1966‐2013: il contributo dei Geoscienziati

di Firenze alla Diagnostica e Conservazione 

dei Beni Culturali

19661966‐‐2013: il contributo dei 2013: il contributo dei GeoscienziatiGeoscienziati

di Firenze alla Diagnostica e Conservazione di Firenze alla Diagnostica e Conservazione 

dei Beni Culturalidei Beni Culturali

Marco BenvenutiMarco Benvenuti

M. Camaiti, P.Costagliola, C.A.Garzonio, G. Gigli, E. Pecchioni, G. PratesiM. Camaiti, P.Costagliola, C.A.Garzonio, G. Gigli, E. Pecchioni, G. Pratesi

Dip.to Scienze della Terra – Univ. FirenzeDip.to Scienze della Terra – Univ. Firenze

con la collaborazione dicon la collaborazione di

a cura dia cura di

Istituto per le Geoscienze e

Georisorse (IGG)

1971C.S sulle cause di deperimento e i

metodi di CConservazione

delle Opere d’Arte(CSCOACSCOA)

Sez. Mineralogia e Petrografia

Istituto per la Conservazione e

Valorizzazione dei Beni Culturali

(ICVBC)

2001

CNR

C.S. per la Geochimica e la Mineralogia

C.S. Minerogenesi e

Geochimica Applicata

1992

2002

C.S. di Geologia dell'Appennino e

delle Catene Perimediterranee

UNIFI

Dipartimento di Scienze della

Terra

1981

Istituto di Mineralogia, Petrografia e Geochimica

Istituto di Geologia

e Paleontologia

Dipartimento di Restauro e

Conservazione dei Beni Architettonici

Dipartimento di Costruzioni e

Restauro

2010

I Geoscienziati a Firenze (1966-2013)

2013

OPD

Soprintendenze (MIBAC) (geoscienziati

pressochè assenti!)

Altri istituti (IFAC...)

Rischi geologici

Materiali lapidei

Metalli Vetri

Ceramiche

Malte ed intonaci

Analisi stratigrafiche

geoelettriche...

Le Scienze della Le Scienze della  Terra per i Beni Terra per i Beni  CulturaliCulturali

(a Firenze)(a Firenze)

Diagnostica

Degrado e conservazione

Tecniche di produzione

Provenienza

Materiali lapidei

Palazzo Medici RiccardiSanta Reparata

•• Analisi della facies litologicaAnalisi della facies litologica

•• Determinazione delle cave di prestito dei Determinazione delle cave di prestito dei lapidei utilizzati nelllapidei utilizzati nell’’architettura e statuaria architettura e statuaria (fiorentina e non)(fiorentina e non)

•• Caratterizzazione dello stato di conservazioneCaratterizzazione dello stato di conservazione

•• Messa a punto di un protocollo analiticoMessa a punto di un protocollo analitico

•• Analisi degli effetti di interventi di restauro Analisi degli effetti di interventi di restauro pregressipregressiBacco, I secolo d.C.

(Giardino di Boboli)

Materiali lapidei

MARMO CARRARAMARMO CARRARACattedrale di Santa

Maria del Fiore (Firenze)

ARENARIE

Loggiato Uffizi

Palazzo Strozzi

Museo Marini

PIETRA DI LECCE

Materiali lapidei

Cava di Pietraforte

Cave di “Pietra Serena”

(Marnoso Arenacea, Firenzuola)

Cava di Pietra Serena 

(Macigno)

Il recupero di una 

cava di Pietraforte 

(Anfiteatro di Boboli)

PietrafortePietraforte

Pietra SerenaPietra Serena

Malesani, Vannucci, Cipriani, Manganelli Del Fa... (’60-’70...)

Materiali lapidei• Studio microtessiturale

(sez. sottile)• Determinazione

delle

relazioni

tra

microtessiture, proprietà fisiche

e meccaniche

0 100 200 300 400 5000

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

%granulometria (m)

0 100 200 300 400 5000

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

%

granulometria (m)

Manganelli Del Fa... (1998)

prima del trattamento (Foto Alinari, 1881)

PULPITO DONATELLOPULPITO DONATELLODuomo di PratoDuomo di Prato

dopo trattamento con fluosilicati

(Foto Alinari, 1969)

Materiali lapidei

Analisi degli effetti del trattamento conservativo Manganelli Del Fa... (’70-’80...)

