Materiali di interesse artistico e archeologico

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1 Materiali di interesse artistico e archeologico Materiali lapidei (rocce, minerali) Materiali pittorici (pigmenti, coloranti, leganti) Materiali ceramici (terracotta porcellana) Materiali vetrosi (vetro, ossidiana) Materiali metallici (metalli puri, leghe) Materiali organici (vegetali, animali) Definizione di materiali lapidei Materiali di origine inorganica costituiti da minerali e/o rocce Minerali: : sostanze inorganiche aventi struttura cristallina e composizione ben definite (ma non fissa). Rocce: aggregati di minerali Monomineraliche (quarzite, marmo) Polimineraliche (granito, arenaria) Che cos è un minerale? Che cos è un minerale? NATURALE: si forma per processi naturali (non in laboratorio!) Un minerale è un solido cristallino naturale, con un elevato ordinamento a scala atomica ed una definita (ma non fissa) composizione chimica, che si forma generalmente da processi inorganici. SOLIDO: non è un liquido o un gas CRISTALLINO: presenta un reticolo strutturale interno di atomi (ioni, molecole, gruppi) disposti secondo un modello geometrico regolare (STRUTTURA CRISTALLINA). Solidi naturali in cui manca una disposizione ordinata degli atomi sono chiamati amorfi (esempio: vetro vulcanico). COMPOSIZIONE CHIMICA DEFINITA: implica che questa composizione può essere espressa da una specifica formula chimica. Calcite pura: CaCO 3 ; calcite magnesifera: (Ca,Mg)CO 3 FORMATO GENERALMENTE DA PROCESSI INORGANICI: esistono composti di origine organica che soddisfano tutte le caratteristiche richieste a un minerale (esempi: guscio di un mollusco carbonato di calcio (CaCO 3 ); guscio o la perla di un ostrica aragonite (CaCO 3 ). LE ROCCE Le rocce sono aggregati di minerali che si formano in seguito a complessi processi geologici che avvengono nella litosfera. Alcuni esempi MINERALI Le rocce monomineraliche sono formate da un solo tipo di minerale come il marmo (carbonato di calcio) ed il salgemma (cloruro di sodio). Le rocce composte (o polimineraliche) ) sono formate da 2 o più minerali diversi come il granito (quarzo + mica + ortoclasio). Quarzo (SiO 2 ) Quarzite ROCCE Calcite (CaCO 3 ) Marmo 1

2 CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE Rocce ignee o magmatiche: provengono dalla solidificazione del magma. Rocce sedimentarie: derivano dall accumulo, accumulo, compattazione e cementazione di materiali incoerenti (sedimenti) presenti sui fondali marini, lacustri o sulla superficie terrestre. A loro volta i sedimenti si formano per l azione l degli agenti esogeni su rocce preesistenti cui fa seguito il processo sedimentario (DIAGENESI). Rocce metamorfiche: si formano in seguito a profonde trasformazioni strutturali e chimiche di altre rocce sottoposte a variazioni di pressione e temperatura. Definizione Materiali trasformati meccanicamente (lapidei) argill a Materiali trasformati chimicamente (ceramica, vetro, lega) Utilizzo dei materiali lapidei Materiali utilizzati per scopi diversi: ad uso edile pietre da costruzione (marmo, arenaria, ) ad uso ornamentale decorazioni, rivestimenti, (marmo, pietre semipreziose come giada, turchese..) ad uso utensile (selce, ossidiana, ) Principali materiali lapidei Rocce sedimentarie Arenaria Rocce calcaree Alabastro Selce Rocce magmatiche Basalto Granito Ossidiana Rocce metamorfiche Marmo Quarzite Steatite Minerali Turchese Giada (giadeite, nefrite) Altre gemme Pigmenti inorganici Mat.. Artificiali Stucchi Intonaci Malte Lo studio scientifico dei materiali lapidei èimportanteper Studi di provenienza Definizione dei litotipi utilizzati (naturali e/o artificiali) Caratterizzazione dei materiali e delle tecniche di costruzione e lavorazione Studi di provenienza Informazioni tecnologiche Caratterizzare lo stato di degrado e conservazione Conservazione e restauro Materiali trasformati chimicamente (ceramica, vetro, lega): il manufatto è poco correlabile alla materia prima DIFFICILI Materiali trasformati meccanicamente (lapidei): il manufatto è correlabile alla materia prima FACILI 2

