RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

RECUPERO E CONSERVAZIONE DEI BENI ARCHITETTONICI: MATERIALI NANOSTRUTTURATI E TECNOLOGIE INNOVATIVE

Università di riferimento

Università degli Studi di PALERMO - PROGETTO E COSTRUZIONE EDILIZIA - ()

Responsabile dell'Unità di ricerca

Alberto Sposito

Descrizione

1. PRESENTAZIONE - Nell’ambito della conservazione dei Beni Culturali, il Dipartimento, cui afferisce l’Unità di Ricerca UR/1, ha attivato numerose ricerche attraverso collaborazioni con Istituzioni internazionali e nazionali, sulle patologie dei materiali lapidei naturali ed artificiali, sulle metodologie di intervento conservativo, promovendo convegni e seminari per il confronto interdisciplinare. In questi anni, in particolare, sono stati attenzionati i siti archeologici di Solunto, Morgantina, Piazza Armerina, Pantelleria. Il Dipartimento è dotato di un laboratorio di diagnostica sperimentale sui materiali e sui prodotti per l’architettura, di un laboratorio fotografico digitale e di adeguate attrezzature informatiche.

2. L’AMBITO DI RICERCA - Le NANOTECNOLOGIE, come visto, possono contribuire a migliorare ed implementare gli attuali metodi e prodotti per la conservazione ed il restauro, a crearne e sperimentarne di nuovi, mirati alle esigenze specifiche. Rispetto ai materiali tradizionali, i NANOMATERIALI sono caratterizzati da una superiore penetrabilità, viscosità, compatibilità, conducibilità termica o magnetica, maggiore isolamento termico, caratteristiche che possono risolvere varie problematiche legate, ad esempio, a fenomeni quali il rigetto dell’intervento effettuato o la presenza di prodotti di neoformazione sui materiali trattati. Le applicazioni nel settore del restauro e della conservazione sembra possano fornire un notevole impulso all’innovazione nei processi e nei prodotti tradizionali, rendendo l’intervento sul manufatto storico meno invasivo, più compatibile, affidabile e duraturo.
Possibili applicazioni delle nanotecnologie nel settore della conservazione sono:
- Trattamenti superficiali (protettivi, impermeabilizzanti, autopulenti, etc.);
- Nuovi prodotti per il consolidamento e la protezione di materiali lapidei naturali ed artificiali (più compatibili, traspiranti, etc.); <br />- Nuovi strumenti e prodotti per il consolidamento strutturale (barre, cuciture, incollaggi, sarciture, etc.).

3. OBIETTIVI DEL PROGETTO – L’Unità Locale (UR/1), nell’ottica dell’innovazione tecnologica e dell’interdisciplinarietà, si propone di affrontare con gli strumenti derivanti dalle nanotecnologie, alcune delle problematiche conservative legate all’uso di materiali e prodotti, che a distanza di tempo si sono rivelati non adeguati. In particolare, con le attrezzature a disposizione nel Laboratorio di diagnostica del D.P.C.E. e attraverso le collaborazioni con Istituti esterni, si studieranno alcuni fenomeni di degrado a carico dei materiali lapidei naturali ed artificiali, secondo le acquisizioni raggiunte e fornite dalle Unità UR/2 e UR/3. Con le attività di ricerca l’UR/1 ha l’obiettivo di migliorare, attraverso l’uso delle nanotecnologie, le caratteristiche di affidabilità, compatibilità e durata nel tempo dei prodotti esistenti sul mercato per il restauro e la conservazione di manufatti storici, attraverso la sperimentazione di prodotti innovativi, i nanomateriali.

4. I TEMI DI RICERCA - Nell’ambito dell’applicazione delle nanotecnologie nel settore della conservazione dei Beni Architettonici, sono stati identificati due campi di sperimentazione.

