Archeomatica_3_2018

ivista trimestrale, Anno IX - Numero 3 settembre 2018
ArcheomaticA
Tecnologie per i Beni Culturali
Beni Culturali Sommersi
Archeologia subacquea e geomatica
Rov e strumentazione a basso costo per rilievi fotogrammetrici di siti archeologici sommersi
Restauro e conservazione di beni culturali in ambiente sommerso
BLUMED, IMARECULTURE, LAB4DIVE

“Professore, abbiamo organizzato un numero di Archeomatica dedicato
all’archeologia subacquea. Scriverà qualcosa per noi?”. “Certamente, ma
ho bisogno di tempo. E mi fa molto piacere”. Con queste parole Claudio
Mocchegiani Carpano aveva accettato di scrivere per questo numero di
Archeomatica una sua memoria. Gli avevo chiesto un articolo introduttivo,
di inquadramento al tema della archeologia subacquea e dato il suo
entusiasmo mi aspettavo una specie di piccola lectio magistralis che
avrebbe fatto onore ad Archeomatica.
Purtroppo ci ha lasciato improvvisamente di recente e forse non sapremo
mai se aveva iniziato a scrivere qualcosa per noi.
È stato uno dei primi archeologi subacquei italiani. Nel 1976 aveva creato il Servizio Tecnico
Archeologico Subacqueo nel Ministero per i Beni Culturali e Ambientali ove ha prestato servizio
anche come Soprintendente.
Aveva avviato nel 2004 il progetto Archeomar per realizzare un Sistema Informativo Geografico
dell’archeologia marina localizzando anche imbarcazioni antiche ancora presenti nel fondo del
mare, che tanto amava. Un progetto per censire, posizionare e documentare i beni archeologici
presenti nei fondali marini delle regioni del meridione del Paese (Basilicata, Calabria, Campania
e Puglia). Il sito web archeomar.it rende conto della pubblicazione di manuali, atlanti, supporti
informatici e di un'enciclopedia in cinque volumi sull'archeologia marina delle regioni interessate.
Inoltre, la creazione di un GIS completo e interattivo, di supporto alla gestione, valorizzazione
e protezione del patrimonio archeologico subacqueo e la distribuzione alle Forze di Polizia di
supporti magnetici di archivio.
Famoso anche per la ricerca del 1974 quando esplorando i collettori allagati negli ipogei del
Colosseo fece scavare un collettore ostruito dalla antica “spazzatura” prodotta dagli spettatori.
Trovò di tutto, dagli ossi di animali feroci ai noccioli di pesca e altri residui vegetali, iniziando
così una ricerca interdisciplinare attraverso la “spazzatura” del monumento per documentare
realmente la vita e le attività che vi si svolgevano.
Troveremo in questo numero molti articoli che basandosi sulle nuove tecnologie ci portano
nuovi strumenti di indagine come Il tablet subacqueo per la documentazione e la fruizione
dei siti archeologici sommersi, di Fabio Bruno, Barbara Davidde Petriaggi, Marino Mangeruga e
Marco Cozza. Ma anche Tecniche di Data Fusion nell’archeologia subacquea e geomatica per la
ricostruzione del paesaggio fluviale tardoantico del Po antico, di Giovanna Bucci. Per i Rilievi
fotogrammetrici a basso costo di siti archeologici sommersi tramite ROV, un articolo di Elisa
Costa, Francesco Guerra e Paolo Vernier. Sul come utilizzare la Tecnica Robotica per salvare i beni
culturali sommersi un articolo di Ramiro Dell’Erba, Claudio Moriconi e Alfredo Trocciola.
Il degrado dei materiali lapidei in ambienti sommersi è il tema dell’articolo di Mauro Francesco
La Russa e Michela Ricca, come risulta dalle campagne di ricerca condotte su manufattie resti
archeologici sommersi.
Chiude questo numero una Guest Paper sulla Characterization and treatment study of ahandcraft
brass trumpet from Dhamar Museum, Yemen di Megahed M. e Abdelbar M., che sarebbe stata
destinata al prossimo numero dello speciale Archeomatica International 2018 ma che colma il
vuoto lasciatoci da Claudio Mocchegiani Carpano al quale dedichiamo questa rassegna di articoli
sul suo affascinante mondo.
EDITORIALE
L’archeologia subacquea nei mari,
laghi, fiumi, lagune, ipogei
Buona lettura,
Renzo Carlucci

IN QUESTO NUMERO
DOCUMENTAZIONE
6 Un tablet subacqueo per la
documentazione e la fruizione
dei siti archeologici sommersi
di Fabio Bruno, Barbara Davidde Petriaggi,
Marino Mangeruga, Marco Cozza
In copertina un'immagine di un archeologo
subacqueo alle prese con il test del tablet
sottomarino presso l'isola di Poros. (Crediti:
iMareculture, Lab4dive).
10 Archeologia subacquea e
geomatica per la ricostruzione
del paesaggio fluviale
ferrarese nella Tarda
Antichità: tecniche data
fusion, indagini dirette e
indirette di Giovanna Bucci
3D Target 2
Geogrà 34
Geomax 47
GEOmedia 40
Geospatial World Forum 15
Gter 20
Stonex 27
Teorema 46
16 ROV e Strumentazione a basso
costo per rilievi fotogrammetrici
di siti archeologici sommersi
di Elisa Costa, Francesco Guerra, Paolo Vernier
Testo 21
Topcon 43
Vector 48
ArcheomaticA
Tecnologie per i Beni Culturali
Anno IX, N° 3 - settembre 2018
Archeomatica, trimestrale pubblicata dal 2009, è la prima rivista
italiana interamente dedicata alla divulgazione, promozione
e interscambio di conoscenze sulle tecnologie per la tutela,
la conservazione, la valorizzazione e la fruizione del patrimonio
culturale italiano ed internazionale. Pubblica argomenti su
tecnologie per il rilievo e la documentazione, per l'analisi e la
diagnosi, per l'intervento di restauro o per la manutenzione e,
in ultimo, per la fruizione legata all'indotto dei musei e dei
parchi archeologici, senza tralasciare le modalità di fruizione
avanzata del web con il suo social networking e le periferiche
"smart". Collabora con tutti i riferimenti del settore sia italiani
che stranieri, tra i quali professionisti, istituzioni, accademia,
enti di ricerca e pubbliche amministrazioni.
Direttore
Renzo Carlucci
dir@archeomatica.it
Direttore Responsabile
Michele Fasolo
michele.fasolo@archeomatica.it
Comitato scientifico
Annalisa Cipriani, Maurizio Forte,
Bernard Frischer, Giovanni Ettore Gigante,
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Valerio Carlucci
valerio.carlucci@archeomatica.it
Domenico Santarsiero
domenico.santarsiero@archeomatica.it
Luca Papi
luca.papi@archeomatica.it

22 La tecnologia robotica
può salvare i beni culturali
sommersi? di Ramiro Dell’Erba,
Claudio Moriconi, Alfredo Trocciola
RUBRICHE
34 AGORÀ
Notizie dal mondo delle
Tecnologie dei Beni
Culturali
RESTAURO
28 Il degrado dei materiali
lapidei in ambiente sommerso
di Mauro Francesco La Russa, Michela Ricca
44 AZIENDE E
PRODOTTI
Soluzioni allo Stato
dell'Arte
46 EVENTI
GUEST PAPER
36 Characterization and Treatment Study
of a Handcraft Brass Trumpet From
Dhamar Museum, Yemen
By Mohamed M. Megahed, Mohamed M. Abdelbar
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del 19 novembre 2009
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Data chiusura in redazione: 30 luglio 2018

DOCUMENTAZIONE
Un tablet subacqueo per la
documentazione e la fruizione
dei siti archeologici sommersi
di Fabio Bruno, Barbara Davidde Petriaggi, Marino Mangeruga, Marco Cozza
Fig. 1 - Il tablet viene utilizzato per visualizzare l’ipotesi ricostruttiva
durante un’immersione nella “Villa con ingresso a protiro”.
Grazie ai progetti iMARECulture
e Lab4Dive, due partenariati
internazionali stanno sviluppando
un tablet subacqueo dedicato ai
siti archeologici sommersi che è in
grado sia di arricchire l’esperienza
di visita da parte dei turisti che di
supportare il lavoro di ispezione
e documentazione condotto dagli
archeologi subacquei.