3 Rocce carbonatiche I calcari e le pietre calcaree sono tra le più comuni rocce presenti sulla terra, al pari delle rocce silicee. Rocce sedimentarie costituite prevalentemente da calcite (CaCO3). GENESI: Si formano per precipitazione di carbonato di calcio in acque marine o per l accumulo l di frammenti di rocce calcaree o di gusci (o frammenti di gusci) calcarei di organismi. CARATTERISTICHE: Il calcare si presenta come un materiale molto duro ma, per la sua natura chimica, attaccabile dagli agenti atmosferici. UTILIZZO: Si tratta di materiali molto utilizzati già in antichità per la costruzione di edifici. Nell antica Grecia il calcare ha preceduto il marmo nella scultura. Nel medioevo fu usato estesamente nella costruzione degli edifici religiosi, in particolare per le cattedrali (Notre Dame a Parigi, cattedrale di Siviglia) Monumenti pugliesi S. Croce (Lecce) Basilica di San Nicola (Bari) Pietra leccese Roccia carbonatica della famiglia delle calcareniti mioceniche. All'esame petrografico appare composta da un impasto granulare inglobato nel cemento calcitico. Costituente fondamentale ne è il carbonato di calcio CaCO 3. La caratterizza la presenza di numerosi frammenti di fossili, a volte conservati quasi integralmente. La presenza di granuli di altri minerali come glauconite, quarzo, feldspati, muscovite, fosfati e materiali argillosi (in percentuale assai minoritarie) ne determina le sue diverse varietà, più dure e resistenti, oppure più tenere e duttili. pietra leccese La pietra leccese presenta, diverse tipologie che si distinguono per colore, granulometria, omogeneità, grado di compattezza ed età. Tra queste da ricordare le varietà più usate nel campo dell architettura, come la cucuzzara, tosta, bianca, dolce, saponara, gagginara e niura. Marmo Il marmo è il materiale lapideo più famoso, ineguagliabile dal punto di vista estetico e storico. Roccia metamorfica composta prevalentemente da carbonato di calcio (calcite,, fino al 99%). GENESI: si forma per metamorfismo di rocce calcaree preesistenti. CARATTERISTICHE: Il marmo si presenta candido, con vari tipi di grana; le venature indicano le impurità della composizione mentre il colore è determinato dalla presenza dei minerali accessori. Si tratta di un materiale molto duro ma poco resistente agli agenti atmosferici,, in particolare al fenomeno delle piogge acide UTILIZZO: : In antichità il marmo era un materiale molto pregiato ed oggetto di intensi scambi commerciali; l utilizzo era per lo più per la statuaria, le iscrizioni,, i templi, gli archi di trionfo e le costruzioni private Penisola greca (Hymettos, Pentelikon) e le isole egee (Naxos, Paros nelle Cicladi); Asia Minore (Proconnesos, Dokimeion, Usak) Italia (Carrara); Africa (Tunisia) Pirenei. Distribuzione delle cave di marmo nell area mediterranea: settentrionale I marmi di maggior pregio sono considerati essere quelli delle cave greche e di Carrara; i marmi apuani, bianchissimi, sono puri, cioè composti quasi interamente da calcite 3

4 Studi sul marmo Il marmo si presta bene agli studi di provenienza; molto utilizzata è la tecnica della determinazione dei rapporti isotopici (i rapporti tra le quantità di due isotopi dello stesso elemento o di elementi diversi, es. 13 C/ 12 C, 18 O/ 16 O) in quanto questi parametri hanno valori simili all interno di una cava ma differenti da cava a cava e soprattutto da zona a zona I valori dei rapporti isotopici delle principali sorgenti di marmo utilizzate nell antichit antichità sono noti e tabulati, quindi è possibile in molti casi risalire in questo modo alla provenienza di campioni incogniti Quarzite Roccia metamorfica composta principalmente da quarzo (SiO ). 