TERMOGRAFIA ALL INFRAROSSO ED ARCHEOLOGIA DELL ARCHITETTURA: ALCUNI ESEMPI

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1 E. Geraldi, F. T. Gizzi e N. Masini Istituto per i Beni Archeologici e Monumentali - Sezione di Studi Federiciani - Potenza TERMOGRAFIA ALL INFRAROSSO ED ARCHEOLOGIA DELL ARCHITETTURA: ALCUNI ESEMPI Riassunto. Nel settore delle tecniche di analisi non distruttive, la termografia infrarosso rappresenta un importante strumento di conoscenza del manufatto architettonico ed ha trovato in questi ultimi anni, dopo alcuni iniziali insuccessi, vasta applicazione nel settore dei Beni culturali. In quest ottica, vengono qui presentati i risultati di alcune applicazioni presso il Convento di San Francesco a Folloni a Montella (AV), la chiesa Collegiata di Santa Maria Maggiore nella Rabatana di Tursi (MT), il palazzo dei Cavalieri di Malta a Grassano (MT) e il Monastero di San Giovanni in Fiore (CZ). L indagine termografica ha consentito la ricostruzione delle diverse fasi di trasformazione di alcuni edifici, contribuendo ad una anamnesi ricostruttiva delle strutture architettoniche. INFRARED THERMOGRAPHY AND ARCHITECTURE ARCHEOLOGY: SOME EXAMPLES Abstract. The infrared thermography is an important non-destructive analysis. Some examples are given for valuable buildings. PREMESSA Nel settore delle tecniche di analisi non distruttive, la termografia infrarosso rappresenta un importante strumento di conoscenza del manufatto architettonico ed ha trovato in questi ultimi anni, dopo alcuni iniziali insuccessi, vasta applicazione nel settore dei Beni culturali (es.: Grinzato, 1997; 2001, 2003; Mannara 1990; Milazzo e Ludwig, 1998). Sempre più spesso, infatti, una lettura archeologica del manufatto architettonico, è chiamata a dare risposte nel modo più rapido e non invasivo possibile. Ricostruire la storia di un manufatto, leggerne le caratteristiche costruttive, correlarne lo stato di conservazione ai materiali che lo costituiscono (Brogiolo G.P., 1997) sono tutti elementi ai quali l uso della termografia infrarosso è in grado di offrire un significativo supporto. In particolare, l analisi termografica consente di evidenziare le diverse risposte in temperatura causate da differenze di conducibilità e di capacità termiche tra materiali posti entro i primi cm all interno della parete. Come è noto, la temperatura superficiale di un oggetto è sempre legata ai processi di propagazione del calore che si creano al suo interno come funzione delle condizioni al contorno. In generale, la variazione di tali condizioni al contorno, sia essa spontanea o indotta artificialmente, determina nella struttura muraria fenomeni di transitorio termico che possono essere facilmente visualizzati attraverso l analisi termografica infrarosso della sua superficie. Si comprende quindi quale apporto conoscitivo tale tecnica sia in grado di dare in modo assolutamente non invasivo fornendo preziose informazioni riguardo alle trasformazioni subite dal manufatto architettonico grazie all evidenziazione delle discontinuità delle caratteristiche fisico-termiche dei materiali costituenti i primi centimetri del paramento murario non a vista. La differenza di risposta alla sollecitazione termica di materiali quali legno, mattoni, pietra e della malta di allettamento fra conci può quindi facilmente essere visualizzata mediante l impronta che essi proiettano sullo strato di intonaco che ne copre la vista. Gli esempi qui presentati, illustrano come l'uso della termografia infrarosso con

