Tecniche innovative per il rilievo multispettrale di affreschi murali

Modern processes of maintenance and restoration of historical buildings, tracery and frescos require a new approach which takes advantages of recent survey instruments: terrestrial laser scanner, digital photogrammetry and thermo-graphic techniques provide an integrated set of 3D-metric and multi-spectral data that simplifies, improves and completes the preliminary analysis of state of preservation of restoration object. This integrated approach has been developed on a ancient fresco in the romanic Church “San Giacomo della Bessa”(Sala Biellese – Biella) using a modern thermal camera (Thermo Tracer TH9100MV/WV by NEC), a terrestrial laser scanner (RIEGL LMS420), an high resolution digital camera (KODAK DCS pro 600): several tests on practical application of this various data have been done to investigate real possibilities and effective performance of the proposed methodology. Introduzione Le profonde radici storiche che caratterizzano il territorio italiano hanno permesso, nel corso dei secoli, la formazione di un invidiabile patrimonio artistico e architettonico molto ricco e variegato. La salvaguardia di una simile ricchezza e la sua adeguata valorizzazione richiedono spesso operazioni di restauro conservativo per permettere il mantenimento nel tempo dei beni artistici e architettonici e consentirne una corretta comprensione e fruibilità: in particolare, affreschi murari e volte decorate, a causa delle tecniche esecutive e dei materiali impiegati, risentono maggiormente degli effetti del degrado del tempo (effetti termici, umidità, luce...) e richiedono frequentemente interventi di pulizia e restauro. Il progetto di interventi di manutenzione e restauro conservativo richiede la scelta delle corrette tecniche di intervento entro un ventaglio abbastanza ampio di possibilità che deve pertanto essere supportata da un’accurata conoscenza del manufatto, punto di partenza imprescindibile di un corretto approccio teso alla riqualificazione del patrimonio costruito esistente. Occorre conoscere il manufatto, la sua storia, i suoi legami con il contesto urbano e ambientale circostante, ci si deve documentare sulle tecniche costruttive e sui materiali impiegati, occorre riconoscere le trasformazioni che nel tempo ne hanno modificato l’impianto tipologico e morfologico originario. Spesso, la valutazione di un edificio storico e le sue evoluzioni non può essere completamente soddisfatta attraverso la consultazione di elaborati progettuali, perché inesistenti, perduti, a volte consultabili solo parzialmente e comunque spesso insufficienti e lacunosi. Requisiti indispensabili per la predisposizione di interventi mirati e sostenibili sono quindi le indagini dirette sull’edificio o dell’oggetto architettonico/artistico dal rilievo geometrico e materico alle indagini più complesse e approfondite. Fino ad oggi, le tecniche di restauro degli affreschi hanno coinvolto tecniche tradizionali a vista, raramente coadiuvate da tecniche ausiliarie di rilievo metrico e/o multispettrale. Tali tecniche innovative prevedono l’utilizzo di strumentazione laser scanner, fotogrammetria digitale e camere termiche e permettono, se applicate in modo corretto e adeguatamente integrato, diversi livelli di semplificazione delle operazioni di restauro: la definizione della geometria tridimensionale e la generazione di un modello tridimensionale dell’oggetto, la descrizione fotografica dello stato esistente e l’acquisizione di dati multispettrali di contorno (mediante camera termica) atti a definire lo stato di conservazione. In questo contributo si descrivono queste tecniche integrate di rilievo metrico tridimensionale e multispettrale ponendo particolare attenzione all’aspetto maggiormente innovativo legato alla camera termica NEC Thermo Tracer TH9100MV/WV (Borgogno Mondino et al., 2005) recentemente acquisita dal nostro dipartimento. Le modalità esecutive e le possibilità applicative di questo’approccio metodologico innovativo sono stato state verificate sul campo mediante un’applicazione specifica di rilievo di un antico affresco romanico situato all’interno della Chiesa di San Giacomo della Bessa in Sala Biellese (BL). Per una descrizione delle caratteristiche tecniche della camera termica utilizzata si rimanda alla documentazione disponibile in rete (bibliografia). Figura n. 1 – Un esempio di acquisizione termografica (fonte Calvi et al., 2005) Analisi termografiche sugli edifici La termografia è una tecnica che permette di acquisire una mappa termica della superficie dell’oggetto da analizzare, rilevando la radiazione termica emessa (infrarosso termico). Rientra nell’ambito delle acquisizioni multispettrali (riprese fotografiche a colori, infrarosso vicino, UF riflesso, fluorescenza UV, a luce radente ecc.) in grado di rilevare le disomogeneità nella composizione e nell’esecuzione dei manufatti edilizi mediante tecniche non distruttive ovvero che non comportano la distruzione parziale e/o puntuale del