La geofísica, herramienta clave para la puesta en valor del patrimonio. El caso de la Galería de Forzados de Almadén.

RESUMEN

La geofísica constituye desde hace varias décadas una herramienta básica para los trabajos de prospección arqueológica y las Escuelas de Ingeniería Minera e Industrial de Almadén (Ciudad Real) y Politécnica Superior de Belmez (Córdoba) han dado cuenta de ello en los últimos años con múltiples trabajos (Pizarro Oviedo, 2015, Sánchez Sánchez, 2016; Romero Verástegui, 2019). En el año 2022, coincidiendo con la celebración del 10 aniversario de la inscripción en la Lista de Patrimonio de la Humanidad de Almadén y fruto de un convenio de colaboración con “Monte Sur. Asociación para el Desarrollo de la Comarca de Almadén”, se ha llevado a cabo una investigación geofísica mediante la aplicación de georradar, con el objetivo de aportar una ayuda en la localización de la galería de forzados de la Real Cárcel de Forzados (siglo XVIII), con vistas a los trabajos de excavación que están previstos realizar en el patio de la Escuela de Ingeniería Minera e Industrial de Almadén. Los trabajos han sido realizados por las áreas de Prospección e Investigación Minera de las Universidades de Castilla la Mancha y Córdoba, en colaboración con la Unidad de Investigación, Innovación y Competitividad Patrimonial de la UCO (PATRICIA) y los resultados han sido muy esperanzadores, pues la localización de la galería de forzados y su acceso, tienen una correspondencia bastante clara en la cartografía obtenida tras la interpretación geofísica. Ahora solo quedar ver el resultado final de la excavación, alcanzando con ello el punto final de la recuperación patrimonial de este edificio emblemático de Almadén.

PALABRAS CLAVE: Almadén, forzados, geofísica, georradar, patrimonio.

SUMMARY

Geophysics has been a basic tool for archaeological prospecting work for several decades and the Mining and Industrial Engineering Schools of Almadén and the Higher Polytechnic of Belmez (Córdoba) have demonstrated this in recent years with multiple works (Pizarro Oviedo, 2015, Sánchez Sánchez, 2016; Romero Verástegui, 2019). In 2022, coinciding with the celebration of the 10th anniversary of Almadén’s inscription on the World Heritage List and as a result of a collaboration agreement with “Monte Sur. Asociación para el Desarrollo de la Comarca de Almadén”, a geophysical investigation has been carried out by means of the application of georradar, with the aim of providing assistance in the location of the galería de forzados of the Real Cárcel de Forzados (18th century), with a view to the excavation works that are planned to be carried out in the courtyard of the School of Mining and Industrial Engineering of Almadén. The work has been carried out by the Mining Prospecting and Research areas of the Universities of Castilla la Mancha and Cordoba, in collaboration with the UCO’s Heritage Research, Innovation and Competitiveness Unit (PATRICIA) and the results have been very encouraging, as the location of the galería de forzados and its access have a fairly clear correspondence in the cartography obtained after the geophysical interpretation. Now it only remains to see the final result of the excavation, thus reaching the final point of the heritage recovery of this emblematic building of Almadén.

KEY WORDS: Almadén, forced, geophysics, heritage, GPR.

INTRODUCCIÓN

Es de todos conocido, que las culturas actuales se cimientan sobre las anteriores culturas, lo nuevo se construye sobre lo viejo. Algunas veces lo antiguo se usa como material de construcción para lo nuevo, otras, ese patrimonio cultural queda a la vista y pasa a formar parte de la belleza y de la atracción local, y en otras ocasiones, el paso del tiempo las entierra sobre capas de sedimentos, quedando olvidadas hasta que la casualidad o la búsqueda arqueológica las vuelven a poner de manifiesto.

En infinidad de ocasiones y debido a la falta de espacio o de no disponer de una ubicación mejor, la tendencia es demoler una edificación existente para construir sobre esta una nueva y más moderna, con lo que pueden quedar enterrados restos de muros, elementos de los habitantes anteriores (si los hubiese), etc.