2 metodologie di acquisizione ormai consolidate unito a strumenti software per l'elaborazione delle immagini può costituire un prezioso ausilio nell'approccio multidisciplinare integrato finalizzato alla conoscenza e salvaguardia delle architetture di interesse storico. In quest ottica, vengono qui presentati i risultati di alcune applicazioni presso il Convento di San Francesco a Folloni a Montella (AV), la chiesa Collegiata di Santa Maria Maggiore nella Rabatana di Tursi (MT) e il palazzo dei Cavalieri di Malta a Grassano (MT). L indagine termografica ha consentito la ricostruzione delle diverse fasi di trasformazione di alcuni edifici, contribuendo ad una anamnesi ricostruttiva delle strutture architettoniche. STRUMENTAZIONE, METODOLOGIA DI ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE Da un punto di vista strumentale le riprese sono state effettuate utilizzando una termocamera AVIO TVS-600 con rivelatore FPA (Focal Plane Array) microbolometrico che opera nella banda spettrale long wave tra gli 8 e i 14 µm. Per quanto concerne la risoluzione spaziale del sistema di acquisizione, il FPA è dotato di una matrice di elementi sensibili di dimensioni 320(H) x 240(V) con un campo visivo (lente da 35mm) di 25,8 (H) x 19,5 (V) ed è in grado di produrre una risoluzione termica minima pari a 0,15 C (con corpo nero a 30 ) con una precisione della temperatura misurata pari a ±4 C nell intervallo di temperature compreso entro i 100 C (l'intervallo di temperature misurabili è compreso tra -20 C e 150 C). Questo sistema di acquisizione offre, oltre ad una notevole maneggevolezza, una risoluzione spaziale che consente di indagare una zona di dimensioni 14,0 x 13,7 mm ad una distanza di ripresa di 10 metri. Da un punto di vista metodologico le riprese vengono effettuate utilizzando la sorgente solare come stimolo termico analizzando qualitativamente il transitorio che passivamente si crea all interno dell involucro murario per effetto combinato della radiazione solare e dei processi termo-fisici spontanei che interessano la frontiera dei manufatti. In realtà le mappe bidimensionali di misure radiometriche trasformate dal sistema di acquisizione in immagini di distribuzione spaziale di temperatura (termogrammi) interessano gli strati esterni più superficiali dell involucro architettonico (l accuratezza nella restituzione delle tessiture murarie e discontinuità presenti è funzione dello spessore, tipologia e stato di integrità dell intonaco, delle proprietà dei materiali costituenti la muratura e dell entità della sollecitazione termica) con un intervallo di profondità di penetrazione massimo compreso tra i 3 e 4 cm. Tali immagini vengono successivamente elaborate con un software dedicato (Improtec PE-Analyzer 3.11) ottimizzando i valori di emissività ed uniformando gli intervalli di temperatura al fine di poter essere successivamente unite in fotomosaici più complessi in grado di restituire in modo unitario intere porzioni di facciata. Una ulteriore elaborazione delle immagini viene a volte eseguita con software commerciali al fine di enfatizzare ulteriormente le disomogeneità termiche presenti. L obiettivo atteso è quello di fornire elementi per l analisi archeologica del manufatto architettonico attraverso l individuazione e lettura di significative discontinuità nella distribuzione spaziale di temperature riconducibili ai diversi materiali presenti sotto lo strato di intonaco.

3 COMPLESSO MONUMENTALE DI SAN FRANCESCO A FOLLONI (MONTELLA, AV) L interesse per il complesso monumentale di San Francesco a Folloni di Montella deriva principalmente dalle vicissitudini che ne hanno segnato la storia dal primo impianto sino alla sua conformazione attuale. La storia del complesso architettonico inizia con la fondazione del Convento che va collegata al viaggio di Francesco al Santuario di S. Michele sul Gargano tra il 1221 e il Quella che oggi si mostra ai nostri occhi è, in ordine di tempo, la terza chiesa del convento, costruita nella metà del 700. La prima dedicata all Annunziata sorgeva presso l antico romitorio del 200. Il favore delle famiglie nobili di Montella e il crescente popolamento della zona resero necessario, nel 500, la costruzione di una nuova e più ampia chiesa che conservò il titolo dell Annunziata. Essa si presentava a pianta longitudinale, ma irregolare, con cappelle sfondate e altari patronali, con abside rivolto ad oriente, secondo l antico costume di pregare con gli occhi rivolti verso quella direzione. L ingresso era preceduto da un pronao a tre arcate a fianco del campanile, che crollò nel terremoto del 1980, la descrizione dettagliata della chiesa cinquecentesca (Fig. 1b) è nella Platea del convento ( ), conservata nell Archivio di Stato di Avellino (Platea Venerabilis Convenctus Ornidis Minorum Conventualium Terrae Montellae). Nel 1743 si diede inizio alla costruzione dell attuale chiesa di S. Francesco in sostituzione di quella cinquecentesca dell Annunziata di cui è rimasto il vestibolo oggi ingresso del museo. La nuova chiesa venne orientata a mezzogiorno, quindi una rotazione di 90 rispetto a quella precedente a navata unica con otto cappelle intercomunicanti. Attualmente il complesso appare in questa configurazione (Fig. 1b), con significativi segni di dissesto riguardanti le strutture fondali legati tanto alle diverse fasi costruttive e di trasformazione quanto a problematiche di carattere geologico-tecniche e sismiche di sito. Tab. 1 - Caratteristiche dell acquisizione. Condizioni Ambientali misure in situ 26-27/06/2002 Ora Data T a ( C) U r (%) v a (m/s) Inizio riprese 23:30 26/06/ % - Fine riprese 00:30 27/06/ % - Modalità di ripresa Distanza (m) Focale n immagini Zona A 12,00-14,70 35mm 6 Zona B 7,5-8,6 35mm 32 Su questa complessa storia di trasformazioni, aggiunte e modifiche del complesso si inseriscono le indagini conoscitive e diagnostiche condotte con l uso della termografia infrarossa (T/IR). La campagna di indagini, è stata eseguita su parte della facciata nord dell edificio (zona A e zona B di Fig. 2), ed ha consentito l individuazione sugli alzati architettonici di elementi la cui collocazione spaziale era solo ipotizzabile sulla base delle planimetrie cinquecentesche, mostrando l esistenza di una complessa stratificazione di trasformazioni. Dalla elaborazione dei termogrammi e ottimizzazione dei valori di emissività (Avdelidis e Moropoulou, 2003) si sono evidenziati molti elementi celati dallo strato di intonaco che mostrano una differente partizione nelle aperture del prospetto indicato con la lettera B (vedi Fig.2). Dal confronto tra gli elementi provenienti dalle rappresentazioni settecentesche si

