LA DIAGNOSTICA NEL PROGETTO DI RESTAURO Enna – CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA A CICLO UNICO IN ARCHITETTURA AA LABORATORIO DI RESTAURO DELL’ARCHITETTURA AA Docente – Arch. M. Teresa Campisi Collaboratore al corso Arch. Giuseppe Giugno

La diagnostica nel restauro Le prove diagnostiche hanno la finalità di acquisire quei dati di conoscenza dei materiali, e strutture e dei prodotti di alterazione, che possono essere utili a determinare il più corretto intervento di restauro da operare nel costruito storico. Le prove diagnostiche che possiamo effettuare preventivamente al progetto di restauro, possono dividersi in: - Prove distruttive, che richiedono la perdita, anche piccola di materia, per la determinazione dei dati (p.e. carotaggi strutturali, saggi fondali, prelievi di materiale ai fini della caratterizzazione chimico-fisico- petrografica, etc..) - Prove parzialmente distruttive, ossia prove che determinano, se non la perdita e distruzione del materiale o della struttura, un’alterazione della sue condizioni iniziali (p.e. Prove con martinetti piatti, endoscopia, microcarotaggi, etc..); - Prove non distruttive, in cui i dati vengono determinati indirettamente, senza compromissioni per lo stato della materia o della struttura (indagini soniche, termografiche, georadar, etc..) Le prove diagnostiche possono poi essere finalizzate ad ottenere dati qualitativi o quantitativi, o entrambi. Indagini petrografiche in sezione sottile, ad esempio, forniscono dati qualitativi, relativamente alla struttura petrografica. Indagini chimiche tradizionali, possono invece fornire anche dati quantitativi della quantità rispettiva di diversi composti all’interno della roccia. Carotaggi strutturali forniscono dati puntuali di resistenza e di caratteristiche meccaniche delle strutture, ma non consentono di fornire un quadro qualitativamente sintetico del comportamento strutturale globale.

LA DEFINIZIONE DEL PROGRAMMA DIAGNOSTICO Il programma diagnostico deve essere messo a punto successivamente alle necessarie fasi di conoscenza e caratterizzazione delle strutture e dei materiali, in modo da evitare l’esecuzione irrazionale di prove, peraltro costose, e non utili ai fini prefissati, nonché a limitare, per quelle distruttive o parzialmente distruttive, un’eccessiva manomissione e perdita del materiale. Pertanto, primariamente alla definizione del programma diagnostico, devono essere acquisiti, tutti i dati utili alla conoscenza dei materiali e delle strutture, tramite: - il rilievo della struttura, capace di far rilevare, anomalie della fabbrica, indicative di eventuali fenomeni di alterazione (p.e. muri in falso su solai, muri in falso in elevato, riduzioni della muratura portante, dovute all’apaertura di vani, etc…); - La conoscenza dei materiali, rilevata visivamente, e/o attraverso la documentazione storica (relazioni di misura e stima, capitolati, relazioni di restauri, etc…); - La mappatura dei degradi, che possa concentrare le analisi ed i saggi utili ad approfondire le cause ed i processi di deterioramento, analizzando puntualmente singole parti; - Il rilievo del quadro fessurativo, in modo da verificare lo stato di sollecitazione o le caratteristiche di resistenza meccanica, in alcuni punti della struttura.

Indagini Mineralogico-petrografiche Le principali indagini utili a comprendere le caratteristiche mineralogico- petrografiche dei materiali lapidei sono costituite da: - Studio in sezione sottile con osservazione al microscopio ottico polarizzatore (immagini a Nichols paralleli ed incrociati). Scopo: conoscenza morfologica e tessiturale (aggregazione dei vari elementi componenti, stato e taglia dei cristalli presenti, etc… ) dei componenti mineralogici di un materiale lapideo (artificiale o naturale). - Diffrattometria a raggi X (individuazione delle fasi mineralogiche presenti).