I
siti archeologici subacquei, sia nel caso dei relitti che di strutture o città sommerse, esercitano un
notevole fascino sul pubblico, sia per l’alone di mistero che li ricopre, sia per la simbiosi che si crea
fra il manufatto e le creature che popolano l’ambiente marino. Tuttavia, spesso è difficile per i visitatori
meno esperti riuscire ad orientarsi sott’acqua e comprendere cosa effettivamente rappresentino
i resti che stanno ammirando. I visitatori seguono una guida subacquea ma, spesso, trovano difficoltà a
comprendere la topografia del sito a causa della visibilità ridotta che si può avere sott’acqua oltre che
per via del degrado che progressivamente i materiali subiscono. Inoltre, le informazioni su tutto ciò che
potranno vedere durante l’immersione vengono fornite dalla guida durante il briefing, ovvero prima di
entrare in acqua. Talvolta non è semplice ricordare quanto si è ascoltato ed associarlo a quello che si
sta vedendo durante l’immersione. Inoltre, non tutti hanno la fortuna di poter visitare di persona un sito
archeologico subacqueo. L’immersione subacquea, infatti, è un’attività divertente, ma anche impegnativa
e richiede l’acquisizione di alcune conoscenze di base e di un vero e proprio brevetto per poterla
svolgere in totale sicurezza e nel rispetto delle regole. Alla luce di queste considerazioni, nell’ambito
del progetto i-MareCulture sono state sviluppate delle soluzioni tecnologiche atte a sopperire a tutte
queste diverse esigenze. Da un lato, è stato sviluppato un sistema di esplorazione aumentata rivolto
ai subacquei che effettuano la visita in immersione di un sito archeologico e che consenta loro di avere
a disposizione una guida virtuale che fornisca informazioni contestualizzate in base alla specifica
6 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 7
area che si sta visitando. Dall’altro lato, è stato realizzato
un sistema virtuale di immersione subacquea in modo da
permettere a tutti, dai più piccoli ai più grandi, di poter
ammirare il patrimonio culturale sommerso, senza la
necessità di effettuare un’immersione subacquea e senza
bagnare nemmeno un capello.
i-MareCulture (Immersive serious games and augmented
reality as tools to raise awareness and access to european
underwater culture) è un progetto di ricerca finanziato
dalla Commissione Europea nell’ambito del Programma
Horizon2020 ed è sviluppato da un partenariato, coordinato
dalla Cyprus University of Technology, in cui per l’Italia
partecipano l’Istituto Superiore per la Conservazione
e il Restauro e la 3D Research s.r.l.. Lo scopo principale
del progetto è quello di riconnettere tra loro i Paesi del
Mediterraneo, promuovendo un senso comune di identità
Europea, attraverso la conoscenza, la valorizzazione e la
salvaguardia del patrimonio archeologico sommerso, simbolo
per eccellenza dello scambio culturale e commerciale
da sempre in atto nel Mare Mediterraneo. Ed è proprio
per favorire tale obiettivo che diventa ancora più importante
rendere accessibile al grande pubblico il patrimonio
sommerso, attraverso l’uso di tecnologie interattive,
realtà virtuale e realtà aumentata subacquea. Sono state
esattamente queste le motivazioni che hanno spinto alla
realizzazione delle soluzioni tecnologiche citate prima.
Il sistema di realtà aumentata e navigazione 3D è basato
sull’uso di uno speciale tablet subacqueo provvisto di
un sistema di localizzazione che permette ai subacquei di
conoscere la propria posizione all’interno del sito, di ricevere
informazioni sui punti di interesse, sulla profondità
e sul tempo di immersione. Una prima versione del tablet
subacqueo era stata realizzata (dal 2014 al 2016) nell’ambito
del progetto VISAS (Valorizzazione integrata dei Siti
Archeologici Sommersi) per migliorare la fruibilità dei siti
archeologici sommersi. Una delle sfide per realizzare un
sistema di questo tipo è legata al fatto che nell’ambiente
subacqueo i classici sistemi di posizionamento terrestri,
come ad esempio il GPS, non funzionano poiché il segnale
proveniente dai satelliti viene attenuato dall’acqua al
punto che riesce a penetrare solo per pochi centimetri al
di sotto della superficie del mare. In natura esistono diverse
specie che utilizzano segnali acustici per orientarsi,
come ad esempio i delfini, il cui senso principale è proprio
l’udito e la cui più importante forma di comunicazione è
appunto quella sonora. Le onde acustiche infatti, a differenza
di quelle elettromagnetiche, si propagano benissimo
sott’acqua. Il sistema di posizionamento subacqueo
utilizzato nei progetti i-MareCulture e Lab4Dive è in grado
quindi di sopperire all’assenza del segnale GPS in ambiente
sottomarino attraverso un sistema di comunicazione
acustica, basato su emettitori ad ultrasuoni, che operano
su frequenze non udibili dagli esseri umani. Grazie a
tale sistema di posizionamento acustico, il tablet fornisce
ai sommozzatori le informazioni sulla propria posizione
all’interno del sito, profondità alla quale si trovano,
direzione e percorso da seguire per raggiungere i diversi
manufatti e punti di interessi.
L’interfaccia grafica del tablet (Figura 1) è in grado di fornire
molte informazioni utili all’utente, come ad esempio
il tempo di immersione, la profondità e la temperatura
dell’acqua, la qualità del segnale acustico, le informazioni
sul percorso e sui punti di interesse già visitati e quelli
da visitare, migliorando l'esperienza di visita del sito sia
per i subacquei ricreativi che per quelli tecnico-scientifici.
Il tablet permette inoltre, durante una visita ad un sito
Fig. 2 - Interfaccia utente visualizzata sul tablet subacqueo.
archeologico subacqueo, di scattare foto geo-localizzate
dei momenti più emozionanti dell’immersione. Questa
funzionalità risulta utile non solo dal punto di vista ricreativo
ma anche da quello professionale. Infatti, durante
un’immersione di tipo tecnico il sub, oltre ad avere una
maggiore cognizione della sua posizione all’interno del
sito, può documentare in maniera più accurata e semplice
rispetto al passato, le attività svolte attraverso la scrittura
di note, l’acquisizione di foto e video, con il vantaggio di
poter conoscere il punto preciso dove ognuna di queste è
stata prodotta. Ma le novità che questo particolare tablet
porta nel mondo sottomarino non sono finite. Anzi, quella
di cui dobbiamo ancora parlare è forse l’applicazione più
innovativa in ambito subacqueo fra quelle che abbiamo
descritto. Attraverso il tablet, infatti, è anche possibile visualizzare
in realtà aumentata le ipotesi ricostruttive delle
strutture sommerse. Per capire meglio di cosa si tratta
possiamo vedere l’esempio mostrato in Figura 2, nel quale
un sub si trova in un sito archeologico e sta visitando i
resti di un’antica villa. Attivando la funzionalità di realtà
Fig. 3 - Visualizzazione sul tablet subacqueo dell’ipotesi ricostruttiva
della stanza del mosaico.

Fig. 4 - Test del sistema presso l'isola di Poros.
aumentata sul tablet, il sub è in grado di visualizzare l’ipotesi
ricostruttiva della villa e di comprendere più a fondo
le antiche rovine che sta visitando, osservando non solo
quello che “è” ma anche quello che probabilmente “era”.
Le ipotesi ricostruttive vengono realizzate attraverso un
preciso flusso di lavoro che parte dal rilievo 3D del sito,
realizzato attraverso la combinazione di tecniche ottiche
e acustiche, per arrivare fino alla modellazione delle ipotesi
ricostruttive. Tutti i passaggi vengono realizzati grazie
alla stretta collaborazione fra archeologi, modellatori e
sviluppatori.
Il sistema sarà completato entro l’estate del 2019 e fino ad
allora verranno effettuati numerosi test prima del rilascio,
per migliorare il più possibile l’esperienza dell’utente. Attualmente,
grazie alla collaborazione attivata con il Parco
Archeologico dei Campi Flegrei, un primo test ufficiale è già
stato effettuato nel sito pilota del Parco Sommerso di Baia,
nel comune di Bacoli (NA). In particolare l’area scelta per
la sperimentazione ricade all’interno della cosiddetta “Villa
con ingresso a protiro”, una delle tante lussuose residenze
private che furono erette da aristocratici e facoltosi romani
lungo l’amena costa di Baia con l'intento di villeggiarvi
all'insegna dell'otium. Nell’atrio di questa villa, era un vano
che probabilmente è da ritenersi una stanza da letto. Il pavimento
di questo vano è impreziosito da uno splendido mosaico
a tessere bianche e nere con una decorazione a pelte,
tuttora visibile, che possiamo vedere in Figura 3.
Un sub in immersione nella villa può così visualizzare in
realtà aumentata l’ipotesi ricostruttiva di alcune aree tramite
il tablet (Figura 3).
Questo sistema basato sul tablet subacqueo, grazie al progetto
Lab4Dive (Mobile Smart Lab for augmented archaeological
dives), finanziato nell’ambito del programma EMFF
dell’Unione Europea, diventa un vero e proprio laboratorio
portatile low cost che aiuta gli archeologi subacquei durante
le attività di rilievo, documentazione e conservazione
del patrimonio archeologico sommerso. Il progetto,
partito nel marzo 2017, vanta diversi partner, quali: 3D
Research s.r.l., l’Università Politecnica delle Marche, la
società greca Atlantis Consulting e l’Hellenic Institute of
Marine Archaeology (H.I.M.A.). Gli archeologici subacquei
possono esplorare relitti e siti archeologici sommersi utilizzando
il tablet per orientarsi anche in condizioni di scarsa
visibilità, grazie alle funzionalità di navigazione aumentata
e alla possibilità di pianificare, attraverso un apposito
software, le attività prima di effettuare l’immersione. Il
sistema consente inoltre di annotare aree di interesse direttamente
durante l’immersione, memorizzando il punto
esatto in cui è stata scattata la foto o è stata scritta la
nota. A fine immersione, tutti i dati acquisiti tramite il tablet
sono memorizzati su un sistema cloud per poter essere
visualizzati ed elaborati successivamente. Il tablet, inoltre,
si interfaccia ad una camera ad alta risoluzione per
acquisire automaticamente un set di foto che possono essere
utilizzate per produrre una mappa 3D del sito o di una
porzione di esso. Le caratteristiche del sistema Lab4Dive
consentono di velocizzare e semplificare le attività di documentazione
dei siti archeologici sommersi. Attualmente
è in corso la sperimentazione e la validazione del sistema
attraverso attività di documentazione e rilievo da parte
degli archeologi dell’H.I.M.A. su un relitto risalente all’età
del bronzo presso l’isolotto di Modi, a sud est dell’isola di
Poros, nel Golfo Saronico in Grecia (Figura 4).
