Laurea Magistrale in Archeologia e Storia dell’Arte

I MATERIALI LAPIDEI

Nel linguaggio comune col termine

- marmo si intende una qualsiasi roccia compatta, resistente, adatta ad essere lucidata;

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- granito una qualsiasi roccia a struttura granulare;

- pietre si intendono tutti quei materiali lapidei non lucidabili.

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Si dicono materiali lapidei quei materiali costituiti da rocce di varia origine.

Le rocce sono masse composte di aggregati di minerali diversi. In base al processo di formazione (litificazione), le rocce si distinguono in:

¡ Rocce magmatiche, originate dalla solidificazione del magma fuso(massive e detritiche);

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I MATERIALI LAPIDEI

Il magma è un materiale fuso che si forma entro la crosta o la parte alta del sottostante mantello, a profondità variabili tra i 15 e i 100 km e a temperature tra i 1000 e i 1200°C.

Queste masse fuse sono miscele complesse di silicati ad alta temperatura e sono ricche di gas.

Il magma raffreddandosi inizia il suo processo di litificazione: dal fuso si separano via via, in funzione del loro punto di fusione, i vari tipi di minerali.

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Si dicono materiali lapidei quei materiali costituiti da rocce di varia origine.

Le rocce sono masse composte di aggregati di minerali diversi. In base al processo di formazione, le rocce si distinguono in:

¡ Rocce magmatiche, originate dalla solidificazione del magma fuso(massive e detritiche);

¡ Rocce sedimentarie formate da depositi di natura organica o datrasformazioni chimiche del suolo e accumulo di materiale ricompattatoproveniente dal disfacimento di altre rocce (clastiche, piroclastiche,organogene e chemiogene);

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Si dicono materiali lapidei quei materiali costituiti da rocce di varia origine.

Le rocce sono masse composte di aggregati di minerali diversi. In base al processo di formazione, le rocce si distinguono in:

¡ Rocce magmatiche, originate dalla solidificazione del magma fuso(massive e detritiche);

¡ Rocce sedimentarie formate da depositi di natura organica o datrasformazioni chimiche del suolo e accumulo di materiale ricompattatoproveniente dal disfacimento di altre rocce (clastiche, piroclastiche,organogene e chemiogene);

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Si dicono materiali lapidei quei materiali costituiti da rocce di varia origine.

Le rocce sono masse composte di aggregati di minerali diversi. In base al processo di formazione, le rocce si distinguono in:

¡ Rocce magmatiche, originate dalla solidificazione del magma fuso(massive e detritiche);

¡ Rocce sedimentarie formate da depositi di natura organica o datrasformazioni chimiche del suolo e accumulo di materiale ricompattatoproveniente dal disfacimento di altre rocce (clastiche, piroclastiche,organogene e chemiogene);

¡ Rocce metamorfìche, derivano dalle trasformazioni subite dalle rocceeruttive o sedimentarie per opera di fattori fisico-chimici.

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1000 – 1500 °C

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Rocce e minerali

¡ Un minerale è un solido con un elevato ordinamento a scala atomica ed una composizione chimica definita, ma non fissa.

¡ I minerali sono elementi puri e composti che si trovano in natura caratterizzati da una struttura cristallina definita e da una composizione chimica che varia entro limiti ben precisi.

¡ Una roccia è un insieme di uno o più minerali. Certi tipi di minerali sono associati solo a determinati tipi di rocce.

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Crescita di un cristallo

¡ I cristalli sono dei poliedri che possiedono tipiche forme geometriche.

¡ L’accrescimento regolare dei cristalli richiede uniformità e costanza delle condizioni ambientali, presupposti che raramente si realizzano.

¡ Nelle sostanze allo stato cristallino, la distribuzione atomica varia con la direzione; si tratta quindi di corpi che non presentano nelle loro diverse direzioni le medesime proprietà fisiche (conducibilità elettrica, rifrazione ecc.). In particolare, un'importante proprietà fisica, la velocità d'accrescimento, varia con la direzione in modo discontinuo: per questo motivo le sostanze solidificandosi possono assumere forme poliedriche più o meno regolari, costituendo quei corpi detti cristalli.

