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1. TRABAJOS ANTERIORES
1.1. LA GIGANTA DE SEVILLA.
“ […] Una vez me mandó que fuese a desafiar a aquella famosa giganta de Sevilla
llamada la Giralda, que es tan valiente y fuerte como hecha de bronce, y sin mudarse
de un lugar, es la más voltaria mujer del mundo […]”
Don Quijote de la Mancha. Miguel de Cervantes.
De esta original manera imaginaba Don Quijote a esa gran estatua de bronce de
tres metros y medio de altura, metro y medio de cintura, dos metros y 24 cm. de cadera
y cada uno de sus pies, algo menos de 50 cm. Por aquella época conocida como la
Giralda (porque giraba), que posteriormente dio su nombre a la torre que la sustentaba y
que, de ese modo, más adelante pasó a llamarse popularmente como el Giraldillo.
1.1.1. El Coloso de Sevilla.
El 5 de enero de 1558 el Cabildo de la Catedral de Sevilla aprobaba el modelo
que el arquitecto Hernán Ruiz II había elaborado para renovar el campanario de la
catedral. Con este proyecto, el maestro demostró sus dotes para la composición y
resolución de problemas de estabilidad y resistencia. El nuevo cuerpo de campanas se
organizó en otros cinco superpuestos y decrecientes rematados por la monumental
escultura de bronce que le sirve de veleta.
En la traza de la escultura de remate, además de la aportación de Hernán Ruiz II,
debió intervenir el pintor Luís de Vargas, quien para diseñarla pudo basarse en un
dibujo de Giulio Romano o Perin del Vaga que, representando a Palas Atenea, grabó
Marco Antonio Raimondi [Figura 1.1]. Tomando el dibujo como punto de partida, el
escultor Juan Bautista “el Viejo”, procedería a pasarlo a tres dimensiones, realizando el
molde que serviría a Bartolomé Morel para fundir en bronce la escultura.
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Primeramente se construirá la barra sobre la que se insertará la figura para
dotarla de movimiento en 1565, le seguirá la esfera y la peana. El 27 de agosto de 1566
está fechado el contrato para la ejecución de "una figura de metal de bronce" entre
Morel y el Cabildo en precio de unos 600 ducados de oro. El carácter de esta empresa
obligó a Bartolomé Morel a firmar una interesante documentación notarial inédita,
conservada en el Archivo Histórico Provincial [Figura 1.2]. Morel se comprometía a
realizarla en un plazo de ocho meses, sin embargo no la dio por finalizada hasta julio de
1568. La fundición del Giraldillo se realizó siguiendo la técnica a la cera perdida de una
sola pieza de pie y con una sola colada, incorporando en su interior la primitiva
estructura interna.
Figura 1.1. Palas Atenea. Marco Antonio Raimondi.
Figura 1.2. Contrato de la figura de la Torre. Archivo Histórico Provincial.
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En agosto de 1568 se sube al campanario de la catedral la veleta que servirá de
remate: una figura de bronce denominada en las fuentes documentales El Coloso de la
Fe Victoriosa. Esta maravilla mecánica es fruto de las circunstancias que se dieron en el
siglo XVI, cuando Sevilla era una de las metrópolis más importantes de Europa.
También es una época de tensiones religiosas que producían un clima de inestabilidad,
coincidiendo además con el final del Concilio de Trento (1546 1564).
1.1.2. La veleta que cambió de significado.
Tradicionalmente se ha venido identificando la escultura que remata la torre de
la Giralda con la imagen de la Fe. Así lo afirman varios estudios existentes sobre el
tema, basándose en un asiento documental recogido en un libro de Adventicios de la
Catedral de Sevilla, del día 26 de julio de 1568, en el que se dice textualmente: "trajeron
la figura ...que tiene por nombre la Fe, triunfo de la Iglesia”. Por otra parte, también se
describe a la escultura como "el Coloso de la Fe Victoriosa" en una inscripción latina,
inserta en la base del muro norte de la torre. Este texto, coetáneo con el anterior, fue
elaborado por el licenciado Francisco Pacheco para conmemorar el acrecentamiento del
alminar con el cuerpo cristiano de campanas.
Sin embargo, cuando se analiza iconográficamente la escultura del Giraldillo, los
atributos que porta la imagen no se corresponden con aquéllos que serían característicos
en una representación de la Fe de ese periodo, sino a una representación de la virtud de
la Fortaleza. A raíz de esta constatación, se evidencia una falta de correspondencia entre
la simbología que parece desprenderse de los documentos escritos, y la forma que
tuvieron de expresarla los artistas responsables del proyecto escultórico. En
consecuencia, si bien es difícil olvidar lo que afirman los citados textos, tampoco es
fácil probar que la imagen sea la representación iconográfica de la virtud de la Fe. La
profesora doña María Fernanda Morón de Castro, directora del departamento de
Escultura e Historia de las Artes Plásticas de la Facultad de Bellas Artes de Sevilla,
profundiza en esta teoría a través del análisis de otras fuentes visuales, documentales y
literarias de la época (escritos, grabados, pinturas, esculturas...) hasta demostrar que lo
que nació como mera hipótesis es una realidad. El estudio lleva por título «La escultura
del Giraldillo y su interpretación iconológica», publicado recientemente en el libro
homenaje a don Pedro Rubio Merino, archivero de la Catedral de Sevilla.
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El Giraldillo, salvo la delgada cruz que forma el remate del estandarte, no posee
ninguna referencia a los elementos representativos de la virtud teologal de la Fe de ese
periodo, como son el cirio encendido, una iglesia por tiara, el libro de los Evangelios o
el cáliz, símbolos obligados y fundamentales de esa época [Figura 1.3 a]. Sin embargo,
el tema iconográfico que se descubre claramente en el Giraldillo responde a la
representación de la virtud de la Fortaleza. Así lo muestran atributos como: el casco,
una armadura liviana sobre el largo vestido, las fauces de los leones en las sandalias, el
amplio guión a modo de escudo, la esfera bajo sus pies y la propia torre que la sustenta
(la virtud de la Fortaleza se personifica, desde antiguo, en una mujer con una torre
[Figura 1.3 b]). Así también, la escultura se muestra en consonancia con la frase “Turris
Fortissima. Prov.18”, inscrita en la propia torre. El proverbio 18, 10, del Libro de la
Sabiduría del Antiguo Testamento recoge la siguiente afirmación: “El nombre de
Yahveh es torre fuerte, a ella corre el justo y no es alcanzado”.
