efectividad y
productividad. En cualquier caso se trata de un método de apoyo que no puede sustituir en
modo alguno las excavaciones arqueológicas, facilitando dichos trabajos.
Como reflejo de lo expuesto sirvan como ejemplos los estudios 3D que he realizado en
tres yacimientos diferentes por sus características y emplazamientos:
i. El yacimiento íbero de Els Estrets - Racó de la Rata se encuentra a 3 km del centro
urbano de Vilafamés y en dirección a la población de La Barona. Ocupa una posición
estratégica sobre lo alto de una mole de 283 metros de altitud que forma parte del
extremo septentrional de la sierra de les Conteses. Se trata de un espacio de hábitat de
pequeñas dimensiones (62 x 50 m) perteneciente a la cultura íbera datado entre los siglos
III-I a.C. Con el estudio de georradar se ha detectado estructuras enterradas (muros,
paredes,…), su geometría, potencia del estrato estéril superficial y la topografía del
paleorelive de este asentamiento íbero.
Francisco García García
72
Figura 43. Representación 3D del paleorelive del yacimiento íbero de Els Estrets - Racó de la
Rata (Vilafamés) derivado de los resultados del georradar.
ii. La necrópolis de origen íbero del Corral de Saus está situada en el término de Moixent,
partida de Garamoixent, y datada entre los siglos V hasta principios del I a. C. Es una de
las más significativas en cuanto a tumbas de incineración del arco mediterráneo
valenciano. Este estudio se realizó bajo la dirección del Académico Ilmo. Sr. D. José
Aparicio Pérez. Con él se ha detectado y referenciado en planta las estructuras enterradas
detectadas.
Figura 44. Perfiles 2D de georradar realizados en el yacimiento íbero del Corral de Saus
(Moixent),
donde se observa
la presencia
de estructuras
enterradas.
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
73
Figura 45. Modelo 3D con secciones horizontales del área estudiada del yacimiento íbero del
Corral de Saus (Moixent).
Figura 46. Sección de anomalías en el yacimiento íbero del Corral de Saus (Moixent).
.
iii. En el término de Villena era muy probable que se encuentren enterrados restos de la
ocupación de la época romana en una superficie de 10 Ha en la partida de Casas del
Campo según los estudios realizados por el Servicio de Arqueología Municipal. Mediante
georradar se estudió en 3D el subsuelo de 2 Ha. En este estudio los resultados fueron muy
positivos, detectando estructuras enterradas que mediante excavación arqueológica se
confirmó la existencia de un asentamiento romano.
Francisco García García
74
Figura 47. Perfil 2D de georradar realizado en el yacimiento romano de Casas del Campo
(Villena), donde se observa la presencia de una estructuras enterradas.
Figura 48. Modelo 3D de una zona del yacimiento romano de Casas del Campo (Villena).
Quiero concluir que con estos ejemplos de estudio 3D del subsuelo que la aplicación
de la técnica de georradar para estudios arqueológicos resulta muy eficaz y productiva para
estos fines, pues se trata de un método que permite, como hemos visto:
Realizar el estudio del subsuelo de forma rápida, permitiendo delimitar los
terrenos de mayor potencial arqueológico y ubicar estructuras en el subsuelo, lo
que facilita los trabajos arqueológicos posteriores.
Localizar el contacto entre los distintos materiales sedimentarios y de roca madre,
pudiéndose determinar así la máxima profundidad de excavación.
Aplicarlo en lugares donde una excavación sería inviable, como por ejemplo en el
ámbito urbano, para confirmar la existencia de elementos de los que se tenga
noticia documental.
Quisiera finalizar expresando mis agradecimientos. En primer lugar y siempre a la
Academia. A todos sus miembros y en especial a su Decano, Ilmo. Sr. D. Vicente Luis Simó
Santonja, por sus buenos consejos y apoyo que me ha ofrecido abiertamente desde que nos
conocimos. Al Académico Presidente de la Sección de Economía Ilmo. Sr. D. José María
Jiménez de Laiglesia Santonja, con el cual he tenido el honor de ser miembro agregado de la
Academia. Muy singularmente al Gerente de la Academia Sr. D. Vicente A. Gómez García
por su amistad y su templanza en tiempo de congresos.
