ES2221525B1 - Sistema combinado para el registro y la conservacion arqueologica subacuatica in situ. - Google Patents

Sistema combinado para el registro y la conservacion arqueologica subacuatica in situ.

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Abstract

Sistema combinado para el registro y la conservación arqueológica subacuática in situ. Permite el registro documental en objetos arqueológicos subacuáticos y garantiza su posterior conservación en el contexto del yacimiento submarino. Consta de las siguientes fases: - Desconcreción puntual y controlada de zonas de interés documental en objetos arqueológicos subacuáticos de origen metálico. - Registro tridimensional de las zonas limpias mediante moldes flexibles de silicona. -Recubrimiento protector mediante aplicación de resinas epoxídicas formuladas para su aplicación bajo agua y de efecto anticorrosivo. - Verificación de la calidad del recubrimiento mediante medidas de pH y Eh, con el empleo de un instrumento diseñado para tal fin. Permite mantener el objeto desconcrecionado en la zona de pasividad electroquímica, garantizando su conservación en el contexto arqueológico del yacimiento submarino, sin obligar a la costosa extracción del objeto y sin poner en peligro la integridad del mismotras la toma de datos.

Description

Sistema combinado para el registro y la conservación arqueológica subacuática in situ.
Sector de la técnica
Tecnología e instrumentación oceanográfica.
Estado de la técnica anterior a la fecha de presentación
En la actualidad, la desconcreción in situ de los objetos arqueológicos subacuáticos se viene llevando a cabo por herramientas manuales, quedando reservando el uso de las herramientas mecánicas para los laboratorios de conservación.
A su vez, el estudio de marcas, sellos, perfiles, etc., sólo se realiza de manera visual, o mediante grabación en vídeo o fotografía, no siendo posible realizar un registro tridimensional de la zona de interés.
Por otro lado, un grave problema inherente al estudio de los restos arqueológicos subacuáticos es que una vez han sido desconcrecionados deben, en la mayoría de los casos, ser inmediatamente extraídos. Existe la posibilidad de protegerlos mediante el empleo de ánodos de sacrificio que necesitan de un mantenimiento periódico costoso, así como el conocimiento exacto de las dimensiones del objeto a proteger.
Finalmente, es obligado mencionar que en el mercado no existen recubrimientos protectores exclusivos aplicables sobre las zonas desconcrecionadas.
Explicación de la invención
En los últimos años, la prospección arqueológica ha experimentado un enorme desarrollo dentro de la moderna arqueología, debido tanto a su valor intrínseco como a la actual política patrimonial. Este desarrollo se fundamenta sobre dos concepciones de la arqueología aparentemente contrapuestas, como son la investigación científica frente a la gestión-prospección del Patrimonio Histórico. Afortunadamente, el planteamiento más actual tiende a la formulación de soluciones integradoras entre estas dos vertientes. La presente invención pretende aportar un nuevo elemento de utilidad en las técnicas de prospección arqueológica subacuática, aplicadas tanto a la gestión como al conocimiento científico del Patrimonio.
Mediante la prospección se produce el reconocimiento del sitio arqueológico a través de la fase documental que debe ofrecer un grado de información "suficiente" para interpretar el yacimiento. Por lo tanto, la calidad de los datos arqueológicos recogidos es determinante. Sin embargo, en yacimientos submarinos provenientes de naufragios, donde el único material de superficie se reduce a una serie de grandes objetos de hierro fuertemente concrecionados (cañones, anclas, etc.), esta información permanece oculta bajo gruesas capas minerales y biológicas denominadas concreciones. Su formación responde a un proceso originado por la colonización biológica de organismos marinos formadores de material esquelético, principalmente CaCO_{3}, que establece la base inicial de engrosamiento. Esta capa de naturaleza calcárea se alimenta de especies metálicas en difusión Fe^{2+} y Fe^{3+} procedentes del metal subyacente produciendo modificaciones químicas en su composición. Simultáneamente, se experimenta un progreso de la colonización biológica -algas, moluscos y corales-, unida a la precipitación de CaCO_{3} con inclusiones de sedimento. El resultado es una compacta envoltura mineral adaptada a la superficie del objeto. En la práctica, dicha envoltura funciona como un molde rígido, en negativo, que reproduce la forma y el volumen original.
La eliminación de esta capa o desconcreción es una de las intervenciones que componen el repertorio de recursos empleados en el estudio del material arqueológico subacuático. Se trata de un procedimiento irreversible pero necesario para el estudio de marcas y relieves sobre los objetos arqueológicos subacuático.