Tornando al progetto i-MareCulture, per quanto riguarda
il sistema di realtà virtuale, è stata sviluppata un’applicazione
che permette di effettuare un’immersione virtuale
in alcuni siti archeologici subacquei del Mar Mediterraneo.
L’immersione virtuale può essere effettuata utilizzando diversi
tipi di Head Mounted Display (HMD) quali l’HTC Vive,
il Samsung Gear VR o il Google Daydream sfruttando le
potenzialità di questi dispositivi che consentono una piena
libertà di movimento e di interazione con l’ambiente
virtuale. La visita virtuale può avvenire in due differenti
modalità, una con l’acqua ed una senza (Figura 5). La prima
modalità è una rappresentazione realistica del sito e
Fig. 5 - Le due diverse modalità di immersione virtuale. (sx) Con acqua: Visibilità ridotta e colori alterati. (dx) Senza acqua: Visibilità buona e colori reali.
8 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 9
dell’ambiente subacqueo, ottenuta attraverso tecniche di
computer grafica per riprodurre le condizioni ambientali
tipiche di una scena subacquea (Figura 5a). Gli effetti grafici
riproducono quindi la torbidità dell’acqua, l’assorbimento
della componente rossa dello spettro luminoso che
aumenta con la profondità di immersione, la rifrazione e
la riflessione della luce causate dalle particelle sospese
nell’acqua. La seconda modalità di visualizzazione, invece,
permette di osservare il sito in maniera più chiara e
nitida senza alcun effetto grafico volto a simulare la limitata
visibilità dell’ambiente subacqueo (Figura 5b). L’utente
in questa modalità ha l’impressione che l’acqua sia
stata rimossa e può visualizzare i resti archeologici con il
loro colore naturale. Inoltre, così come avviene sul tablet
attraverso la realtà aumentata, è possibile visualizzare
anche in questo sistema di realtà virtuale l’ipotesi ricostruttiva
dei resti archeologici che si stanno osservando
(Figura 6). In questo caso naturalmente l’impatto visivo
ed emotivo è maggiore perché è un’esperienza di tipo immersivo
con una qualità di visualizzazione più alta rispetto
ad un’osservazione del modello ricostruito sul più piccolo
schermo del tablet. Durante la visita al sito si possono visualizzare
delle schede informative di approfondimento e
dei video che, seguendo l’approccio tipico dello storytelling,
forniscono all’utente i contenuti didattici attraverso
la narrazione effettuata da attori reali che vestono i panni
di personaggi dell’epoca di riferimento e accompagnano
l’utente nel suo viaggio recitando un ruolo coerente con
la storia del luogo che si sta visitando. I video, realizzati
dall’Università di Sarajevo, sono fruibili sempre attraverso
gli HMD e, pertanto, sono stati realizzati con un campo
visivo di 360 gradi. L’utente potrà dunque, durante l’esplorazione,
attivare in sequenza i video a 360 gradi disposti
nell’ambiente virtuale per “entrare nel vivo della storia”.
In Figura 6 è possibile vedere un esempio dei video a 360
gradi, nel quale il padrone della “Villa con ingresso a Protiro”
sta accompagnando un ragazzo attraverso le varie
stanze, raccontando dettagli e curiosità riguardo la sua
residenza estiva.
Fig. 6 - Esplorazione virtuale dell’ipotesi ricostruttiva della villa.
Abstract
Within the i-MareCulture and Lab4Dive projects, an international partnership
is developing different technologies for both in-situ and virtual underwater
exploration. In particular, an underwater tablet dedicated to the archaeological
sites is being developed to improve the recreational diving experience
and support the research activities conducted by the archaeological divers.
This tablet allows the diver to recognize his position in the underwater site,
to acquire geo-localized photos and notes and to visualize the hypothetical
reconstruction of the underwater remains through the augmented reality. In
addition, it has been realized a virtual diving application that enables every
user to explore some different underwater archaeological sites of the Mediterranean
Sea without the need to conduct a proper dive. This virtual visit can
be enjoyed by means of different Head Mounted Displays (HMDs), such as the
HTC Vive, the Samsung Gear VR or the Google Daydream, exploiting the features
of these devices to interact with the virtual environment. During the visit,
additional information can be obtained playing some videos realized with the
typical approach of the storytelling and a 360° field of view.
Parole chiave
Archeologia subacquea; documentazione; fruizione; tablet subacqueo;
realtà virtuale; realtà aumentata; geolocalizzazione
Autore
Fabio Bruno
fabio.bruno@unical.it
Università della Calabria, Rende (CS)
Marino Mangeruga
marino.mangeruga@unical.it
Università della Calabria, Rende (CS)
Barbara Davidde Petriaggi
barbara.davidde@beniculturali.it
Istituto Superiore per la Conservazione ed il Restauro, Roma
Marco Cozza
info@3dresearch
3D Research s.r.l. , Rende (CS)
Fig. 7 - Visuale a 360 gradi della narrazione virtuale all'interno della "Villa con ingresso a protiro".

DOCUMENTAZIONE
Archeologia subacquea e geomatica per la ricostruzione
del paesaggio fluviale ferrarese nella Tarda Antichità:
tecniche data fusion, indagini dirette e indirette
di Giovanna Bucci
Il Progetto ASAI – Archeologia
Subacquea delle Acque Interne,
coordinato dalla scrivente, è
incentrato sulla sperimentazione
metodologica scientifica
multidisciplinare per lo studio,
la ricerca e la ricostruzione del
paesaggio fluviale antico. Il sito
della prima sperimentazione
completa si colloca presso il
Lago Tramonto, Gambulaga –
Portomaggiore (FE – Figg. 1-2).
Fig. 1 – Immagine satellitare Google Earth della provincia di Ferrara: al centro, indicato da picchetto rosso il sito
oggetto di studio (accesso Google Earth 13/09/2018)
Il programma, nato nel 2009, procede ora nell’ambito
del LAS – Laboratorio di Archeologia Subacquea del
Dipartimento dei Beni Culturali dell’Università di
Padova (in collaborazione con Federazione ITA F07 CMAS
Diving Center Italia – Confédération Mondiale des Activités
Subaquatiques, Soprintendenza Archeologia, Belle Arti e
Paesaggio per la città metropolitana di Bologna e le province
di Modena, Reggio Emilia e Ferrara, settore Archeologia,
Comune di Portomaggiore, Agriturismo ai due Laghi del
Verginese).
Alla luce di una approfondita indagine bibliografica e
delle fonti, dopo aver riesaminato foto aeree e satellitari
(già oggetto di studio in lavori precedenti – Bucci 2018),
stiamo elaborando la sommatoria dei dati raccolti per la
ricostruzione del paesaggio antico ai fini della valorizzazione
del patrimonio culturale locale, ancora poco noto.
La scarsa visibilità e la morfologia delle sponde del lago
Tramonto non consentendo agile osservazione autoptica
delle emergenze archeologiche e hanno portato all’uso di
tecniche remote sensing per topografia e rilevamenti in
immersione, con particolare riferimento al posizionamento
di strutture e reperti e relativa misurazione. In tal senso le
tecniche di geomatica hanno dato un importante contributo
alla comprensione del sito.
CONTESTO DELLA RICERCA
Il contesto idrografico tardoantico e medievale del Delta
ferrarese è caratterizzato dalla presenza di assi idroviari
che si sviluppano attraverso meandri e settori rettilinei.
Questi ultimi sono il risultato della regimazione degli alvei,
certamente frequentati sin dalla fase etrusca. Il Po “grande”
si diramava in direzione Est – Sudest separandosi in Po di
Volano - Olana, Po di Spina – Eridanus e, successivamente, a
Sud, in Po di Primaro.
Il c.d. Po di Spina, noto dalle fonti (cfr. Calzolari 2004),
attraversa nella fase romana e medievale, i centri di
Voghiera – Voghenza, un vicus (http://www.archeobologna.
beniculturali.it/Ferrara/area.htm#Necropoli_Romana_di_
Voghenza), di Gambulaga, le aree boschive di Rovereto
(già Roburetum), il territorio di Ostellato per giungere a
Comacchio, il Castrum Cumiacli, nei pressi della Chiesa
di Santa Maria in Padovetere (Fabbri 1987, Patitucci
Uggeri 2002b, Corti 2007), recentemente oggetto di
indagini archeologiche da parte della Soprintendenza in
collaborazione con il Comune di Comacchio; tali ricerche
hanno messo in luce anch’esse un settore del margine
spondale settentrionale del ramo fluviale oggetto di studio,
facendo emergere uno scafo ligneo cucito e alcune piroghe
monossili (http://www.archeobologna.beniculturali.it/fe_
comacchio/imbarcazioni_2014.htm).