Figura 1.3.
a) Dibujo de Duero (1495) con los atributos de la Fe.
b) “Tyche”. Procedente de Itálica y muy popular a mediados del siglo XVI. Destaca su gran parecido con el Giraldillo.
a) b)
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Hay que preguntarse cuándo y por qué se decide el cambio de simbología que
evidencia la iconografía del Giraldillo. Una nueva etapa se abre bruscamente a partir de
la clausura del Concilio de Trento, a finales de 1563. Ante la nueva situación, la Iglesia
de Sevilla, al igual que las otras ciudades, se dispuso prontamente a aplicar las normas
del decreto: “en el uso sagrado de las imágenes debe eliminarse toda superstición,
extirparse todo torpe afán de lucro y evitarse toda deshonestidad de suerte que no se
pinten ni se adornen las imágenes con incitaciones seductoras…”. En el museo del
Prado se expone actualmente una obra firmada por Tiziano, que es un claro ejemplo de
este hecho [Figura 1.4].
Vasari, en un estudio del propio artista en 1566, explica que esta obra fue
encargada por Alfonso I del Este, duque de Ferrara en 1534 y que representaba “el
triunfo de la Virtud frente al Vicio”. Probablemente, al quedar inconclusa fuera acabada
después de 1571 para Felipe II, transformándose entonces en la alegoría de “La Religión
socorrida por España”. En este caso, la Virtud que aparece representada con los
atributos de la Fortaleza, bajo la imagen de una Palas Atenea, sirvió para cobijar la
representación de España.
Figura 1.4. La Religión socorrida por España. Tiziano.
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No se debe olvidar que la composición actual de la veleta estaba ya decidida en
1565, como se aprecia en el grabado de Horis Hoefnagel [Figura 1.5] y que también por
las mismas fechas se decidió su cambio de nombre debido al Concilio de Trento. Se
trataba, no obstante, de convertir la Fortaleza en Fe y, como no era cuestión de cambiar
la fisonomía de una de las esculturas más complejas e importantes de su tiempo
(comparable con el Perseo de Cellini o la Fuente de Neptuno de Juan de Bolonia), se
optó por una decoración doctrinal que lució la torre exteriormente y que ya se ha
perdido. Es entonces cuando, posiblemente, se le pintó un cáliz (atributo de la Fe) sobre
el escudo del Giraldillo que, de ser así, el tiempo ya ha borrado. De manera
extrañamente explicativa, y claramente de acuerdo a las normas del concilio de Trento,
en un asiento documental del Libro de Adventicios del año 1568, se dice: “trajeron la
figura que tienen por nombre la Fe, Triunfo de la Iglesia.”
Figura 1.5. La Giralda con el Coloso. Grabado de G. Hoefnagel (1565).
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Para terminar, explicar las posibles causas por las que el Giraldillo, aparte de su
aspecto militante, ostente además en su mano izquierda una palma, símbolo de victoria.
Desde principios de 1558, fecha de presentación de las trazas de la torre por Hernán
Ruiz, los triunfos obtenidos por la Iglesia española de la época serían: el que Inglaterra,
tras veinte años de cisma, hubiera vuelto al catolicismo, por la boda del rey Felipe II con
María Tudor en 1554; la victoria de las tropas españolas en San Quintín en 1557,
considerada por el propio rey como un triunfo de Dios; pero en concreto fue muy
importante, por su incidencia en la historia occidental, la victoria obtenida en Italia por
las tropas españolas y en especial, el arreglo de paz con el Papado en 1558. Por el resto
del siglo, un tratado ligaría al Pontificado estrechamente a España.
No obstante, después de todo lo expuesto, la imagen sigue y seguirá siendo para
los sevillanos la representación de la Fe, resultando inexplicable el olvido de su
primitiva significación.
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1.1.3. Cuatro siglos de reparaciones del Giraldillo.
Desde finales del siglo XVI se documentan numerosas reparaciones en el
Giraldillo y su estructura.
En 1770 se realizó en el Giraldillo la primera gran obra de mantenimiento desde
su instalación. La escultura había quedado dañada tras el terremoto de Lisboa de 1755,
además, el tiempo había ido mermando su condición de veleta. La intervención fue
dirigida por el arquitecto Manuel Núñez y consistió en la sustitución de la primitiva
estructura interna.
Con el comienzo del XIX la escultura comenzará a caer en un lento anonimato, a
estar más lejana que nunca. El programa iconográfico de la Giralda se ha desdibujado y
apenas quedan vestigios de sus pinturas, el Giraldillo se separa más de su primitivo
significado. Durante un siglo pasará prácticamente desapercibida hasta que empezará a
ser objeto de las primeras investigaciones de manera más científica a partir de 1980. A
partir de entonces, la palabra Giraldillo empezó a sonar tanto como la palabra Giralda.
Se había perdido el misterio, pero el hermoso rostro de bronce, fruto de una labor en
equipo, se convirtió en un símbolo con una difusión que no había tenido nunca:
recuerdos, trofeos, tiendas, librerías, asociaciones, bares, etc.
El 6 de mayo de 1976, el profesor don Teodoro Falcón publicó un artículo en
ABC de Sevilla sobre el estado de conservación de la Giralda que causó un gran
impacto. Tres años después, en pleno verano, un trozo de azucena corroída de óxido
cayó a los pies de la Giralda.
