UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PADOVA Sede Amministrativa: Università degli Studi di Padova DIPARTIMENTO DI GEOSCIENZE DOTTORATO DI RICERCA IN SCIENZE DELLA TERRA CICLO XX CARBONATE LITHOTYPES EMPLOYED IN HISTORICAL MONUMENTS: QUARRY MATERIALS, DETERIORATION AND RESTORATION TREATMENT Coordinatore: Ch.mo Prof. Bernardo Cesare Supervisore: Ch.mo Prof. Gianmario Molin Cotutori: Prof.ssa Lucia Baccelle Scudeler, Dott. Vasco Fassina, Prof.ssa Cristina Stefani Dottorando: Simone Benchiarin 31 gennaio 2008 1 2 Ai miei genitori 3 4 RIASSUNTO Negli ultimi anni, la crescente sensibilizzazione verso il Patrimonio Culturale, ha determinato lo sviluppo di un’intensa attività di ricerca nell’ambito architettonico - monumentale costituendo una vera e propria “scienza della conservazione dei monumenti”, una disciplina basata su conoscenze di tipo storico - umanistico, scientifico e tecnologico. Numerose metodologie analitiche tipiche di scienze quali la geologia, la chimica, la fisica e la biologia sono state impiegate nello studio delle pietre impiegate in queste opere; lo scopo è quello di esaltarne il valore favorendo la loro conservazione attraverso idonee metodiche di preservazione e di restauro, adottate sulla base dei dati scientifici prodotti. In particolare, nello studio dei materiali lapidei impiegati in tale ambito, è possibile distinguere tre principali tematiche di ricerca, riguardanti rispettivamente la caratterizzazione dei materiali originali e di cava, lo studio delle cause e dei meccanismi di deterioramento nonché la valutazione dei prodotti e degli interventi di restauro. Il presente lavoro rappresenta un esempio di “scienza della conservazione” applicata allo studio di alcune problematiche riguardanti una serie di litotipi carbonatici largamente impiegati in Veneto grazie alla relativa facilità di lavorazione, a cui si sommano doti estetiche di pregevole valore: si tratta delle cosiddette “Pietre tenere” del vicentino e del Rosso Ammonitico Veronese. Capitolo 1. Questa sezione affronta l’analisi di alcuni calcari ampiamente usati nell’entroterra veneto sia in contesto storico-artistico che architettonico. Lo studio mira a definire le caratteristiche di questi materiali per comprendere il loro comportamento in termini di durabilità e con il fine di correlare il materiale di cava con quello delle opere. L’identificazione di materiali di cava consente inoltre l’individuazione di siti estrattivi per eventuali opere di sostituzione, qualora si rendessero necessarie. Il termine “Pietra di Vicenza” viene comunemente impiegato per indicare i materiali lapidei naturali provenienti dal comparto estrattivo dei Colli Berici, raggruppando sotto tale definizione pietre di età, caratteristiche e provenienza diverse. Cave attive e dismesse di questi materiali sono state individuate per mezzo di mappe e censimento dei siti estrattivi, a cui è seguito un campionamento sistematico. Le pietre sono state inizialmente suddivise in tre gruppi in base al loro colore: pietre bianche, pietre gialle e pietre grigie. Una dettagliata caratterizzazione minero- petrografica e chimica è stata condotta sui materiali provenienti dalle diverse cave, al fine di potenziare le conoscenze su questi materiali e identificare parametri significativi per definirne la provenienza e permettere la correlazione con le pietre impiegate nei monumenti. Due principali varietà all’interno delle pietre bianche sono state identificate: San Gottardo e Costozza. La prima è caratterizzata dall’importante presenza di alghe coralline di tipo incrostante (Litotamni), mentre la seconda per la presenza di significative quantità di matrice e di specifici foraminiferi bentonici: i Miliolidi. Il gruppo delle pietre gialle contiene due varietà: la pietra di Nanto, caratterizzata da grana medio-fine ed elevato grado di compattazione. L’associazione faunistica comprende foraminiferi bentonici (Nummuliti) e planctonici, echinodermi e serpulidi. La varietà San Germano di differenzia dalla precedente per la grana generalmente più grossa e l’assenza di foraminiferi planctonici, oltre che per la contemporanea presenza di Nummuliti e Discocicline. La varietà grigia è identificabile nella varietà San Germano denotando identiche caratteristiche ad eccezione della colorazione. Le diverse varietà sono state differenziate anche in base a composizione chimica, percentuale e composizione del residuo insolubile. Le informazioni raccolte costituiranno un data-base con lo scopo di disporre di informazioni sulle sorgenti dei materiali. Capitolo 2. Le proprietà petrofisiche (porosità, distribuzione percentuale del diametro dei pori, bulk density, capacità di imbibizione, assorbimento capillare) delle principali varietà precedentemente individuate e di due varietà di Rosso Ammonitico