Riassunto analitico
La determinazione dell'età delle strutture è uno dei problemi più importanti nello studio degli edifici storici e della loro evoluzione. Il sito UNESCO di Modena, unico per il suo valore storico e artistico, è stato scelto come caso di studio. Pochi documenti storici rivelano le date di inizio della Cattedrale (1099) e il completamento della torre Ghirlandina (1319), ma nessun accordo esiste sulla tempistica delle fasi di costruzione. La datazione delle malte con radiocarbonio e OSL, e la datazione di laterizi con TL rappresentano l'unico modo per ottenere dati scientifici sulla cronologia. Gli obiettivi della ricerca sono stati i) verificare tecniche di datazione scientifica; ii) studiare la cronologia delle fasi costruttive. La caratterizzazione petrografica di 150 malte ha fornito nuovi elementi per individuare le fonti di approvvigionamento delle materie prime e per differenziare le fasi di costruzione. I risultati suggeriscono che le fonti di approvvigionamento della pietra da calce erano ghiaie di fiume e non cave specifiche. Le analisi con SEM-EDS, XRD quantitativa e TG indicano il carattere variabilmente idraulico delle malte, a causa del contenuto non costante di fasi idrate (CSH e CAH) e clinker. Per la Cattedrale sono state riconosciute due fasi costruttive principali. Le malte del XII sec. mostrano un contenuto di legante minore e l’approvvigionamento della sabbia dal fiume Panaro. I maestri Campionesi (XIII sec.) hanno utilizzato una tecnica di preparazione più raffinata con una maggiore percentuale di legante e un aggregato con granulometria selezionata del fiume Secchia. D'altra parte, la torre Ghirlandina è caratterizzata da diverse forniture sabbia contemporaneamente. Per la prima volta è stato effettuato un confronto tra le due più accreditate procedure di preparazione delle malte per la datazione al radiocarbonio: Cryo2sonic e digestione acida graduale. A causa dell’elevata percentuale di aggregato carbonatico, particelle correlate al legante e calcite secondaria, queste malte rappresentano una prova sperimentale particolarmente indicativa della soppressione delle fonti di carbonio esogeno. Vincoli temporali storici e clustering basato sulla petrografia sono stati applicati per definire il quadro cronologico. I risultati dimostrano che quando la percentuale di contaminanti è molto elevata, la loro soppressione non è sempre completa. In questi casi la datazione di frazioni separate di CO2 con tempi di dissoluzione progressiva sembra ottenere risultati migliori, discriminando il contributo di contaminanti. In molti casi le preparazioni del campione hanno ridotto la contaminazione da “dead carbon” e le principali fasi di costruzione sono state datate. La datazione delle malte Campionesi ha portato a risultati diversi con le due preparazioni del bulk. La procedura Cryo2sonic ha fornito un’età più antica (1000 d.C) mentre il metodo delle frazioni di CO2 ha identificato la grande quantità di contaminanti. Un'età più antica è stata raggiunta con le ultime due frazioni, mentre l'età prevista (1184-1220) rientrava nel risultato 2σ (1039-1206 d.C.) della prima frazione. La data di fondazione della torre insieme con la cattedrale, che era solo una supposizione, è stata confermata. Il nostro contributo alla controversa questione della cronologia della torre suggerisce anche che la fase di costruzione principale dovrebbe essere rinviata alla prima metà del XIII sec. e non alla fine del XII sec., come ipotizzato precedentemente. L’OSL delle malte e la TL dei laterizi sono state usate per testare i risultati del radiocarbonio con metodologie indipendenti. Purtroppo le malte hanno dimostrato di essere inadatte per la datazione con OSL a causa del bleaching incompleto dei grani di quarzo. I risultati della TL confermano il grande riutilizzo di mattoni romani. Inoltre, è stato possibile scoprire una ristrutturazione precedente, ad oggi sconosciuta, nella zona absidale Duomo (XVI sec.).
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Abstract
The determination of the age of the structures is one of the most important issues in the study of historical buildings and their evolution. The UNESCO World Heritage Site of Modena, unique for its historic and artistic value, has been chosen as case study. Few historical documents revealed the dates of the beginning of the Cathedral (1099) and the completion of the Ghirlandina tower (1319), but no agreement exists about the timing of construction phases. AMS radiocarbon and OSL dating of mortars, and TL dating of bricks represent the only way to obtain scientific data about the site chronology. The aims of the research were to i) verify scientific dating techniques; ii) investigate the building phases chronology.
The petrographic characterisation of 150 mortars has provided new elements to identify the sources of supply of raw materials and to differentiate construction phases. The results suggest the lime supply sources were gravels taken from rivers and not from specific quarries. SEM-EDS, XRD quantitative phase analyses and TG analyses indicate the variable hydraulic character of the mortars by inconstant content of hydrated phases (CSH and CAH) and clinkers.
Two main construction phases were recognized for the Cathedral. The mortars of the 12th cent. show lower binder content and the sand supply was probably from a single source, the Panaro River. The Campionesi (13th cent.) performed a more refined mortar preparation technique with a higher percentage of binder and an aggregate with selected grain size from the Secchia River. On the other hand, the Ghirlandina Tower is characterized by multiple sand supplies at the same time.
For the first time a comparison of the two most accredited sample preparation procedures of mortars for radiocarbon dating was carried out: Cryo2sonic and gradual acid digestion. Due to the high percentage of carbonate aggregates, binder related particles and secondary calcite, these mortars represent an experimental test particularly indicative of exogenous carbon sources suppression. Historical temporal constraints and mortar clustering based on petrography have been applied to define a chronological framework.
The results show that when the percentage of contaminants is very high, their suppression is not always complete. In these cases the dating of separate CO2 fractions by progressive dissolution time rates appears to yield better results by discriminating the contribution of contaminants.
In many cases the sample preparations worked in reducing the dead carbon, therefore the major building phases were dated. The dating of the Campionesi mortars, led to different results with the two different preparations of the bulk. The Cryo2sonic procedure achieved an older age date close to the 1000 AD. The CO2 fractions method identified the large amount of contaminants getting an older age with the last two fractions. The expected age (1184-1220) came within the 2σ range (1039-1206 AD) result of the first fraction.
The date of the foundation of the tower together with the cathedral, which was only an assumption, has been confirmed by three different dating procedures. Our contribution to the controversial issue of the tower chronology suggests that the main construction phase should be postponed to the first half of the 13th cent. and not at the end of 12th cent., as assumed by previous studies.
OSL on mortars and TL on bricks were used to test the radiocarbon outcomes using independent methodologies. Unfortunately the mortars proved to be unsuitable for the OSL dating because of the uncompleted bleaching of quartz grains. The TL results confirm the large re-use of Roman bricks. Moreover, it was possible to discover and date a previously unknown renovation in the Cathedral apse area (16th cent.).
The result of this study indicate that petrography represent a fundamental tool for the identification of the most suitable dating technique for radiocarbon dating of mortars.
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