manufatto. Come analisi preventive ad interventi di restauro, le tecniche termografiche sono finalizzate all’individuazione degli elementi strutturali nascosti, lesioni, distacchi di intonaco, presenza di aggrappi metallici, ristagno di umidità (Calvi et al., 2005). Un’analisi termografica applicata ad oggetti artistici ed edilizi si attua in 3 fasi successive: 1. l’acquisizione della temperatura superficiale dell’elemento analizzato mediante una camera termica (aerea o terrestre in funzione della scala d’indagine). Un corretto utilizzo della strumentazione deve prevedere, oltre alla singola acquisizione in condizioni termicamente stazionarie (analisi statica), anche l’acquisizione di sequenze di immagini termiche durante transitori termici di riscaldamento e/o raffreddamento della superficie, sfruttando le diverse capacità termiche dei materiali che compongono l’oggetto. Per elementi esterni agli edifici (facciate, serramenti decorazioni esterne ...) è possibile utilizzare i transitori causati dall’irraggiamento solare alla alba e al tramonto, nel caso di oggetti interni (affreschi, decorazioni murarie interne, pavimenti ecc.) è consigliabile forzare la risposta termica transitoria dei materiali mediante apposite strumentazioni di riscaldamento; 2. la ricerca di eventuali anomalie nella distribuzione della temperatura superficiale (differenze di materiali, presenza di umidità, ecc.). In figura n. 1 è possibile osservare un esempio di immagine termografica (destra) e visibile (sinistra) che permette di evidenziare la tessitura della muratura restrostante una parete intonacata (fonte Calvi et al., 2005); 3. nel caso di presenza di anomalie, la valutazione del tipo e dell’entità dei difetti da cui determinare le cause e proporre le possibili soluzioni. Nel presente contributo, si analizzeranno le prime 2 fasi legate alle operazioni di acquisizione e di elaborazione dei dati acquisiti, lasciando la trattazione della terza fase, comunque essenziale per la definizione degli interventi, ai tecnici specializzati nel campo del restauro che dispongono di adeguate conoscenze in merito. L’Abbazzia di San Giacomo della Bessa in Sala Biellese La chiesa e il convento dell’Abbazzia di S. Giacomo della Bessa furono eretti fra il 1083 e il 1085 da Rainero I Avogadro, Vescovo di Vercelli ed esistono ancora, almeno in parte avendo subito negli anni notevoli modificazioni. La chiesa è di stile romanico, ha la facciata rivolta a ponente (figura n. 2) ed il coro a levante secondo il concetto liturgico delle antiche basiliche cristiane, in cui il sacerdote doveva guardare verso Gerusalemme nel celebrare la S. Messa. L’abside è stata asportata durante la costruzione della strada per Zubiena (un vicino centro abitato). A fianco della chiesa vi è il convento ed un recinto chiuso che doveva servire da cimitero o da orto. Chiesa e convento sono da tempo di proprietà privata: i proprietari ne hanno fatto stanze, cucine, stalle, fienili e pollai spesso deturpando le austere linee architettoniche. Rimane comunque un antico affresco romanico (figura 3) all’interno della navata centrale. L’acquisizione dei dati primari Le operazioni di rilievo sono state concentrate sulla facciata principale e all’interno della chiesa Figura n. 2 – La facciata della chiesa nella navata centrale. I dati metrici e multispettrali sono stati acquisiti seguendo gli standard ormai consolidati inerenti i rilievo fotogrammetrici e laser scanner, secondo lo schema di figura n. 4. In particolare, sono state effettuate le seguenti operazioni: • posizionamento di un’insieme di marker catarifrangenti sulla superficie della facciata e all’interno della navata centrale e loro misurazione mediante stazione totale Topcon GPT 8001; • una strisciata composta da 5 fotogrammi della facciata e un modello fotogrammetrico dell’affresco lungo la navata centrale, acquisiti mediante camera digitale ad alta risoluzione Kodak DCS Pro 600 con obiettivo grandangolare (f=24 mm); • 2 scansioni laser sulla facciata (una da sinistra e una da destra a causa di alcuni ostacoli presenti nella zona antistante) e 2 scansioni dell’interno della chiesa (una a giro d’orizzonte con asse dello strumento verticale e una con asse orizzontale per descrivere la parte alta delle murature e la copertura) acquisite mediante strumento RIEGL LMS-420; • varie immagine termografiche acquisite mediante la camera termica NEC Thermo Tracer TH9100MV/WV di cui 3 concentrate sulla superficie dell’affresco (alta, media e bassa) e 4 inerenti la facciata principale; le termografie dell’affresco sono state acquisite in modalità particolari in quanto interne all’edificio: è stata innanzitutto acquisita Figura n. 3 – Interno della chiesa (sinistra) e l’affresco romanico (destra) Figura 4 – Lo schema delle acquisizioni: (a,b,f,g) scansioni laser RIEGL, (c) scansione laser MENSI, (d, h) prese fotogrammetriche (verde), (e, i) acquisizioni termografiche (rosso) una prima immagine termica in modalità stazionaria, in seguito è stata riscaldata la superficie mediante