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
75
Y finalmente al Ilmo. Sr. Académico D. Manuel Chueca Pazos. Desde mis inicios
como estudiante universitario en Moscú siempre le tengo que agradecer muchas cosas.
Especialmente su amistad franca y su formidable erudición generosa que siempre me ha
ofrecido y me ofrece. Han pasado algunos años desde que tuve el honor de ser miembro del
equipo del Dr. Chueca en la creación de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Geodésica,
Cartográfica y Topográfica de la Universidad Politécnica de Valencia, de la fundación del
Instituto Cartográfico Valenciano y de la constitución de la Fundación Giménez Lorente.
Todas ellas empresas difíciles que han llegado a buenos puertos gracias al buen piloto
cartógrafo-geodesta, el Dr. Chueca, gran conocedor de los portulanos actuales. Me siento
muy orgulloso y privilegiado de haber tenido y tener un maestro como él. Además es él quien
me ha apadrinado mi ingreso en esta Casa. De nuevo en mi calidad de su discípulo, gracias de
corazón.
Y desde luego, muchas gracias a todos ustedes por su paciente atención.
Francisco García García
76
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La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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CONTESTACIÓN DEL ILMO. SR. D. MANUEL CHUECA PAZOS
Excelentisim Señor Decá de la Real Academia de Cultura Valenciana
Excelentisimos e Ilustrísimos señores y señoras.
Señoras y señores.
Según el artículo siete de los Estatutos de esta Real Academia de Cultura Valenciana, los
cuarenta Académicos de Numero que la componen “serán elegidos por la Junta General
entre personas de reconocido prestigio en el ámbito cultural que hayan nacido en la
Comunidad Valenciana o que gocen de la condición civil de valencianos”.
Puedo asegurarles que en la ocasión presente se cumple con saciedad la prescripción exigida.
Porque conozco bien al nuevo Académico. He sido testigo cercano de toda su brillante
trayectoria profesional, sólida y asentada a pesar de su juventud y, si me permiten la vanidad
de viejo universitario, tengo a alto honor haber contribuido a ella, siquiera modestamente. El
Profesor García hace tiempo que vuela solo. Hago votos para que llegue tan alto y tan lejos
como merece y yo deseo.
Y me honro en referirme a él como firme compañero, colega y ante todo, amigo.
Va para treinta años que otro llorado y entrañable amigo, el Profesor Doctor José Luis Santos
Lucas, Secretario General a la sazón de la Universidad Politécnica de Valencia, donde yo era
Vicerrector, me comentó que conocía a un muchacho excelente, perteneciente a una
intachable y laboriosa familia de Benimámet, para el que me pedía el apoyo necesario para
conseguirle la oportunidad vocacional que a su juicio merecía. Y les ahorro detalles, el Doctor
Santos aportó un mucho, yo un poco, y el estudiante Francisco García García partió con
rumbo a Moscú, becado por la Asociación de Amistad España URSS. Así se dice como muy
fácil. Más adelante me propongo aportar algún detalle adicional descriptivo.
Y en 1991 el nuevo Académico se graduó como Ingeniero de Minas en Geofísica en el
Instituto de Prospección Geológica de Moscú, extinta Unión Soviética. Vuelto a España, su
título fue convalidado por el Ministerio de Educación y Ciencia como Ingeniero de Minas en
1992.
Entre tanto, en la Universidad Politécnica de Valencia se iba abriendo paso trabajosamente la
implantación de los estudios de Ingeniería Geodésica, Cartográfica y Topográfica. Partiendo
prácticamente de cero. Sí, señoras y señores, ésta era la situación al final de los años ochenta
del pasado siglo en la tierra de Jorge Juan y Gabriel Ciscar, entre otros Ingenieros Cartógrafos
valencianos de reputación universal. Si lo sabré yo que estaba al frente del Proyecto, con la
indispensable, entusiasta e inestimable ayuda de un equipo de excepción, del que ya formaba
parte como Profesor Interino Asociado el recién graduado Francisco García. Pues bien, por
todo ello tuvo que acudir a la Universidad Politécnica de Cataluña donde podía obtener y
obtuvo en 1994 el título de Master en Ingeniería Sísmica Dinámica Estructural, y en 1997 el
de Grado de Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos.