Studio in sezione sottile Le fasi per realizzare uno studio in sezione sottile sono le seguenti: 1. Preparazione della sezione sottile per l’osservazione - Campionamento del materiale con prelievo in situ di un frammento di piccole dimensioni (almeno 3x 2x0,5 cm); - Taglio con disco diamantato del campione fino all’ottenimento di una sezione sottile di alcune decine di micron; - - Incollaggio della sezione su vetrino con resine acriliche; - - levigatura e finitura per abrasione con polvere di Carbonio, di taglia via via più sottile della superficie; - - ricoprimento finale con vetrino copri-oggetto. 2. Osservazione al microscopio polarizzatore Due tipi di osservazione: - A Nichols incrociati - A Nichols paralleli - A nichols paralleli

LA DIAGNOSTICA PER L’INDIVIDUAZIONE DI BIODETERIOGENI O DI MATERIALI ORGANICI Osservazione al microscopio ottico con colorazione istochimica per materiali organici Metodi di colorazione istochimica del campione in sezione sottile: Consentono colorando con dei coloranti specifici per materiale proteico (Rosso Poceau o Amido Blank) di individuare la presenza di proteine contenute nell’uovo, nella colla, o in altri materiali proteici; O con coloranti specifici per materiali lipidici (olii, cere, resine), come l’Oil red o il Sudan Black di stabilire la presenza di materiali lipidici. Riconoscimento delle sostanze lipide Il riconoscimento dei diversi tipi di lipidi impiegato, va fatto sotto somministrazione di calore, per il diverso punto di fusione delle diverse sostanze grasse (cera 60°C, resine a partire da 120°C, etc…). Se a quelle temperature si formano bollicine, si individuano le diverse sostanze. Riconoscimento delle sostanze proteiche Il riconoscimento delle proteine va fatto invece inserendo un antigene-anticorpo nelle proteine (stimolano la produzione di anticorpi) specifici, marcato con una sostanza fluorescente. L?osservazione al microscopio in luce ultravioletta della parte eventualmente fluorescente, permette di individuare la specifica proteina.

LA DIAGNOSTICA PER L’INDIVIDUAZIONE DI BIODETERIOGENI O DI MATERIALI ORGANICI Osservazione allo stereomicroscopio Per Funghi e Licheni, tale osservazione permette di individuare la presenza dii eventuali talli od ife, che possano diagnosticare la presenza di tali organismi. Identificazione e classificazione dei microorganismi in terreni di coltura Preparazione di un terreno di isolamento per organismi autotrofi (alghe, p.e.) Il terreno di coltura sarà in questo caso esclusivamente minerale, privo di sostanze organiche che determinerebbero la crescita anche di eterotrofi, con Ph relativo alla crescita ottimale della specie (p.e. per alghe blu-verdi Ph 7,5-8), ed inserimento di oligo-elementi presenti naturalmente nell’acqua piovana. Il terreno viene poi distribuito in provette, tappate e sterilizzate in autoclave a 120°C per 15 min. A questo punti i campioni prelevati vengono seminati nei terreni, in sospensione in soluzione fisiologica. Osservazione di preparati a fresco al microscopio ottico. Si pone una goccia di liquido non colorante o di acqua su un vetrino, trasportandovi poi, con un’ansa sterilizzata, una piccola porzione della colonia proveniente dalla piastra di isolamento, e la si copra poi con un vetrino porta-oggetto. Si possono osservare fino a 600x Funghi, Alghe, Licheni. La forma della colonia, anch’essa utile alla classificazione può essere invece effettuata tramite sola visione allo stereomicroscopio a 100x. Osservazione di Preparati a secco (Batteri) L’osservazione per i batteri necessita di maggiori ingrandimenti (1000 – 1200 x) e va fatta con l’impiego di un obiettivo ad immersione. Si depone analogamente a prima una goccia di liquido su cui viene deposta la colonia batterica, e la si fissa, tramite riscaldamento. Una volta fissati i batteri si procede alla colorazione.Le colorazioni possono essere fatte con un colorante che individua sole sostanze organiche, o con coloranti specifici per diverse materie (proteine, grassi, etc..). Una colorazione impiegata per le specie batteriche è la colorazione di Gram, che permette di distinguere i batteri nelle categorie dei Gram + o Gram -, a seconda che trattengano o meno tale colorazione. L’osservazione al microscopio individua batteri Gram+ (colorati di viola), e Gram _ (colorati di rosso), in relazione agli specifici coloranti adoperati.