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Intrusive

Graniti

Rocce intrusive acide, a grana medio-mediofine, che contengono quarzo traslucido e incolore, feldspati potassici (ortoclasio), scarso plagioclasio e biotite (mica nera). Il colore va dal bianco al rosso passando per il rosa, fino al grigio scuro.Durissimi, vengono spesso lucidati. Utilizzati per pavimentazioni o finiture. Alla luce risultano frequentemente brillanti (effetto tipico di una rocce intrusiva).

MAG

MAT

ICH

E

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Il nome di granito deriva dal latino granum (a grani).

Il granito è stato ed è largamente utilizzato, soprattutto nella pavimentazione ed è molto apprezzato nella costruzione di monumenti per la sua ottima resistenza agli acidi, per la sua durabilità ed estetica.

In alcune piramidi egizie troviamo del granito: • la piramide rossa è chiamata così per il colore rosso della sua superficie

granitica;• la piramide di Micerino è costruita da blocchi di granito e calcare;• nella piramide di Giza è stato rinvenuto un maestoso sarcofago in granito.

Molti templi indù nel sud dell'India sono costruiti in granito, soprattutto quelli costruiti durante l'XI secolo sotto la guida del re Rajaraja Chola I.

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Piramide di Cheope (Giza) Granito

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Su Romanzesu (Bitti) Granito

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Il Monumento nazionale del Monte Rushmore è un complesso scultoreo, (18 m di altezza) formato da enormi blocchi granitici.Lo scultore GutzonBorglum scolpì i volti di Washington, Jefferson, Roosevelt e Lincoln, scelti rispettivamente come simboli della nascita, della crescita, della conservazione e dello sviluppo degli Stati Uniti.

La scultura fu iniziata nel 1927 e proseguì, con l'impiego di 400 operai, sino alla morte dello scultore, avvenuta nel 1941.

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ERUT

TIVE

Effusive

Porfidi: rocce molto compatte, dure e difficile da lavorare. Resistente all’usura. I cristalli più abbondanti sono quelli di quarzo (porfido quarzifero). Il suo colore varia dal grigio chiaro ad un marrone rosso.

Basalto: La roccia basaltica è una roccia eruttiva di colore scuro, fino al nero.

Trachite: Roccia eruttiva spesso vacuolare o finemente porosa e perciò ruvida.

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Effusive

Porfido

ERUT

TIVE

• Utilizzato dagli Etruschi e dai Romani, il porfido grazie alle sue caratteristiche ebbe ampio utilizzo sia nell'arte che nelle opere edili.

• Apprezzato dai sovrani egiziani per il suo acceso colore rosso, associato alla dignità imperiale, il porfido era usato per opere destinate all'imperatore e alla ristretta cerchia della sua famiglia.

• Dal V secolo il suo colore rosso venne assimilato al culto del corpo di Cristo, riservandone l'uso all'onore dei soli imperatori, secondo una tradizione che si mantenne nell'Impero bizantino e che poi venne emulata anche da altri regni europei. Per esempio nella basilica di Santa Sofia a Costantinopoli la posizione dell'imperatore alle funzioni è segnalata da un disco rosso di porfido. E in porfido sono i sarcofaghi dalla madre di Costantino I (sant'Elena) e di Federico II, nella cattedrale di Palermo.

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MAUSOLEO DI TEODORICORavenna (520)

SARCOFAGO DI FEDERICO IICattedrale Palermo (1250)

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Effusive

Basalto

La roccia basaltica è una roccia eruttiva di colore scuro, fino al nero.

ERUT

TIVE

Castellfollit de la Roca, Spagna

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Effusive

Basalto

ERUT

TIVE

Basalto colonnare, Guspini26

Clessidra ad acqua in basalto, dinastia tolemaica, Tolomeo II Filadelfo da Alessandria [284-246 a.C.], ritrovata frammentaria nell'Iseo Campense (Roma)

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STELE DI ROSETTA(196 A.C.) APOLLO

Museo Archeologico Napoli

BLACK BASALT STATUE OF CLEOPATRA VII

Ermitage, San Pietroburgo (30 A.C.)