sono state determinate mediante test di laboratorio. L’assorbimento d’acqua per immersione totale e per capillarità sono stati eseguiti per valutare il comportamento idrico delle singole pietre; le pietre tenere hanno 5 evidenziato valori molto marcati rispetto al calcare del veronese. Sono state ricercate delle correlazioni tra caratteristiche intrinseche delle pietre e proprietà misurate. Test accelerati di laboratorio mediante simulazioni di gelo disgelo e cristallizzazione di sali sono stati condotti sui diversi litotipi con il fine di correlare le proprietà tessiturali con la loro durabilità. Una buona resistenza al gelo è stata osservata per quasi tutti i materiali. L’esame visivo dopo 16, 32 e 45 cicli ha rilevato l’assenza di un degrado significativo nei calcari del vicentino mentre alcuni campioni di Rosso Ammonitico evidenziano dei danni, soprattutto in corrispondenza delle discontinuità della roccia. Il coefficiente di imbibizione aumenta tuttavia in varie proporzioni in tutti i campioni all’aumentare dei cicli. Test di cristallizzazione mediante l’impiego di solfato di sodio sono stati eseguiti attraverso cicli di idratazione ed essiccamento, accertando correlazioni tra porosità e danno riscontrato. Capitolo 3. L’uso dei polimeri nell’ambito della conservazione lapidea è estremamente diffuso nelle operazioni di restauro. Attualmente, uno dei problemi che rappresenta un’innovazione scientifica e tecnologia in questo contesto, è la valutazione dell’efficacia dei trattamenti a base di polimeri organici eseguiti nel recente passato. Particolare attenzione va rivolta agli effetti indesiderati causati da questi prodotti sintetici sui vari materiali e la loro durabilità nel tempo. Fino ad oggi, solo alcuni studi sono stati condotti direttamente sulle opere interessate dagli interventi. Lo scopo di questa sezione è quello di valutare i trattamenti protettivi e consolidanti applicati su due monumenti della città di Padova, la Loggia Cornaro e la Stele della Minerva a diversi anni dal restauro. La loggia Cornaro, in pietra di Nanto, opera del 16° secolo dell’architetto Giovanni Maria Falconetto, è uno dei più importanti monumenti rinascimentali della città del santo. La Stele della Minerva, costruita nel 1941 da Paolo Boldrin su commissione dell’Università di Padova, è invece in Pietra gialla di San Germano. La Loggia Cornaro è stata restaurata due volte dal 1979 al 2003. In tutte le fasi il prodotto impiegato è stato una resina polisilossanica, ma il tipo è cambiato in funzione della disponibilità del mercato. Un metilfenilsilossano, denominato Rhodorsil 11309 è stato impiegato per il primo trattamento mentre il Rhodorsil RC90 per il secondo. Prodotti simili sono stati impiegati nella Stele della Minerva, in cui tuttavia è stato utilizzato anche il Rhodorsil RC70, un etilsilicato. L’esame macroscopico ha rivelato un buono stato di conservazione per la Loggia Cornaro, mentre le condizioni sono più critiche per la Minerva, con diffuse forme di degrado quali micro fessure, depositi superficiali e croste nere. Prove di assorbimento d’acqua per capillarità (Normal 44/93) sono state eseguite sulle superfici della Loggia per testare l’idrorepellenza delle superfici, ottenendo buoni risultati. Osservazioni al SEM delle sezioni trasversali dei campioni superficiali hanno permesso di constatare la presenza del polimero sia come strato superficiale sia come riempimento di fessure e pori in profondità. L’osservazione di campioni tal quali ha evidenziato le peculiarità morfologiche dei polimeri e la loro presenza su diversi porzioni di superficie. Sali solubili quali solfati, nitrati e cloruri sono stati accertati in diversi quantitativi. Le analisi FT-IR hanno permesso la caratterizzazione dei polimeri e lo studio di possibili interazioni polimero-substrato. L’analisi porosimetrica dei campioni trattati ha evidenziato i cambiamenti microstrutturali indotti dai trattamenti. I dati comparati con quelli dei materiali non trattati hanno evidenziato una minore porosità e uno shift della curva di distribuzione dei pori verso quelli di dimensioni minori. Questo fatto risulta più evidente per i campioni della Loggia, meno per quelli della Minerva. I risultati rivelano la presenza del polimero in vari spessori sulle superfici. La concentrazione di SiO2 generalmente decresce dall’esterno verso l’interno. Nel caso della Loggia Cornaro il trattamento ha prevenuto la formazione di nuove fasi, cosicché solo alcuni prodotti di degrado sono stati accertati. Uno stato conservativo peggiore è stato rilevato per la Minerva. Sulla base dei risultati ottenuti è stata suggerita l’esecuzione in tempi brevi di nuove applicazioni dei prodotti utilizzati, al fine di preservare al meglio le due opere. 6 SUMMARY Conservation of monuments is a cultural, artistic