2 GENESI: si forma per metamorfismo dall arenaria. CARATTERISTICHE: La quanzite si presenta di aspetto biancastro e per lo più opaca (a differenza del quarzo), essa è molto dura e molto resistente agli agenti atmosferici. UTILIZZO: molto usata come materiale per costruzioni o monumenti. Un esempio noto di monumento in quarzite è costituito dai Colossi di Memnone,, due statue megalitiche fatte costruire durante la XVIII Dinastia dal faraone Amenhotep III nei pressi di Luxor, sulla riva sinistra del Nilo. I due famosi colossi sono le due statue che fiancheggiavano l'ingresso del tempio funerario del faraone, oggi quasi completamente scomparso. Rappresentano entrambi il re seduto, con ai lati, di proporzioni ben più piccole, due donne: la madre Mutemuia e la "grande sposa" Teie. I colossi hanno resistito all usura del tempo e dell uomo per secoli, grazie alle caratteristiche della quarzite. Colossi di Memnone Cave di Gebel el Ahmar Basalto, Arenaria e Granito Tra i materiali lapidei, basalto, arenaria e granito sono considerati l'estremo opposto rispetto al marmo o ad altri materiali utilizzati a scopo decorativo. Si tratta di rocce silicatiche, cioè costituite prevalentemente da minerali della famiglia dei silicati. Basalto: roccia ignea effusiva di origine vulcanica, composta per lo più da silicati, di aspetto grigio- nero, estremamente dura e resistente. Arenaria: roccia sedimentaria formata da sabbia quarzifera; essa è relativamente tenera e porosa. Granito: roccia ignea a grana grossa, piuttosto eterogenea e composta dai i minerali quarzo, mica e ortoclasio, molto dura e resistente UTILIZZO: Rocce impiegate in grandi unità strutturali a scopo unicamente edilizio, ad esempio nei circoli di pietre di numerosi siti archeologici nell'europa Occidentale (Callanish( Callanish,, Stonehenge, Carnac), oppure per edifici civili in età più recente. Colossi Due blocchi alti 20 metri e dal peso di 700 tonnellate Sulla base del contenuto di metalli (studio degli anni 70), la quarzite proviene dalle cave di Gebel el Ahmar,, 600 Km a nord controcorrente I più famosi manufatti di questo tipo sono senz altro il circolo di pietre di Stonehenge, nella Salisbury Plain (Inghilterra SW) e la Stele di Rosetta Selce La selce è una roccia sedimentaria organogena. E E costituita da un aggregato finissimimo di silice e si forma per processi di dissoluzione e riprecipitazione di silice. Si rinviene in livelli e noduli nei calcari. Gli oggetti in selce sono caratterizzati dalla frattura concoide UTILIZZO: : La selce è considerata il materiale più utilizzato nella manifattura di utensili durante l etl età della Pietra o il Paleolitico; con essa si forgiavano utensili di vario impiego, dalle stoviglie alle armi. Essendo poche le sorgenti di selce ma elevato il suo uso in età archeologica, lo studio della sua composizione può dare informazioni ioni sulle rotte commerciali nella preistoria Steatite Steatite o Pietra saponaria: roccia metamorfica costituita prevalentemente da talco (Mg 3 (Si 4 O 10 )(OH) 2 ). CARATTERISTICHE: : solitamente si presenta bianca, verde o grigia, e saponosa al tatto, tanto che in inglese si chiama soapstone.. Data la sua composizione, è molto tenera e facile da lavorare (scala di Mohs: : 1) UTILIZZO: Nel Nord America le tribù indiane usavano la steatite per confezionare i calumet della pace. La steatite era molto utilizzata dagli Egizi per la manifattura di perle, vasi e altri piccoli oggetti come gli scarabei. Pare che avesse effetti benefici sullla salute 4