4 evince una complessità nella distribuzione delle aperture non riconducibile alle trasformazioni della distribuzione degli spazi interni. I dati provenienti dalla campagna di indagini termografiche, insieme alla lettura dei dati provenienti dalle fonti documentarie sta consentendo una significativo avanzamento nella conoscenza dell edificio e delle possibili concause dei dissesti in atto. 1 1b Fig. 1 - Stralcio planimetrico del complesso conventuale (1b. stato attuale). A sinistra (2b) il medesimo complesso come appariva alla metà del 700 prima delle trasformazioni (Archivio di Stato di Avellino, Platea Venerabilis Convenctus Ornidis Minorum Conventualium Terrae Montellae). Evidenziate le aree indagate. 2a 2b Fig. 2 - Confronto tra la platea settecentesca (2a) e la planimetria attuale (2b). Sono ben evidenti le profonde trasformazioni distributive interne che hanno interessato anche questa parte del complesso.

5 3 3b 3c Fig. 3 - Parete nord (zona B) del complesso conventuale di San Francesco a Folloni a Montella: comparazione tra la ripresa nel visibile (3a) e quella nell infrarosso (3b-3c fotomosaico di 32 immagini). La Fig. 3c segnala gli elementi morfo-strutturali individuati. Ben evidenti le differenti tessiture murarie. 4 4b Fig. 4 - Parete nord (zona A di Fig. 2) del complesso conventuale di San Francesco a Folloni a Montella: comparazione tra la ripresa nel visibile (4a) e quella nell infrarosso(4b fotomosaico 6 immagini). La Fig. 4b segnala gli elementi morfo-strutturali individuati. CHIESA COLLEGIATA DI SANTA MARIA MAGGIORE (TURSI, MT) L edificio attuale, localizzato nell antico quartiere della Rabatana di Tursi si fa risalire, come mostrano i caratteri architettonici, al secolo XVI, con una radicale opera di riammodernamento nel corso del XVIII secolo che comportò la trasformazione dell interno della chiesa in forme tardo barocche. In pianta l edificio mostra caratteri di forte irregolarità in parte dovute alla particolare orografia del suolo in parte alle varie e numerose manomissioni subite nel corso dei secoli. Le indagini svolte hanno evidenziato, tra i numerosi elementi ancora oggetto di studio, una serie di discontinuità nelle caratteristiche delle murature che hanno consentito di individuare la presenza di diverse aperture murate (in particolare sul prospetto sud a livello strada). Le caratteristiche fisiche dei materiali utilizzati per la chiusura di tali vani, e la posizione decentrata di una delle aperture rispetto alla tripartizione delle navate laterali, fanno ipotizzare la realizzazione in due diverse fasi in cui la struttura dell edificio almeno per la prima di queste, doveva essere molto diversa da quella attuale.