Trattamento con fluosilicati di Zn e Mg (Sanpaolesi, 1941)

Materiali lapidei

Supporto campioneCella di carico

perforatore

DISPOSITIVO PER LA MISURA FORZA DI DISPOSITIVO PER LA MISURA FORZA DI PERFORAZIONEPERFORAZIONE

RESISTENZA A RESISTENZA A ABRASIONEABRASIONE

campione

Materiali lapidei

Test 

colorimetrico

Palazzo Cristofanello

(Cortona, AR)

Mappatura del degrado

CantisaniCantisani,, De Luca, GarzonioGarzonio,, Ricci, Stori (2008)

ASSORBIMENTO ASSORBIMENTO DIDI

ACQUA CAPILLAREACQUA CAPILLARE(NorMaL

11/85)

Carta da filtro Acqua distillata

Campione roccia

Superficie trattata

ASSORBIMENTO ASSORBIMENTO DIDI

ACQUA A BASSA ACQUA A BASSA

PRESSIONEPRESSIONE(NorMaL

44/93)

DETERMINAZIONE PERMEABILITADETERMINAZIONE PERMEABILITA’’(NorMaL

21/85) “metodo del bicchierino ”

Materiali lapidei

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 7000,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0 AM1 AM2 AM3 AM 4 AM 5 AM 6 AM 7 AM 8 AM9 AM 10 AM 11 AM 12 AM 13 AM 14C

.I.p

%

t (sec)

Assorbimento

d’acqua

di 10 campioni

di marmo

Apuani

ASDASD--FieldSpecFieldSpec

FP Pro spectrometerFP Pro spectrometer

A

B

C

Materiali lapidei

VNIR SWIR

Spectral range 350-1000 nm

1000-2500 nm

Spectral sampling 1.4 nm 2 nm

N° spectral bands 2151

Spectral resolution 3-10 nm

Acquisition frequency

10 spectra/sec

MisureMisure in situin situ

A B C D E F LIHG NM1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

13

12

14

GESSO (wt%) 25 - 50 75 - 100

< 25 50 - 75 > 100 Camaiti, Costagliola, Pecchioni, Vettori... (2002)

Materiali lapideiStudio di reperti

e campioni

museologici

Cipriani, Bernardini, Mazzetti, Menchetti, Poggi, Pratesi, ... (’60->...) Azzaroli, Cioppi, De Giuli, Dominici Ficcarelli,Landucci, Monechi, Rook, Torre.... (’60->...)

IL/PIXE/PIGERe, Angelici, Lo Giudice, Maupas, Giuntini, Calusi, Gelli, Massi, Borghi, Gallo, PratesPratesi, Mandò (2013)

Analisi con Ion Beams

Caratterizzazione

chimica, mineralogica, petrografica, fisica

e geomeccanica

delle

malte

stato

di alterazione

/ grado

durabilità

100 m

Le malte

della 

Cupola del BrunelleschiCupola del Brunelleschi

(XV sec.) 

– Firenze 

sono

un 

esempio

di 

malta

antica

leggermente

idraulica

(calce

prodotta

da

cottura

di calcare

Alberese)  di ottimaottima

qualitqualitàà. 

Franchi, Fratini, Manganelli Del Fa (1985)....

Malte ed intonaci

Ponte di Augusto a Narni (27 a.C.)