5 Ossidiana L ossidiana, dal punto di vista strutturale non si può considerare un materiale lapideo bensì vetroso: si tratta infatti di un vetro di origine vulcanica, composto quindi in prevalenza da SiO 2 amorfa (attenzione: non da quarzo). Tuttavia, le sue caratteristiche dal punto di vista tecnologico la fanno rientrare e in questa categoria UTILIZZO: L ossidiana L fu molto utilizzata nel periodo Neolitico come materiale per la manifattura di utensili da taglio e, in seguito, per oggetti ornamentali quali vasi e statue. Nelle culture precolombiane veniva usata per statue, maschere, specchi e coltelli.. Si tratta quindi di un materiale diffuso in tutto il mondo e certamente c trasportato su rotte commerciali di ampia portata. Studi sull ossidiana Materiale quasi ideale per gli studi di provenienza in quanto prodotto solo dall azione azione dei vulcani; le sorgenti sono limitate e omogenee al loro interno, per cui la distribuzione degli elementi può essere estremamente caratteristica da sorgente a sorgente L OSSIDIANA è stabile alle alterazioni chimiche (tranne la superficie che tende ad idratarsi). Quindi, analizzando la distribuzione elementare di campioni incogniti, è possibile risalire con buona probabilità alla località da cui i campioni sono stati prelevati. Turchese Tra i materiali lapidei utilizzati a scopo ornamentale vi è il turchese. Si tratta di un minerale a base di fosfato avente formula CuAl 6 [(OH) [PO 2 4 ] 4 4H4H 2 O,, dal colore inconfondibile e dalla consistenza dura. Veniva utilizzato nell antichit antichità per produrre gioielli come perle, anelli e pendant, oppure tessere di mosaico con cui comporre maschere o altri manufatti Il turchese era molto utilizzato sul continente americano, dove era fatto oggetto di intensi scambi commerciali; le miniere si trovavano soprattutto nel sud-ovest degli attuali USA, ma l area l di maggior produzione di manufatti era il Centroamerica All arrivo di Hernan Cortes in Messico nel 1519, egli fu accolto dagli indigeni con una maschera costituita da un mosaico in turchese, per celebrare la sua divinità Giada Si tratta di una pietra ornamentale di colore verde e buona compattezza, utilizzata per la manifattura di oggetti d arte d quali statuette, perle, ecc. Esistono due qualità di Giada, chimicamente costituite da due minerali diversi: la giadeite (solfato di sodio e alluminio) e la l nefrite (silicato di calcio, magnesio e ferro). Entrambi i tipi sono caratterizzati da un elevato grado di durezza, sebbene la giadeite sia più dura della nefrite Risulta particolarmente difficile distinguere i due tipi di Giada. Va precisato che con il termine "Giada" si intende comunemente la giadeite La giada era molto utilizzata (ed è tuttora) soprattutto in Oriente ed è considerata avere, al pari di altre pietre ornamentali, capacità taumaturgiche Alabastro Esistono due varietà d alabastro: l alabastro l orientale (carbonato di calcio, CaCO 3 ) e quello gessoso (solfato di calcio biidrato, CaSO 4 2H 2 O). CARATTERISTICHE: : L'alabastro presenta una tipica struttura a bande generalmente di colore giallo-bruno per la presenza di ossidi di ferro. UTILIZZO: Si tratta di un materiale non molto duro, molto pregiato e utilizzato perciò per lo più a scopo ornamentale L alabastro gessoso viene lavorato in Volterra. Si tratta di una candida pietra che per la sua particolare morbidezza si presta ad essere più facilmente lavorata del marmo e quindi è adatta a riprodurre in scala ridotta certi motivi ornamentali ricchi di dettagli e a ritrarre nei particolari il volto umano, secondo i canoni estetici che dominavano gli indirizzi dell arte classica. Le gemme Al pari delle pietre ornamentali o pietre dure descritte in precedenza (giada, turchese, ecc.), possono essere considerate materiali lapidei anche le gemme.. Esse sono infatti dei minerali, aventi struttura cristallina e composizione specifica. La definizione di gemme è legata in particolare alla bellezza, alla durevolezza e alla rarità di questi materiali Le gemme di maggior valore o pietre preziose sono essenzialmente quattro: il diamante, il rubino, lo zaffiro e lo smeraldo Di valore inferiore sono le pietre semipreziose,, tra le quali il topazio, l'acquamarina e l'opale Statuetta in finissimo alabastro, raffigurante la dea Iside. Essa a proviene dalla villa romana di S. Vincenzino a Cecina (Livorno). 5