Sin embargo, esta capa de concreción a su vez reduce considerablemente la velocidad de corrosión del hierro en agua de mar, situando al metal en la denominada zona de pasividad del Diagrama de Pourbaix. El desprendimiento de la capa de concreción con fines arqueológicos conllevará la reactivación del proceso corrosivo del metal. Traducido al diagrama de Pourbaix, esto supondrá reintroducir el metal en la zona de corrosión, poniendo en peligro la preservación del objeto. Con el fin de proteger al hierro de la corrosión hay que forzarlo a penetrar de nuevo en la zona de pasividad.
Tradicionalmente se plantean dos alternativas a esta disquisición, en las que se contraponen los criterios de investigación-conservación del Patrimonio Arqueológico:
1) Renunciar al conocimiento histórico del yacimiento en beneficio de la conservación in situ de los objetos que lo componen. Se produce una situación paradójica: conservar y proteger un yacimiento absolutamente desconocido a nivel histórico.
2) Extraer los objetos para su documentación. Esta opción conlleva un alto coste de conservación y la destrucción irreparable del contexto arqueológico difícilmente justificable cuando el interés del objeto se limita a su exclusiva función documental.
La presente invención supone la puesta a punto un sistema combinado de registro arqueológico tridimensional y control in situ de la corrosión metálica que permite obtener una documentación suficiente de los objetos tras su desconcreción, sin poner en peligro su conservación en el contexto del yacimiento arqueológico.
La desconcreción se realizará con herramientas mecánicas de tipo neumático, (adaptadas según la explicación), empleadas tradicionalmente en los laboratorios de conservación, y herramientas manuales. La delimitación del área de desconcreción se realizará con el microcincel neumático equipado con grifo de tornillo para regular la intensidad del golpe. El suministro se ejecutará desde una botella de aire comprimido a través de una 1ª etapa de regulador estándar modificada a 6 atmósferas y una manguera de 2 metros de longitud. El efecto de la percusión mecánica servirá para marcar, de forma progresiva, la hendidura que limita la superficie a desconcrecionar. Como medida de seguridad se empleará un protector auditivo estándar de banda ajustable debido a la intensa propagación del sonido en el medio acuático.
En la siguiente fase se empleará cincel y puntero provisto de protector manual, golpeado con un martillo. Esta herramienta se colocará de forma perpendicular realizando una serie de percusiones firmes para conseguir una fractura limpia en la concreción. Previo a la desconcreción, se efectuará una limpieza de la zona elegida para eliminar algas y depósitos poco adheridos mediante abrasión con cepillo estándar de soldador con el objeto de clarificar el área de trabajo.
En una zona aledaña al objeto se situará un cable de control de 1 metro de longitud, consistente en un cable de cobre de 2 milímetros de sección embutido en camisa de neopreno. El taladro que se realizará para la conexión del cable se realizará con un taladro neumático adaptado como el microcincel neumático.
El pH se determinará usando un electrodo de pH de superficie plana diseñado para trabajar en tuberías a presiones de hasta 6 bar, conectado a un pH-metro de campo. La conexión se efectuará entre ambos mediante el mismo cable del electrodo introducido en un cable flexible de goma, que lo aislará del medio. Previamente al desarrollo del trabajo en el yacimiento, el electrodo y el pH-metro serán calibrados en la superficie. El pH- metro incorporará, además, una sonda de temperatura.
La medida del potencial de corrosión E_{corr} se realizará empleando electrodos de trabajo y de referencia específicos para la determinación de potenciales en agua de mar. Estos consisten en una sonda de dos componentes: electrodo referencia de Ag/AgCl y una varilla de contacto fabricada en acero inoxidable, por ejemplo AISI 410, 430, 304L, 316L o 17-7PH, de aproximadamente 20 cm de longitud y 0,5 cm de diámetro. Ambos estarán conectados a un multímetro digital de alta impedancia.
Tanto el multímetro como el pH-metro se emplazarán en una carcasa estanca fabricada en acero inoxidable, por ejemplo AISI 410, 430, 304L, 316L o 17-7PH, con tapadera de metacrilato, de aproximadamente 1 cm de espesor, que permite visualizar los valores de la medida, y tapadera de cierre del mismo acero inoxidable elegido para la carcasa, de aproximadamente 0,4 cm de espesor (Figura 2). Tanto el pH-metro, como el multímetro se sujetan a la carcasa mediante un sistema de velero, que evita añadir peso innecesario (Figura 1).
Esta carcasa, pensada para trabajar a profundidades de hasta 45 m, ha sido sobredimensionada para alcanzar una batimetría de 60 m de profundidad. El peso y las dimensiones con las que se ha construido la carcasa, le confieren una flotabilidad ligeramente negativa, evitando de esta forma la necesidad de utilizar lastre auxiliar.