El día 30 de octubre de 1981, gracias a unos andamios cubiertos de cañas, don
Alfonso Jiménez y don José María Cabeza pudieron fotografiar por primera vez, de
cerca, el Giradillo como reflejan en su “Turris Fortissima”: “El 30 de octubre, cuando
llegamos a su pie y pudimos girarla a nuestro antojo, gastamos cuatro carretes de
fotografía mientras, durante una jornada laboral completa, sin bajar a tierra ni para
almorzar, tratábamos de asimilar y analizar el espectáculo que teníamos ante nosotros”.
Entonces comenzó, con muy escasos medios materiales y sin posibilidad alguna de
investigar, una intervención muy conservadora, sufragada con fondos públicos casi por
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completo. No obstante, la documentación antigua, tanto gráfica como literaria, junto a la
simple observación de su apariencia y las evidencias de reparaciones anteriores sobre su
piel y estructura, permitieron identificar las partes originales y las modificaciones
introducidas en las diversas etapas. Gracias a esta particular restauración, el Giraldillo
quedó lo más limpio posible, reforzado y sin añadidos de anteriores reparaciones que
escondían detalles como los dos cinturones del pecho.
Así, en marzo de 1981 un grupo de profesores de la Facultad de Bellas Artes
(don Antonio García Romero, doña Rosario Martínez Lorente y don Isaac Navarrete)
sacaron un molde a la veleta a cien metros de altura y entre cañas [Figura 1.6]. De esta
forma nació otra figura igual pero en poliéster, que El Monte pagó y expuso [Figura
1.7].
Figura 1.6. Distintas fases del molde de silicona y madreforma de yeso durante la realización de la reproducción que dirigiera don Antonio García Romero en 1981.
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En 1996 se montó, de nuevo, un andamio en la torre para observar de cerca su
estado de conservación y proceder a intervenir en lo que fuera necesario. Entonces, con
medios económicos allegados por el Excmo. Cabildo, sí se pudo investigar a fondo. Así
se analizó detenidamente la estructura férrea que zuncha los cuerpos adovelados,
acrecentamiento del siglo XVI, la giratoria de la veleta y ésta como tal, es decir, como
estructura giratoria de bronce que pesa 1525 kg., que pivotan sobre una espiga de casi
cinco metros de atrevido cimbreo libre y cuyo punto más débil sólo tiene 7 cm. de
diámetro.
Figura 1.7. Construcción de la reproducción en resina que estuvo expuesta en la sede Central de la Fundación El Monte.
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De este modo, comienza la última y más grande restauración cometida hasta la
fecha y que, a continuación, se detalla cronológicamente:
- Diciembre de 1996: Séptima edición del Aula Hernán Ruiz. Se discutía
entonces la forma que debía ser restaurado el Giraldillo.
- Abril de 1997: El Giraldillo es bajado hasta el Patio de las Azucenas a las
8.00 del martes de Feria.
- Mayo de 1997: Reunión urgente del Cabildo. De 29 miembros, 21 votan a
favor de la sustitución por una copia. La empresa Vorsevi cifra en un 70 por
ciento la estructura dañada. El informe hace referencia al bronce “fatigado”.
- Julio de 1997: Ingenieros de la Universidad de Sevilla aconsejan al Cabildo
que no se precipite en la decisión. La academia de Bellas Artes se suma a la
tesis de hacer una réplica y protesta por el trato recibido al original,
perforado en el pecho.
- Septiembre de 1997: La Comisión de Patrimonio obliga al Cabildo a estudiar
la reposición. Doña Carmen Calvo, entonces consejera de Cultura, recuerda
que el Cabildo “está sujeto a la ley”. El órgano rector del templo pide
permiso para colocar una réplica, lo que Calvo califica de “precipitado”.
- Octubre de 1997: Bajada definitiva de la escultura de Morel y exposición
pública de la original y una replica realizada en bronce dorado [Figura 1.8]
por el escultor de Aracena, don José Antonio Márquez, gracias a la primera
copia en resina que se realizó en marzo de 1981.
- Enero de 1999: Bendición y subida de la copia de bronce.
- Julio de 2003: Concluye la restauración del original tras cinco años de
trabajo y 600.000 euros de inversión a cargo de la Junta.
- Diciembre de 2003: Exposición con el Giraldillo ya restaurado en las
Atarazanas.
- Julio de 2005: Subida definitiva del Giraldillo original en una operación
valorada en 120.000 euros que incluyó la bajada de la réplica un mes antes.
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Figura 1.8. Copia del Giraldillo en bronce dorado realizada por don José Antonio Márquez.
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1.1.4. El Giraldillo. Proceso de una restauración.
En Julio de 1997 se reunió en el Instituto Andaluz del Patrimonio Histórico
(Consejería de Cultura, Junta de Andalucía) la ponencia técnica internacional que el
Instituto había convocado, con el objetivo de fijar los criterios que debían aplicarse
durante la restauración. Esta reunión marcó las trazas del proyecto de investigación.
El Giraldillo no cumple exclusivamente funciones ornamentales y mecánicas
independientes de la construcción, sino que tanto su carácter decorativo y funcional
como simbólico fueron concebidos en íntima relación entre ellos y el cuerpo de remate
de la torre.
Si notables son los valores (artísticos) de este bien, como escultura y obra de
arte, también lo es su valor científico, al haber sido creado como un ingenio mecánico.
Ideado para señalar la dirección del viento y los cambios climáticos, el Giraldillo,
auténtica innovación tecnológica de la época, incorpora a su configuración como
escultura el movimiento como parte esencial de su autenticidad. De ahí su nombre
popular de "giraldillo" (que gira), donde se refleja el atributo más reconocido por las
diferentes generaciones de sevillanos, que lo han tenido presente a lo largo de sus vidas,
convertido en elemento y referente de la ciudad.
Desde el punto más alto ha presidido durante siglos el conjunto edilicio y el de
tradiciones, vivencias y transformaciones construidas, y en su piel de bronce y
estructura han quedado reseñados y testimoniados también los acontecimientos e
inclemencias del tiempo. El Giraldillo habita en el conjunto Catedral Giralda Alcázar
declarado, como lo es, Patrimonio de la Humanidad.