6 Tab. 2 - Caratteristiche dell acquisizione. Condizioni Ambientali misure in situ 17/04/ /08/ /04/2003 Ora Data T a ( C) U r (%) v a (m/s) Riprese 6a-6b-7b 19:10-20:00 23:00-00:30 19:43-21:00 21/04/ /08/ /04/ % 59.6% 60.1% 0,04 0,43 0,12 Modalità di ripresa Distanza (m) Focale n immagini 6a mm 1 6b mm 4 7b mm 1 5a 5b Fig. 5 - Pianta, Prospetto ovest (5a) ed est (5b) della Chiesa Collegiata di Santa Maria Maggiore nella Rabatana di Tursi (MT). Sono indicati con linee tratteggiate gli elementi morfo-strutturali individuati tramite l indagine termografica (T/IR) Le indagini svolte hanno evidenziato, tra i numerosi elementi ancora oggetto di studio, una serie di discontinuità nelle caratteristiche delle murature che hanno consentito di individuare la presenza di diverse aperture murate (in particolare sul

7 prospetto sud a livello strada). Le caratteristiche fisiche dei materiali utilizzati per la chiusura di tali vani, e la posizione decentrata di una delle aperture rispetto alla tripartizione delle navate laterali, fanno ipotizzare la realizzazione in due diverse fasi in cui la struttura dell edificio almeno per la prima di queste, doveva essere molto diversa da quella attuale. Il prospetto principale della chiesa, orientato ad ovest (Fig. 5a), è costituito da una facciata tripartita con un ampio portone di accesso decorato e un oculo quadrilobato posto a circa 6,4m da terra. Su questo prospetto si è rilevata la presenza di un probabile oculo di forma circolare posto ad una quota di circa 8m dalla quota di terra (Fig. 5a lettera A e Fig. 6a lettera A). Allo stato non è possibile stabilire se rappresenta parte di una apertura originaria di forma più complessa o più semplicemente la posizione originaria dell oculo della facciata cinquecentesca. 6 6b Fig. 6 - Chiesa Collegiata di Santa Maria Maggiore nella Rabatana di Tursi (MT). Particolari Facciata ovest. 6a: Immagine nell infrarosso della zona dell oculo di facciata con l originaria apertura posta in posizione più elevata. 6b: Particolare della torre campanaria con l arco passante murato in basso. 7 7b Fig. 7 - Chiesa Collegiata di Santa Maria Maggiore nella Rabatana di Tursi (MT). Particolari Facciata est. Confronto tra immagine al visibile (7a) e nell infrarosso (7b). È ben visibile nell immagine infrarosso la disomogeneità termica prodotta dai materiali costituenti l arco di scarico della volta originaria non più presente. Dalle immagini termografiche è stata anche rilevata la presenza di un arco passante nella parte bassa della torre campanaria (Fig. 5a lettera B e Fig. 6b) gemello di quello esistente al livello superiore. Sempre sul prospetto principale è ben

8 leggibile un probabile intervento di consolidamento realizzato in corrispondenza della catena del timpano di copertura (Fig. 5a lettera C) Il prospetto est (Fig. 5b) interessa lo spazio occupato dall abside piatta della chiesa. È ben visibile all infrarosso quello che probabilmente doveva costituire l arco di scarico della volta (Fig.5b lettera A) che occupava lo spazio del coro e di cui ritrova traccia anche sul prospetto nord. Tale arco, del tipo a tre centri, ha una luce di 6.5m. In basso sulla sinistra in corrispondenza dell imposta dell arco descritto è ben visibile la traccia di una apertura rettangolare indicata nella tavola con la lettera B (Fig. 5b). In particolare sono leggibili gli elementi lapidei, che ne costituivano gli stipiti e l architrave. Anche su questo prospetto, come sul prospetto ovest è leggibile un probabile intervento di consolidamento realizzato in corrispondenza della catena del timpano di copertura (Fig. 5b lettera C). PALAZZO DEI CAVALIERI DI MALTA A GRASSANO (MT) Il castello di Grassano, in Basilicata, è un complesso architettonico la cui importanza storica è legata alla presenza dell Ordine dei Cavalieri di Malta che in questo edificio aveva ubicato la sede della Commenda di Grassano, partire già dal XIV secolo. Tab. 3 - Caratteristiche dell acquisizione. Condizioni Ambientali misure in situ 16/05/2001 Ora Data T a ( C) U r (%) v a (m/s) Riprese 6a-6b-7b 21:50-23:20 16/05/ Modalità di ripresa Distanza (m) Focale n immagini 9b 5,5 35mm 1 9c 6,2-7,9 35mm b Fig. 8 - Palazzo dei Cavalieri di Malta a Grassano (MT). Ricostruzione dell impianto architettonico settecentesco 8a) e pianta e prospetto (8b) tratto dal cabreo della Commenda di Grassano del (National Library of Malta). Oggi il manufatto risulta profondamente trasformato a causa di lavori eseguiti tra i secoli XIX e XX, in seguito ai quali gran parte degli ambienti sono andati perduti mentre la chiesa ha subito numerosi rimaneggiamenti.