La carcasa cuenta con cuatro conexiones universales específicas para instrumentos subacuáticos, donde se conectarán mediante cables embutidos en camisa de neopreno el electrodo Ag/AgCl, la varilla de acero inoxidable, el electrodo de pH y la sonda de temperatura (Figura 2).
El registro arqueológico es el objetivo final del proceso de desconcreción in-situ y se produce cuando aparecen datos relevantes de interés arqueológico. Los diferentes métodos de registro están adaptados a la naturaleza del dato arqueológico que pretenda ser documentado, existiendo tantos métodos como tipos de datos. En medio marino se suele emplear la fotografía y el vídeo. Los moldes flexibles de silicona se han empleado con éxito en la documentación arqueológica terrestre. Con este método se obtiene un registro tridimensional del objeto que permite un estudio pormenorizado en el laboratorio de arqueología.
El desprendimiento de la capa de concreción con fines arqueológicos conllevará la reactivación del proceso corrosivo del metal. Con el fin de volver a situar al hierro en zona de pasividad habrá que emplear de un recubrimiento que aísle el material metálico del medio agresivo. Este mecanismo, denominado de efecto barrera, se basa en la protección del objeto mediante el aislamiento que se produce al interponer una película sólida y continua entre el metal y el medio corrosivo.
Básicamente se persigue impedir que los agentes oxidantes del medio tengan acceso a la superficie metálica, inhibiéndose por lo tanto, la reacción catódica del proceso corrosivo. Sin embargo, la mayoría de los recubrimientos, en mayor o menor extensión, son permeables al agua y al oxígeno, lo cuál debilita la protección conseguida a través de esta vía.
Así, aunque el número de posibles recubrimientos es muy amplio, deben de cumplir con una serie de características: que aseguren la protección mediante una buena permeabilidad, que sean de fácil aplicación y manejo, y que sean económicamente rentables. De entre todas las opciones, los denominados epoxi dos componentes aplicables sobre aceros en la industria (epoxi-poliamidas, epoxi-aminas, epoxis de alquitrán de hulla o másticos de epoxis, vinílicos, cauchos clorados, y asfálticos) se convierten en la mejor alternativa. Presentan un excelente efecto barrera con una baja o nula porosidad, que impide el intercambio iónico entre el hierro y el electrolito, tienen un buen grado de adherencia a la superficie, y son maleables y fáciles de adaptar sobre cualquier morfología. Presentan además una elevada resistencia a la abrasión y a los agentes agresivos, unido a un bajo coste. Tras estudiar las distintas posibilidades se ha elegido una resina epoxídica de dos componentes miscible en el agua y empleada en la industria naval para su aplicación en superficies húmedas o sumergidas.
Descripción de los dibujos
Figura 1: Carcasa estanca fabricada en acero inoxidable, por ejemplo AISI 410, 430, 304L, 316L o 17-7PH, con tapadera de metacrilato, tapadera de cierre en el mismo acero inoxidable que la carcasa, para contener los instrumentos de medida que servirán para determinar la calidad del recubrimiento aplicado a la zona desconcrecionada.
En la figura se distinguen:
A.- Ubicación de multímetro y pH-metro.
B.- Agujero pasante.
C.- Junta Tónica.
D.- Sistema de sujeción de elementos de medida.
Figura 2: Vista lateral de la carcasa estanca fabricada en acero inoxidable con tapadera de metacrilato, tapadera de cierre en acero inoxidable. En la figura se distinguen:
E.- Carcasa de acero inoxidable, por ejemplo AISI 410, 430, 304L, 316L o 17-7PH.
F.- Tapadera de metacrilato.
G.- Tapadera del mismo acero inoxidable que la carcasa.
H.- Conexiones universales para instrumentación subacuática.
I.- Tornillo y tuerca de palometa de acero inoxidable.
Figura 3: Tapadera de metacrilato.
Figura 4: Tapadera de cierre del mismo acero inoxidable que la carcasa.
Figuras 5: Descripción gráfica de todo el procedimiento descrito en la memoria.
En las figuras se distinguen:
pH_{1}, pH_{2} : Medidas del pH
X : Medida del espesor de la concreción
E_{corr1}, E_{corr2}, E_{corr3}, E_{corr4}: Medidas del potencial de corrosión
CC : Cable de control
R : Resina epoxídica
Modo de realización de la invención
El procedimiento descrito consta de las siguientes fases:
- Desconcreción de la zona de interés en objetos arqueológicos subacuáticos.