Estas premisas han dado pie al objetivo fundamental de la restauración llevada a
cabo en el IAPH [Figuras 1.9 y 1.10]: la realización de la acción operativa desde el
máximo respeto y la mínima intervención, para la adecuada transmisión de este legado
universal, con todos sus atributos y valores. Despejar, en definitiva, mediante
investigaciones y tratamientos, los posibles riesgos potenciales que puedan afectar a la
existencia y permanencia del Giraldillo y de las personas.
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Figura 1.9. Llegada del Giraldillo al IAPH.
Figura 1.10. El Giraldillo en el taller del IAPH.
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1.1.4/1. Estudios científicos: Los materiales originales.
Los estudios científico técnicos previos a toda restauración rigurosa sitúan el
objeto de arte en su contexto, comprendiendo el proceso de concepción y fabricación
del mismo. En el caso del Giraldillo se ha realizado una gran variedad de pruebas:
análisis químicos de la composición de los metales que forman las distintas piezas del
conjunto, medidas de los espesores mediante ultrasonidos, gammagrafías [Figura 1.11]
para detectar porosidades, grietas y otros defectos internos, metalografías de la
estructura microscópica, estudios mediante difracción de rayos X de la naturaleza de las
pátinas, etc.
El bronce del Giraldillo carece de estaño casi por completo, pero tiene un
elevado contenido de plomo. La figura, colada de una pieza en posición vertical,
acumuló mucho plomo en su mitad inferior y solidificó con porosidades y
agrietamientos, lo que justifica que Bartolomé Morel hubiese de realizar algunas
reparaciones antes de subirla a la Torre.
Las soldaduras realizadas en reparaciones anteriores mostraban baja resistencia y
elevada fragilidad, habiéndose agrietado en algunos casos. Por su parte, la palma, la
peana y la tinaja son bronces de distinta composición por haber sido fundidas por otros
fundidores o en otro momento, mientras el lábaro es de cobre relativamente puro.
La superficie estaba cubierta de pátinas naturales y artificiales, aplicadas éstas en
las últimas reparaciones de que fue objeto. Los elementos de hierro de la estructura
interna se encontraban fuertemente corroídos.
Figura 1.11. Gammagrafía de un brazo del Giraldillo.
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1.1.4/2. Restauración estructural del Giraldillo.
La restauración del Giraldillo desde un punto de vista estructural se puede
dividir en tres etapas, que se exponen a continuación.
- Análisis del comportamiento mecánico del Giraldillo en su estado de 1997:
Para afrontar la restauración estructural del Giraldillo se hacía necesario
conocer el comportamiento mecánico del conjunto de la escultura y su
estructura interna, estudiando los niveles de tensiones mecánicas y
deformaciones que se producen en ambas ante las distintas situaciones de
carga a las que se pueden ver sometidas. Ello se hizo por medio de un
modelo por ordenador (modelo de Elementos Finitos), con el cual se podía
evaluar el comportamiento de la Veleta ante la acción de su propio peso, del
viento, de los cambios de temperatura y de un posible terremoto. Para captar
la compleja geometría del Giraldillo se obtuvo una representación
tridimensional a partir de medidas tomadas con una estación total láser,
como veremos más adelante. El modelo se completó con las propiedades
mecánicas de los materiales, los espesores de la escultura [Figura 1.12] y las
distintas grietas, pérdidas de material, etc., existentes.
El análisis del modelo ha permitido comprobar que el Giraldillo puede
soportar con garantías las distintas acciones mecánicas a las que ha de
someterse en su ubicación habitual, siempre que se sustituyera la estructura
interna de hierro corroída.
Figura 1.12. Mapa de espesores del bronce.
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- Desmontaje de la estructura interna de 1770: Las características y el estado
real de conservación de la estructura interna era en parte una incógnita
debido a su inaccesibilidad. Su desmontaje resultó laborioso y permitió
conocer el magnífico trabajo de ingeniería que supuso en su día la
construcción y colocación de dicha estructura, que resultó ser "desmontable",
tal y como se propusieron sus diseñadores.
Así, se pudo conocer en profundidad las características y el estado de
conservación en que se encontraban todas y cada una de las piezas que
componen el Giraldillo [Figura 1.13], algo que hasta entonces no había sido
posible: se pudieron contemplar las piezas que componen el mecanismo de
giro, cómo eran realmente los distintos apoyos de la escultura sobre la
estructura, las uniones entre las distintas barras, la complicada geometría de
los refuerzos internos, etc.
Para el desmontaje fue necesario reabrir el hueco del costado derecho del
Giraldillo, que debió de ser practicado en 1770 cuando se sustituyó por
primera vez la estructura interna original.
Figura 1.13. Cojinete de bronce sobre el que giraba la veleta y duelas de hierro de 1770.
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- Diseño y construcción de la nueva estructura interna: El diseño de la nueva
estructura interna del Giraldillo [Figura 1.14] se afrontó por un lado a partir
de las conclusiones extraídas del análisis de comportamiento mecánico de la
Veleta por medio del Modelo de Elementos Finitos, y por otro lado a partir
del estudio de la estructura interna anterior.
El análisis del modelo sirvió para comprobar que el diseño de la estructura
de 1770 era bastante acertado, por lo que se ha respetado en gran medida. Se
ha conservado el cojinete de bronce sobre el que ha estado girando durante
más de doscientos años, ya que ha demostrado ser un magnífico sistema de
giro que no necesita ningún tipo de mantenimiento y se encuentra en óptimo
estado de conservación. Sí se han realizado algunas modificaciones en el
diseño de la estructura de cara a mejorar su funcionamiento como estructura
portante.
El efecto más dañino para la escultura ha sido debido a las dilataciones
diferenciales entre el bronce y el hierro de su estructura interna, por lo que se
han eliminado los apoyos anteriores en el pecho y espalda para evitar dicho
efecto. En los restantes apoyos se ha reducido en la medida de lo posible esta
interacción.