9 Con l ausilio di una ricca documentazione facente parte del cabreo della Commenda di Grassano, conservato presso la National Library di Malta ( , vol.6014), si è riusciti a ricostruire buona parte dell impianto originario con le relative funzioni dei vari ambienti. L impiego della termografia si è reso necessario per individuare alcuni vani murati posti sulla fiancata meridionale della chiesa che, come si evince dai documenti settecenteschi, consentivano il collegamento tra la chiesa stessa e il cortile del palazzo. Tale ritovamento ha consentito di completare il quadro conoscitivo dell impianto dal punto di vista dei suoi caretteri distributivi e funzionali. 9 9b Fig. 9 - Palazzo dei Cavalieri di Malta a Grassano (MT). 9a. Prospetto nord nel visibile con indicazione delle aree indagate. 9b. Immagine infrarosso con i vani murati presenti nella zona 1 di Fig. 9a. 9c. Immagine infrarosso con enfatizzate le differenti tessiture murarie. Anche in questo caso, come per il complesso conventuale di San Francesco a Folloni a Montella, si è rivelata essenziale integrazione dei dati ricavati dalla ricerca storico-documentaria con le informazioni tratte dalle riprese termografiche. Attualmente del complesso gioachimita rimane solamente la chiesa, ma fino al XVIII secolo vi era ancora gran parte del palazzo come si evince dalle descrizioni e dai rilievi settecenteschi, da cui è dato conoscere lo schema distributivo e la tipologia architettonica. I dati documentari non sono però sempre facilmente comprensibili ai fini della ricostruzione architettonica. In particolare, oscuro è il rapporto distributivo e funzionale tra la chiesa ed il cortile del palazzo. Le riprese termografiche hanno consentito di individuare i due vani, attualmente murati, che consentivano il collegamento tra l area presbiteriale della chiesa ed il palazzo. 9c

10 CONCLUSIONI Come si evince dalla disamina dei tre casi di studio illustrati l uso di questa tecnica di indagine diagnostica e conoscitiva - caratterizzata dalla non invasività né distruttività - ha rappresentato un valido ausilio nella conoscenza delle trasformazioni di questi manufatti architettonici. In questo senso l uso di tale tecnica consente un valido supporto alla lettura archeologica dell architettura. Le tessiture murarie, la dimensione e forma dei materiali costituenti, l individuazione di strutture celate da intonaci, le discontinuità nei materiali appaiono ben identificabili sulla base della risposta che i differenti materiali danno alle sollecitazioni termiche che spontaneamente si generano all interno dell involucro architettonico. I tre esempi presentati fanno riferimento in particolare all utilizzo di questa metodologia integrata con l indagine architettonico-documentaria. BIBLIOGRAFIA E. Grinzato, Stato dell arte sulle tecniche termografiche per il controllo non distruttivo e principali applicazioni, Conferenza nazionale sulle prove non distruttive-monitoraggio diagnostica, Padova, settembre E. Grinzato, V. Vavilov, T. Kauppinen, Quantitative infrared thermography in buildings, in Energy and Buildings 29 pp.1-9, Elsevier Science S.A. New York, E. Grinzato, E Rosina, Infrared and Thermal Testing for Conservation of Historic Building, Chapter 18 Part 5, Non Destructive Testing Handbook, third edition, volume 3, Infrared and Thermal Testing, ASNT Columbus (OH) USA, Aprile 2001 M. Milazzo, N.Ludwig, La termografia nella diagnostica delle strutture architettoniche, in Castra ipsa possunt et debent reparari. Indagini conoscitive e metodologie di restauro delle strutture castellane normanno-sveve. Atti del Convegno Internazionale di Studio, IISF-CNR, I, Roma, De Luca, 1998 G.Mannara, La termografia computerizzata nell analisi di strutture di interesse artistico, 6 Congresso Nazionale delle Prove non Distruttive, Milano, 1990 E.Grinzato, C.Bressan, S.Marinetti, P.G.Bison, C.Bonacina, Monitoring of the Scrovegni Chapel by IR thermography: Giotto at infrared, Elsevier Science, Infrared Physics & Technology, 43 (2002) N.P. Avdelidis, A. Moropoulou, Emissivity considerations in building thermography, Elsevier Science, Energy and Buildings 35 (2003) G.P. Brogiolo, Dall analisi stratigrafica degli elevati all Archeologia dell Architettura, «Archeologia dell Architettura», II, 1997.