La investigación clásica en arqueología ha consistido en localizar mediante indicios una zona con potencial arqueológico. Posteriormente a localizar la zona con potencial, se procedía a realizar una excavación, llegando en muchos casos a ser un proceso muy tedioso, debido a que no se tenía nada claro lo que se podría encontrar bajo el suelo, ni en qué condiciones estaría, aparte de todo el tiempo que se necesitaría para realizar dicha excavación. Por estas razones, el coste de realizar una excavación era muy alto, haciendo que en la mayoría de los casos no se consiguieran inversiones para encontrar ese patrimonio cultural perdido.

Este problema comenzó a estar solucionado con la introducción de la prospección geofísica, que supuso una revolución en el campo de la arqueología debido a que se trata del empleo de métodos no destructivos, que permiten localizar y delimitar amplias zonas con potencial arqueológico de manera precisa. Por otro lado, son métodos rápidos en ejecución, permitiendo optimizar recursos y facilitar interpretaciones de datos gracias al empleo de softwares informáticos de gran precisión antes de proceder a la excavación.

Uno de estos ejemplos claro de aplicación de la geofísica a la arqueología es lo que se realizó durante la primavera del año 2022 en la Escuela de Ingeniería Minera e Industrial de Almadén (Mansilla Plaza et al., 2022), perteneciente a la Universidad de Castilla La Mancha, situada en el solar de lo que fue la Real Cárcel de Forzados de Almadén (1752), un organismo penitenciario donde se alojaban los presos que iban a la mina de cinabrio a través de una galería que conectaba cárcel y mina (Menéndez, 1996; Hernández Sobrino, 2010; Saucedo Sánchez, s.f.).

Construcciones realizadas en la Escuela de Ingeniería Minera e Industrial de Almadén (EIMIA) a principios del siglo XXI pusieron de manifiesto una serie de celdas con sus muros bien conservados de la antigua cárcel, además de que edificaciones locales rompieron tramos de la galería anteriormente citada al realizar las cimentaciones. Con los indicios de que podían quedar tramos de galería aún conservados bajo la Escuela, además de un aljibe en el centro del patio, la dirección del centro universitario puso en marcha un trabajo de investigación con el que poder localizar y cuantificar aljibe y galería. El trabajo fue realizado por las áreas de Prospección e Investigación Minera de las Universidades de Castilla la Mancha y Córdoba, en colaboración con la Unidad de Investigación, Innovación y Competitividad Patrimonial (PATRICIA) de la Universidad de Córdoba (UCO), que realizaron un estudio mediante la aplicación de la técnica geofísica de georradar (GPR), cuyos resultados se presentan en este artículo a la espera de que comience la excavación arqueológica en fechas venideras que puedan poner en valor el trabajo
de prospección geofísica realizado.

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

El objetivo principal de esta investigación ha sido el de intentar facilitar la localización de los restos del aljibe y de la galería de forzados que unía la Real Cárcel de Forzados de Almadén con la mina de cinabrio, con vistas a complementar los trabajos de excavación arqueológica previstos por la Escuela de Ingeniería Minera e Industrial de Almadén (UCLM), para que pueda hacerse reconocible y visitable dicho espacio.

Así mismo se han planteado alcanzar los siguientes objetivos específicos:

• • Conocer la geofísica como técnica de prospección multidisciplinar.
  • Estudiar las ventajas y desventajas de los múltiples métodos geofísicos aplicados a la arqueología en su desarrollo y puesta en campo.
  • Profundizar en el conocimiento de la técnica de georradar como uno de los métodos más avanzado en la prospección geofísica aplicada a la arqueología.