6 Pigmenti inorganici Anche i pigmenti inorganici, per quanto possa sembrare strano, sono da considerare materiali lapidei. Essi sono infatti ottenuti prevalentemente da rocce o minerali puri che vengono frantumati e utilizzati poi, chimicamente inalterati, nelle varie tecniche pittoriche Alcuni esempi sono : lapislazzuli o lazurite, la malachite, il cinabro I pigmenti organici, le lacche, i coloranti, gli inchiostri e i pigmenti vetrosi non sono materiali lapidei Pietre sintetiche Tra i materiali lapidei si è soliti includere anche gli stucchi e le malte, che in realtà non rispondono correttamente alla definizione data in precedenza in quanto sono di origine sintetica e vengono globalmente definiti pietre sintetiche. Sono infatti materiali pietrosi creati dall'uomo a partire da materie prime naturali, principalmente calcare e gesso,, che raggiungono le proprietà richieste attraverso reazioni chimiche Lo stucco è impiegato per decorare o proteggere una superficie. La malta si utilizza per unire due superfici. Si dividono generalmente in due categorie, a seconda che la materia prima sia calcare (carbonato di calcio, CaCO 3 gesso (solfato( di calcio biidrato,, CaSO 4 2H 2 Alcune definizioni: MALTA: : miscela di leganti inorganici, aggregati prevalentemente fini, acqua ed eventuali componenti organici e/o inorganici in proporzioni tali da conferire alla miscela opportuna lavorabilità e adeguate caratteristiche fisico-meccaniche. LEGANTE: : materiale inorganico (a base carbonatica o gessosa) che impastato con acqua forma una massa plastica che serve a collegare vari materiali usati in un manufatto e che, aderendo ad essi ed indurendo, forma un insieme monolitico atto a resistere a sollecitazioni meccaniche. Un legante può essere aereo o idraulico a seconda che il processo di presa ed il processo di indurimento avvengano solamente in ambiente subaereo oppure anche in ambiente subacqueo. La calce è un tipico legante aereo; la calce idraulica e il cemento sono tipici leganti idraulici. AGGREGATO (o INERTE): materiale granulare che viene aggiunto ad un legante al fine di ridurre i fenomeni di ritiro dell impasto e modificare le proprietà meccaniche. Può provenire da materiale sedimentario incoerente derivante dalla disgregazione di rocce in i seguito a processi naturali oppure da frantumazione meccanica di rocce. I Leganti a base carbonatica : Le calci Le calci aere provengono dalla cottura del calcare T = C CaCO 3 CaO + CO 2 calcare calce viva + CO 2 Calci grasse sono quelle ottenute per cottura di calcari puri Calci magre sono quelle che provengono da calcari impuri (es.: Mg) La calce viva così ottenuta viene spenta (idratata) mescolandola con determinate proporzioni di acqua; ; si ottiene quindi la calce spenta o grassello,, Ca(OH) 2 (estinzione della calce),, che poi assorbendo anidride carbonica forma nuovamente carbonato di calcio: CaO + H 2 O Ca(OH) 2 Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O (calce viva) (calce spenta o grassello) (carbonato di calcio) 6