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Santu Antine Tholos Nuraghe ~ 1550 aC - Torralba, SardegnaBasalto

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Chimica dei Beni Culturali – 7

Veduta aerea del complesso nuragico di Santu Antine

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Nuraghe Arrubiu, Orroli (basalto)

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Argille

Calcari

Travertino

Arenarie

SED

IMEN

TARI

E

Argille: costituite principalmente da caolino, usate nella fabbricazione di mattoni, tegole e ceramiche.

Calcari: sono rocce tenere, costituite per lo più da calcite (CaCO3), e con piccole inclusioni di ferro e manganese che fanno variare il colore dal bianco al giallino, rosa, rosso, marrone, nero.

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Le pietre calcaree sono hanno da sempre trovato un uso esteso nella costruzione degli edifici.

Si chiamano calcaree perché poste al calore del fuoco per certo tempo, si riducono in calce.

Sono quasi del tutto solubili negli acidi (effervescenza).

Le cave di pietre calcaree sono per la maggior parte formate di strati o sedumi situati l’uno sopra l’altro quasi sempre orizzontalmente. La larghezza e l'altezza degli strati variano secondo la quantità della materia, la profondità, l’estensione e la natura della cava.

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CaCO3 + 2H+→ Ca2+ + CO2 +H2O

Sfinge di Giza, Egitto

È la più grande statua monolitica del mondo, lunga 73,5 m, alta 20,22 m e larga 6 m.

Il monumento è composto da tre diversi strati rocciosi:

¡ lo strato inferiore del corpo è di pietra calcarea dura ma fragile, di origine più antica;

¡ lo strato mediano migliora salendo verso l’alto, ma è in media di pessima qualità (presenza di numerose crepe);

¡ lo strato superiore, che comprende la testa della Sfinge e il collo, è formato da pietra calcarea dura, che ha permesso di preservarla nel tempo. 35

Argille

Calcari

Travertino

Arenarie

SED

IMEN

TARI

E

Travertino: pietre calcaree di struttura semicompatta, con piccole cavità dovute alla presenza di resti fossili. Il colore varia dal bianco al giallo, fino al grigio. Abbastanza resistente agli agenti atmosferici, usato come materiale da rivestimento (Colosseo). Quando queste cavità sono più ampie, si ha la varietà detta tufo, meno resistente.

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Arenarie: pietre compatte, esteticamente molto belle. Molto diffuse nell’Italia centrale, soprattutto in Toscana, fra le arenarie più note ci sono la Pietra Forte e la Pietra Serena.

La Pietra Forte, di colore giallo ocra, molto compatta e resistente, è stata molto utilizzata fin dal Rinascimento per la costruzione di Palazzi monumentali (Palazzo Vecchio o Palazzo Pitti a Firenze).

SED

IMEN

TARI

E

La Pietra Serena, più morbida e lavorabile, di colore grigio, è stata invece impiegata, per le decorazioni dei palazzi (cornici di finestre, ornamenti, piccole sculture…)

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Stonehenge, Inghilterra - sicuramente tra i più famosi monumenti preistorici nel mondo, eretto nel periodo neolitico (2500 a.C.) mantenne la sua valenza religiosa per gran parte dell’Età del Bronzo (2200–1500 a.C.).

Sono stati usati due tipi di pietra: sarsen e bluestone (pietra blu).

I blocchi in sarsen (arenaria, sedimentaria), di dimensioni maggiori, provengono dalle Marlborough Downs, mentre quelli in bluestone (basalto, eruttiva effusiva) sono di un particolare tipo di roccia che si trova nelle Preseli Hills, nel Galles sudoccidentale.

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Sarsen, espressione applicata ai menhir dello Wiltshire, è stata estesa alla pietra arenaria a tubercoli con la quale i monoliti sono stati realizzati.

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Pietra blu - roccia basaltica caratterizzata da struttura a grana grossa di tipo ofitico (struttura doleritica).

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La pietra arenaria è una roccia sedimentaria costituita prevalentemente da sabbie gialle. Ha una superficie ruvida, densa di pori e multicolore.

La pietra è vulnerabile. Le facciate in pietra naturale (arenaria o calcarea) si trovano principalmente nelle costruzioni storiche e negli edifici monumentali. Le pietre arenarie sono ricche di quarzo (più resistenti agli agenti atmosferici ).