In corrispondenza del settore centrale del paleoalveo del
Po di Spina, Eridanus, il fiume si suddivide in direzione del
Reno, parallelamente al Sandalo, per deviare verso una
piccola frazione del Comune di Portomaggiore, Gambulaga
10 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 11
(cfr. Bondesan, Masè 1984; Calabrese, Centineo & Cibin
2009; Luetti, Veronese & Brunaldi 2005; Stefani 2006), zona
interessata da poli estrattivi di sedimenti fini attivi negli
Anni Novanta, ora dismessi e convertiti in oasi naturalistiche
lacustri. Il Lago Tramonto è un bacino artificiale in falda
che si sviluppa all’interno di un paleoalveo con meandro
orientato verso Nordest (Fig. 3) e margine spondale
settentrionale caratterizzato da un alto dosso parafluviale
(m +2 - 5,00 slm). Il contesto stratigrafico è caratterizzato
da alternanze di argille, limi, sabbie; le acque sono
verdi e prevalentemente opache a causa del sedimento
fine in sospensione insieme alle alghe. Il fiume storico è
riconoscibile nelle foto aeree e satellitari.
La scoperta occasionale della necropoli dei Fadieni nel
2002 (Berti 2006), durante lavori agricoli presso l’adiacente
Podere Santa Caterina a Nord del Lago, e i successivi studi
nell’ambito archeologico subacqueo, hanno messo in luce
la frequentazione del sito dall’Epoca Imperiale all’Alto
Medioevo (Bucci 2010a, 2010b, 2015, 2018a, 2018b). Dopo
gli scavi archeologici dell’area funeraria, è stato portato
a termine un progetto di ricognizioni archeologiche in
immersione e studi degli antichi settori fluviali al fine
di ricostruire il sistema idrografico antico del territorio
ferrarese caratterizzato da forme di insediamento sparso.
Lo sviluppo del fiume influenza la distribuzione del sistema
insediativo, degli sviluppi commerciali e dei trasporti
attraverso le acque interne (Patitucci Uggeri 2002a, 2002b,
2016).
Le ricognizioni subacquee condotte fra 2009 e 2018, fino
alla profondità -12m, insieme a indagini strumentali
effettuate su tutto il lago, hanno fatto emergere nuovi
dati circa la realtà insediativa del paleoalveo di Po. La
presenza di laterizi con marchio di fabbrica Pansiana (a
proposito della produzione Pansiana v. Pellicioni 2012),
reperti ceramici (contenitori, quali anfore, vasellame da
cucina, tegami per la cottura) romani e medievali hanno
consentito di documentare la continuità di uso del territorio
attraverso i secoli (Bucci 2018a). L’antropizzazione si
attesta sulla sponda settentrionale del fiume, oggi circa in
corrispondenza del limite Nord del lago.
METODOLOGIA E TECNICA DELLA RICERCA
ARCHEOLOGICA DEL PROGETTO ASAI
Sul sito sono state condotte indagini dirette e indirette
riconducibili a quattro attività sul campo fondamentali:
survey a terra nei pressi del lago, carotaggi geo-archeologici,
ricognizioni subacquee, survey idrografico (ricerche
corredate da rilievi, foto, video). A ciò si aggiungono esame
delle foto aeree e satellitari, rilettura da software dedicato
dei dati da echo side scan sonar, geomatica applicata
all’archeologica con analisi della cartografia storica,
delle fonti e della bibliografia, inventario e catalogazione
dei reperti e ripartizione percentuale degli stessi, analisi
archeometriche di manufatti fittili (Rambaldi 2013) e
analisi petrografiche di campioni prelevati dalla stratigrafia
(Facchini 2017).
Nella prima fase dei lavori ci siamo posti il quesito di come
effettuare e con quali mezzi le ricognizioni in ambiente di
scarsa visibilità: uno dei principali problemi è stato come
misurare ciò che non si riusciva a vedere in immersione.
Era necessario, una volta compreso dove effettivamente
si trovasse l’area ai di maggiore interesse archeologico,
effettuare una ricognizione con lo scopo di ottenere dati
di misura e corretta posizione dei rinvenimenti al fine di
correlarli e stabilire rapporti tra strutture e oggetti. Il survey
autoptico aveva diversi limiti. L’ambiente fluviale/lacustre
Fig. 2 – Lago Tramonto, Gambulaga – Portomaggiore (FE): sponda settentrionale
(foto Autore 2018).
è caratterizzato da scarsa visibilità (sospensione argillosa)
e superfici discontinue (canyon, buche, frane, tronchi
d’albero); le foto leggibili possono essere solo ravvicinate
o macro; i sistemi fotogrammetrici non si confanno a
questo tipo di superfici e visibilità; in questo caso il video
mapping è gestibile solo a corto raggio, non consentendo
la panoramica di insieme per correlare i rinvenimenti e a
causa della discontinuità morfologica del fondale, unita al
sedimento soffice che entra in sospensione obnubilando la
prospettiva di indagine (il sito subacqueo è lungo circa m
200,00). Ci siamo quindi dotati di echo side scan sonar con
software di lettura dati, per verificare a computer i dati
delle scansioni.
Il survey indiretto è stato effettuato mediante strumento
integrato GPS-ecoscandaglio side scan sonar Humminbird
1198c SI Combo. Sono state rilevate 7 planimetrie 3D, 2
sezioni cumulative 3D (Nord-Sud ed Est-Ovest) elaborate
con software dedicato Drdepth.se (v. Bucci 2015 e 2018);
sono stati selezionati 25 snapshot, ciascuno dei quali con
visone DI (down image) e SI (side image), grazie al software
Humviewer, per un totale di 25 rilievi di anomalie.
Gli step dell’applicazione geomatica proposta hanno visto
innanzitutto la collocazione di punti georeferenziati su
bordo e fondo lago, suddivisione sistematica dell’area
di indagine in swath / transetti con modulo geometrico
ripetibile, agganciato alle coordinate geografiche, survey
idrografico, schematizzazione su livelli sovrapposti di
Fig. 3 – Gambulaga – Portomaggiore (FE). Tracciato dei principali paleoalvei a Nord di Portomaggiore:
in alto il tratto dell’Eridanus con regimazione artificiale antica (rettilineo), in basso
il corso del Sandalo (elaborazione G. Bucci su immagine satellitare Google Earth 2018).

Fig. 4 - Lago Tramonto, Gambulaga – Portomaggiore (FE): rilievo 3D
con georeferenziazione satellitare nel sistema Google Earth (elaborazione
di G. Zuffi – Hydrosynergy).
Fig. 5 – Lago Tramonto, Gambulaga (FE). Immagine da echo-side scan sonar aperta
con Humviewer e 4 immagini relative al margine spondale: strati di argilla compatta,
palo infisso verticale, tronco orizzontale in piano, tronco in seconda giacitura (Foto
Autore 2016-2018).
morfologia e rinvenimenti, misurazione indiretta. La fase
di data fusion ha contemplato il susseguirsi di proiezioni di
visualizzazioni side image e down image confrontate con
proiezioni di video subacquei realizzati direttamente in
immersione da chi scrive.
Considerando le diverse tecniche di rilevamento e analisi
dei parametri metrici e fisici dell’ambiente, per la
topografia abbiamo provveduto a inserire il rilievo 3D con
georeferenziazione satellitare nel sistema Google Earth,
posizionando la planimetria a sua volta connessa con
riferimenti di profondità geolocalizzati (Fig. 4).
Grazie a un accurato esame della documentazione con
software dedicato è stato portato a termine il rilevamento
di anomalie di fondale con misurazione e registrazione dei
dati metrici anche per poter organizzare nuove ricognizioni
subacquee specifiche.
La strumentazione ha consentito di verificare presenza,
iso-orientamento e dati metrici di lunghi tronchi adoperati
per rinforzare i margini spondali del fiume, ha ampliato
la conoscenza del sito, le prospettive di indagine e
dilatato la cronologia della frequentazione, a seguito del
riconoscimento deduttivo di anomalie di fondale. Grazie
al posizionamento di questi punti, ci siamo immersi per
completare la documentazione del sito subacqueo e
verificare quanto riscontrato dal remote sensing (Fig. 5).
DATI ARCHEOLOGICI E PRINCIPALI SCOPERTE 2016-2018
L’analisi stratigrafica dell’area si presenta con una sequenza
di tre paleosuoli intervallati da strati alluvionali depositati
dalle esondazioni fluviali. Il carotaggio geo-archeologico
portato a termine nel 2017 sintetizza l’evoluzione della
sponda Nord del ramo di Po (Bucci 2018a). Il piano di
calpestio più antico si trova a m -7,00 circa (argilla limosa
violacea con tracce vegetali), coperto da uno strato di limo
grigio con malacofauna di acqua dolce; a m -5,50 si attesta il
paleosuolo romano con micro frammenti di laterizi; una serie
di strati di sabbia, limo e argilla grigi coprono la fase protoimperiale;
a m -3,20 di profondità circa si trova il piano di
calpestio tardoantico-medievale, successivamente coperto
da alluvioni di limo beige. La stratigrafia trova riscontro con
le prime sezioni rilevate in immersione nel 2009 (Bucci 2010a,
2010b). Proprio dallo strato argilloso compatto del periodo
tardo sono state trovate nelle ricognizioni subacquee 2018
anfore Late Roman ascrivibili al V sec. d.C.
Fig. 6 – Lago Tramonto, Gambulaga (FE), palo infisso e palo lavorato orizzontale con tracce di legatura (foto Autore 2016).
12 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 13
Fig. 7 – Lago Tramonto, Gambulaga (FE), frammenti di travi e pali su dosso limoso (foto Autore 2016).