4.1 NANOPARTICELLE DI CARBONATO DI CALCIO PER LA CONSERVAZIONE DI MATERIALI LAPIDEI NATURALI - Le rocce di natura carbonatica, utilizzate quale materiale da costruzione ed esposte agli agenti atmosferici, si degradano naturalmente; in alcuni casi (per la natura particolare della roccia o per atmosfere particolarmente aggressive) i meccanismi di degrado sono accelerati fino a causare il disfacimento del materiale lapideo. Le CALCARENITI, rocce derivanti dalla deposizione marina di sabbie sui fondi marini, possono presentare una variabilità di composizione e di caratteristiche fisiche relativamente ampia. Una delle caratteristiche di queste rocce è la presenza di sottili fessure riempite di CALCITE SPATICA, dovute a piccole fratture del banco arenaceo, in seguito riempite da deposizioni di CaCO3, che costituiscono superfici di discontinuità nella massa rocciosa con possibilità di distacco del materiale a blocchi. L’esperienza ci assicura che l’acqua è la principale causa del degrado di queste rocce poiché scioglie il cemento calcitico che tiene uniti i granuli sabbiosi.
A titolo di esempio confrontiamo due arenarie molto conosciute che caratterizzano i monumenti di Firenze: la PIETRA FORTE e la PIETRA SERENA. Le porosità medie delle due rocce sono identiche, ma diverse sono le loro capacità di imbibizione (1,40 contro 3,6). Quindi il tipo prevalente di degrado si prospetta diverso nelle due rocce: la scarsa permeabilità della PIETRA FORTE porta ad alterazioni solo chimiche, nella PIETRA SERENA invece, la disgregazione è sostanzialmente di tipo fisico. L’acqua penetra fra i granuli, rigonfia eventuali minerali argillosi, facendo perdere coesione e l’elevata porosità permette l’accumulo di elevate quantità di acqua nel reticolo poroso che congelando provoca la disgregazione della roccia. Si comprende, pertanto che un fattore importante per il degrado di queste rocce è l’esposizione dopo la messa in opera all’acqua e al vento.
SOLUZIONI ATTUALI: Le tecniche di intervento conservativo per il consolidamento o la protezione, prevedono l’utilizzo di materiali moderni di non certa compatibilità con il materiale lapideo, che spesso, dopo una prima fase di riuscita dell’intervento, a distanza di tempo hanno causato l’accelerazione dei meccanismi alla base del degrado del materiale o ne hanno apportato di nuovi.
SOLUZIONI IPOTIZZABILI: Si propone di sperimentare l’utilizzo del carbonato di calcio, in dimensione nanometrica ed in opportuni solventi, per ripristinare la coesione intergranulare nelle rocce carbonatiche decoese.
CONTATTI E DITTE PRODUTTRICI: Dr.ssa Tsung-Tsan Su, ITRI Industrial Technology Research Institute, TAIWAN, (Direttrice dell’Istituto ITRI); Soprintendenze ai BB.CC.e AA. di Enna e Palermo.

4.2 MALTE DA RESTAURO NANOSTRUTTURATE - I materiali utilizzati per il restauro di rocce di natura carbonatica, ed in particolare di rocce sedimentarie di origine marina quali le biocalcareniti, a distanza di tempo, hanno dato spesso risultati insoddisfacenti. Nel caso delle malte da restauro, una scelta non adeguata ha comportato spesso la disgregazione o il ritiro, con conseguente distacco, della malta o, in altri casi, il degrado del materiale lapideo a contatto con la malta.
SOLUZIONI ATTUALI: Le tecniche di intervento conservativo per l’allettamento dei conci, la stilatura dei giunti e l’integrazione delle lacune, prevedono prevalentemente l’utilizzo di malte bastarde o di malte a base di calce idraulica, arricchite da additivi vari.
SOLUZIONI IPOTIZZABILI: Si propone di sperimentare nuove malte da restauro a base di nanoparticelle di carbonato di calcio, opportunamente stabilizzate, con inerti vari e/o con l’utilizzo di nanofibre di carbonio. In particolare, i nanotubi di carbonio di cui sono costituite le nanofibre, sono larghe molecole di carbonio puro di lunghezza e spessore simile ai tubi, del diametro di circa 1-3 nanometri e lunghe migliaia di manometri. Come singole molecole, i nanotubi sono 100 volte più resistenti dell’acciaio e pesano un sesto dello stesso acciaio. Alcuni nanotubi di carbonio sono ottimi conduttori di elettricità e calore; in relazione alla loro configurazione altri agiscono come semiconduttori. Per tali caratteristiche i nanotubi di carbonio sono considerati una delle più promettenti applicazioni delle nanotecnologie con un ampio potenziale di utilizzi commerciali.
CONTATTI E DITTE PRODUTTRICI: Prof. Seeram Ramakrishna, NUS National University of Singapore (Direttore dei Nanobioingeneering Labs impegnati nella produzione di nanofibre di carbonio), MAPEI, ditta italiana che lavora nel settore del restauro e che di recente si è accostata alle nanotecnologie; Soprintendenze ai BB.CC.e AA. di Enna e Palermo.