7 Calci idrauliche La presenza di argilla nel calcare impartisce, dopo cottura la proprietà di far presa anche sott acqua: le calci si dicono allora idrauliche è sufficiente il % di argilla perché questa proprietà sia avvertita. Con tenori di argilla superiori al 22% dopo cottura si ottiene un prodotto eminentemente idraulico e prende il nome di cemento. Calci idrauliche naturali: cottura di calcari marnosi. Calci idrauliche artificiali: cottura di calcari argillosi diversi, di calcare e argilla, oppure di calce idrata e pozzolana (materiale naturale di origine vulcanica). Il gesso Per riscaldamento il gesso perde l acqual e si trasforma in una massa bianca e opaca, che riassorbe con grande rapidità l acqua perduta: CaSO 4 2H 2 O CaSO 4 ½H 2 O + 3/2H 2 O (gesso) (solfato di calcio semiidrato) o gesso di Parigi T = C Dopo la cottura il gesso viene macinato, polverizzato e conservato al riparo dall umidit umidità. La malta di gesso viene preparata impastando rapidamente il gesso con un volume pressoché uguale di acqua. A seguito dell'addizione di acqua si crea un miscuglio pastoso dalle d proprietà plastiche che, dopo evaporazione dell'acqua stessa, riacquista le proprietà meccaniche del materiale di partenza. Inerti e Addittivi 7

8 Le malte La malta è costituita da un impasto di calce e sabbia (rapporto ~ 1 volume di calce per 2 o 3 volumi di sabbia). La funzione della sabbia è molteplice: dà resistenza allo schiacciamento dell impasto; impedisce riduzioni di volume durante l essiccamento l del grassello; conferisce una porosità che favorisce l essiccazione l delle parti interne, facilitando quindi il processo di indurimento. La sabbia usata nella preparazione delle malte deve essere il più possibile pura, esente da sostanze argillose, terrose ed organiche. L indurimento (o presa) della malta avviene in un primo tempo per prosciugamento del grassello e cristallizzazione dell idrato di calcio. Successivamente l anidride carbonica dell aria reagisce sulla superficie dei microcristalli di idrato di calcio: Ca(OH) + CO 2 2 CaCO + H 3 2 O Si tratta di una reazione lentissima e perciò la trasformazione integrale dell idrato in carbonati non ha luogo nemmeno nei secoli (nelle malte della remota antichità si ha ancora oggi la reazione alcalina dell idrato non trasformato) Malte idrauliche si ottengono impastando con sabbia le calci idrauliche. Malte aeree e malte idrauliche Malte aeree si ottengono impastando con sabbia le calci aeree (calcare puro) Malte idrauliche si ottengono impastando con sabbia le calci idrauliche (calcare con alta percentuale di minerali argillosi) Classificazione delle malte: Malte per murature; Malte per intonaci; Malte per decorazioni; Malte per usi particolari (stuccature; sigillature, stilature); Malte per applicazioni rivestimeni (pavimenti, pareti). L indagine scientifica delle malte è molto importante per conoscere le tecniche antiche e la provenienza delle materie prime. Le pietre sintetiche in antichità L'uso della pietra sintetica risale almeno a anni fa nell'area del Mediterraneo Orientale. Popoli di culture antecedenti l'uso della a ceramica avevano scoperto come convertire la pietra in un materiale più lavorabile che spontaneamente tornava a pietra in condizioni controllate, utilizzando le risorse disponibili. E interessante notare come sia possibile distinguere, in Asia Sudoccidentale, l'impiego di stucchi calcarei in aree geografiche rispettivamente più umide (costa mediterranea) o stucchi gessosi in aree più desertiche (area mesopotamica), Cio è conseguenza probabilmente del fatto che il gesso è più solubile in acqua e quindi meno stabile in un clima umido; il calcare, d'altra parte, richiede un trattamento termico più spinto, difficile da ottenere in zone con scarsa disponibilità di legname da bruciare come quelle desertiche Il cemento romano Nel corso dei secoli l'uso delle pietre sintetiche è stato perfezionato, includendo nella preparazione additivi come la cenere vulcanica, composti basici, composti a base di silicati (sabbia) o alluminosilicati (argilla, caolino) fino ad ottenere un materiale dalle proprietà simili al moderno cemento La cupola del Pantheon, a Roma, è composta da cemento romano (una miscela di calce e cenere vulcanica) e sta ancora in piedi dopo duemila anni 8

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