Di straordinario interesse i ritrovamenti in legno: undici
pali allineati con diametro compreso tra cm 10,00 e
20,00, infissi in uno strato di argilla grigio scuro compatto,
coperto da uno strato di argilla limosa marrone chiaro
sterile; a Ovest della struttura si trovano quattro pali
con diametro pari a cm 25,00, forse la fondazione di una
torretta di guardia (Fig. 6). Una trave con scasse lunga m
6,00, una trave con fori insieme ad altri pezzi sparsi in
crollo giacciono su un dosso limoso (Fig. 7). Due lunghi e
grossi tronchi (diametro m 1,00) dall’estremità biforcuta,
giacciono isorientati in direzione Nordovest (Fig. 8).
Tronchi tagliati con criteri di utilità si riscontrano in tutto
il contesto di frequentazione: pali rastremati, lisci, con
e senza tagli insieme a tronchi con diametro di cm 10-
15,00 recanti tracce di legatura. Si tratta forse di elementi
costruttivi di zattere, anticamente fissati gli uni agli altri
da fibre vegetali o animali. Nel settore Est del margine
spondale, ben ravvisabile dalle immagini ricavate dalla
lettura dei dati da echo side scan sonar, si trovano tre
lunghi tronchi dislocati secondo l’asse idroviario, forse
parte della struttura della banchina, evidentemente
progettata con elementi verticali di fissaggio e margini
rinforzati con lunghe barre contenitive.
I reperti lignei riconducibili a imbarcazioni monossili (frr di
prua/poppa e di carena), un tronco scavato internamente
in modo parziale, elementi lignei con tracce di lavorazione
e legatura, inducono a formulare l’ipotesi della presenza
in sito di un piccolo cantiere per la costruzione di piroghe e
zattere attivo presso la banchina fluviale. Il confronto con
imbarcazioni simili scoperte nel ferrarese, la compresenza
di ceramica tardoantica – medievale portano, anche grazie
al confronto bibliografico, a collocare le scoperte più
recenti al V-VI sec. d.C.; grandi alluvioni con esondazioni
fluviali hanno successivamente distrutto il quartiere
abitato.
PERIODIZZAZIONE E IPOTESI DI RICOSTRUZIONE STORICA
La tecnica data fusion proveniente dalla sinergia tra le
differenti discipline (in particolare archeologia, geologia,
idrologia, archeometria) ha permesso di individuare
una periodizzazione suddivisa in sei momenti principali:
Periodo I I-II sec. d.C. (romano imperiale), documentato
principalmente dalla necropoli dei Fadieni, forse con una
prima fase di regimazione fluviale; Periodo II, III-IV sec.
d.C., alluvione; Periodo III, IV-V sec. d.C. Tarda Antichità,
torretta e cantiere delle piroghe; Periodo IV, VI-XV sec. d.C.,
alluvione medievale, impaludamento del fiume; Periodo V,
XVI-XVIII, Rinascimento e fase post rinascimentale: riduzione
del fiume a Canale del Verginese, costruzione della Delizia;
Periodo VI, XIX-XXI, dall’Età Moderna alla contemporaneità:
Fase1, sec. aziende agricole, Fase 2, cave, Fase 3 oasi
naturalistica.
Fig. 8 – Lago Tramonto, Gambulaga (FE), zona Nord: tronco gigante
Est (foto Archivio CDCI).

Fig. 9 - Lago Tramonto, Gambulaga (FE): a sinistra due probabili frammenti di poppa
di piroghe monossili tardoantiche (foto Autore 2018), a destra i rilievi di M. Bonino
delle imbarcazioni di Valle Isola – Comacchio (FE) (da Bonino 1978).
CONCLUSIONI
Allo stato attuale degli studi, leggendo la sequenza di
contesto attraverso dati stratigrafici e lacerti di strutture,
associando la cronologia indicata dai reperti fittili, è
possibile ipotizzare la ricostruzione storica del margine
spondale settentrionale del nel periodo tardoantico.
Il dosso parafluviale era certamente abitato. Nonostante
non si sia ancora in possesso di dati specifici per strutture
abitative, la frequentazione del margine spondale doveva
essere legata a un insediamento locale caratterizzato
da costruzioni in materiali poveri (laterizi di reimpiego,
argilla, legno, canne e paglia), con un settore produttivo
connesso con i trasporti idroviarii. Sussistono forse i pali
della porzione inferiore di una torre di osservazione
(seguendo anche la possibile indicazione topografica
della vicinissima località La vedetta); a Est della torretta
si trova la sponda con pali infissi, affiancata da materiali
in dispersione relativi a imbarcazioni: piroghe e zattere
(Fig. 9). Il confronto nautico più diretto si riscontra negli
gli esemplari di piroga rinvenuti in Valle Isola (Comacchio
– FE), monossile A e B, e Massafiscaglia - FE) (Berti 1983,
1987; Bonino 1978), cronologicamente collocabili tra IV e
VI sec. d.C. Il prosieguo degli studi anche con l’ausilio di
indagini archeobotaniche potrà contribuire a formulare una
datazione più precisa.
Il progetto di valorizzazione integrata dell’Oasi ai Due
Laghi del Verginese appena iniziato vedrà l’allestimento
sulla sponda del lago di un percorso didattico corredato
di pannelli illustrativi, in prossimità del sito archeologico
subacqueo. Sul fondo del bacino, seguendo l’andamento
del margine antico (tra m -3 e -8,00 di profondità) verrà
tracciato un itinerario per immersioni scientifiche con
didascalie esplicative dei reperti.
References
Berti F. (1983). Le imbarcazioni antiche del Delta Ferrarese, Guide de “La
Pianura” 2/1983. Ferrara: Cam. Commercio I.A.A. di Ferrara, 3-5.
Berti F. (1987). Rinvenimenti di archeologia fluviale ed endolagunare nel
Delta Ferrarese; Bollettino d’Arte, Supplemento, Archeologia Subacquea” 3.
Roma: Ed. MiBAC, 19–38.
Berti F. (Ed.) (2006) Mors inmatura: i Fadieni e il loro sepolcreto, Quaderni di
Archeologia dell’Emilia Romagna n.16. Firenze: All’Insegna del Giglio.
Bondesan M., Masè G. (1984). Geomorfologia del Territorio di Voghenza e di
Voghiera in Voghenza. Una Necropoli di età Romana nel Territorio Ferrarese.
Ferrara: Ed. Banca di Credito Agrario di Ferrara, 11–22.
Bonino M., (1978). Archeologia e tradizione navale tra la Romagna e il Po.
Ravenna: Longo.
Bucci G. (2010a). Gambulaga 2009. Archeologia Subacquea Delle
Acque Interne: Bacini Artificiali e Controllo Archeologico. Osservazioni
Metodologiche, Tecniche e Stratigrafiche. In Felix Ravenna 2010, 157, 171–
188.
Bucci G. (2010b). Low visibility underwater archaeological researches:
Gambulaga Project 2009–2010. In Proceedings of the 4th International
Symposium on Underwater Research by Eastern Mediterranean University,
Famagusta, Northern Cyprus, 18–20 March 2010, 21–38.
Bucci G. (2015). Padus, Sandalus, Gens Fadiena. Underwater surveys, in
palaeo-watercourses (Ferrara District—Italy). In Proceedings of the The
International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial
Information Sciences, 2015 Underwater 3D Recording and Modeling, Piano di
Sorrento, Italy, 16–17 April 2015; Volume XL-5/W5, 55–60.
Bucci G. (2018a). Remote Sensing and Geo-Archaeological Data: Inland Water
Studies for the Conservation of Underwater Cultural Heritage in the Ferrara
District, Italy in Journal of Remote Sensing, Special Issue “Advances in Remote
Sensing for Archaeological Heritage”, Sens. 2018, 10(3), 380; doi:10.3390/
rs10030380 (ISSN 2072-4292).
Bucci G. (2018b). Monitoraggio archeologico subacqueo nelle acque interne
del territorio ferrarese, in M. Ceserano, M. C. Vallicelli, L. Zamboni (a c. di),
Atti Convegno Antichi Romani e romanità nelle terre del Delta del Po. Nuovi
studi e prospettive di ricerca, 26 settembre 2015 - Copparo (FE). Bologna:
Ante Quem, 127-136.
Calabrese L., Centineo M.C. & Cibin U. (2009). Note Illustrative della Carta
Geologica d’Italia Alla Scala 1:50.000, Foglio 204, Portomaggiore; ISPRA
Progetto CARG, Regione Emilia Romagna. Firenze: Ed. Istituto Superiore per la
Protezione e la Ricerca Ambientale.
Calzolari M. (2004), Il Po in età romana – Geografia, storia e immagine di un
grande fiume europeo. Reggio Emilia: Diabasis.
Corti C. (2007), Santa Maria in Padovetere: la chiesa, la necropoli e
l’insediamento circostante, in Genti nel Delta da Spina a Comacchio – Uomini,
territorio e culto dall’Antichità all’Alto Medioevo. Ferrara: Corbo Editore,
531-552.
Fabbri P. (1987). L’evoluzione del Delta padano dall’alto al basso medioevo, in
Storia di Ferrara, V. Ferrara: Corbo, 15-42.
Facchini F. (2017). Caratterizzazione Sedimentologica e Geochimica nel
Contesto Archeologico del Lago Tramonto a Gambulaga—Portomaggiore (FE).
Tesi di Laurea Magistrale in Quaternario, Preistoria e Archeologia, Università
di Ferrara, Ferrara.