M4:

basamento con molto tufo e porosoM3:

meno tufo, idraulica, per resistere al flusso acquaM2:

no tufo, selce, molto idraulica coesa, poco porosa per tensione

arcoM1:

bassa coesione di riempimento malta a terra

Sono

state 

utilizzate

differenti

malte

idrauliche

con 

particolari

funzioni

strutturali

Cantisani et al. (2002)

Malte ed intonaci

MALTE ANTICHE E MODERNE: CONOSCERE IL PASSATO PER

PROGETTARE IL FUTURO

L’Aquila, Basilica di Colemaggio (XIII - XVIII sec.)Prima e dopo il terremoto del 2009

Malta 

di 

scarsa

qualità, 

costituita

da

abbondante

aggregato

e 

scarso

legante

(realizzato

con 

calce

e 

terra) 

disintegrazionedisintegrazione

delledelle

strutturestrutture

Pecchioni, Cantisani, Fratini ... (2011)

Ceramiche

Montieri (GR)

Scavi di Pisa S. Rossore (navi romane)

Aiano - Torraccia di Chiusi

San Salvatore a Vaiano

Manganelli Del Fa, Vannucci (1976)

Ceramiche

MontelupoMontelupoMontelupo

AmsterdamAmsterdamLondraLondraSouthamptonSouthampton

•Alcuni 

pigmenti 

compaiono 

a 

Montelupo

dopo 

secoli 

di 

assenza 

nel 

“mondo 

occidentale”

•E’

il 

caso 

del 

colore 

giallo 

Napoligiallo 

Napoli

(antimoniato

di Pb)

Analisi della 

composizione 

isotopica del Pb

15,45

15,50

15,55

15,60

15,65

15,70

15,75

15,80

17,80 18,00 18,20 18,40 18,60 18,80 19,00 19,2

206Pb/204Pb

207P

b/20

4Pb

CiproAnatolia

Laurion

e Cicladi

Sardegna

Erzgebirg

e Massiccio del Reno

Spagna

Tauro

Toscana Meridionale

Alpi Apuane

Spagna

Bleiberg

37,60

37,80

38,00

38,20

38,40

38,60

38,80

39,00

39,20

39,40

17,80 18,00 18,20 18,40 18,60 18,80 19,00 19,20

206Pb/204Pb

208P

b/20

4Pb

MTL180G

MTL180C

CRUDO G

CRUDO C

Cipro

Anatolia

Laurion

e Cicladi

Sardegna

Tau

ro

Toscana Meridionale

Spagna

Spagna

Massiccio del RenoErzgebirg

e

Alpi Apuane

200 μm

Rimozione coperta

200 μm

Strato isolato200

μm

Rimozione vetrina

Punta 

diamantata

Punta 

diamantata

CampioneCampione

• All’interno della stessa bottega venivano impiegate materie prime diverse•

Benchè

siano 

noti 

e 

sfruttati 

i 

giacimenti 

toscani, 

le 

materie 

prime 

provengono interamente, o almeno in parte, da giacimenti extra‐regionali

Gallo, Costagliola ... (2007)

Vetri

Grotta Buontalenti (Boboli)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

10

20

30

40

50

60

Compositional fields proposed by Hartmann, 1994, Ch.d.Erd., 54, 103-128

soda glass

woodash-lime glass

woodash glass

MgO

+CaO

+K2O

+P2O

5 (w

t%)

Na2O (wt%)

0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 22,5 25,00

2

4

6

8

10

12

Potassic

Natron glasses

Na-Ash

MgO

(wt%

)

K2O (wt%)

Venezia

Roma

Costagliola, Baldi, Cipriani, Pecchioni, Buccianti (2000)

Metalli

S. Giovanni BattistaLorenzo Ghiberti

(1412-1416)

Studio dei processi di corrosione e degrado di opere bronzee del Rinascimento fiorentino

Studio dei processi di corrosione e degrado di Studio dei processi di corrosione e degrado di opere bronzee del Rinascimento fiorentino opere bronzee del Rinascimento fiorentino

Bernardini, Trostii Ferroni ... (1995)

Sn%Porta del ParadisoLorenzo Ghiberti

(1425-1452)

MetalliStudio dei processi di corrosione e degrado di

opere bronzee del Rinascimento fiorentino Studio dei processi di corrosione e degrado di Studio dei processi di corrosione e degrado di

opere bronzee del Rinascimento fiorentino opere bronzee del Rinascimento fiorentino

PF Beni Culturali (Bernardini, Squarcialupi, Trosti ... (1995-2005)

Metalli

Populonia-Baratti

(Livorno)

CuCuCuIXIX--VIII sec. a.C.VIII sec. a.C.

scoria di Cu

VII sec. a.C. VII sec. a.C. –– I sec. d.C.I sec. d.C.