Otra variación significativa ha sido la forma de sustentación de la palma, que
antes era sostenida por el brazo izquierdo (seriamente deteriorado a la altura
de la axila), mientras que ahora el peso de la palma es transmitido
directamente a la estructura interna, equilibrando el peso del lábaro.
Figura 1.14. Nueva estructura interna de acero inoxidable.
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Los nuevos refuerzos internos son más robustos que los anteriores y se
encuentran mejor distribuidos, reforzando aquellas zonas de la escultura que se
encuentran más deterioradas. Así se ha conseguido unir rígidamente ambos brazos, que
se encontraban muy deteriorados, a la estructura interna.
El resultado final de todo este trabajo de ingeniería mecánica, ha sido diseñar y
construir una estructura de sustentación y giro y un sistema de refuerzo interno para el
Giraldillo que permita devolverlo a su ubicación habitual con plenas garantías para su
conservación desde un punto de vista mecánico.
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1.1.4/3. Estudios y controles de conservación preventiva.
Dada la importancia de los factores ambientales en el deterioro de los materiales,
se ha estudiado el comportamiento del micro ambiente interno de la escultura en
relación con el ambiente exterior. El objetivo fundamental era definir si era necesario
favorecer la ventilación de la escultura. Para ello se han medido la temperatura y la
humedad en la cabeza, la cintura y los pies, y se han comparado con los valores
exteriores [Figura 1.15].
Los valores más estables se dan en la cintura; además cuando se cierran los
huecos (se elimina la ventilación), las diferencias entre los valores internos y externos
aumentan y se inestabiliza la humedad relativa, pudiendo darse problemas de
condensación.
Como conclusión, se desprende la necesidad de que la escultura tenga
ventilación al menos en la cabeza y en los pies, así los fenómenos de condensación
serían menos frecuentes y menos prolongados y todo el conjunto se mantendría en un
equilibrio, con lo que se evitarían problemas de corrosión interna.
Figura 1.15. Estudio microclimático del interior del Giraldillo.
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1.2. LEVANTAMIENTO ARQUITECTÓNICO Y PATRIMONIAL MEDIANTE ESCÁNER LÁSER.
La digitalización 3D es una herramienta cada vez más conocida y adecuada para
tareas de documentación en Arquitectura y Patrimonio. Plasmar la información
adquirida de forma que sea útil en estos campos supone orientar todo el proceso de
forma muy específica y aplicar herramientas informáticas de desarrollo propio.
Además de la información “habitual” que proporciona un modelo tridimensional
de un entorno patrimonial, los datos de un escáner láser pueden ser utilizados como base
en la elaboración de planos muy exactos y otra serie de vistas ortográficas. Los planos
obtenidos pueden ser usados por arquitectos, ingenieros y restauradores como base para
su trabajo (comparaciones con documentos existentes, planteamiento de intervenciones,
mediciones exactas, desplomes, etc.)
El advenimiento de las nuevas metodologías de levantamiento y en particular de
los escáner láser 3D pone a los técnicos del levantamiento frente a problemas inéditos
de orden general.
Efectivamente, mientras la selección de los puntos que hay que levantar,
necesaria para llegar a la construcción del modelo era en el pasado preliminar a la toma
de medidas, hoy queda relegada a un segundo momento: las nuevas metodologías con
rayo láser adquieren todos los datos de forma automática, datos que sólo posteriormente
vienen elaborados en modo diverso para realizar un modelo numérico o geométrico del
objeto levantado.
En otras palabras, mientras en el pasado el técnico de levantamiento desarrollaba
un papel crítico ya al inicio del proceso de levantamiento, interviniendo en la fase de
selección de los datos, hoy con las nuevas tecnologías su intervención se sitúa al final
del proceso y a menudo se resuelve con el empleo de técnicas semiautomáticas.
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1.2.1 El escáner láser.
El escáner láser para la medición en 3D es un instrumento que permite explorar
el espacio y adquirir las coordenadas de los puntos interceptados por el rayo y que,
habiendo nacido para aplicaciones industriales, desde hace unos años se utilizan en vía
experimental también en los levantamientos arquitectónicos y patrimoniales. El láser se
basa en el principio del empleo de una fuente luminosa que opera en el espectro visible
(desde el infrarrojo hasta el ultravioleta), con una potencia luminosa variable en función
de la aplicación y de la distancia operativa.
Los escáneres láser terrestres [Figura 1.16] pueden clasificarse según el principio
de medición de distancias en dos grupos: los escáneres de distancia (ranging scanners) y
los escáneres basados en triangulación (triangulation scanners). Se pueden encontrar dos
tipos de escáneres basados en rango: los que siguen el principio de tiempo de vuelo de
un pulso láser y aquellos que siguen el método de comparación de fase. Normalmente,
los escáneres láser de medio o largo alcance están basados en el principio de tiempo de
vuelo de un pulso láser. Esta técnica permite medir distancias de varios cientos de
metros. Las desviaciones típicas estándar de las medidas de distancia por un escáner
basado en tiempo de vuelo son del orden de milímetros. En este proyecto nos
centraremos en el escáner de medio o largo alcance basado en el principio de tiempo de
vuelo.
El sistema se compone de un resonador (cavidad óptica) provisto en el extremo
de dos espejos planos o ligeramente cóncavos, de los cuales unos es totalmente
reflectante mientras el otro es parcialmente transparente. El resonador se llena de una
sustancia capaz de ser activada por una bomba de energía, que produce una radiación
electromagnética monocromática, a ondas constantes y con los rayos paralelos.
Figura 1.16. Escáner Láser Cyrax 2500 de Leica basado en el principio de tiempo de vuelo.
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Nuestro instrumento está dotado de un láser en estado sólido a impulsos de corta
duración con el así llamado método del tiempo de vuelo, el cual emplea impulsos de
breve duración con un alto pico de energía, los impulsos son de alta frecuencia más de
uno al segundo.