Francisco García García
90
Profesor Asociado como hemos dicho en 1991, Titular de Escuela Universitaria en 1999,
Titular de Universidad en 2003. Catedrático de Universidad en 2007. Queda completo a nivel
máximo su cursus honorum universitario.
Francisco García desempeñó, desempeña y estoy seguro que desempeñará un importante papel
en el desarrollo y progreso de la Ingeniería Cartográfica Académica y no Académica de la
Comunidad Valenciana. En la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Geodésica de la
Universidad Politécnica de Valencia siendo yo Director, si acerté alguna vez fue cuando le
nombré en 1994 Subdirector del Area ERASMUS y de Relaciones Externas e Internacionales.
El resultado, en un tiempo bien corto por cierto, fue que llegó a coordinar 39 acuerdos
bilaterales con lo más granado de las Universidades Europeas dentro del programa
SÓCRATES. Desde la Sorbona Francesa hasta la Universidad Politécnica de Varsovia. En
2001 nuestra Escuela era ya un peso pesado entre sus pares coordinando la Red Temática
EEGECS (European Education in Geodetic Engineering , Cartography and Surveying),
compuesta por más de 150 Universidades, en Proyecto promovido y financiado por la Union
Europea. El Coordinador era Francisco Garcia. Naturalmente, a mi jubilación en 2005 el
cuerpo electoral de la Escuela le eligió Director, cargo que desempeña actualmente.
Y también me ha sucedido, con ventaja, en la Dirección de la Fundación Giménez Lorente de
la Comunidad Valenciana, lujo de la Ingeniería Cartográfica de la Universidad Politécnica de
Valencia, que alberga, difunde y pone a disposición de estudiosos e investigadores entre otras
joyas cartográficas, la mejor colección existente de cartas, mapas y planos antiguos de
Valencia. Las grandes Universidades del Mundo se caracterizan por sus lujos, que además
reportan excelentes dividendos culturales, científicos y tecnológicos. Porque, créanme,
cualquier persona que haya colacionado la titulación de Ingeniero en Geodesia y Cartografía
debe estar, por ejemplo, en condiciones de abordar con suficiencia la estadística matemática
de una aplicación compleja de geodesia espacial. Pero lo hará mejor si, además, sabe lo que es
una ballestilla o báculo de Jacob, distingue un astrolabio medieval de un nocturlabio, y ha
visto y manejado alguna vez una carta plana portulana mediterránea, mallorquina, genovesa,
catalana, valenciana... que tanto da, siendo capaz de apreciar su belleza y valorar y conocer
su historia. Es triste constatar que ocasionalmente algún frio tecnólogo contemporáneo
discrepa, incluso desde encumbrado sitial universitario. Si no fuera por el mal que propicia
solamente sería digno de compasión, porque corre el riesgo cierto de transformarse en una
semoviente integral doble , chata y estéril. Pues que allá se apañe , con su pan se lo coma, y
que al que Dios se lo dé, San Pedro se lo bendiga. Y seamos discretos y no demos más cuartos
al pregonero, ni incurramos en iras de gente principal, que a la Justicia y la Inquisición,
chitón.
Francisco García es perfectamente consciente de todo ello y a pesar de todo y no carente de
disgustos y sinsabores promueve y defiende desde su sólida formación humanística la
filosofía que acabo de esbozar. Puedo de nuevo dar fe de ello porque con su erudición y
amplio bagaje intelectual ha colaborado conmigo y otros buenos colegas en empeños nada
tecnológicos como la publicación del “Compendio de Historia de la Ingeniería Cartográfica”,
libro de vanguardia en español hasta donde se me alcanza sobre el tema, o la “Ingeniería
Cartográfica en la Comunidad Valenciana. Su Pequeña Historia”.
