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Artículo "ESPECIAL: LIMPIEZA DE PIEDRAS CON LÁSER: Investigación y desarrollo de un sistema láser optimizado" publicado el 22/07/02 en el nº 75 de Titulares1a3.
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Esta semana: ESPECIAL: LIMPIEZA DE PIEDRAS CON LÁSER: Investigación y desarrollo de un sistema láser optimizado |
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ESPECIAL: LIMPIEZA DE PIEDRAS CON LÁSER: Investigación y desarrollo de un sistema láser optimizado Del
web Litosonline.com Roberto
Pini, Salvatore Siano, Francesca Fabiani, Renzo Salimbeni (Istituto di
Elettronica Quantistica, Firenze, Italia), Marco Giamello, Giuseppe
Sabatini (Istituto di Geochimica Ambientale e Conservazione del
Patrimonio Culturale Lapideo, Siena, Italia). La limpieza con láser es una prometedora técnica de
conservación que ha sido empleada recientemente en pruebas para la
eliminación o alteración de capas desde la superficie de elementos de
piedra, tales como estatuas, elementos arquitectónicos y decoración de
fachadas de edificios históricos. Esta técnica ofrece beneficios
potenciales, tales como operaciones de limpieza controladas y
selectivas, lo que permite enfrentarse a problemas de conservación que
aun no se han resuelto o son de difícil solución con las técnicas de
conservación habituales. En el marco del Proyecto Especial "Salvaguarda
de la Herencia Cultural", comenzamos en 1.997 un programa de
investigación sobre la aplicación del láser a la restauración. Este programa se lleva a cabo de acuerdo con estas
cuatro líneas de investigación: 1.
Estudios básicos de los procesos físicos y químicos relativos
a la limpieza de la piedra con láser. 2.
Pruebas de laboratorio de varios tipos de piedra para determinar
los parámetros de láser óptimos. 3.
Diseño y desarrollo de sistemas de láser dedicados a la
restauración de piedra. 4.
Pruebas de campo e intervenciones operativas en estatuas y
monumentos. Principios de la interacción láser-piedra El primer paso para entender las bases de la limpieza
de las piedras con láser consiste en la caracterización óptica de la
superficie de la piedra, incluyendo alteración de capas y patinas. En
otras palabras, la respuesta de la piedra a la irradiación de láser de
baja potencia tiene que ser determinada en términos de absorción y
reflexión de energía láser, para poder cuantificar la fracción que
efectivamente se transfiere al material y se utiliza en el proceso de
limpieza. Como todos estos datos generalmente no están disponibles en
la documentación del material, hay que obtenerlos directamente de las
muestras de piedra.
Estas distintas absorciones ópticas mostradas por la
alteración de las capas y substratos se pueden utilizar para obtener
una selectividad significante de las operaciones de limpieza con láser.
De hecho, se puede encontrar un valor óptimo de energía de láser que
es efectivo para retirar las cortezas negras. La respuesta de la piedra a disparos de láser de
alta energía a niveles adecuados para la limpieza de la piedra se
estudió mediante diagnósticos de imagen que permitían observar y
analizar el muy rápido proceso que se produce durante la interacción láser-piedra.
En concreto, el análisis suministró información cuantitativa sobre la
evolución de los parámetros físicos durante este corto tránsito,
tales como presión y temperatura. Con esta herramienta de diagnóstico
comparamos el mecanismo de limpieza de la piedra con diferentes sistemas
de láser. En concreto, comprobamos la dependencia de la duración del
impulso del láser con respecto a la morfología de la superficie
resultante tras el tratamiento de láser. En cuanto al control de
posibles efectos secundarios, descubrimos que disparos cortos de láser,
medidos en nanosegundos, pueden causar daños mecánicos a la superficie
del material irradiado, tales como roturas locales, microfragmentación
y aumento de porosidad del substrato, mientras que el riesgo
modificaciones inducidas por calor es mayor cuando el impulso del láser
es más largo (milisegundos) y los efectos típicos de la radiación
continua se pueden reconocer. El problema del aumento de la absorción
local debido a la presencia de impurezas que puede provocar cambios de
color en las supercies tratadas también se está estudiando. Pruebas
de laboratorio
Se reunió una larga colección de muestras de piedra
obtenidas de monumentos italianos, principalmente de Siena y Florencia,
que presentaban condiciones de degradación. Las piedras sometidas al láser
fueron: mármol blanco, caliza rosso ammonitico, caliza cavernoso,
arenisca Plioceno, arenisca pietra forte, travertino y caliza Aurisina.. Se emplearon tres tipos de láser Nd: YAG, según se
ve en la tabla 2. Uno de ellos (SFR) es el prototipo del sistema que
hemos desarrollado. Los métodos analíticos para evaluar los efectos de
la limpieza con láser fueron los de caracterización mineralógica y
petrográfica, efectuadas antes y después del tratamiento: 1) observación
de la superficie de la piedra a través de estereomicroscopio y SEM; 2)
difractometría por rayos X; 3) observación de secciones ultrafinas a
través de microscopio polarizado.
La foto nº 2 muestra las fases de la limpieza con láser
y los análisis sobre una muestra de mármol con corteza negra recogida
en el Baptisterio de Siena. Generalmente, las muestras se preparan
seleccionando diferentes áreas donde se han probado distintas
condiciones de irradiación, como se ve en la foto 2 a. La foto 2 b es
una imagen estereomicroscópica de la transición entre la superficie
limpia y la superficie sin limpiar. En el área tratada, la limpieza con
láser descubre una patina bien conservada de oxalato de calcio, donde aún
son reconocibles restos de los surcos provocados en el trabajo original.
Este dato se confirmó mediante el estudio de secciones ultrafinas, que
mostraban una película de oxalato de calcio preservada. En resumen, las pruebas de laboratorio pusieron de
relieve importantes aspectos intrínsecos de esta técnica: 1.
la limpieza con láser es muy precisa y progresiva porque elimina
capas de pocos micrones por cada impulso del láser. Esto significa que
las operaciones de limpieza siguen la microestratografía de la alteración
de las capas y se puede interrumpir a niveles estratográficos
predeterminados. Como consecuencia, se pueden preservar las patinas
originales aunque tengan un mínimo espesor (micrones). 2.
se pueden tratar con éxito superficies muy débiles y altamente
alteradas. Esto permite llevar a cabo la limpieza antes de la
consolidación. 3.
se pueden limpiar superficies químicamente complejas, tales como
las que han sido sometidas a tratamientos previos con fluosilicatos,
donde generalmente la limpieza por medios químicos resulta imposible. Diseño
de un sistema para aplicaciones de campo
Este sistema láser se ha utilizado en operaciones de
limpieza y pruebas en monumentos italianos tales como el Palacio
Rucellai y la Catedral de Florencia, la capilla de la Plaza del Campo en
Siena, el mausoleo de Teodorico en Ravenna y la Iglesia de San Giovanni
en Zoccoli en Viterbo. En la mayoría de los casos se requirió la
intervención del láser para completar la limpieza después de la
aplicación de productos químicos (tales como carbonato de amonio), que
eliminan la corteza negra pero no pueden tratar la capa oscura
superficial de la patina interna de oxalato de calcio que encapsule partículas
carbónicas. En un caso se empleó con éxito el sistema láser en la
limpieza de un grafito provocado por pintura sintética roja. Conclusión
Los autores agradecen al Proyecto Especial "Herencia Cultural" del CNR y al Centro de Trabajo de Alta Tecnología de Tuscany su ayuda financiera en esta investigación. |
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