Luetti R., Veronese T. & Brunaldi (2005) R. PSC 5 Comuni, Relazione Geologica.
Ferrara Ed. Unione dei Comuni Valli e Delizie Argenta Ostellato Portomaggiore.
Patitucci Uggeri S. (2002a). Carta Archeologica Medievale del territorio
ferrarese I – Forma Italiane Medii Aevi F76 (Ferrara). Firenze: All’Insegna del
Giglio.
Patitucci Uggeri S. (2002b). Carta Archeologica Medievale del Territorio
Ferrarese, II, Le vie d’acqua in rapporto al nodo idroviario di Ferrara. Firenze:
All’Insegna del Giglio. 7–25.
Pellicioni, M.T. (2012). La Pansiana in Adriatico—Tegole Romane per Navigare
tra le Sponde. Ferrara: Arstudio C.
Rambaldi V. (2013). Caratterizzazione archeometrica di alcuni reperti
archeologici ceramici provenienti da Lago Tramonto di Gambulaga—
Portomaggiore (FE). Tesi Laurea Magistrale in Quaternario, Preistoria e
Archeologia, Università di Ferrara.
Patitucci Uggeri S. (2016), La Romanizzazione dell’antico delta padano -
aggiornamento archeologico in Atti dell’Accademia delle Scienze di Ferrara,
AA 193, 2015-2016, Ferrara 2016, 53-78.
Stefani M. (2006). Il Contesto Paleostratigrafico e sedimentologicostratigrafico
della necropoli romana del Verginese; in Berti F. (Ed.),
Mors Inmatura: i Fadieni e il loro sepolcreto, “Quaderni di Archeologia
dell’Emilia Romagna”. Firenze: All’Insegna del Giglio; no. 16, 41–47.
Abstract
In the ambit of ASAI Project – Archeologia Subacquea delle Acque Interne we are
involved on reconstruction of a Late Roman Fluvial Bank, on the palaeo-watercourse
of the River Po in the Southern Delta (Ferrara District). The prototype
site investigated is the artificial basin called Lago Tramonto, Gambulaga – Portomaggiore
(FE), ex sand quarry. After historical, archaeological, ancient sources
studies, we begun direct surveys on land and underwater, detecting structures
and pieces of boat, collecting more than 200 findings; thanks to some geomatic
applications with echo side scan sonar and dedicated software, we performed 3D
plan-views and sections of the ex river; we detected important wood archaeological
evidences, related to Roman and Late Roman life. A great session of underwater
video allowed us to comprehend the ancient contest: a structured river bank
with fragments of pyrogae and pieces of rafts. Archaeological findings, presence
of structures, boats, geomorphological evidences with anthropic layers offer the
bases for a waterscape site reconstruction. The hypothesis of reconstruction will
be displayed on panels at the cultural center on the Northern Bank of the River,
in the ambit of cultural heritage integrated valorization. Here we are going to
introduce an updating synthesis of our work, with peculiar attention to methodology
of the research (geomatic sector) and hypothesis of reconstruction of the
main wood Late Roman Structures, with some notes about nautical archaeology.
Parole chiave
archeologia subacquea; geomatica; paleoalveo; Po; Ferrara; banchina
fluviale; piroga monossile; tardoantico
Autore
Giovanna Bucci
giovanna.bucci@unipd.it
Responsabile del LAS - Laboratorio di Archeologia Subacquea
Dipartimento dei Beni Culturali, Università di PadovaFederazione ITA F07 A.CDCI.
CMAS Diving Center Italia
Confédération Mondiale des Activités Subaquatiques
14 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 15
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DOCUMENTAZIONE
ROV e Strumentazione a basso costo per
rilievi fotogrammetrici di siti archeologici sommersi
di Elisa Costa, Francesco Guerra,
Paolo Vernier
I ROV svolgono un
ruolo importante per la
documentazione di siti sommersi,
supportando una richiesta di
metodi più sicuri ed efficienti per
la ricerca archeologica.
Il rilievo fotogrammetrico
realizzato con una camera GoPro
viene confrontato con quello
realizzato con una camera reflex
professionale per valutare la
precisione di tecniche low cost.
Fig. 1 - Una delle fasi di assemblaggio del ROV.
I
ROV, chiamati anche UROV, Underwater Remote Operated Vehicle, sono stati ampiamente utilizzati
negli ultimi tempi dai ricercatori per esplorare ambienti sottomarini, sia in acque basse che in acque
profonde, per diversi tipi di studi come la biologia marina e l’archeologia subacquea, svolgendo
un ruolo importante per la documentazione e le indagini scientifiche (Bruno et al., 2015; Nornes at al.,
2015; Ødegård et al., 2016). Le tecnologie più innovative degli ultimi anni hanno portato a migliorare
la qualità delle indagini subacquee e a supportare il lavoro degli archeologi attraverso l’utilizzo dei
ROV, specialmente in contesti di difficile accessibilità come i relitti a profondità maggiori (Scaradozzi
et al., 2013). Anche a profondità in cui i subacquei possono lavorare facilmente ma con tempi di immersione
ridotti, questi, se assemblati con fotocamere, potrebbero realizzare un rilievo fotogrammetrico
in una singola immersione grazie all’autonomia della batteria di circa 3 ore.
Solitamente, le operazioni di documentazione e rappresentazione di un sito archeologico richiedono
un considerevole sforzo e una grande risorsa economica. La possibilità di ampliare la strumentazione
per la documentazione subacquea potrebbe risultare molto vantaggiosa sia in aggiunta agli operatori
subacquei su fondali a profondità inferiori o in loro sostituzione in acque profonde, senza la necessità
di richiedere la presenza di professionisti altofondalisti.
Il nostro studio mira a fornire alcune indicazioni ai ricercatori, archeologi o biologi, che lavorano
nell’ambiente sottomarino e le cui analisi necessitano di informazioni provenienti dalla documentazione
e dal rilievo. Gli obiettivi della nostra ricerca partono dalla necessità di comprendere i vantaggi
e le limitazioni dell’uso di un ROV piccolo ed a basso costo, confrontandolo con le esperienze e le
conoscenze acquisite dagli autori nel rilevamento subacqueo negli ultimi 10 anni. Quali sono i vantaggi
e gli svantaggi di un piccolo ROV? Cosa potrebbe aggiungere alla qualità di un sondaggio realizzato da
un operatore subacqueo?
16 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 17
Il ROV
“Un interesse primario dell’indagine archeologica è quello
di estrarre, in modo non invasivo, quante più informazioni
possibili con il minimo dispendio di tempo e di costose risorse”
(Scaradozzi et al., 2013). Tradizionalmente, i ROV
sono dispositivi di alto valore e quindi ad accesso limitato
per piccoli gruppi di ricercatori, ma recentemente molte
industrie stanno producendo ROV a basso costo che potrebbero
essere presentati ad un pubblico più vasto (Teague et
al., 2017). Tra differenti possibilità esistenti sul mercato,
il Laboratorio di Fotogrammetria dell’Università Iuav di
Venezia ha deciso di acquistare un’OpenRov, un economico
ROV open source che può essere assemblato in maniera indipendente
e modificabile liberamente per usi personalizzati
(Heisinger et al., 2017).
È piccolo e leggero, ma allo stesso tempo può raggiungere i
100 m di profondità. La struttura esterna è tagliata a laser
da pannelli acrilici e contiene un cilindro trasparente per
la webcam HD interna, le luci a LED e le parti elettroniche
(Figura 1). Queste sono collegate ad una serie di batterie
al litio, sigillate all’interno di due tubi laterali trasparenti
che conferiscono potenza e stabilità al veicolo. Tre motori
compongono le parti elettroniche relative alla propulsione:
due orizzontali per i movimenti laterali e uno verticale per
l’assetto e la profondità. Il ROV è controllato tramite un
cavo Ethernet collegato ad un computer portatile per dare
la possibilità di guidare facilmente il veicolo direttamente
dalla barca o dalla riva attraverso un gamepad. Una piattaforma
IMU (Inertial Measurement Unit) è stata applicata
per controllare precisamente la profondità, l’orientamento,
l’inclinazione (rollio e beccheggio), aiutando l’operatore
negli spostamenti, ma non può calcolare la posizione nello
spazio; questo sensore è ampiamente utilizzato nei veicoli
subacquei a causa del suo basso costo, nonostante sia
meno preciso di quelli costosi e soggetto a possibili errori
(Martínez Carvajal, Sierra Bueno & Villamizar Mejía, 2013).
Il conducente non ha in questo caso la possibilità di impostare
una rotta di navigazione, ma deve guidare manualmente
il veicolo; di conseguenza, le strisciate del ROV risultano
meno regolari e parallele rispetto a quelle effettuate
dal subacqueo, a causa della difficoltà di mantenere le linee
corrette per la corrente presente in acqua. In questo primo
Fig. 2 - L’OpenRov con le due camere GoPro montate sui lati.
test sul campo si è notato come il cavo della cima di collegamento
del ROV avesse una spinta negativa e rimanesse
incastrato sulle colonne, fermandone il movimento. Nei test
successivi, è stato modificato l’assetto del cavo attraverso
l’inserimento di alcuni piccoli galleggianti da pesca ogni 5
m, che lo hanno portato in posizione neutra.