Pero he dicho que el Profesor García vuela solo. Y tan alto que en su curriculum elaborado de
acuerdo con el modelo oficial de la Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología, a
disposición en la Real Academia de Cultura Valenciana, figuran hasta la fecha 21
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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participaciones en Proyectos de I+D financiados en Convocatorias Públicas, 42 Publicaciones
o Documentos Científico-Técnicos, 13 participaciones en Contratos de I+D de especial
relevancia con Empresas y Administraciones Públicas, cuatro de ellos con costo total de
proyecto comprendido entre los 100.000 y 500.000 euros, 56 contribuciones aportadas a
Congresos Nacionales e Internacionales, 3 Tesis Doctorales dirigidas, 4 participaciones en
Comités y Representaciones Internacionales... y algunas cosas más. Sería interminable intentar
siquiera una pormenorización. Y todavía le esperan más de 25 años de seguramente fértil vida
oficial. Que maravilla.
Es una autoridad reconocida internacionalmente en Técnicas Geofísicas no Invasivas,
especialmente en su aplicación al Estudio del Patrimonio Histórico Artístico.
Y ha intervenido, en campañas anuales durante el bienio 2002-2003 y el trienio 2005-2008 en
el Proyecto Oficial de “Estudio de la Actividad Vulcano-Tectónica de la Isla Decepción y su
Entorno, en el Continente Antártico”. A partir de los Polos solo se puede descender de latitud.
Cuando se ha hecho Geofísica en la Antártida, la Comunidad Científica reconoce que no se
puede avanzar más en la especialidad. Es el primer ingeniero cartógrafo valenciano, hasta
donde se me alcanza, que ha llegado hasta allí. Con ello resumo cuanto antecede.
Manda el Protocolo centenario de estos actos, sin necesidad alguna de estar escrito para
respetarse puntualmente, que después de evaluar con justeza los méritos del nuevo académico,
se comente su discurso. Y como el tiempo apremia y no he sido capaz de resumir más la
caudalosa biografía del Profesor Doctor Francisco García, trataré de ser ahora más breve.
Francisco García, como ingeniero cartógrafo legítimo, respeta y ama a la Naturaleza. Esa es la
vocación básica de cuantos compartimos su especialidad, no solo compatible, sino
necesariamente asistida de la más elevada tecnología. Su condición humana y humanista le
impide herir a nuestro Globo con algo más que el regatón de un trípode. Y trata de estudiarlo,
medirlo, analizarlo, acceder a su mejor conocimiento y desvelar sus secretos con finura y
tacto exquisitos.
En su discurso da buena prueba de ello invitándonos a un breve pero intenso discurrir por la
Historia de la Ciencia en general, que poco a poco va enfocándose sobre las Ciencias de la
Tierra, la Ingeniería Cartográfica y finalmente en la Ingeniería Geofísica Prospectiva y no
Prospectiva. Distingue las tecnologías gravimétricas, sísmicas, y geoeléctricas y desemboca
en una moderna tecnología de vanguardia, desarrollada en no más del último cuarto de siglo,
en la que, según dije, es autoridad indiscutible. Se trata de la aplicación al estudio del
Patrimonio de los procedimientos de prospección no invasivos por georradar, GPR, “Ground
Penetrating Radar”.
En mi opinión, nada hay que corregir al respecto, poco que añadir y menos que completar.
Pero es preciso que justifique mi presencia hoy y aquí demostrando que he disfrutado, como
así ha sido con la lectura atenta del discurso del Profesor García. Así tal vez me atrevería a
apuntar que merece la pena ampliar la nómina de sabios geofísicos españoles, que reduce
básicamente al Ingeniero de Minas José García Siñeriz y su libro “Los Métodos Geofísicos de
Prospección”, editado en 1928 por el Instituto Geológico y Minero de España.