El sistema tiene la capacidad de medir la distancia entre el láser y el objeto que
hay que levantar. En el momento de la activación, el láser genera un rayo que se mueve
a intervalos regulares a lo largo de las 576 líneas horizontales creando una malla de
puntos sobre el objeto que hay que levantar, generando la llamada "nube de puntos"
(points cloud). La medida del tiempo que emplea el rayo en llegar al instrumento,
golpear la superficie del monumento y volver atrás, permite al escáner medir la
distancia del punto y sus coordenadas. La medida de la intensidad del rayo de vuelta
brinda elementos útiles para el reconocimiento de los diferentes materiales presentes en
la obra que hay que levantar.
Cada uno de los puntos levantados se define a través de sus tres coordenadas
cartesianas. El conjunto de los datos registrados constituye el modelo de la obra
levantada y que se define como modelo numérico. Como quiera que a menudo son
necesarias más tomas de datos para completar el objeto que hay que levantar, se pueden
poner sobre el mismo una serie de elementos geométricos conocidos (esferas de
poliestireno u otro material) para efectuar el enlace de los diferentes barridos del
escáner. Esta operación puede ser omitida si se dispone de software especial que efectúe
esta operación de modo automático.
La nube de puntos puede ser transformada, en modo semiautomático o
automático, en una superficie poliédrica “mesh”, que puede ser de mallas más anchas en
las zonas menos significativas del objeto, volviendo aún más fácil la elaboración de los
datos. Del modelo numérico es posible pasar a un modelo geométrico, interpolando las
superficies y realizando de este modo un modelo simplificado que, sin embargo, a alta
definición es capaz de restituir el objeto real. Este último apartado es el objetivo de este
proyecto fin de carrera.
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1.2.2. Planificación y captura de datos.
El estudio a priori del objeto es un factor fundamental para el buen desarrollo del
levantamiento. Un correcto análisis previo en el campo de trabajo puede evitar
confusiones posteriores en la unión de los distintos barridos, comúnmente denominado
proceso de registro, minimizar redundancias, optimizar el tiempo de escaneo y estimar
precisiones (resolución) por cada área.
De forma esquemática podemos plantear las siguientes subetapas:
- Trabajo previo: planteamiento de objetivos, documentación y planificación.
- Selección de vistas: Cubrimiento de la mayor superficie posible para evitar
“zonas oscuras” con el menor número de vistas y el suficiente solapamiento
entre las mismas. Se realiza un planteamiento inicial que normalmente habrá
que adaptar sobre la marcha.
- Trabajo de Campo: Realización de las tomas (su resolución es función del
mínimo detalle a observar). la resolución espacial de los puntos medidos es
función del nivel de detalle requerido (en horizontal y vertical), que
normalmente será variable según el grado de complejidad de la zona de
interés. Hay que llegar a una solución de compromiso en cuanto al número
de puntos medidos puesto que un valor demasiado elevado supone aumentar
el tiempo de captura y la dificultad en el manejo de los datos.
- 26 -
1.2.3. Creación del modelo geométrico.
Una vez obtenidos los datos, se procede a su alineación, es decir situar todas las
nubes de puntos en un sistema de referencia común.
La generación del modelo final requiere además de un tratamiento de la
información manejada, en resumen los pasos a seguir son:
- Importación y tratamiento previo de las vistas: Es necesario eliminar o
separar todos aquellos puntos que no sean de interés para el modelo en
cuestión. Los datos medidos mediante tiempo de vuelo son “ruidosos”, es
decir, las medidas obtenidas tienen un cierto nivel de inexactitud provocado
por diversos factores (medición del tiempo, tamaño del spot láser,
estacionamiento). Es conveniente entonces realizar un filtrado de los mismos
para conseguir suavizarlos1 (bien sobre las nubes de puntos, bien sobre el
modelo). El suavizado de los puntos es un paso delicado puesto que se corre
el riesgo de perder definición en los detalles o aristas vivas del modelo.
- Enlace entre las nubes de puntos: Por cada escaneo, el “láser scanner”
obtiene una nube de puntos en el sistema de referencia del sensor. Para
reconstruir el objeto, esta información 3D obtenida para cada escaneo debe
ser registrada/alineada en un único sistema de coordenadas. El sistema será
relativo hasta que se realice la georreferenciación pertinente. El registro de
los múltiples scans puede realizarse por solapamiento (habiendo escaneado
previamente un mínimo del 10% de zona en común) o por asignación de
coordenadas (habiendo asignado coordenadas por otros métodos a puntos
fácilmente identificables). En la bibliografía, existen diferentes métodos para
registrar, en una única nube de puntos global, las nubes de puntos
independientes. Estos métodos son:
1 Eliminar puntos que distorsionen el modelo.
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o ICP y sus variantes requiere coordenadas próximas de los puntos
coincidentes pero no proporciona ninguna herramienta para el
análisis estadístico de los resultados. Puede converger a una solución
errónea debido a su esquema del punto más cercano (o plano
tangente).
o “Generalised Procrustes Analysis 1” requiere puntos coincidentes
idénticos para el alineamiento. Es un modelo de estimación lineal que
realiza un buen archivo de datos cuando se usan blancos reflectantes
durante el proceso de escaneo. Carece de un criterio fiable para
detectar errores garrafales pero puede manejar archivos globales y
simultáneos y no sólo archivos por pares.
o Método de mínimos cuadrados para alinear superficies 3D 2 es una
generalización del método de mínimos cuadrados para alinear
imágenes 2D; puede manejar cualquier superficie 3D y tiene buenas
herramientas para chequear la precisión y fiabilidad. Como modelo
de estimación no lineal, requiere buenas aproximaciones de las
incógnitas.