- Registro tridimensional de la zona de interés documental.
- Aplicación de una cubierta de protección contra la corrosión sobre la zona desconcrecionada.
- Comprobación de la eficacia de la cubierta de protección aplicada mediante la toma de datos electroquímicos.
Sin embargo, para una mayor simplicidad de la descripción esta sección se divide en seis fases, haciéndolas coincidir con los contenidos de las figuras que describen el procedimiento.
Desconcreción de la zona de interés documental (figura 5.A)
Para la desconcreción se escogerá una zona de interés documental del objeto concrecionado. En primer lugar se limpiará la zona de algas y concreciones poco adheridas mediante abrasión con el cepillo de soldador para clarificar el área de trabajo. Seguidamente, se marcará una hendidura poco profunda (5-10 milímetros) con ayuda del microcincel neumático para delimitar la línea de fractura. Una vez completado el perímetro de la zona a remover, se procederá a fracturar la capa de concreción mediante varios golpes de cincel realizados perpendicularmente sobre la anterior hendidura. La concreción se retirará en bloque dejando ver la superficie inalterada de la zona grafitizada, permitiéndonos acceder a las marcas, sellos, perfil, calibre, etc.
Registro tridimensional de la zona de interés documental (figura 5.B)
Se procederá a realizará el registro arqueológico de la zona de interés documental, mediante la aplicación de un molde flexible de silicona.
Taladro para toma de datos (figura 5. C)
La actuación para la toma de datos se desarrollará en dos zonas, la zona de interés documental desconcrecionada y un punto cercano al mismo. Previamente se medirá en el entorno del objeto el pH_{o}.
Se procederá a taladrar la capa de concreción que rodeaba al artefacto hasta alcanzar la superficie metálica. El diámetro del taladro no deberá superar en exceso al diámetro del electrodo de pH.
Toma de datos iniciales (figura 5.D)
Una vez realizado el agujero se procederá a limpiar su interior de virutas o restos de concreción con la ayuda de un pincel. El electrodo de pH se introducirá a través del agujero y se mantendrá próximo a la superficie metálica hasta obtener un valor constante de medida pH_{1}.
El potencial de corrosión E_{corr,1} se medirá introduciendo la varilla de acero a través del agujero, de forma que se establezca contacto eléctrico con la superficie metálica, y situando el electrodo de Ag/AgCl en su entorno. El establecimiento de un buen contacto se visualizará mediante la lectura en el multímetro de un potencial estable que fluctuará de \pm 1 a \pm 2 mV. Finalmente, el espesor de la concreción se medirá introduciendo el extremo reglado de un calibre a través del agujero realizado en la concreción.
Fijación del cable de control y toma de datos (figura 5.E)
Una vez finalizada la toma de datos se procederá a introducir el cable de control y se fijará al objeto mediante la resina epoxídica de dos componentes. Esta deberá evitar el contacto de la superficie metálica con el agua marina y asegurar la sujeción del cable. Se procederá a medir nuevamente el potencial de corrosión E_{corr,2}, situando el electrodo en las proximidades del agujero sellado y poniendo en contacto la varilla de acero con el cable de control. Posteriormente se procederá a actuar sobre la zona desconcrecionada. La medida de pH_{2} se realizará posicionando el electrodo de pH sobre la zona desconcrecionada hasta obtener un valor constante que coincidirá, aproximadamente, con el medido en la zona taladrada, pH_{1}. La medida del potencial de corrosión se realizará de forma similar a la efectuada anteriormente.
Sellado con resina y control de eficacia del recubrimiento (figura 5.F)
Una vez realizadas todas las medidas se procederá a cubrir la zona desconcrecionada con la resina epoxídica de dos componentes. Se medirá de nuevo el pH en el entorno del objeto, debiendo obtenerse un valor similar al obtenido inicialmente (pH_{0}). La medida del potencial se realizará poniendo en contacto la varilla de acero con el cable de control, mientras que el electrodo Ag/AgCl se sitúa próximo a la zona cubierta con resina.
Concluida la toma de datos de potencial y pH, se procederá a su interpretación in situ para asegurarnos de la efectividad de la actuación acometida. Esto se realizará situando los distintos valores de E_{corr} y pH en un diagrama de Poubaix dibujado sobre papel acetato.
Las ventajas que se consiguen con la aplicación consecutiva de estos procedimientos son:
1) Mejora en las técnicas de desconcreción in situ de los objetos arqueológicos con la adaptación y empleo de herramientas mecánicas de tipo neumático. De esta manera se ha logrado una técnica eficaz para romper la compacta concreción mineral en un área determinada, sin alterar el frágil estrato subyacente (zona grafitizada) al que está unido, y que guarda la información documental.
