Brai, M. Et Al. Le Pietre e La Storia. 2006

8/7/2019 Brai, M. Et Al. Le Pietre e La Storia. 2006

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INTRODUZIONE

Nel settore dei beni culturali, la complessit delle proble-

matiche connesse alla salvaguardia del bene storico-arti-

stico, alla sua preservazione e fruizione al pubblico, rendeessenziale luso di tecniche di indagini non distruttive e

non invasive, ai fini della diagnosi dello stato di salute del

bene stesso. A ci si aggiunge la necessit della stesura di

precise linee guida per una corretta progettazione di un

eventuale intervento di restauro.

Nellambito della collaborazione scientifica avviata tra il

Dipartimento di Fisica e Tecnologie Relative dellUniver-

sit di Palermo e il Centro Regionale per la Progettazione

e il Restauro della Regione Siciliana, particolare atten-

zione stata rivolta allo studio di rocce sedimentarie sici-

liane utilizzate nei beni culturali.

Allo studio partecipano inoltre il Dipartimento Chimica eFisica della Terra ed Applicazioni alle Georisorse Naturali

LE PIETRE E LA STORIAM. Brai*, C. Di Stefano, T. Schillaci*

STUDIO DI ROCCE SEDIMENTARIE UTILIZZATE NEI BENI CULTURALI IN SICILIA

e il Dipartimento di Biotecnologie Mediche e Medicina

Legale dellUniversit di Palermo, il Dipartimento di Fi-

sica dellUniversit di Bologna e il Dipartimento di

Scienze e Tecnologie Chimiche e dei Biosistemi dellU-

niversit di Siena.In Sicilia sono presenti numerose unit geologiche, le

quali forniscono al paesaggio una relativa complessit.

Lorigine prevalentemente di tipo sedimentario.

E ben noto che le rocce sedimentarie, rispetto ai depositi

metamorfici e vulcanici, possono presentarsi maggior-

mente tenere e, quindi, con una discreta facilit ad essere

modellate. Questa lavorabilit, caratteristica e vantaggio

delle rocce sedimentare, tuttavia un inconveniente ri-

spetto alla loro utilizzazione per il patrimonio culturale,

poich questi materiali evidenziano spesso unelevata po-

rosit, con distribuzione e dimensione dei pori che por-

tano al loro deterioramento per assorbimento dacqua.Negli ultimi anni diventato urgente effettuare in questi

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siti uno studio dettagliato sul loro stato di salute, riconsi-

derando allo stesso tempo le tecniche volte alla prote-

zione da differenti contaminanti dei materiali da costru-

zione.

Sono state scelte alcune aree archeologiche della Sicilia

particolarmente esposte ad un rischio integrato derivante

dallazione di agenti inquinanti e da problematiche di sta-

bilit locale del territorio. Gli studi compiuti sono stati ri-

volti essenzialmente alle rocce sedimentarie siciliane: le

arenarie di Agrigento e di Cusa, il travertino di Alcamo e

le calcareniti di Scicli. Nelle aree considerate numerose

sono le testimonianze del periodo Greco-Romano: i tem-

pli di Agrigento e di Selinunte, il tempio ed il teatro di Se-

gesta. Le calcareniti di Scicli sono invece rappresentative

del periodo barocco della Val di Noto.

1 MATERIALI E METODI

Sono state effettuate analisi in laboratorio, ai fini della ca-

ratterizzazione geochimica e di struttura porosa su rocce

campionate in cave e in aree archeologiche e rappresen-

tative dei materiali da costruzione dei monumenti storici.

A tale scopo sono state utilizzate differenti tecniche fisi-

che quali la fluorescenza X (XRF), la diffrattometria X

(XRD), la microscopia ottica e a scansione elettronica, la

porosimetria Hg, il metodo gravimetrico, la Risonanza

Magnetica Nucleare in imaging e rilassometria (MRI e

MRR) e la Tomografia Computerizzata (TC).Nella tabella sotto sono riportati i siti di campionamento,

la litologia e la corrispondente area archeologica nelle

quali le rocce considerate furono usate per la costruzione

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S

cientifica

Sito di Campionamento Litologia Area Archeologica

Villaseta (AG1) Calcarenite 1 Agrigento

Villaseta (AG2) Calcarenite 2 Agrigento

Agrigento (AG3) Calcarenite 3 Agrigento

Alcamo (TP1) Travertino 1 Segesta

Alcamo (TP2) Travertino 2 Segesta

Cusa (TP3) Calcarenite 4 Selinunte

Scicli (RG) Calcarenite 5 Noto

dei templi e di altri edifici.