FeFeFe

forgia di Fe

bluma di Fe

scoria di colata di

Fe

ChiarantiniChiarantini,, Benvenuti,Benvenuti, Cartocci, Costagliola,Costagliola, Fedi, Guideri, Romualdi (2009)

Studio di siti archeometallurgici Studio di siti archeometallurgici Studio di siti archeometallurgici

Benvenuti, Dini, D’Orazio, Chiarantini, Costagliola (2013)Archeometallurgia sperimentale

MetalliIsola d’

Elba (Livorno)

Studi di provenienza Studi di provenienza Studi di provenienza

bluma di Fe

ematite

http://www.cantierenavipisa.it/

Benvenuti,Benvenuti, Mariotti-Lippi, PallecchiPallecchi, , SagriSagri (2006)

Analisi stratigrafiche...

Coli,Coli, Rosati, Pini (2007)

Tecniche e modalità di coltivazione delle cave di lapidei di età Romana

Analisi di stabilità

Analisi stratigrafiche...

Georadar

Geoelectrical

investigations

Ohm Mapper

Analisi geoelettriche...

Focardi, D’Oriano (1978)

Rischi geologici

San Miniato al Tedesco (PI)

S. Maria del Fiore (FI)

S. Gimignano

Focardi, D’Oriano (1978) Fortezza da Basso (FI)

Scarperia

Malesani (1980)

Chiusi della Verna

Canuti, Casagli, Garzonio, Vannocci (1990)

Monte alle Croci-S.Miniato (FI)

Focardi P. (1991)

Disseti idrogeologici di siti monumentali

e città

d’arte

Disseti idrogeologici Disseti idrogeologici di siti monumentali di siti monumentali

e citte cittàà

dd’’artearte

Pitigliano

Canuti, Focardi, Nardi, Puccinelli (2000)

Rischi geologiciINTERFEROMETRIA RADAR SATELLITARE

 

MURA AURELIANE (Viale del Campo Boario –

Roma)

area 3 –resti dei contrafforti 

adrianei

e costruzioni 

esterne medievali)

ACQUEDOTTI ROMANI (Torre del Fiscale –

Roma)

 

R1 R2 = R1

1’ acquisizione 2’ acquisizione

r

T0T0+ttempo tempo

35 (o più) giorni

r

Interferometria

= 5.66 cm

R1

R2Disturbi

atmosferici

Variazioneriflettività

PS Caposaldo“st abile”

PS

LOSLin e of Sight

Basel ine

Tecnica PS-InSAR

Casagli, Tapete, Fanti, Moretti, Del Ventisette (2011)

Rischi geologiciINTERFEROMETRIA RADAR DA TERRA (GBInSAR)

FORO ROMANO E COLLE PALATINO (Roma) 

Deformazione localizzata nella zona della Domus Tiberiana conseguenti a specifiche indagini di sottosuolo in situ (perforazioni)

Casagli, Tapete, Luzi, Fanti, Del Conte, Leva, Cecchi (2011 )

Rischi geologiciLASER SCANNER TERRESTRE (TLS)Pitigliano

Citadel

(Malta)

Fanti, Gigli, Lombardi, Tapete, Canuti (2012)

Gigli, Frodella, Mugnai, Tapete, Cigna, Fanti, Intrieri, Lombardi (2012)

Rischi geologiciBasilica del Santo Sepolcro

Confronto tra le funzioni di amplificazione dei microtremori e le funzioni di amplificazione relative al terremoto regionale.

• Valutazione della pericolosità sismica• Valutazione della vulnerabilità sismica dell’edificio

Fiaschi, Matassoni, Pratesi, Garzonio, Malesani (2012)Rischio sismicoMetodo di Nakamura

(HVSR, Horizontal

to

Vertical Spectral

Ratio

L’acquisizione del microtremoremicrotremore avviene su un unico punto considerando sia il moto verticale sia quello orizzontale

FREQUENZE DI PICCO DEL PIANO TERRA

FREQUENZE DI PICCO DEL PIANO PRIMO

300 misure di microtremoremicrotremore

in interni (2007‐2008)