2) El estudio de marcas, sellos, perfiles, etc., mediante un registro tridimensional a modo de molde flexible de silicona, permitirá una medida fiable de sus dimensiones tras el positivado en la superficie.
3) Los objetos que han sido desconcrecionados quedarán de nuevo protegidos de los procesos de corrosión. Para ello se emplea una resina epoxídica de dos componentes como recubrimiento protector aplicable sobre las zonas desconcrecionadas. Se evitará el empleo de ánodos de sacrificio, de mantenimiento costoso y periódico.
Manera en que la invención es susceptible de aplicación industrial
La invención puede resultar de interés tanto a casas comerciales especializadas en la fabricación de tecnología e instrumentación oceanográfica, así como a organismos públicos y privados relacionados con el ámbito oceanográfico y arqueológico.
Casi todo el material objeto de la invención se puede encontrar en el mercado con otras aplicaciones y ser posteriormente adaptado según la explicación. La carcasa que alojará a pH-metro y al multímetro se puede realizar bajo plano.

Claims (11)

1. Sistema combinado para el registro y la conservación arqueológica subacuática in situ, caracterizado porque consta de las siguientes fases:
- Desconcreción de la zona de interés en objetos arqueológicos subacuáticos.
- Registro tridimensional de la zona de interés documental.
- Aplicación de una cubierta de protección contra la corrosión sobre la zona desconcrecionada.
- Comprobación de la eficacia de la cubierta de protección aplicada mediante la toma de datos electroquímicos.
2. Sistema combinado para el registro y la conservación arqueológica subacuática in situ, según reivindicación 1, caracterizado porque la desconcreción de la zona a documentar se realiza mediante la adaptación y el empleo de herramientas mecánicas de tipo neumático, que evitan la alteración de la zona grafitizada.
3. Sistema combinado para el registro y la conservación arqueológica subacuática in situ, según reivindicación 1, caracterizado porque el registro tridimensional se la zona de interés documental se realiza mediante la aplicación de un molde flexible de silicona.
4. Sistema combinado para el registro y la conservación arqueológica subacuática in situ, según reivindicación 1, caracterizado porque la toma de datos de pH, potencial de corrosión y profundidad de concreción se realiza tanto en la zona desconcrecionada, como en una zona aledaña, en la que se practica un agujero, mediante el uso de un taladro neumático.
5. Sistema combinado para el registro y la conservación arqueológica subacuática in situ, según reivindicaciones 1 y 4, caracterizado porque la medida del pH, potencial de corrosión y profundidad de concreción se realiza mediante los electrodos correspondientes, conectados a una carcasa fabricada para contener los instrumentos de medida.
6. Sistema combinado para el registro y la conservación arqueológica subacuática in situ, según reivindicación 1, caracterizado porque la protección contra la corrosión aplicada sobre la zona desconcrecionada consiste en la aplicación de resina epoxídica de dos componentes.
7. Sistema combinado para el registro y la conservación arqueológica subacuática in situ, según reivindicación 1, caracterizado porque la comprobación de la eficacia de la cubierta de protección aplicada se realiza comprobando la medida del pH, potencial de corrosión y profundidad de concreción mediante los electrodos correspondientes, conectados a una carcasa fabricada para contener los instrumentos de medida.
8. Sistema combinado para el registro y la conservación arqueológica subacuática in situ, caracterizado porque hace uso de una carcasa construida para contener los instrumentos de medida que servirán para determinar la calidad del recubrimiento aplicado a la zona desconcrecionada.
9. Sistema combinado para el registro y la conservación arqueológica subacuática in situ, según reivindicación 8, caracterizado porque la carcasa construida para contener los instrumentos de medida debe estar fabricada en acero inoxidable y poseer una tapadera de metacrilato, de aproximadamente 1 cm de espesor, que permita visualizar los valores de la medida, así como una tapadera de cierre, igualmente de acero inoxidable, de aproximadamente 0,4 cm de espesor.
10. Sistema combinado para el registro y la conservación arqueológica subacuática in situ, según reivindicación 8, caracterizado porque los instrumentos de medida alojados en el interior de la carcasa están sujetados a la misma mediante un sistema de velcro.
11. Sistema combinado para el registro y la conservación arqueológica subacuática in situ, según reivindicación 8, caracterizado porque la carcasa construida para contener los instrumentos de medida contiene cuatro conexiones universales específicas para instrumentación subacuática, donde se conectarán el electrodo Ag/AgCl, la varilla de acero inoxidable, el electrodo de pH y la sonda de temperatura.
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