I dati ottenuti saranno inseriti in un database e servi-

ranno alla valutazione degli indici di rischio per redigere

le linee guida per una adatta terapia di preservazione e

di un eventuale intervento di restauro.

1.1 XRD, XRF

La caratterizzazione mineralogica e geochimica stata

effettuata mediante le tecniche di diffrattometria X

(XRD) e fluorescenza X (XRF).

Le misure XRD sono state effettuate con un diffrattome-

tro Philips X PERT, impostando una tensione di 40 kV e

una corrente di 20 mA allanodo di rame, con una velo-

cit di rotazione della slitta portacampione di 2/min.

Per le misure XRF stato utilizzato lo strumento PhilipsPW1400. I valori di tensioni e di corrente usati erano

compresi nel range 30-50 kV e 30-50 mA rispattiva-

mente. E stato utilizzato lanodo di cromo per gli ele-

menti leggeri e quello di tungsteno per i pesanti. I valori

ottenuti sono stati corretti per la LOI (Loss Of Ignition) e

sono mostrati nei successivi paragrafi.

Entrambe le misure sono state effettuate mediante stru-

mentazione fissa da laboratorio.

Per confronto sono state effettuate misure con uno stru-

mento XRF portatile Lithos 3000 (Assing).

1.2 MICROSCOPIA OTTICA, SEM, POROSIMETROHG, METODO GRAVIMETRICO

Lo studio delle propriet porosimetriche, distribuzione


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zione

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dei pori e cinetica di assorbimento capillare, stato effet-

tuato mediante luso di tecniche fisiche integrate. Nel pre-

sente paragrafo vengono esposte alcune di esse, riman-

dando ai successivi la descrizione delle altre tecniche

usate.

Le osservazioni al microscopio ottico e al microscopio a

scansione elettronica (SEM) permettono di osservare a

scale differenti frammenti prelevati dai campioni. Sono

state effettuate sezioni sottili e osservate al microscopio in

luce polarizzata.

Misure con il porosimetro Hg PW2000 (Carlo Erba), for-

niscono la distribuzione del raggio dei colli di accesso ai

pori, la valutazione della porosit media e della porosit

percentuale.

Il metodo gravimetrico (UNI 10859:2000), ha permessola valutazione dellindice di capillarit e di assorbimento

capillare.

Ulteriori misure sono attualmente in corso per la valuta-

zione del raggio medio dei colli di accesso ai pori dei

campioni considerati.

1.3 MRI E MRR

Studi sulla distribuzione dei pori e di cinetica di assorbi-

mento sono state effettuati anche mediante lutilizzo di

tecniche di Risonanza Magnetica Nucleare in imaging(MRI) e rilassometria (MRR).

Le misure MRI sono state effettuate mediante un ARTO-

SCAN (Esaote Italy), un tomografo NMR per arti, costi-

tuito da un magnete permanente di 0.2 T (gradiente di in-

tensit di 15 mT/m) corrispondente a 8 MHz per 1H. I

campioni erano di forma cilindrica, aventi un diametro e

unaltezza di 10 cm rispettivamente. Sono state acquisite

slices continue di 5 mm di spessore con la sequenza mul-

tislice Spin Echo (SE) impostando un tempo di eco TE =

10 ms e un tempo di ripetizione TR = 900 ms. La dimen-

sione del voxel era di 0.5x0.5x5 mm3.

Le acquisizioni delle immagini sono state effettuate sui

campioni originali, tranne i campioni provenienti da Agri-gento, dai quali sono state estratte carote cilindriche di

diametro e altezza di 10 cm rispettivamente.

Nei campioni asciutti, limbibizione di acqua nei cam-

pioni stata effettuata in condizioni di vuoto e successi-

vamente sono stati avvolti in film di plastica, per evitare

levaporazione dellacqua. In particolare, il campione

Travertino 1 stato tenuto in acqua durante la misura a

causa delle larghe e numerose cavit.

