Cantisani, Emma

D&apos

Garzonio, Carlo Alberto

Losito, Gabriella Maria Sabina

Ricci, Marilena

Italian

Florence Research

96 Care stoliche e tísorse lapidee. Documeiltazio e e RestauroMETODOLOGIE ANALITICHE PER LO STUDIODEI MARMI DI CARRARAMarilena Ricci*, Gabriella Lositoo, Emma Cantisani*, Ilaria D'Urso*,Carlo Alberto Garzonio*' DIRES (Dipartime to di Restauro e Conset'vazione dei Be i Atchítettonici - LAM labaratorio materiali lapidei) dell'Uníversità" Laboratorio di Geofisica Applícata di Ingegneia Ci|ile dell' UniNersítà dí FirenzeNell'ambito delle ricerche multidisciplinari condotte presso il Dipartimento di Restauroe Conservazione dei Beni Architettonici, LAM (Laboratorio Materiali Lapidei) sui ma-teriali lapidei úrlizzafi nell'architettura, sono stati analizzal'r i marmi bianchi e venatiprovenienti da diverse cave del bacino marmifero apuano. In parlicolare si sono misura-te le proprietà ottiche tramite la tecnica di MultipleScattering e, in collaborazione con ilLaboratorio di geofisica Applicata di Ingegr.reria civile dell'Università di Firenze, è statoeffettuato uno studio sperimentale sulle variazioni della porosità efhcace di campionidi marmo di Carrara bianco venato, a condizioni fisiche controllate. Tali prove sonofrnalizzale ad individuare metodologie di indagine innovative per la determinazione diproprietà fisiche che possono veicolare processi di decadimento meccanico dei materia-li apuanei. I parlicolare questa fase della ricerca è stata svolta nel programma della unitàoperativa di Firenze, DIRES, del progetto del MIUR "Le risorse lapidee dall'antichitaad oggt in area mediterranea: identità culturali e tecnologie. Sperimentazioni integrateper la conoscenza, restauro e valorizzazione".1. misura dell'anisotropia ottica nei narmi bianchi apuaniUna tecnica ottica, Multiple Light Scattedng, non distruttiva è sfafa ul''lizzata per lacaratlerizzazione dei marmi bianchi provenienti dal bacino marmifero apuano. Per taletecnica si utilizza una sorgente laser che viene inviata sul campione, che ha la proprietàdi non essere trasparente, ma opaco. In questo caso quando un fascio luminoso illumi-na la superîcie di rn mezzo opaco, una quantità di luce non trascurabile si diffondeformando un alone. Per materiali isotropi e omogenei questo alone e' circolare e la suadimensione dipende dallo spessore del campione e dalle proprietà di scattering e diassorbimento del mezzo. Per mezzr anisotropi e non omogenei, invece, come il marmobianco, l'alone non è regolare. Tale tecnica e'quindi molto potente per an alizzare le pro-prietà di bulk di grandi campioni, poiché si possono sondare profondità del campionehno a l0-100 volte il libero cammino medio della luce; inoltre e'possibile identificaregli assi ottici, le direzioni di.diffrrsione della luce preferenziali e conseguentemente leproprietà elastiche dei campioni in esame. (Sapienza)Ógni campione di marmo è stato precedentemente orientato in cava secondo le tre prin-cipali direzioni strutturali e per ciascuna di queste sono state ottenute sezioni sottili edultrasottili per l'applicazione di tecniche di analisi d'immagine che consentono la va-lutazione di una serie di parametri dimensionali quali la granulometria media, la distri-buzione granulometrica, l'orientazione di foma dei cristalli, il grado di convoluzionedei contatti. In seguito le controfacce delle sezioni sottili, di spessore 10 mm, sono stateanahzzate tramife la tecnica di Multiple Scattering per misurare 1'orientazione dell'asseottico e il valore di anisotropia tegata all'ellitticità dell'alone. Quest'ultima proprietà èfortemente legata alla microstruthra del campione, che a sua volta dipende dalle diffe-renti fasi tettonico-metamorf che che haruro interessato il complesso apuano.)IlI / . \/,.. r. /., . ,..