- Generación de la superficie o malla y su tratamiento: Aquí comienza el
proyecto que se presenta. La obtención del modelo tridimensional es una de
las partes que más tiempo de cálculo y de operación consumen
(aproximadamente tres veces más que el tiempo de digitalización), siempre
en función de la calidad de los datos medidos. Una vez obtenida una
superficie inicial mediante la triangulación de las nubes de puntos enlazadas
es necesario realizar una serie de operaciones encaminadas a solventar los
errores que suelen aparecer en la triangulación (llenado de agujeros,
corrección de errores topológicos, suavizado de datos y generación de
superficies ocultas que no haya sido posible escanear). A pesar de realizar
gran cantidad de tomas, es muy complicado y a veces imposible (sitios
inaccesibles) evitar que aparezcan agujeros en la malla. Es inevitable
supervisar esta operación guiando al programa de la forma correcta.
1 Besl P.J., McKay N.D. A method for registration of 3D shapes. IEEE Transactions on Pattern Analysis
and Machine Intelligence, 14(2), 239-256, 1992. 2 Scherer, M. About the synthesis of different methods in surveying. International Workshop on Recreating the Past – Visualization and Animation of Cultural Heritage, Ayutthaya, Tailândia, 2001.
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1.2.4. La Minerva de Arezzo.
La Minerva de Arezzo [Figura 1.17] es una estatua de bronce datada del siglo III
A.C. que fue descubierta en Arezzo en 1541. Un ejemplo interesante del uso del método
de levantamiento mediante láser escáner lo podemos encontrar en la restauración, de
esta obra de arte, realizada por el Centro de Restauración de la “Soprintedenza
Archeologica” de la región de la Toscana en Italia, en el año 2006.
La estatua mide unos 150 cm. de alto y pesa cerca de 150 Kg. El cuerpo es
aproximadamente un cilindro de unos 50 cm. de diámetro, con un brazo derecho que se
extiende al exterior cerca de 40 cm. La parte baja de la estatua fue enteramente
restaurada con madera y yeso, mientras el brazo derecho, desde el hombro, fue
integrado en 1785 y está hecho de bronce.
1
1 © Pezzati et al., en: “Handbook on the Use of Lasers in Conservation and Conservation Science”. 2008.
Figura 1.17. La Minerva de Arezzo en el Museo Arqueológico en Florencia.
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Para la realización del modelo digital de la estatua [Figura 1.18], fueron
adquiridas 119 vistas independientes, cada una de ellas de una parte de la superficie de
la estatua y con una densidad (resolución) de 16 puntos por mm2. Todas las partes
fueron unidas y tratadas para obtener el modelo 3D.
1
El modelo 3D de la Minerva permanece como la única documentación de la
forma de la estatua antes del último proceso de restauración (2006) en el que
nuevamente se introdujeron cambios irreversibles. Por ejemplo, durante la reparación de
la estatua tanto la parte inferior de madera como el brazo derecho se desmontaron y las
superficies corroídas fueron suavizadas durante su limpieza. El modelo 3D [Figura
1.19] se usará para reproducir y situar exactamente las partes perdidas, o para tener una
referencia de otras posibles alteraciones de su forma.
1 © Pezzati et al., en: “Handbook on the Use of Lasers in Conservation and Conservation Science”. 2008.
Figura 1.18. Imagen del modelo digital de la estatua.
Figura 1.19. Detalle de la cabeza de Minerva (a). Fotografía e imagen digital del modelo (b) y su mallado (c).
1
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La restauración que se hizo en 1785 parece ser incorrecta. Las circunstancias de
la recuperación no son conocidas, así como las condiciones originales de conservación
que, probablemente, sufrieron una restauración previa en el siglo XV. La postura del
brazo derecho, que pone a la Minerva en una postura oratoria, probablemente imita la
del “Arringatore” [Figura 1.20], otra estatua mayor de bronce del museo de Toscana,
junto a la “Chimera” y el “Idolino”. Una previa reparación en yeso, cuya evidencia
viene dada por un impreso datado de principios del siglo XVIII, describe el brazo
derecho de la Minerva, diosa de la guerra y la sabiduría, caído a lo largo del tronco y el
antebrazo en alto para mantener una lanza [Figura 1.20]: Este es un recurrente atributo
de los dioses guerreros, armados con casco corintio. El modelo digital permite la
realización de una aplicación de software capaz de visualizar las dos hipotéticas
posiciones del brazo derecho de la estatua [Figura 1.21].
1
1 © Pezzati et al., en: “Handbook on the Use of Lasers in Conservation and Conservation Science”. 2008.
Figura 1.20. Estatua del “Arringatore” y representación tradicional de Minerva con lanza.
Figura 1.21. Simulación de dos posibles posiciones del brazo de Minerva.
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1.2.5. Consideraciones finales.
El láser escáner terrestre es de gran interés para ingenieros, arquitectos y
arqueólogos. La documentación del patrimonio cultural utilizando láser escáner está aún
en una primera fase, esta tecnología pretende ser una alternativa eficiente a las técnicas
tradicionales de captura métrica, o al menos, ser un complemento a las mismas. La
complejidad de las formas, que generalmente existen, y la gran valía cultural de los
monumentos arquitectónicos, hacen de él un objeto a ser representado con gran detalle
geométrico y radiométrico. Es por ello que el láser escáner es una técnica óptima para
estas aplicaciones, ya que su naturaleza geométrica es de gran precisión.
Entre las aplicaciones de esta técnica podemos destacar la de proteger el
patrimonio de la degradación, el fuego y otros desastres que puedan ocasionar su
extinción. Así mismo, a nadie escapa el alcance de las posibilidades que abre el empleo
de máquinas por control numérico, también en lo que se refiere a la reproducción de
detalles arquitectónicos, esculturas u otros objetos de valor. Efectivamente, este método
de levantamiento permite construir un modelo geométrico que puede ser introducido en
una fresa con cinco ejes capaz de reproducir elaborados que son la copia exacta de
aquellos levantados. Es posible, también, realizar restauraciones virtuales sobre el
modelo para evaluar posibles alternativas como en el ejemplo de la Minerva de Arezzo.