GEOFÍSICA APLICADA A LA ARQUEOLOGÍA

La geofísica aplicada o prospección geofísica, es definida por varios autores como el arte de aplicar las ciencias físicas al estudio de la parte más superficial de la corteza terrestre que puede ser explotada por el hombre; en este sentido, sería la aplicación de los métodos geofísicos de prospección a la búsqueda de toda clase de recursos minerales útiles al hombre. Algunas veces esta aplicación puede ir encaminada a resolver problemas puramente geológicos, pero que pueden ser de gran interés económico, o de apoyo a trabajos de prospección arqueológica. En relación con la arqueología, los métodos geofísicos han ido incrementado continuamente su aplicación desde sus  primeras aplicaciones en 1946 hasta la actualidad, siendo los métodos resistivos, la magnetometría (principalmente mediante el uso de gradiómetros) y el georradar (GPR) los que se utilizan con mayor frecuencia (Wynm, 1986).

Estos métodos aplican técnicas capaces de medir las diferentes variaciones en las propiedades físicas de los materiales que se encuentran en la corteza terrestre. La información es obtenida mediante instrumentos especiales y de alta resolución situados en la zona de estudio, capaces de medir estas variaciones a rangos muy pequeños pero suficientes para poder ser empleados en la interpretación de datos.

Atendiendo a esta premisa de partida existen en el mercado un número importante de métodos de prospección geofísica y la primera cuestión que se barajó en este proyecto fue la del empleo de aquellos métodos más extendidos en el ámbito de trabajo de la arqueología actualmente que como se ha mencionado son la tomografía eléctrica, la magnetometría y el georradar. El método elegido fue el georradar por las siguientes razones:

• El terreno donde se llevaría a cabo la prospección es en el aparcamiento y el patio interior de la escuela, ambos con superficie hormigonada, con lo que para realizar la tomografía eléctrica habría que taladrar puntos donde irían clavados los electrodos. En cambio, el georradar con su antena y equipo de control montado sobre un carro todoterreno puede circular libremente sobre la zona de trabajo. Además, el hormigón, por sus propiedades eléctricas, es atravesado por las ondas electromagnéticas con poca atenuación.
• Al tratarse de una zona urbanizada, la presencia de abundantes elementos metálicos imposibilita la aplicación de la magnetometría.
• La rapidez del georradar. Permite realizar perfiles de datos a gran velocidad e incluso realizar correcciones in situ, ya que el operario está continuamente viendo los datos en una pantalla.
• Una de las principales características del georradar es la gran resolución a bajas profundidades, que permite detectar pequeñas anomalías a lo largo de los perfiles. Esta característica hace que sea un método muy valorado en  prospección arqueológica.

GEORRADAR

Es un método de prospección geofísica que utiliza ondas electromagnéticas en un rango de frecuencias comprendido entre 10 y 1200 MHz. Los datos se adquieren generando pulsos de energía electromagnética desde la superficie producidos en una antena emisora (Tx), que genera hacia fuera ondas de varias longitudes que se esparcen en el suelo en forma de cono a medida que las ondas se propagan en profundidad. A medida que estas ondas se propagan a través de terreno, pueden reflejarse en objetos, características del subsuelo o superficies de estructuras enterradas. Las discontinuidades que generan las reflexiones de las ondas electromagnéticas están relacionadas con cambios en las propiedades dieléctricas del terreno, concretamente están relacionados con modificaciones en el material utilizado para la construcción, cambios litológicos, variaciones en el contenido de agua o a espacios vacíos, como tumbas, túneles y fracturas (Leucci, 2019). Las ondas reflejadas viajan de regreso a la superficie, se detectan y registran en una antena receptora (Rx) que está emparejada con la antena transmisora.

Los tiempos de viaje de ida y vuelta de las ondas desde la superficie, a la antena receptora, se registran en nanosegundos (ns).

A medida que las ondas de radar se propagan a través de varios materiales en el suelo, su velocidad cambia dependiendo de las propiedades eléctricas del material a través del cual viajan. Una onda reflejada se genera cuando la velocidad de propagación de las ondas cambia en los contactos entre diferentes materiales. Así, una parte de la energía se reflejará en las zonas con distintas propiedades eléctricas de regreso a la superficie del suelo mientras que la energía restante continúa propagándose más profundamente y puede reflejarse nuevamente desde interfaces adicionales, esto se repite hasta que toda la energía finalmente se disipa con la profundidad.