Gli OpenRov hanno una fotocamera interna frontale che viene
impiegata per guidare e controllare il veicolo, quindi si
è deciso di alloggiare sui lati esterni della struttura due fotocamere
scafandrate per la documentazione archeologica
(Figura 2). L’utilizzo della GoPro Hero4 Session, una fotocamera
ricreativa, è principalmente dovuto al basso costo e
alle dimensioni ridotte, ma anche al peso neutro sott’acqua
della macchina. L’assetto del ROV viene solo leggermente
compromesso con una inclinazione verso il basso, ma questo
problema è stato ovviato grazie alla possibilità di modificare
alcuni componenti data dall’assemblaggio manuale dei
materiali che compongono la struttura: due piccoli pesi posizionati
sulla prua sono stati arretrati al fine di consentire
il movimento corretto in avanti. Con queste telecamere, gli
autori hanno avuto la possibilità di registrare sia immagini
che video ad alta risoluzione per eseguire rilievi fotogrammetrici
e per costruire un modello virtuale texturizzato.
Fig. 3 - Il ROV mentre effettua la strisciata fotogrammetrica sulle colonne del relitto.

Fig. 4 - Confronto tra le nuvole di punti del rilievo fotogrammetrico ottenute dalle immagini realizzate dalla camera GoPro Hero4 Session e dalla
Nikon D610.
IL RILIEVO
Queste tecnologie vengono utilizzate per la mappatura e
il monitoraggio del patrimonio culturale e naturale o per
documentare le fasi del lavoro dell’archeologo durante lo
scavo, ma l’applicazione principale dei ROV è legata al rilievo
fotogrammetrico per la documentazione di ambienti subacquei
(Drap et al., 2015; Sedlazeck, Köser & Koch, 2009,
Teague et al., 2017).
Per testare il ROV e applicare il rilievo fotogrammetrico si
è deciso di indagare un relitto facile e accessibile vicino a
Torre Chianca, in Puglia, a circa cento metri dalla costa,
dove sono affondate cinque colonne allineate su un fondale
sabbioso a 5 metri di profondità.
Innanzitutto, 6 target a scacchiera sono stati posizionati
alle estremità degli elementi e sono stati misurati con un rilievo
per trilaterazione, attraverso il quale sono state ottenute
delle coordinate 3D per georeferenziare gli elementi in
un sistema di riferimento locale e controllare l’accuratezza
metrica dei modelli fotogrammetrici.
I rilievi sono stati realizzati attraverso strisciate nadirali effettuate
sia dal ROV (Figura 3) che dal subacqueo, mentre
esclusivamente quest’ultimo può scattare delle immagini
radiali attorno alle colonne al fine di documentare precisamente
anche la parete verticale a ridosso del fondale.
Il blocco fotogrammetrico con la camera reflex è stato realizzato
manualmente dal subacqueo, ottenendo circa 400
immagini da 6016 x 4016 pixel e una risoluzione di 300 dpi,
suddivise in strisce parallele e regolari con una sovrapposizione
del 60% circa tra le immagini e del 20% circa tra le
strisce.
La camera GoPro ha acquisito immagini di dimensioni inferiori,
2720 x 2040 pixel, e con una risoluzione di 72 dpi ed è
stata impostata automaticamente per registrare un’immagine
ogni 0,5 secondi e garantire la massima sovrapposizione,
ottenendo circa 550 immagini.
Terminate le operazioni di rilievo sono stati ottenuti tre diversi
modelli virtuali:
Fig. 5 - Confronto tra le nuvole di punti del rilievo fotogrammetrico ottenuto dalle immagini e dai frame del video della camera GoPro Hero4
Session.
18 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 19
4allineando le immagini della fotocamera Nikon D610
4allineando le immagini della camera GoPro Hero4 Session
4allineando i frame del video della camera GoPro Hero4
Session.
L’uso della camera stereo, con una distanza nota del punto
centrale sulle lenti degli obiettivi, (Negahdaripour &
Firoozfam, 2005, Schmidt & Rzhanov, 2012) consente di ottenere
un modello fotogrammetrico in scala. Questa tecnica
risulta utile durante campagne di monitoraggio e sondaggio
e soprattutto nel casi di lavori a profondità elevate dove
non è possibile posizionare target sul soggetto e realizzare
un rilievo topografico manuale.
IL CONFRONTO TRA LE NUVOLE DI PUNTI
Il confronto tra le nuvole di punti prodotte dall’indagine
fotogrammetrica è stato realizzato dal software
CloudCompare; queste sono state orientate nello stesso sistema
di riferimento attraverso i 6 target posizionati sulle
colonne (Ground Control Point) al fine di effettuare l’analisi
della distanza e mostrare la differenza metrica tra le
nuvole. Il software fotogrammetrico e quindi l’algoritmo
impiegato per l’allineamento delle immagini è lo stesso per
ogni progetto, al fine di ottenere lo stesso tracciamento dei
raggi, le stesse impostazioni nell’allineamento e nella creazione
delle nuvole dense. Il confronto ha dato buoni risultati
con un’elevata conformità tra i punti, con un errore medio
e una deviazione standard inferiore a 1 cm, al di sotto delle
nostre aspettative se si considera la mancanza di un processo
di calibrazione conosciuto delle camere in ambiente
sottomarino, soprattutto nel caso della GoPro. Tre diversi
confronti sono stati realizzati sulla base delle immagini realizzate
e dei modelli ottenuti, con un intervallo di scala
impostato da 0 a 3 cm con una colorazione variabile da blu
a rosso:
4confronto tra il modelli ottenuti dalle strisciate nadirali
della camera reflex Nikon D610 e dalla camera GoPro
Hero4 Session
4confronto tra i modelli ottenuti dalle strisciate nadirali
e dalle immagini radiali della camera reflex Nikon D610
4confronto tra i modelli ottenuti dalle immagini e dal video
della camera GoPro Hero4 Session.
Il primo confronto ha rilevato un errore massimo di 0,011 m
mostrato in verde nel modello di Figura 4 e un errore medio
di 0,0015 m osservando la curva di Gauss delle deviazioni
standard e l’istogramma delle distanze assolute tra i punti,
comportando una maggioranza di punti di colore blu. È
evidente la corrispondenza metrica tra i due modelli e le
piccole differenze sono dovute al blocco fotogrammetrico
e alle diverse distorsioni degli obiettivi della fotocamera a
causa dell’assenza di un calibrazione diretta in situ.
Le parti rosse esterne non rappresentano un errore, ma
un’assenza di dati attorno alle colonne poiché l’area documentata
con le due fotocamere è diversa; le parti rosse
interne alle colonne, invece, sono relative all’assenza delle
immagini fotogrammetriche radiali sul rilievo realizzato attraverso
il ROV.
Il secondo confronto tra il modello realizzato con le immagini
fotogrammetriche complete (strisciate nadirali e radiali)
della Nikon D610 e il modello realizzato solo con le immagini
nadirali ha evidenziato la necessità di una copertura
totale delle immagini per ottenere un modello ben definito.
Per riuscire ad effettuare un’indagine accurata attraverso
il ROV, i ricercatori devono organizzare due diverse sessioni
di rilievo:
4un primo rilievo fotogrammetrico con la camera impostata
nadiralmente al sito
4un secondo con la camera ruotata e posizionata a 45°
rispetto alle colonne per meglio rappresentarne la porzione
laterale.
Il terzo confronto è stato realizzato tra i due modelli fotogrammetrici
ottenuti con le immagini e con il video realizzato
dalla GoPro Hero4 Session. Una prima differenza
è stata osservata nelle immagini, in cui il valore RGB e la
dimensione delle immagini sono differenti; la regolazione
automatica del tono del colore in base alle condizioni ambientali
lavora su diversi valori di bilanciamento del bianco.
Le immagini originali della GoPro hanno una dimensione di
2720 x 2040 pixel e sono caratterizzate da una dominante
di colore verde, mentre i fotogrammi estrapolati dal video
hanno invece una dimensione di 1920 x 1080 pixel e sono
caratterizzati da un dominante di colore blu.
Il processo fotogrammetrico del video è stato elaborato
dal software Photoscan nell’ultima versione 1.4.0 che è
in grado di estrarre automaticamente i fotogrammi dal video
secondo diverse impostazioni; estrapolando un frame
ogni 0,6 secondi si raggiunge un totale di 2160 immagini
che viene ridotto a 1390 dopo un’accurata pulizia. Le immagini
ottenute con la GoPro erano circa lo stesso numero
con un tempo di scatto ogni 0,5 secondi. L’ottenimento
di un modello fotogrammetrico completo dai fotogrammi
estrapolati dal video è risultato più complesso: è stato necessario
suddividere l’allineamento dei frame in due fasi
distinte che sono stata unite in un secondo procedimento
attraverso l’inserimento di punti di controllo direttamente
sulle colonne. Inoltre, il confronto tra le nuvole di punti
non è risultato preciso come i precedenti; al centro del modello
il software CloudCompare ha calcolato un errore di
0,03 m. Posizionando un Ground Control Point al centro del
modello e confrontando gli errori ottenuti sulle coordinate
x y z, l’errore risulta esclusivamente lungo l’asse verticale
confermando una differenza sulla distanza tra le nuvole di
punti solo nella profondità. Il modello ottenuto dal video
sembra avere una distorsione centrale che è assente sugli
altri modelli, a causa probabilmente della difficoltà del software
Photoscan di calcolare in maniera precisa l’orientamento
interno dei frame (Figura 5).