Le misure MRR sono state effettuate mediante un rilasso-

metro alla frequenza di Larmor di 20 MHz per mezzo di

un rilassometro basato sul campo elettromagnetico varia-ble Jeol equipaggiato con Spinmaster, una stazione di ac-

quisizione dati della Stelar (Mede, Pavia, Italy).

Decadimenti di rilassamento trasversali furono acquisiti

per mezzo della sequenza pulsata Carr-Purcell-Mei-

boom-Gill (CPMG). Le curve di rilassamento longitudi-

nale furono acquisite mediante sequenze di Inversion Re-

covery.

Le curve sperimentali sono state analizzate sullassun-

zione di distribuzioni continue dei tempi di rilassamento

per mezzo del software UPEN, un algoritmo di penaliz-

zazione inversa per i dati di decadimento multiesponen-

ziali.Per le misure MRR sono stati prelevati campioni cilin-

drici mediante carotaggio delle dimensioni di 7 mm di

diametro e di altezza, e quindi sono stati saturati in acqua

con la procedura gi descritta nel caso delle misure MRI.

1.4 TC E IMAGING

Le acquisizioni TC sono state effettuate mediante un to-

mografo multidetettore Philips Brilliance 40. Sono stati

preparati diversi campioni per ciascun luogo di prove-

nienza e su ciascuno di questi sono state realizzate imma-

gini TC costituite da 60 diverse slices di spessore 0.7 mm.Dopo il contatto con lacqua, le immagini registrate a

tempi differenti, prima e dopo il trattamento con materiali

protettivi, sono state utilizzate per la valutazione della di-

stribuzione e della dimensione media dei pori.

Luso di adeguati filtri digitali e di tecniche di ricostru-

zione computerizzata, supportata dalluso di strumenti in-

formatici dedicati e sviluppati allo scopo di analizzare

mediante TC imaging le evoluzioni dinamiche del fronte

di bagnamento, permette la caratterizzazione delle cineti-

che di assorbimento per capillarit nelle rocce sedimenta-

rie. La valutazione del numero di Hounsfield1 sulla strut-

tura a voxel delle immagini 3D dei campioni permettonouna stima della distribuzione della quantit di acqua al-


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S

cientifica

* Universit di Palermo, Dipartimento di Fisica e Tecnologie Relative

BIBLIOGRAFIA

[1] T. Schillaci, M. Brai et al., Environmental risk assesment

around archeological areas of Sicily, Geoitalia 2005

[2] T. Schillaci, M. Brai et al., Studio integrato di rocce sedimen-

tarie da cave siciliane di interesse storico-artistico, SIF XCI

Congresso nazionale

[3] T. Schillaci, Maria Brai et al., Integrated techniques to evaluate

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Quaderni di Scienza della Conservazione Pitagora Editrice (in

press)

[4] Nobel Lectures, Physiology or Medicine 1971-1980, Editor

Jan Lindsten, World Scientific Publishing Co., Singapore, 1992

[5] R.Bellotti et al., A completely automated CAD system for mass

detection in a large mammographic database (submitted to Me-

dical Physics in 19 October 2005)

linterno degli spazi porosi.Allo scopo di ottimizzare la risoluzione delle immagini, i

valori di tensione e corrente allanodo sono stati settati ri-

spettivamente a 140 kV e 600 mA, con una collimazione

geometrica del fascio X di 40 mm x 0.625 mm.

I campioni, tagliati in blocchi di dimensioni 50mm x

50mm e unaltezza di 30 mm, sono stati posti in un con-

tenitore di plexiglas, interponendo della carta da filtro ba-

gnata con acqua distillata. Le immagini sono state acqui-

site a tempi sequenziali (con intervalli variabili tra 30

sec15 min) dopo il contatto con acqua.

CONCLUSIONI

I risultati preliminari fin ora ottenuti confermano la con-

siderevole eterogeneit delle rocce sedimentarie per po-

rosit e per capacit di intrappolare acqua, anche nel caso

di caratteristiche mineralogiche e chimiche molto simili.

I dati ottenuti dallapplicazione di differenti tecniche pos-

sono fornire unindicazione sui trattamenti protettivi poco

invasivi pi appropriati. Gli studi sono tuttora in corso e

i risultati finali saranno pubblicati in riviste specialistiche

e scientifiche.

1 Il numero di Hounsfield definito come, H= 1000 dove

w, air, e sono i coefficienti di assorbimento lineare dellacqua, del-laria e della sostanza di interesse.

-ww-air

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