Francisco García García
92
Hubo algunos más. Apelando a mis recuerdos, mis viejos papeles, y los que heredé de mi
padre, tengo a mano un facsímil de las “Lecciones Entretenidas y Curiosas Físico Astrológico
Meteorológicas sobre la Generación, Causas y Señales de los Terremotos” fechado en
Salamanca en 1756, motivado por el gran terremoto de Lisboa del primero de Noviembre de
1755, y debido al Catedrático de Matemáticas de su Universidad Doctor Isidoro Ortiz
Gallardo de Villarroel, que es todo un precursor.
Y saltando más de siglo y medio, entiendo que el Instituto Geográfico Nacional también tuvo
y tiene algo que aportar. Así Vicente Inglada Ors, que dicho sea de paso, era alicantino,
Teniente Coronel de Estado Mayor e Ingeniero Geógrafo, Cofundador con Juan Lopez
Lezcano y Director de la Estación Sismológica Central de Toledo en 1910, tradujo del alemán
y publicó en 1921 el clásico “Conferencias sobre Sismometría” del Príncipe Ruso Boris
Galitzin, de la Academia Imperial de Ciencias de San Petersburgo. Por cierto que el libro
reproduce una carta de puño y letra del príncipe en francés autorizando la traducción, fechada
en 29 de Abril de 1916. Tacha San Petersburgo y escribe Petrogrado. Da que pensar....
El mismo Inglada publicó sus “Observaciones Gravimétricas” en 1922 y “La Sismología. Sus
Métodos y el Estado Actual de sus Problemas Fundamentales en 1923”. Y docenas de
publicaciones más, entre ellas su magistral “Estudio sobre propagación de las Ondas
Sísmicas” en 1942. Falleció en 1949 rodeado de honores nacionales e internacionales y no es
aventurado afirmar que, además de una reconocida referencia mundial, es a lo menos uno de
los padres de la Geofísica y en especial de la Sismología Española. Un detalle más poco
conocido. Era un verdadero pozo de ciencia y un señor muy serio. Sin embargo, disfrutaba de
una vena humorística mediterránea absolutamente genial, que a mí me recuerda, si bien en
tono menor y científico y ustedes me entienden a Josep Bernat i Baldoví. Firmando “Gil
Nada” y publicando siempre en Toledo, a beneficio del Colegio de Maria Cristina para
Huérfanos de la Infantería, conservo como oro en paño el opúsculo “El Proceso de ” donde
describe en un alarde de regocijada erudición matemática el proceso a que fue sometido el
número acusado de encubrir las relaciones entre una bellísima circunferencia y su
diámetro. Me reservo la sentencia, simplemente fantástica, y estoy dispuesto a facilitar una
copia a quien lo desee. Pero el original no sale de mi biblioteca ni con la Guardia Civil. Y me
he extendido tanto porque es otro valenciano más injustamente olvidado. No es el único....
Y mencionaría también, dentro del Instituto Geográfico, a Guillermo Sans Huelin,
gravimetrista de excepción, a Alfonso Rey Pastor, hermano del matemático, que ha dado su
nombre al actual Observatorio Geofísico de Alicante, a Juan Bonelli Rubio, a Luis de Miguel
González Miranda, y deteniéndome hacia el segundo tercio del siglo pasado, a Gonzalo Payo
Subiza, Julio Mezcua Rodríguez y Alfonso López Arroyo.
Pero retomemos el hilo del discurso del Profesor García. Según explica, todo estriba en emitir
un frente de radiación electromagnética generalmente vertical dentro del rango de frecuencias
de 10 a 1.000 MHZ, que se refleja en las distintas capas del terreno en estudio hasta una
profundidad de 50 metros. Se interpreta el frente de retorno y se traduce en resultados
métricos y físicos. Muy simple.
Si no fuera porque se requiere un bagaje físico matemático junto con un apoyo estadístico e
informático de primera magnitud. Lo ha expresado de forma magistral y no repetiré la larga
serie de aplicaciones que ha culminado con éxito porque de ello acabamos de ser testigos.