Solo la energía reflejada que viaja de regreso a la antena receptora en superficie se registra y es visible para su interpretación. Si las superficies enterradas que reflejan la energía se orientan de tal manera que las ondas reflejadas se alejan de la superficie, se propagan y no se registrarán, haciendo que, en esas antenas, las interfases de energía sean efectivamente invisibles utilizando
el método georradar (Figura 1).

Figura 1. Esquema de utilización de georradar, con las ondas electromagnéticas sufriendo una reflexión al tomar contacto con la interfase entre dos materiales de propiedades eléctricas diferentes.

La velocidad con la que se propaga la energía emitida por el radar en el suelo se puede calcular mediante los tiempos de viaje de la onda reflejada, relacionando dicho tiempo con la distancia (profundidad en el subsuelo) cuando se conoce la posición a la que se encuentra una determinada característica, o utilizando cualquier software de interpretación desde los propios registros obtenidos, mediante el ajuste de las reflexiones generadas por reflectores puntuales a hipérbolas teóricas (Utsi, 2017). Es esta capacidad para determinar la profundidad lo que hace que el georradar sea capaz de producir un conjunto de datos tridimensionales. La velocidad de propagación de las ondas puede variar considerablemente con la profundidad, por lo general disminuyendo a medida que aumenta la saturación de agua, y también varía lateralmente debido a los cambios en la composición del suelo. En la mayoría de los conjuntos de datos GPR, las antenas de radar se mueven a lo largo del suelo en perfiles y se crean perfiles bidimensionales de un gran número de reflexiones a varias profundidades para producir perfiles de reflexión.

La producción de imágenes de georradar, comienza con una traza básica (A-Scan), muchas de las cuales se apilan para producir perfiles bidimensionales (B-Scan).

Los perfiles recopilados dentro de una cuadrícula se vuelven a muestrear para generar mapas de amplitud con los espesores elegidos. Muchas imágenes o datos de amplitud en cortes finos se pueden volver a muestrear para generar imágenes de superficie de las características de interés en tres dimensiones (Figura 2).

Figura 2. Ejemplo de la producción de imágenes georradar desde los datos básicos hasta perfiles, mapas de corte e isosuperficies.

Las ventajas e inconvenientes que el georradar ofrece son:

• Ventajas:
  • Rapidez de adquisición de datos.
  • Adaptabilidad de las antenas a diferentes terrenos.
  • Versatilidad del sistema.
  • Producción de perfiles continuos con alta resolución.
  • Visualización en tiempo real.
  • Permite hacer correcciones in-situ.
  • Su carácter no destructivo.

• Inconvenientes:
  • Dependencia de las características del terreno al que se aplica.
  • Penetración limitada.
  • Ruido en el registro del georradar.
  • La interpretación de los radargramas es compleja.

LOCALIZACIÓN MEDIANTE GEORRADAR (GPR) DEL ALJIBE Y GALERÍA DE LA REAL CARCEL DE FORZADOS DE ALMADÉN

Para llevar a cabo esta investigación se ha seguido la siguiente metodología:

Fase1. Recopilación de la documentación.

Se ha realizado en organismos oficiales y no oficiales de Almadén, por ejemplo, el Archivo Histórico Municipal y el Archivo de Minas de Almadén y Arrayanes, S.A. Así mismo se ha consultado bibliografía especializada en georradar (p. ej.: Conyers, 2012), tesis doctorales y trabajos de campo en el ámbito de la arqueología.

Fase 2. Reconocimiento de la zona.

Se ha realizado con una inspección visual sobre el terreno, observando cualquier detalle que pueda ser de utilidad de cara a la prospección (grosor de hormigón, existencia de alguna fuente de interferencias electromagnéticas, mejores zonas para realizar la prospección, etc.).