- ., ,,1';,t,, l)ù .,tt., .t t ,. , , R, .1 ," ùl.::l -r:ti.:ir::iìt:':i.,:t :: -:t)ol0i:.atotc di Intsa.iÒ e ultfttsottilcI t:) iltgi.1ttdi tnc,ti óX.tdt) )i X.Intlgini leII( sc:io-)tr sallilc LltIut l-l.V,\: ú) dìk it)ne\1, l) ) tlift!:ìonr \:caratterizzazione microstrutturale dei marmiÈ slato realizzato ullo stuclio petrografico, microstrlìtlffale e fìsìco dci manni bianchiapuani preverìenti dal bacho di Arrri e Fantiscritti del contplcsso apuano. Lo studio di.lr.rcsto tipo di materiale rivcste una notevole iuportanza alla lucc delìa ''soggettività"con cui tale nomc vicnc assegnato a manli notoriantente provenietlti da bacini diversie che a parità di caratteristiche estetiche (colore) rìvelano caratteristichc intrinsechenotevolmente diverse (pal'ametrì microstrutturali e fi sici).Per quanto rìguarda gli studi microstrlltturali sono stati applicati metodi di analisi del-f ir.nmaginc che consentono di ottcncre in maniela veloce e semiautomatica inlomazio-ni numeliche sLrlle proplietà cli ogni cristallo di calcitc alf interno dclla sezione (area,pcrimetro, djanretro nedio, asse maggiore, asse minore, orientazione). I dati così ot-tenLrti possono csserc rlessi in rclazioltc alle proprietà fisìche del materiaìe, al fine direalizzare anche moclelli di clurabilità per- il mater iale in opcra. Alcuni di cssi solo statiselezionati per le loro dillèrcnti proprìetà granr-rlomctriche e sLLcccssiviìrrrente ':'naltzzalrtramitc 1a tccnica di rnultìple scattcring. Tra qnelli scelti rjcordiauo il matno biancoP eLur manîo denominato EM8 proveniente dal bacino di An.ri.Il marno esaminato Bianco P è un malmo calcitico quasi pLLro. colt rare impurczze dateda cristalli di doÌomite evidenti ìn sezione sottilc c con diuensioni medie di 150p llmamo csaminato preser'ìta Lrna granulomctria tredio-fine (gr ana media 95 pnr), con unriìngc granLrlomctrico da 200 a:lOpLm, i contatti tra i g|anuli di calcite sono prcvalen-telnente lobati- la nricrostruttuta può essere definita eteroblastica. Nol è evidente unaspiccata olicntazione di fbrma tlci cristalli. t.tra questo aspctto è proÎondamente condì-zionato dalla dilczione cli tagìio cleì carrpionc.ll nan'no dcnoninato E\18 orientato nella djlczione rz e xv inlcce ha una dist brLzionc gra-nulomctrica ncl ran.sc 80 451)urr per il campionc xz (grana meclia ISopLnr) c tÌa 2tJ-250 pmcaratterizzazione della anisotropia otfica cor, Multiple ScutteringCon l'apparato spcrimentale descritto nclla rcîcrcncc (Rìcci) sì sono effettuate misuredt nulliple \(tît(t ing su divcrsi campioni cli spessore di lOmn. opportunarnente tagìiatìlungo gli assi della cava. Le irrmrsinì in trrsrrrissione rcgjstrîlc [ìostrano che la difTu-sione della luce e'anisotropa conre e'possibile osservare in figLrra 3 pcr il mamo biancot-lDt"t!,!.t .lrll ( ip e in figuLir.ì ocr il ntanìu E.M8. I valor.i delì'trnìsotropia, ottenutil coÌlìc rapllolì{', À. , ,i;i,f ,,, ,!,i cr.,r 6cl b*rct, p .li '.1. rrc rrre iì errnl'ronc LM'( rìrr,:t:r t ì :rI ] I i"r.rr"nt" eotnDortiltìerlto a seconda 6cli'gticntazìone dcLl2 supcrfìcic rispctic\ aJ / .l,tt" stllLttLLra tnìcrtr.r dcl tnatmo. piir precisametlte è di l 5 per la dirczìonc x} ;t .O: lali-pei campio'i isotropi) pcr 6 dìrezione xz. Dall'analisi cli dificre'ti crupìoni;";;p;;";rà" iclati'r1i anisotropia con ìa sf,nttura del n.