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano
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Sin embargo, he de volver a justificar mi presencia en este acto. El Profesor García afirma,
incluso en el título, que su discurso y su trabajo trata de Geofísica no Cartográfica. Me
permito no compartir dicha opinión. Y si antes me he referido a un ingeniero cartógrafo y
geofísico valenciano de excepción que nació en Alicante en 9 de Enero de 1879, ahora acudo
a la autoridad de otro nacido en Benimámet casi un siglo después. En 4 de Junio de 1965. Se
trata del Profesor García. Porque entre mis papeles he recordado dos trabajos suyos, he ido a
por ellos, y los he consultado. El primero se titula “Prospección Eléctrica. Georradar GPR
(Ground Penetrating Radar)”. No tiene fecha pero estoy seguro que lo escribió hace de doce a
quince años. En el se desarrollan todas las matemáticas que ha tenido el buen gusto y la
cortesía de ahorrarnos en su disertación. Se estableció para una aventura académica
internacional que iniciamos en Argentina y arruinó el Corralito. El segundo se titula “Técnica
de georradar para la inspección y diagnóstico de conjuntos arquitectónicos: cartografiado de
estructuras enterradas y patologías constructivas. Modelización 3D.” Y hago notar, además de
la confesión de parte, que algunas de las estructuras citadas se citan detalladamente en el
discurso que hemos escuchado.
En el primer trabajo se detalla la doctrina. En el segundo, la praxis. Y el resultado cifrado y en
mi opinión difícilmente discutible, es que en general la Geofísica Prospectiva por Georradar
tal vez no llegue a ser cartográfica. Pero las precisiones centimétricas con fiabilidad cercana a
la certeza que consigue y demuestra el Profesor García en la métrica de sus modelos
analógicos tridimensionales del terreno, fácilmente transformables en digitales, entran de lleno
en lo que hoy se conoce como Aplicaciones no Topográficas de la Cartografía. En lenguaje
llano, es un trabajo cartográfico de precisión, ciertamente no al alcance de cualquiera.
Y la tercera y última parte de un discurso de contestación debe referirse a la calidad humana
del nuevo académico. Podría ser acusado de imparcial en vista del profundo afecto que nos
une. En consecuencia, creo que acerca de su valía y modestia he aportado pruebas fehacientes.
Ahora me referiré solamente a dos anécdotas muy ilustrativas, a las que me referí al principio
de esta intervención. Cuando era estudiante en Rusia, el entonces muchacho de Benimámet
solía venir a verme durante las vacaciones entre curso y curso. Me interesaba por él,
cambiábamos impresiones y un año me dijo: “Este curso vuelvo francamente animado. Por
que me llevo suficiente leche en polvo para poder desayunar casi todos los días”. Al año
siguiente su optimismo creció porque agregó a la leche una cantidad suficiente de pan rallado
que pensaba dosificar a dos o tres cucharadas diarias.
Y una vez graduado o a punto de graduarse, en plena perestroika, un viejo colega, el eminente
Profesor Pentza, de la Universidad de Tifflis, en Georgia se vió reducido literalmente a la
condición de pedir limosna a la puerta de la Universidad. Un grupo de amigos decidimos
socorrerle enviándole algunos dólares que aliviaran su situación angustiosa. Pero no había
certeza alguna de que el dinero llegara a sus manos. Con evidente riesgo, incluso personal, el
Profesor García actuó de correo en un enlace propio de John Le Carré, en el Metro de Moscú.
Modesto, estoico y solidario.
Además, joven y trabajador. Lo ha demostrado ya en la Real Academia de Cultura Valenciana
en el Comisariado del Congreso que celebramos en el año 2008. Y en los Cursos y Jornadas
que se han impartido y esperamos seguir impartiendo en la Sección de Ingeniería Cartográfica
en los últimos dos cursos. Algo me dice que más pronto o más tarde tendrá nuevo Director.
Francisco García García
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Como la Escuela de Ingeniería Geodésica y la Fundación Giménez Lorente de la Universidad
Politécnica. Y será para mejor y yo no podré experimentar satisfacción mayor.
En nombre propio y de esta Real Academia, que espera mucho de ti, enhorabuena y
bienvenido, amigo, compañero y colega.
La geofísica no cartográfica: técnica no invasiva de alta resolución en el estudio del patrimonio histórico-artístico valenciano