Fase 3. Prospección geofísica.

Esta fase se ha subdivido en otras cuatro.

a) Conocimiento y puesta en marcha de la instrumentación.

Utilizando para ello una Unidad Central MALA ProEx, con antena apantallada de 500Mhz, monitor XV, RTC (Rough Terrain Cart), y odómetro montado sobre el propio RTC.

b) Trabajo de campo.

Se han estudiado dos zonas en el interior del recinto de la EIMIA (Figura 3):
– La zona 1, situada en el aparcamiento del centro y en ella se han realizado 36 perfiles.
– La zona 2, situada en el patio interior del centro y subdividida a su vez en tres partes:
– La subzona 2.a., en la que se han realizado 5 perfiles.
– La subzona 2.b., en la que se han realizado 5 perfiles.
– La subzona 2.c., en la que se han realizado 21 perfiles paralelos y 40 perfiles perpendiculares a los anteriores.

Figura 3. Situación de las zonas de prospección geofísica.

c) Procesado de datos

El procesamiento de datos y optimización de las reflexiones obtenidas se ha realizado utilizando el software Reflexw (Sandmeier, 2001). Mediante su aplicación se consigue mejorar la relación señal-ruido y obtener radargramas más claros. Reflexw realiza correcciones de los radargramas aplicando filtros 1D (variable temporal), 2D para modificar tanto la variable temporal como la espacial y análisis 3D para trabajar sobre una imagen tridimensional utilizando todos los perfiles (Figura 2).

El proceso de mejora de las reflexiones utilizado para cada uno de los perfiles individuales es el siguiente:

• Edición de los registros. Los datos adquiridos en campo se importan al software, indicando en los archivos de cabecera de cada perfil su longitud exacta, posición y orientación.
• Subtract-DC-shift. Se eliminan las desviaciones que presentan las trazas sobre el valor cero de referencia.
• Static correction. Se corrigen todas las trazas al tiempo cero. Este filtro opera sobre cada traza
por separado aplicando la misma corrección a toda la ventana temporal, unificando el origen de
tiempo para los perfiles.
• Band Pass frequency. Es una combinación del filtro de paso bajo y de paso alto en el que las frecuencias registradas en el radargrama son tratadas dejando solamente señales en un rango
de frecuencias determinado.
• XFlipProfile. Se orientan los perfiles en su dirección correcta para su posterior procesamiento 3D.
• Gain. Se amplifica la señal con la profundidad para eliminar el efecto de perdida de amplitud de la señal con la profundidad.
• Background removal. Se elimina el ruido de fondo coherente para todo el perfil.
• Subtracting average. Suprime la energía coherente horizontalmente enfatizando las señales
que varían lateralmente.

Utilizando el ajuste de las hipérbolas de reflexiones puntuales se calculó una velocidad aproximada de propagación de las ondas en el medio próxima 0.1 m/ns, a partir de la cual se estiman las profundidades indicadas en el presente informe. Una vez tratados los perfiles individualmente se utilizó la función Generante Single Timeslice para crear las secciones apiladas de cada una de las zonas a distintas profundidades, para lo que se calcularon 20 secciones por cuadrícula (entre 0 y 50 ns) sumando un rango de tiempo de 2,5 ns.

Con posterioridad a este último proceso se revisaron los perfiles individuales para identificar reflexiones coherentes que pudieran ser un indicador de estructuras en el subsuelo

d) Interpretación de datos.

Tanto los perfiles individuales 2D como las secciones a distintas profundidades muestran estructuras que concuerdan con la información disponible, permitiendo situar estructuras ya desaparecidas sobre el terreno.

En todas las zonas prospectadas aparecen reflexiones de interés, siendo las de la zona 1, donde se encuentra el actual aparcamiento de la EIMIA, las que quedan mejor representadas.

Sobre el metro 11 desde el comienzo de los perfiles aparece una reflexión débil a un metro de profundidad (figura 4 a y b) compatible con la presencia de una galería, concordando plenamente con la documentación histórica disponible.