La roccia basaltica è una roccia eruttiva di colore scuro, fino al nero.

A causa della tessitura porosa, le pietre si sporcano facilmente, vengono attaccate da agenti atmosferici aggressivi (pioggia e nebbia acida) e si decompongono.

La struttura porosa delle pietre spiega anche la loro elevata permeabilità al vapore acqueo.

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Marmi: sono pietre calcaree dagli splendidi colori e venature. Il colore varia da un bianco candido (Marmo di Carrara), al verde (Serpentino di Prato), al rosso (Rosso di Verona), al giallo (Giallo di Siena), al nero (Nero di Varenna)… Utilizzati per finiture di pregio, oltre che nell’arte statuaria.

Ardesie: di colore variabile, dal grigio, al verde, al nero. Impiegate per il rivestimenti di muri o per le coperture dei tetti (al posto dei laterizi).

MET

AMO

RFIC

HE

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Basalto (magmativa effusiva)

Porta dei Leoni (1400-1300 aC), Micene, Greciahttp://www.oilproject.org/lezione/arte-e-civilta-micenea-porta-dei-leoni-maschera-di-agamennone-tomba-di-atreo-874.html

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Calcare (sedimentaria)

Jain, India, caverna con sculture (VII-VIII secolo dC)

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Granito (magmatica intrusiva)

El Castillo, Chichen Itza, Messico

periodo epiclassico della civiltà maya, fra il VI e l'XI secolo dChttp://www.youtube.com/watch?v=q0kOyGZxKh4 46

Chimica dei Beni Culturali – 7

I gradoni in granito del Castillo di Chichen Itza,

Messico

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Tempio dei Guerrieri, Chichen Itza, Messico Granito

periodo epiclassico della civiltà maya, fra il VI e l'XI secolo 48

Ad un altitudine di 2430 m, su una montagna di straordinaria bellezza, al centro di una foresta tropicale amazzonica, Machu Picchu (Perù) è la creazione urbana più stupefacente dell’Impero Inca (1400 d.C.).Muraglioni, terrazze, e rampe gigantesche scolpiscono le rocce di granito. 49

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¡ alterazione§ patine, muffe, variazioni cromatiche, che non implicano un

peggioramento del materiale dal punto di vista strutturale.

¡ degrado§ prevede sempre un peggioramento strutturale (alveolizzazione,

disgragazione, scagliatura, ecc.)

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DISGREGAZIONE - polvere o minutissimi frammenti

ESFOLIAZIONE - porzioni laminari sottili, sfoglie

SCAGLIATURA - parti di forma irregolare e spessore consistente e non uniforme: scaglie

DISTACCO - separazione di strati o di materiale diverso (intonaco) o all’interno dello stesso materiale ( scagliatura, esfoliazione)

EFFLORESCENZA - Formazione di sali, sulla superficie

RIGONFIAMENTO - Sollevamento localizzato

FRATTURAZIONE o FESSURAZIONE - Separazione materiale che implica lo spostamento reciproco delle parti

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TIPI DI DEGRADO DEGRADO FISICO

¡ microtraumi durante la lavorazione;

¡ uso errato della pietra (decorazioni, interferenza con altri materiali, es. ferro);

¡ sforzi eccessivi a cui è stato sottoposto il materiale in opera;

¡ effetti del vento: asportazione di parti superficiali;

¡ effetti della luce che può innescare reazioni chimiche di ossidazione;

¡ effetti dell’aria o meglio dei suoi salti termici.

¡ -fisico¡ -chimico¡ -biologico

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TIPI DI DEGRADO DEGRADO CHIMICO

¡ sostanze gassose aggressive§ gas di scarico di industrie§ smog da riscaldamento (carbone,

gasolio)§ gas di scarico dei mezzi di locomozione▪ ossidi di azoto e di zolfo

¡ acqua

¡ -fisico¡ -chimico¡ -biologico

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L’acqua, interagendo con il materiale lapideo caratterizzato da una struttura porosa, nei suoi tre stati (solida, liquida, gassosa) è comunemente considerata la causa principale del degrado chimico-fisico.

• Dilavamento - lento processo di asportazione ed erosione del materiale;

• Subfluorescenze ed effluorescenze saline, cristallizzazione dei sali solubili, alveolizzazione.