ìanÌìo otrenr.lta con la mctoclologi.,;i;;i;fi;". è risultato che i ua|mì provcnienti dal becino diArni' caratterizzati da ttn'ir.u^ì"nr" cli m icrostrlrttul-e xcnoblàstiche (forte convoluzionc t'a j Sordi dcj c.istall:',"pì.."io ,rti"nt-,onc cli 1òrnr) mostrilno valori molto alti di anisotropia' pari a 15rrentre pcr l carllplolll colr lrlcì ostnlttllril -glanoblastica (es Fantiscritti)' plivi di olier'tazione ii foma. iÌ virlorc di anisotropia legistrato ò pari a I 05- I 1 'r_ì ll,tLt::tk l(I t0 tli.)t(ú )1útr"ún 1,,\1t tltt:iul).thtt oì i.nttt.\.th) drl!u tlt l tt1lDi\tribu:ianL u\tit t ltl tuntltirttte[t/frr irr /isrr/aUlteriori stutli sorro stati cÎfèttuatì in collabolazionc con l'Università dì Basilca pcr drÀnìr" i:u'ì.notinne dcgìi assi crisraìlogrrfici clei campioni [lMSry' EMSxz e bianco Pl-e misur-. sono state eflìttuate con il djflrattonretlo textule gorlionctel che ci pct mcti'li ;.r;;;";"t. la clistribLrzionc cìegJi assi c (assc ottico) c a dti singoli cristallj ll canl,,i.* bianr,, P tlrescrltll l ulientazionc clell'asse c massirla al centro' lrentre I'assc a :li"ir,ì,".^,.'", iJ,ìùt, ,r.tt. air.rlun" E-o. I1 campìo1c l:M8xy ha I'assc c orientato lr'Ìrìì"l".jit.ri"tt" I:-O. ucntle il calnpit'rtc I MXrz hr l'asse.c debcìnrcnlc oricntato \crsi'"""ìì". l"if tf*t,"tt ,,rno in cortellztt'ttc ctnì l'orientxziulc clcll'asse ottico tnistttlt:rramitc ìl Multiplc scattering.2. misura dellc variazione di porosità di matcriali lapidei in condizioni di stre:'N"i-i"t,,or"torin cli geofisica Applìcara tli Ingcgnctìa civile dell'tlniversità di Fircnz'-.ì""" .ru,ai"" ,periirentah,,ente il comportaménto elettrjco. di campioni di marniil cu"rl,, nrlr".ni"nr" al lìne di studiame lalrolosità' sia totale che elJìclce: è roto intiii:.il;il.;" r'.;;iìn."iu in t.t"rinne rlla storia te'mica, barica. ìgro.ret.ica e chirric'",.ìrrr,",u"r" del r.nalcr-ialc analizzato. La stn ncnlazjollc utilizziìla pcrmctte di simull:'i. .ii"ì. l"'taititri ltsic o-ch irrichc sia in scnso stazionatio che evolutivo pcrmcttcnÚ; ;;rì;;. ìi.ì,;p"rtiìÌrcnro dei rnanr]i in particolar.i condizioni cli srress anrbicntrlc. Ipotti.lrf",", il ntàteriaìe scìezionato c prcventivarncnte de idralato ò sottoposto a corlo -99-.ir'.' strr|lrlra ? r-tsorre lttpiLlae DocuntentLriotte t' Re;laurozioni tenîiche standarcl' pressione icìrostàtica .:li circa 6 MPa e rnnicìifìcazione graduale"';;;;;iì;;;;;iì;;,rp;;"" fluiiointenro selezionato (acqua pura o. cvel.ìtlLallnente,iniL,,nora) che può esicre. successivaÍlente' compresso (3 MPa)',Cu\ ( (; ìa i.1).Lavirlutazionetlelì'altetazjonedelreticolatodeipor-iavvienei]ldjICtt.]l]lclìtcn]onito-ratrdo la rcsistjlità dcl mate riale; mi;';tà"' alla fine clel processo idro{ermo-barico'la cluantità cli fftrldo tralterlut' a"i't*""tiuf"' I cicli di simulazione sono ripetuti per'vcrifìcarc ìe modificlre fisicl'l",l"iìrr;ì;r-i,,1" ttoclotrc clalla itcrazione dei processi fisico.-chimici. Per'1o stuclìo ciescl-itto c utilizzata una strumentaziiltle ìn prototipo rn grado-di.,rlrri a,'" f. 5(uLrerrli corrdi/iorìi li'i(lìc: pr'\'lorìc llrostrrticJ lìtlo r'1tt MP:r- pri\\rorì(:|ifi";; i;';,ii6no ,"t" irt'u ,.:'np"'''.''" rirro ' ìouo( Trre stt'rtrtc'traziorrc proger-;,;';;;i;r;t" tell'ambito cli sturl per l'esplulrziÙrì!'