5. FASI OPERATIVE - La ricerca sarà articolata in nove fasi operative, brevemente descritte di seguito; per ciascuna fase sono indicate i compiti dell’UR/1 con il supporto delle UR/2 e UR/3.
5.1 RICERCA BIBLIOGRAFICA GENERALE (UR/1)
5.2 STUDIO DEI MECCANISMI DEL DEGRADO IN QUESTIONE, FENOMENI E CAUSE GENERATRICI - Sarà effettuata un’indagine, adeguata al materiale di cui ai tre temi di ricerca (UR/1):
5.2.1 Raccolta e schedatura di esempi in campo (Solunto, Morgantina e Pantelleria).
5.2.2 Indagine bibliografica di settore.
5.3 STUDIO DELLE SOLUZIONI APPLICATE E DEI MATERIALI ESISTENTI SUL MERCATO (UR/1)
5.3.1 Ricerca e schedatura di esempi in campo (Pompei, Morgantina, Agrigento, Selinunte e Solunto).
5.3.2 Ricerca e schedatura di prodotti di settore e ditte produttrici.
5.3.3 Indagine bibliografica di settore.
5.4 RISULTANZE E RENDICONTO DELL’UNITÀ DI RICERCA UR/1, RACCOLTA E CONFRONTO DEI DATI PRODOTTI DALLE ALTRE UNITÀ DI RICERCA UR/2, UR/3.
5.5 INDIVIDUAZIONE DELLE PROBLEMATICHE E REQUISITI DEI MATERIALI NANOSTRUTTURATI (UR/2, UR/3).
5.5.1 Identificazione di una nuova soluzione con materiali nanostrutturati.
5.5.2 Miglioramento di una soluzione esistente attraverso le nanotecnologie.
5.6 SPERIMENTAZIONE IN LABORATORIO DELLA NUOVA SOLUZIONE (UR/1, UR/2, UR/3).
5.7 SPERIMENTAZIONE IN CAMPO DELLE NUOVE SOLUZIONI (UR/1).
Con la disponibilità delle Soprintendenze locali si effettueranno sperimentazioni ed applicazioni delle tecnologie e dei prodotti messi a punto in laboratorio direttamente su manufatti archeologici nei siti di Solunto, Morgantina, Piazza Armerina e Nicosia.
5.8 SINTESI DEI RISULTATI E CONFRONTO CON LE SOLUZIONI ESISTENTI SUL MERCATO (UR/1).
5.9 PUBBLICAZIONE DEI RISULTATI DI RICERCA (UR/1).

6. TEMPI DI ELABORAZIONE – I 24 mesi indicati nel programma di ricerca sono così ripartiti per ogni fase operativa:
1° ANNO: 2 mesi - fase 5.1
3 mesi - fase 5.2;
6 mesi - fase 5.3;
1 mese - fase 5.4;
2° ANNO: 2 mesi - fase 5.5;
2 mesi - fase 5.6;
3 mesi - fase 5.7;
2 mesi - fase 5.8;
2 mesi - fase finale 5.9;
1 mese - rendicontazione al Coordinatore nazionale.