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CaCO3 + CO2 + H2O ---> Ca(HCO3)2

II fase - ricristallizzazione

I fase - solubilizzazione

CARBONATO DI CALCIO BICARBONATO DI CALCIOsolido insolubile solubile

riformazione di carbonato di calcio con inglobamento di smog atmosferico e polvere con conseguente formazione di incrostazioni scure

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quando si verificano condizioni di saturazione cominciano a formarsi cristalli di sali entro gli spazi porosi causati da diminuzione di temperatura o evaporazione di acqua

il fenomeno può avvenire all’interno della struttura porosa (subfluorescenze) causando esfoliazioni e distacco di croste superficiali o sulla superficie esterna (effluorescenze)

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Se la temperatura della pietra scende fino al punto di congelamento dell’acqua, con formazione di ghiaccio, si verifica una variazione di volume

Di conseguenza gli sforzi meccanici provocano MICROFRATTURE

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¡ caratterizzata dalla presenza di cavità (alveoli), anche molto profonde, distribuite con andamento irregolare sulla superficie del materiale lapideo (naturale e/o artificiale);

Degradazione che si manifesta con la formazione di cavità di forma e dimensione variabili

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¡ caratterizzata dalla presenza di cavità (alveoli), anche molto profonde, distribuite con andamento irregolare sulla superficie del materiale lapideo (naturale e/o artificiale);

¡ questo fenomeno è spesso spinto fino alla disgregazione e dalla polverizzazione dell'elemento lapideo

Degradazione che si manifesta con la formazione di cavità di forma e dimensione variabili

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Chimica dei Beni Culturali – 7

Le soluzioni saline, formatesi in seguito ad assorbimento di acqua, tendono, in seguito all'evaporazione del solvente, a cristallizzarsi con conseguente aumento di volume;

i pori del materiale lapideo subiscono pressioni superiori alle capacità di resistenza del materiale e si sfaldano.

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tensioni meccaniche

rocce cattive conduttrici di calore

repentini cambiamenti di temperatura

dilavamento

infiltrazionesolubilizzazione

variazione del volume internoIl Solfato di sodio aumenta il suo volume del

300%.

efflorescenza salina

subflorescenza salina

superficie caldainterno freddo (o viceversa)

Sgretolamento, scagliatura, esfoliazione, rigonfiamenti.

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materiali molto porosi;

in presenza di un elevato contenuto di sali solubili;

in zone climatiche dove sono frequenti fenomeni di rapida evaporazione delle superfici lapidee esposte alle intemperie.

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S. Francesco, Città di Castello 66

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San Francesco, Città di Castello

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1504 Raffaello

Lo Sposalizio della Vergine

L'opera venne commissionata dalla famiglia Albizzini per la cappella di San Giuseppe nella chiesa di San Francesco a Città di Castello

Oggi si trova alla pinacoteca di Brera a Milano.

Croste e patine

Si formano in aree esposte ad inquinamento atmosferico e non soggette ad intenso dilavamento da parte delle acque piovane.

Lo scheletro delle croste è costituito da gesso sotto forma di cristalli aghiformi e in esse vengono inglobate particelle di natura eterogenea:

ossidi di Fecristalli di quarzocalciteparticolato atmosfericoparticelle bituminose e carboniose

Microscopicamente è osservabile una netta separazione tra lo strato “degradato” (solfato di Ca) e la porzione di pietra sottostante non alterata

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TIPI DI DEGRADO DEGRADO BIOLOGICO

¡ - macroscopiche§ animali▪ nidificazione▪ guano

§ piccole piante infestanti ▪ pianta del cappero su rocce e muri calcarei

§ radici di piante

¡ - microscopiche§ muffe§ funghi

¡ -fisico¡ -chimico¡ -biologico

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RIPRISTINO E CONSERVAZIONE DI MATERIALI LAPIDEI

pulitura –alterazione dei prodotti del degrado fino alla totale disgregazione e/o solubilizzazione.

abrasionescalpellaturasabbiatura a secco o ad umidolaserultrasuoniacidibasitensioattiviresine a scambio ionicosoluzioni enzimatiche

consolidamento – rinforzare la struttura o riparazione di fessure, alveoli, ..

rest

auro

operazione irreversibile

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PULITURA CON ACQUA O SOLUZIONI ACIDE O ALCALINEBisogna tener conto che qualunque azione di pulitura rappresenta per il materiale lapideo un trauma.