-{e(ìte:Îl(,1' ò stata leccntcnenterrroclificata sostitucrrdo it ,i,t.nl' fl'' Ii torltl ition"".ttntti tltr fluidi intcrrri' al fìnc cli sod-distìre le necessità cli n,i.t-ttla'"t'"iun" Jti t"ntpiunl di tnarmr'r c quindi di sirnulalc lealtetazioni petrofisiche ctovute a cirnaizioni alnbientllj non cstrcnle L'attuale circuito diidratazione deì campione " p'""uti"ution" del fluitlo interno consìstc essenzjaltrente in;;r;;";;o; fà'. oit" p,."ri.,n. rd azionamento manuale' in grado di i'iettarc'nicro quan-nìi àr n.,ìJ(:j io.o: g) inte.sr,rta a" tI" "ì"""'"ttt cligitalc dòtato ili ouqrut analogico per ilmonitoraggio tlcl ProcesstlE.>Sample M2r,tKrml=63€457 2 3126 P23Pórc Fluid Prèssurè P if\4PalSample M1Èlkllnl= 55044s 74121P23Pore Fluid Pressure P lMPalCa.)e slafiche e tisorse lLpidee- Documenldzione e RestaulT)Lln oanicoìare, icampioni selezionari tmarmo !i Carrara) sono stati,sofloposli a pres\ione;l.Pnil;;; ,il;;; i,ap"t p", "".u à ii"mi, idratati progressivamente iniettando acqua e:H;;ilìi;;;;J"n.iJ d"ia-"àIn"":in* " + rtapàldópo la loro saturazione (verificatasnerimentalmente). 1,., g"""'utt tu i"ut'oiJilnt 'i e uttíntuia.dopo circa 100 h di idratazio-ne. ll monitoraggio d"l p'o"""o o Jt'iJiàlùtuÀ -it"u"do in modo continuo la resisti-i:ii:i;;':i;;;":-;à*pion. u airé*"ii ':r""gh"zze": ciò ha q":n::'o di valutare lo statodi avanzamento dell'idratazione t ì;tn"it itt*to sulla re'istività della s:ua anisoîropíaoetrofisica organtz,u,u '""oltao n"'lu"*i"tlll" non i-pti"u"uno alterazioni macroscopicherlella oorosità. I cicli di simulazrJni;;;;;p""i" per-verificare le modifiche fisiche::i ;îJ;i;ilà." a'ii' iterazione dei processi fisico-chimiciI risultati delle esperienze relalr\';;ìl;;i;posta elettrica di J camoioni' dopo la satura-zione, sono gìievidenti elletti t,ii;rrii;ll';-";;t" utnu''* dti tampione M2 rispet-ro a ouella del campione M I ' t'"":ì;;;ii;;uioi?tt" t "iutioni cicliche della resistivitàdel 3b0%, in tutti i cicli ai t"-p"''Ji*t""ff"ttuati dopo la^saturazione nel campionemeno venato (Ml). Se ne deducJtttt it "u'npiott" quasiisotropo subisce delle variazio-ni di oorosità efficace reversibili óì"i"À"itir"iom"no è itata fomita dal campionel\43 B I di aspello panicolarmente iÀogìn;o tf fu fine del processo idro-termo-barico è.#;"ir#; i, quantirà di n"ii" t'uìi*"tu dal campione che è risultato coerente coni risultati delle altre indagini'I((Resistíi)itìi delcanpione M3B1SahPle M3BllsolrcPrc maùleand sluÉliÚL-'\--9.I'3 302tPore Fluid Prèssure P llvPa]t,,ì"J'[:ilL?.Y"jbil-i'J;i$[:i?1.i"f;.llol ,iíjii:iiil,.î.13!r':é:fi":!]i:,;!i!Í!:;j,diii*iirT:; j';fitr#rrlr)!yii"rt.43;rí#i)tlrîib:g,Piii*J:i:ÍíJiliÍJÍí'l'í:íii'íi:i:!*,;!;r{;+:l:is^1":;!l;yrt:;;t:;ulè1i1,:3J:;l-no di ( ano:a di Puslia 125-2 / "'1ìl:;l;;;;";;, , ",i,d,ng phriòn'rno.a.nd ph,t:ical-n,echctt.ttc.a,l'\. t,arzonto. Anct ly\is , 'l the . ot re!ù ",.u ,' í)',r,,' tti, "loA., i]n'..pro.. ISR r\4 20bJ Terhtrolog) roa.d.ard pettosraphic p" ii'-l'i':,:l'^',:i::í"'lli'"1. "ii.,ìi"i"g.nd Metallurgv.200l:,rJ Lo:iro'.Mnap tor ruc| me, ltanl(\ r tou," ^';:.;.;;;i ìi,,roir, " ol,irt, .dntptes uud, ! georhertnal ttntpe-Yl;lt';l),i;1,;:;*i1i,ii'",|ífr,iil:,i'l':::'6.5'r'"ì"i""':o r' tqot' pp I-ns-rr8: G Lo'iro'p A schnegs. c L"'9,!rîl-1" .)l;i,'l,i;1;"; [11..;;'íÍ;,ìii};;tr!;':"i.r,,":r"f1!"!-"'t'iint not,terotcttttri' rcstttt' 1rotn1"'.lÍi(lií 'iii,:,":';'p;;;,;,;;;;',;,,,,,úrc pe, t,, nti,uru dcttaiqqt."pp b02-b0q'.c' l o'ito l.; .,, 1oo1,1r, in tundiziont ai .r,e... ,n riii d;l xxlv convegnovoria-ione di Poro'itct ttct,moterlltt tu.P'",':., " ^':"'::::';a;1-" -ifO-iS:.Naz.GNCIS(Roma. ll-l)nor -0051' L\r' Abilract 2005'p J80-JU

Metodologie analitiche per lo studio dei marmi di Carrara

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