Sin embargo, todavía hay aspectos que deben investigarse como la adaptación
automática de la resolución del escaneado a la morfología del objeto. Si el software que
administra el láser fuera capaz de evaluar la variación de la profundidad, se podría
seleccionar y adquirir sólo los puntos cuya profundidad es mayor o menor de un valor
preestablecido, no considerando aquellos cuya profundidad no varía de manera sensible
respecto a su alrededor. En este caso, se podría reducir considerablemente el número de
los puntos de las zonas lisas, mientras que serían levantados todos aquellos puntos que
presentan una discontinuidad relevante.
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1.3. EL LEVANTAMIENTO DEL GIRALDILLO MEDIANTE ESTACIÓN TOTAL LÁSER.
Uno de los retos planteados en la última gran restauración realizada al Giraldillo,
era su restauración estructural. Para ello era necesario conocer el comportamiento
mecánico del conjunto de la escultura y su estructura interna, estudiando los niveles de
tensiones mecánicas y deformaciones que se producen en ambas ante las distintas
situaciones de carga a las que se puede ver sometidas, como son la acción de su propio
peso, el viento, los cambios de temperatura o posibles terremotos. Para este estudio, se
requería un modelo de elementos finitos por ordenador que, además, serviría
posteriormente para el diseño de una nueva estructura interna debido a que la anterior se
encontraba en muy mal estado de conservación.
En el mes de julio del año 2000, aprovechando que la escultura de Bartolomé
Morel se encontraba en las instalaciones del IAPH, un grupo de trabajo de la
Universidad de Sevilla [Figura 1.22] coordinado por D. Carlos Cobos y compuesto los
profesores titulares de la escuela universitaria, D. Antonio M. Pérez Romero y D.
Rafael Esteve González, se propuso medir la superficie del Giraldillo con el objeto de,
posteriormente, poder desarrollar un modelo tridimensional que sirviera para hacer un
estudio de elementos finitos.
Figura 1.22. Equipo de trabajo de la Universidad de Sevilla en el taller del IAPH.
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De la estructura interna, aunque deteriorada, era posible crear un modelo por
elementos finitos mediante los medios convencionales de medición. Sin embargo, la
superficie de la escultura era tan compleja, que necesitaba un método no convencional
de medición para poder obtener su modelo por ordenador.
Debido a que la tecnología del escáner láser de tiempo de vuelo no estaba
desarrollada por entonces, se optó por realizar la medición con una estación total láser
TCR 1103 de Leica Geosystems [Figura 1.23], facilitada por D. Armando Morales
(delegado provincial de Leica Geosystems).
Esta estación total, a diferencia de otras, tiene la particularidad de poder medir
superficies. Esto se debe a que están equipadas con un distanciómetro láser, coaxial con
el anteojo, capaz de medir distancias sin necesidad de reflectores [Figura 1.24]
(característica fundamental para realizar la medición de la superficie de la escultura). El
instrumento envía un rayo láser visible concentrado en un haz muy fino que señala sin
error el punto, y aplicando el método de medición de fase determina la distancia con
gran precisión.
Figura 1.23. Estación total Leica TCR 1103.
Figura 1.24. Ejemplo de medición de distancia sin reflector.
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Además, gracias a disponer de un dispositivo motorizado, se pudieron realizar
barridos de la superficie. El usuario define la zona a escanear y el tamaño de la
cuadrícula [Figura 1.25]. El programa efectúa la medición automáticamente,
presentando en cada momento el tiempo transcurrido.
Las características de la estación total TCR 1103 se detallan a continuación:
- Alcance / Distancia mínima: 80 m. / 1.5 m.
- Precisión (ISO 17123-4) / Tiempo de medición: 3 mm. + 2 ppm. / típ. 3–6
seg., máx. 12 seg.
- Tamaño de la mancha láser a 50 / 100 / 200 m.: 10x20 / 15x30 / 30x60 mm.
- Método: Principio de medición de fase (láser rojo visible coaxial).
- Velocidad máxima de giro (estación motorizada): 50º / seg.
Figura 1.25. Barrido de superficie mediante estación motorizada.
Figura 1.26. Descripción de instrumento Leica TCR 1103.
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Primeramente, se dispuso a pegar una serie de dianas por la superficie del
Giraldillo [Figura 1.27]. Estas dianas sirven para controlar las zonas cubiertas en la
medición, así como cualquier posible movimiento de la estatua a lo largo de la toma de
datos.
Seguidamente se dispuso a buscar las ubicaciones más idóneas para la estación
total láser de manera que quedara cubierta la mayor parte de la superficie posible, y así,
minimizar el número de zonas oscuras. De este modo, se realizaron tres estaciones
situando el láser, en cada una de ellas, sobre un trípode fijado al suelo [Figura 1.28].
Figura 1.27. El Giraldillo con dianas ópticas para la ocasión.
Figura 1.28. Estación total TCR 1103 sobre trípode fijado al suelo.
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La resolución de los puntos medidos (distancia entre los puntos) se decidió en
base a dos premisas:
- Tiempo: Solamente se disponía de dos o tres días para la medición y la
estación total de la que se disponía es “lenta” tomando puntos (sobre todo,
comparada con el escáner láser basado en el método de tiempo de vuelo).
- Objeto de la medición: No debía olvidarse que el objeto de la medición era
obtener un modelo de elementos finitos por ordenador. Dicho modelo
solamente requiere una superficie aproximada.
Con esto, tras la calibración pertinente del instrumento, se tomaron unos 17700
puntos [Figura 1.29], con mayor concentración en las zonas más complejas (fauces de
león de las botas y cara), y menor concentración en las zonas más irrelevantes (barriga).
Figura 1.29. Obtención de puntos de la superficie del Giraldillo desde distintas ubicaciones.
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Tras la toma de todos los puntos, se procedió al enlace de todas las nubes [Figura
1.30], obtenidas de cada ubicación del láser. Este proceso, aunque se disponía de dianas
referenciales, fue complicado debido a que el software de aquellos momentos no era
específico para este tipo de trabajos.
Figura 1.30. Nube de puntos total del Giraldillo después del enlace de cada parte.