Titanium fastening systems in the archaeological monuments stone integration

This research is developed starting from an experimentation on numerical control prototyping (CAD / CAM) of architectural stone work for the restoration of stone monuments: it began in 2010 and is still in progress, seeing the collaboration between the Polytechnic of Bari and Pi.mar srl, a leading company in the stone processing and numerical control prototyping sector. As is known, since the early years of the twentieth century, the arbitrary and enormous use of metals, such as copper and iron elements - left directly to local workers, without any preliminary structural analysis - has irreversibly damaged most of the monuments belonging to the 'Ancient historical and archaeological heritage of the Mediterranean. The results that we present in this work are focused on the application of the methodology and its experimentation, which aims to use highly performing metal materials, in this specific case Titanium and its alloys, compatible with the original stone materials. In fact, it is necessary to define a detailed analytical methodology, simultaneously with the preliminary prototyping phase, based on a finite element analysis (FEA), to evaluate the interaction between the components of the original architectural element and the new additions. The validation of the Finite Element Model (FEM) was carried out through a comparative analysis between the numerical model and the prototype. It is necessary to start from a sample element, in this specific case the Doric capital of the Forum of Egnatia, and evaluate the answer, to then extend the verification of the entire procedure to each fragment and therefore to the monument.

La presente ricerca si sviluppa a partire da una sperimentazione sulla prototipazione a controllo numerico (CAD / CAM) di frammenti di opere architettoniche in pietra da impiegare nel restauro di monumenti lapidei: è iniziata nel 2010 ed è tuttora in corso, grazie alla collaborazione tra il Politecnico di Bari e Pi.mar srl, azienda leader nel settore della lavorazione della pietra e della prototipazione a controllo numerico. Come è noto, sin dai primi anni del Novecento, l'uso arbitrario di armature metalliche, in rame e ferro (spesso sovradimensionato e demandato direttamente alla sapienza delle maestranze locali, senza alcuna analisi strutturale preliminare) ha danneggiato irreversibilmente la maggior parte dei monumenti appartenenti al patrimonio storico - archeologico del Mediterraneo. I risultati che presentiamo in questo contributo sono focalizzati sulla sperimentazione in scala reale di una procedura metodologica per l’integrazione (geometrica e strutturale) di frammenti lacunosi, che si avvale di dispositivi metallici altamente performanti, in questo caso specifico il titanio e le sue leghe, compatibili con i materiali lapidei originali. Contestualmente alla fase di ricostruzione geometrica e prototipazione, occorre, infatti, definire una metodologia analitica di dettaglio per il dimensionamento di tali dispositivi di fissaggio, basata su un'analisi agli elementi finiti (FEA), per valutare l'interazione tra le componenti dell'elemento architettonico originario e le nuove aggiunte. La validazione del Finite Element Model (FEM) è stata effettuata tramite analisi comparativa tra il modello numerico e il prototipo. Occorre partire da un elemento campione, nel caso specifico il capitello dorico del Foro di Egnazia, e valutare la sua risposta, per poi estendere a ciascun frammento e dunque al manufatto la verifica dell’intero procedimento.