INDAGINI QUALITATIVE, RIVOLTE ALLA CONOSCENZA DELLE CONDIZIONI MORFOLOGICHE O MATERICHE DELLA STRUTTURA E\O DEL MATERIALE Le indagini utili ad indagare la morfologia o la tipologia delle murature possono dividersi in: - Indagini termografiche, atte a rilevare la presenza di strutture sottostanti allo strato di intonaco e non visibili ad occhio nudo; - indagini tramite georadar, atte a individuare sia la presenza di preesistente strutture poste sotto il livello del suolo (tracce di precedenti impianti, variazioni delle strutture fondali), sia a determinare, sempre tramite metodi indiretti, consistenza e morfologia di sezioni murarie; - indagini endoscopiche capaci di consentire la verifica delle condizioni dell’interno di una struttura muraria (caratteristiche della murature, tipo e condizione delle malte, discontinuità, etc…); - Indagini ultrasoniche, atte a valutare la consistenza interna di una sezione muraria, attraverso metodologie indirette; INDAGINI RIVOLTE ALL’ACCERTAMENTO DEI PARAMETRI MECCANICI DELLE STRUTTURE Determinazione di parametri meccanici quantitativi utili alla determinazione del comportamento meccanico ed alla modellazione strutturale dell’edificio -prove in laboratorio su campioni estratti (carote), utili a determinare i valori di resistenza del materiale murario; - uso di martinetti piatti, utili a rilevare lo stato pensionale di tratti delle murature, che possano mettere in luce il comportamento strutturale globale della fabbrica; - prove sclerometriche, atte a determinare il valore di resistenza massima a rottura per compressione di una muratura, attraverso rilevamento indiretto;

INDAGINI ATTE A DETERMINARE LE CONDIZIONI DI STABILITÀ DELLA COSTRUZIONE Rivolte al controllo ed all’accertamento dello stato deformativo e\o fessurativo delle strutture), essenzialmente di tipo geometrico, ovvero con strumentazioni che misurano distanze, angoli, spostamenti. - controlli di orizzontalità (tramite livellazioni) al fine dell’accertamento di eventuali cedimenti dei piani di appoggio; - controlli di verticalità (rotazioni delle pareti murarie, fuori piombo, etc), tramite inclinometri (misurazione di angoli), tacheometri, e in maniera più elementare filo a piombo; - controllo e monitoraggio di eventuali fessurazioni esistenti, tramite letture periodiche delle lesioni (uso di fessurimetri, deformometri, monitoraggi strutturali in continua); - prove di carico dei solai, atte a determinare la portanza di una struttura orizzontale, e quindi utile alla calibrazione dell’intervento conservativo ed alla necessaria garanzia di ‘sicurezza’ che deve essere assolta dalla costruzione;

INDAGINI QUALITATIVE, RIVOLTE ALLA CONOSCENZA DELLE CONDIZIONI MORFOLOGICHE O MATERICHE DELLA STRUTTURA E\O DEL MATERIALE Endoscopia Gli endoscopi sono strumentazioni capaci di raggiungere cavità inaccessibili all’osservazione diretta. Hanno dimensioni molto ridotte da qualche cm. a pochi mm. Descrizione Le prove endoscopiche consentono di osservare con un osservazione visiva delle parti interne di una sezione muraria: caratteristiche tecnologiche (tipologie murarie), variazioni morfologiche, presenza di cavità interne, etc… Strumentazione Esistono due tipi fondamentali di strumentazione endoscopica: - un sistema a struttura rigida, rifacentesi a sistemi ottici tradizionali, costituito da un obiettivo abbinato ad uno o più prismi ottici che trasportano l’immagine dell’interno al piano focale di un oculare esterno. Le aste sono prolungabili fino a 8 mt. mentre il diam. è sempre di alcuni cm. - All’altra estremità dell’oculare è collegata una fotocamera che permette la registrazione delle immagini visionate. - un sistema a fibre ottiche per il trasporto dell’immagine. Pur non essendo prolungabili hanno il vantaggio di essere flessibili, e di avere dimensioni inferiori al cm.

ENDOSCOPIA - Esecuzione dell’indagine - L’esecuzione della prova endoscopica prevede le seguenti fasi: - 1. Esecuzione di un foro d’ispezione con diam. di circa mm, eseguito con carotatrice a rotazione (per meno disturbare la muratura); - 2. inserimento di un riferimento metrico dentro il foro; - 3. inserimento della sonda endoscopica collegata ad una sorgente di luce; - 4. avanzamento lento e singole riprese durante i diversi passaggi.