In edilizia per la pulitura viene usato molto spesso l’acido muriatico (acido cloridrico, HCl). Si tratta di un prodotto indubbiamente poco costoso e di veloce applicazione, ma è estremamente aggressivo ed è inoltre carico di residui ferrosi. Il lapideo “pulito” con tale acido tenderà ad annerirsi a causa dell’ossidazione dei residui ferrosi, e sarà soggetto alla azione corrosiva dell’acido stesso.

PULITURA CON ACQUA AD ALTA PRESSIONEQuesto metodo sfrutta la forza meccanica dell’impatto dell’acqua che viene spruzzata con pressione che può arrivare anche alle 20 atm. In certi casi viene anche usata acqua bollente per poter sfruttare il conseguente choc termico.

E’ facile intuire quanto questo sistema sia distruttivo per il lapideo.

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PULITURA CHIMICA

La constatazione che l’azione di sostanze chimiche deboli e poco concentrate, prolungata nel tempo, risulta meno dannosa di quella prodotta di sostanze aggressive o delle stesse sostanze deboli ma più concentrate ha spinto alla creazione di miscele deboli mescolate a paste tixotropiche o ad addensanti atti ad agevolarne la stesura e a rallentare l’evaporazione dei principi attivi.

Molto usata è la AB57, formulata dall’Istituto Centrale del Restauro. Si tratta di una pasta composta da bicarbonato di sodio, bicarbonato di ammonio, desogen(sale di ammonio quaternario con funzione di tensioattivo neutro con lieve azione biocida), carbossilmetilcellulosa, acqua deionizzata.

Spesso, se non si agisce su pietre carbonatiche, viene aggiunto EDTA. L’azione di questa pappetta è molto lenta e varia a seconda del tipo di sporco. Per rallentarne l’essicazione è possibile ricoprire l’impacco con fogli di polietilene. Quando l’azione di pulitura è completata, il prodotto viene eliminato mediante spazzolatura e lavaggio con acqua deionizzata.

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PULITURA CON ARGILLE ASSORBENTIQuesta tecnica consiste nello sfruttare il potere assorbente di alcune sostanze quali bentonite, sepiolite, attapulgite, che vengono mescolate con acqua deionizzata fino a formare una pasta da applicare sull’oggetto, coperta con teli di garza e, infine, con fogli di polietilene per rallentarne l’essicazione. Essendo i tempi di estrazione molto lunghi, si provvede ciclicamente al reintegro dell’acqua evaporata. Ad essiccazione avvenuta, le croste argillose tenderanno a staccarsi. Nel caso non fosse sufficiente un unico intervento, occorrerà ripetere tale operazione sino a che la pulitura non abbia raggiunto risultati soddisfacenti. Tale metodologia può essere applicata soltanto su pietre compatte e poco assorbenti.

PULITURA MEDIANTE IDROSABBIATURASi tratta di una tecnica in certi casi meno distruttiva. Utile per eliminare vecchi intonaci o pellicole di diversa natura. Consiste nel mescolare al getto d’acqua sabbia di varia granulometria. In questo caso oltre alla forza dell’impatto dell’acqua, viene sfruttato anche il potere abrasivo della sabbia.

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IMPACCO BIOLOGICO

Questa metodologia, simile nella prassi alla precedente con sostanze chimiche a basse concentrazioni o con argilla, si basa sull’attività biologica di alcuni batteriche vengono aggiunti ad una matrice di argilla mediante una soluzione di glicerina ed urea, o sull’attività di enzimi scelti per la loro azione selettiva. Il tempo di applicazione è lungo (anche mesi).

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Pulizia con laser

Particolare da

Ilaria del CarrettoJacopo della QuerciaS. Maria Foris Portam (Lucca)

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Facciata del Duomo di Siena

pulitura dai licheni e dalle macchie nere

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Chimica dei Beni Culturali – 7

Pisa

Battistero - Architrave

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