Figura 4. a) Registro correspondiente al perfil número 7 (zona 1). En la parte superior radargrama procesado y en la parte inferior interpretación del perfil, mostrando la posición de la galería y varios muros. b) Sección de GPR a la profundidad aproximada de 0,75 m. y 0,90 m.

La zona del patio del Centro (subzona 2) presenta mayor dificultad para realizar la interpretación, probablemente porque a lo largo de la historia las estructuras han sufrido mayor número de intervenciones y arrasamiento que las de la zona 1, No obstante, se aprecian estructuras lineales que podrían corresponder con los restos de muros del aljibe que se encontraba en el patio de la prisión (figura 5).

Figura 5. Situación de las secciones horizontales apiladas de las zonas 2.a. b. y c. para un doble tiempo de 20,0 ns y 22,5 ns.

CONCLUSIONES

1) Se han obtenido resultados de la posible localización tanto de la galería de forzados como de los restos del aljibe, por lo que podemos decir que esta investigación se ha completado con cierto éxito en cuanto a esa búsqueda, aunque hasta que no se llegue a realizar la excavación, no se podrá afirmar con total seguridad.

2) La prospección geofísica y en particular el georradar, combinado con otras disciplinas, es de los métodos que mejores resultados ofrece actualmente aplicada a la búsqueda arqueológica.

REFERENCIAS

Conyers, L. B. 2012. Interpreting Ground Penetrating Radar for Archaeology. Routledge, Taylor & Francis Group, New York, 220 pp.

Hernández Sobrino, A. 2010. Los esclavos del rey. Los forzados de Su Majestad en las minas de Almadén, años 1550-1800. Fundación Almadén-Francisco Javier de Villegas. Almadén. Ciudad Real, 406 pp.

Leucci, G. (2019). Nondestructive Testing for Archaeology and Cultural Heritage. Springer, Suiza. 241 pp.

Mansilla Plaza, L. et al. 2022. Memoria de la prospección mediante GPR en la Escuela de Ingeniería Minera e Industrial de Almadén (UCLM) para el estudio del acceso a la galería de forzados. Documento inédito. Escuela de Ingeniería Minera e Industrial de Almadén.

Menéndez, A. 1996. Un mundo sin sol la salud de los trabajadores de las minas de Almadén, 1750-1900. Editorial Universidad de Granada y Universidad de Castilla la Mancha. Granada, 318 pp.

Pizarro Oviedo, A 2015. Métodos geofísicos aplicados a la arqueología: Exploración geofísica por medio de tomografía eléctrica de la Villa Islámica de Kabbal, Capilla (Badajoz). Trabajo Fin de Grado. Escuela de Ingeniería Minera e Industrial de Almadén.

Romero Verástegui, M. (2019). Métodos geofísicos aplicados a la arqueología. exploración geofísica por medio de tomografía eléctrica en el Dolmen el Fresnedoso, Belmez (Córdoba). Trabajo Fin de Grado. Escuela de Ingeniería Minera e Industrial de Almadén (UCLM). 

Sánchez Sánchez, J.L. 2016. Arqueología y Geofísica aplicada. Exploración y caracterización de yacimientos arqueológicos de la provincia de Ciudad Real mediante métodos geofísicos combinados. Tesis doctoral Universidad de Castilla-La Mancha.

Sandmeier, K. J. 2001. Program for Processing and Interpretation of Reflection and Transmission data, D-76227. Karlsruha, Germany.

Saucedo Sánchez, M. R., Real Cárcel de Forzados. España, 11/05/2025, https://blog.uclm.es/carcelforzados/, mariarosario.saucedo@uclm.es.

Utsi, E. C., 2017. Ground penetrating radar: theory and practice. Butterworth-Heinemann, Elsevier, Amsterdam, 205 pp.

Wynn, J. C. 1986. A review of geophysical methods used in archaeology. Geoarchaeology, 1(3), 245-257.