INDAGINI SONICHE/ Auscultazione sonica (impact hammer) Tali indagini, assolutamente non distruttive, consentono di determinare lo stato di alterazione e la morfologia di una sezione muraria, attraverso la velocità di propagazione di onde soniche in un mezzo, secondo la relazione V= s/t, dove V, velocità dell’onda, s distanza da percorrere, t, tempo impiegato. Più veloce è la velocità di propagazione di tali onde, maggiormente compatto è il materiale, viceversa, la maggiore lentezza indica e permette di individuare vuoti o cavità presenti all’interno delle murature. Descrizione ed esecuzione Le onde soniche attraversando un mezzo vengono in parte riflesse in parte rifratte quando incontrano valori diversi di densità. Generalmente vengono impiegate per determinare lo stato di maggiore o minore coesione del sistema malta-materiale lapideo o mattone in una muratura. Il sistema si basa su impulsi emessi da una sorgente di emissione (martello, vibratore elettromagnetico o ad aria compressa, etc..) L’onda percorrendo il mezzo trasmette il segnale a dei sensori opportunamente posizionati, i quali trasmettono a loro volta il segnale ad un oscilloscopio che ne registra le frequenze. Le prove soniche, considerando che a parità di materiale lapideo o mattoni, riescono a rilevare le cavità dovute spesso a decoesionamento delle malte, si rivelano utili ad essere impiegate quali strumenti di controllo di interventi di consolidamento. Le murature devono essere rivestite di sottile strato di stucco per migliorare l’auscultazione. Limiti: le prove sono influenzate da elevata umidità della muratura, o nei casi si misura per riflessione (da un solo lato) L’efficienza delle indagini si riduce.

INDAGINI SONICHE

GEORADAR/TOMOGRAFIA SONICA Tomografia sonica La prova è derivata da applicazioni in campo medico dove la Tomografia assiale computerizzata (TAC) è da tempo impiegata per indagini diagnostiche. Si basa anche qui sul rilevamento del tempo occorso all’onda per attraversare una sezione muraria. Tali rilevamenti consentono di ottenere indagini su sezioni piane, che possono essere tradotte in immagini a falsi colori, indicative delle diverse resistenze o stato di disgregazione del materiale. Le indagini forniscono un immagine qualitativa e non quantitativa, ma possono essere molto utili a valutare lo stato di conservazione della struttura muraria. Il Georadar, primariamente impiegato per il rilevamento, tramite onde elettromagnetiche (radar) di murature archeologiche interrate, ha metodologia analoga. Recentemente se ne è esteso l’uso anche al rilevamento delle condizioni di omogeneità o disomogeneità delle murature.

MARTINETTI PIATTI L’indagine con martinetti piatti permette di rilevare: - lo Stato di sollecitazione di una struttura muraria - il modulo elastico - la resistenza a compressione Tale prova è parzialmente distruttiva, dal momento che viene effettuato uno schiacciamento in opera, per il rilevamento dei valori di resistenza della muratura. Misura dello stato di sollecitazione La determinazione della Sollecitazione è basata sul rilascio tensionale causato da un taglio piano, normale alla muratura. Vengono applicati due punti di riferimento per misurare la distanza iniziale tra i due punti a cavallo del Taglio. Viene, dopo effettuato il Taglio, inserito all’interno un sottile martinetto piatto ed aumentata la pressione fino ad annullare la deformazione avvenuta dopo il rilasciamento del Taglio. La pressione esercitata dal martinetto risulterà uguale alla sollecitazione preesistente nella muratura, a meno di parametri correttivi in funzione dell’area del martinetto e del bordo di saldatura.

MARTINETTI PIATTI Misura della deformazione e della resistenza a compressione La misura delle deformazioni viene eseguita tramite l’impiego di estensimetri meccanici rimovibili, che rilevano gli spostamenti fra tre coppie di basi di misura disposti perpendicolarmente al taglio. Nelle prove atte a determinare la resistenza a compressione viene inserito un secondo martinetto piatto, parallelo al primo ad una distanza di circa 50 cm, delimitando un campione di muratura, su cui gli stessi martinetti effettuano una compressione monoassiale. Vengono posizionati estensimetri nelle due direzioni, per determinare i moduli di deformabilità. La prova a resistenza a compressione, si effettua portando il campione murario a rottura.