CONCLUSIONI
Le attività umane nell’ambiente subacqueo sono state supportate
e sostituite ove possibile da strumenti a controllo
remoto che consentono di ottenere risultati scientifici con
meno rischi per la salute umana. Tra le varie possibilità attualmente
disponibili, i ROV offrono non solo sicurezza per i
loro operatori, ma sono anche un’alternativa relativamente
a basso costo. L’impiego di un veicolo a basso costo adattato
alle necessità del rilievo supporta una richiesta di metodi
più sicuri, più economici e più efficienti per esplorare
ambienti subacquei senza l’alto costo dei ROV professionali
riducendo significativamente il costo delle operazioni archeologiche.
Sulla base della nostra esperienza e di alcuni
test ancora in corso possiamo osservare che il ROV ha alcuni
vantaggi come strumento per il rilievo e la documentazione.
Contrariamente a un subacqueo però può supportare
solo fotocamere non professionali con limiti metrici che
possono essere ridotti attraverso l’uso di calibrazioni che
vengono studiate dal team di ricerca del Laboratorio di
Fotogrammetria dello Iuav.
Un secondo vantaggio è relativo all’utilizzo del ROV in profondità,
consentendo un primo monitoraggio e un primo rilievo
del sito archeologico, permettendo di ridurre il tempo

TELERILEVAMENTO
di immersione sott’acqua e limitando i rischi fisici dei subacquei.
Uno degli svantaggi è, invece, relativo alle piccole dimensioni
in caso di condizioni meteorologiche avverse; in una
situazione di forte corrente, l’OpenROV difficilmente riesce
a mantenere un perfetto assetto e un movimento regolare
per la realizzazione di corrette strisciate fotogrammetriche.
Inoltre, come riscontrato in un sito archeologico a più
alte profondità e in mare aperto, l’assenza di un sistema
di posizionamento o un punto di riferimento in acqua non
permettono di raggiungere facilmente il sito archeologico.
Nel complesso, l’impiego di questo tipo di strumentazione
low cost è sicuramente di grande supporto al lavoro degli
archeologi, nonostante non sia ancora professionalizzante
in maniera tale da sostituirli.
Bibliografia
Bruno, F., Muzzupappa, M., Lagudi, A., Gallo, A., Spadafora, G.,
Ritacco, G., Angilica, A., Barbieri, L., Di Lecce, N., Saviozzi, G., Laschi,
C., Guida, R., Di Stefano, G. (2015). A ROV for supporting the planned
maintenance in underwater archaeological sites. In Oceans 2015,
[online] Genova, pp.1-7.
Drap, P., Seinturier, J., Hijazi, B., Merad, D., Boi, J-M. (2015). The
ROV 3D Project: Deep-Sea Underwater Survey Using Photogrammetry.
Applications for Underwater Archaeology. In Journal on Computing and
Cultural Heritage 8(4), pp. 1-24.
Heisinger, B.E., Holm, W., Fuller, C., -AAIR, Quigg, G.F. (2017). The
Hester Lake B-24 Crash: A Case Study for Small, Low-Cost ROVs. doi.
org/10.13140/rg.2.2.10440.52488.
Martínez Carvajal, B. V., Sierra Bueno, D. A., Villamizar Mejía, R. (2013).
Recent advances in navigation of underwater remotely operated vehicles.
In Rev. Fac. Ing. Univ. Antioquia N. º69, pp. 167-180.
Negahdaripour, S., Firoozfam, P. (2005). An ROV Stereovision System for
Ship Hull Inspection. In Journal of Oceanic engineering.
Nornes, S.M., Ludvigsen, M., Ødegȧrd, Ø., Sørensen, A. J. (2015).
Underwater Photogrammetric Mapping of an Intact Standing Steel Wreck
with ROV. In IFAC-PapersOnLine 48-2, pp. 206-211.
Ødegård, Ø., Sørensen, A. J., Hansen, R. E., Ludvigsen, M. (2016). A
new method for underwater archaeological surveying using sensors and
unmanned platforms. In IFAC-PapersOnLine 49-23, pp. 486-493.
Scaradozzi, D., Sorbi, L., Zoppini, F., Gambogi P. (2013). Tools and
techniques for underwater archaeological sites documentation. In Oceans
2013, [online] San Diego.
Schmidt, V., Rzhanov, Y. (2012). Measurement of micro-bathymetry with
a GOPRO underwater stereo camera pair. In Oceans 2012.
Sedlazeck, A., Köser, K., Koch, R. (2009). 3D Reconstruction Based on
Underwater Video from ROV Kielk 6000 Considering Underwater Imaging
Conditions. In Europe, pp. 1-10.
Teague, J., Miles, J., Connor, D., Priest, E., Scott, T.B., Naden, J.,
Nomikou, P. (2017). Exploring offshore hydrothermal venting using lowcost
ROV and photogrammetric techniques: a case study from Milos
Island, Greece. doi: 10.20944/preprints201710.0014.v1.
Abstract
ROVs have been employed to explore underwater environments and have
played an important role for documentation and surveys in different fields
of scientific application. The employment of a low-cost vehicle support a
request for safer, cheaper and efficient methods for exploring underwater
environments.
The paper is related to photogrammetric surveys for the documentation of
underwater environments and to comparison between different solutions:
two GoPro Hero4 Session -images and videos- and a Nikon D610. Some targets
have been used to connect in the same reference system the different
models, allowing the comparisons of the point clouds.
Parole chiave
Archeologia subacquea; fotogrammetria; nuvole di punti; Remote Operated
Vehicle
Autore
Elisa Costa
ecosta@iuav.it
Francesco Guerra
guerra2@iuav.it
Paolo Vernier
vernier@iuav.it
Laboratorio di Fotogrammetria,
Università Iuav di Venezia,
S. Croce 191, 30135 Venezia
MONITORAGGIO 3D
GIS E WEBGIS
www.gter.it info@gter.it
GNSS
FORMAZIONE
20 ArcheomaticA N°3 settembre 2018
RICERCA E INNOVAZIONE

Tecnologie per i Beni Culturali 21
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DOCUMENTAZIONE
La tecnologia robotica può salvare
I beni culturali sommersi?
Di Ramiro Dell’Erba, Claudio Moriconi, Alfredo Trocciola
Fig. 1 – Prototipo in sperimentazione nel lago di Bracciano.
I beni culturali possono trarre un grande beneficio dalle
tecnologie recentemente sviluppate nell'ambito della
robotica sottomarina. In quest’articolo focalizzeremo su
come la robotica, e le relative tecnologie, possono essere
usate per migliorare l'economia, l’esperienza, il controllo,
la protezione e l’impatto sociale dei beni culturali. I
robot permettono la fruizione online, da località remote,
realizzando il concetto di museo remoto, estensione del
concetto di museo virtuale. Queste soluzioni, eliminando
i costi di viaggio, migliorano e superano gli attuali limiti
dei siti, quali il numero di simultaneo di visitatori o la
loro posizione in luoghi pericolosi permettendo un salto di
qualità nel godimento del bene culturale.
La Robotica, con le tecnologie ad essa legate, è stata
applicata con successo per diagnosi, ricerca, manutenzione,
sorveglianza e fruizione del patrimonio culturale
(Fantoni et al., 2013a). Uno dei principali vantaggi offerti è
legato alla capacità dei robot di lavorare in ambienti ostili
all’uomo, quali i fondali marini, o là dove la presenza umana
potrebbe pregiudicare il Bene Culturale. Le stesse tecnologie
sono utili strumenti per aumentare la fruizione del
bene sia quantitativamente, come aumento della platea,
sia qualitativamente per il flusso informativo multimediale
e multilivello fornito all’utente, sia esso un esperto o meno.
Il concetto di Museo Remoto (European Conference on Research
for Protection, Kolar and Strlič, 2010), estensione
del concetto di Museo Virtuale, consente una reale presenza
dell’osservatore, tramite robot, sul luogo ove si trovi il manufatto;
tale concetto di telepresenza deriva direttamente
dall’ esperienza ENEA sui telemanipolatori per impianti nucleari
ove l’operatore, che lavora sugli oggetti del reattore,
si trova a distanza di sicurezza ma come se fosse realmente
sul posto. A seconda che si operi in ambiente strutturato o
meno e in presenza di altre macchine e/o uomini, i robot al
lavoro presso il bene culturale devono avere adeguati livelli
di autonomia e intelligenza per condividere o meno uno
spazio comune, svolgendo compiti cooperando o in antitesi
tra i vari attori della scena. In quest’articolo descriveremo
l’idea di robotica di sciame sottomarina, una tecnologia che
stiamo sviluppando presso il laboratorio di Robotica dell’Enea
in collaborazione con team internazionali, ed i vantaggi
che può offrire .
LA ROBOTICA NEI BENI CULTURALI
In sintesi la robotica può essere utile nelle seguenti tre tematiche:
4Il concetto di Museo remoto, estensione del museo virtuale.
4Supporto alla restaurazione del bene (Diagnostica e immagini
iper realistiche).
4Scoperta di nuovi manufatti.
Molti siti archeologici sono inaccessibili all’uomo o poiché
ambienti lontani e/o ostili o per proteggere il bene dalla
contaminazione ambientale. Uno o più robot sul posto permettono
una visita remota personalizzata, diversa dalla visita
virtuale in cui vengono forniti contenuti preformati. Il
concetto va oltre la guida turistica del museo sulla quale ci
sono state diverse proposte (Burgard et al., 1999) ,(Germak
et al., 2015), (Trahanias et al., 2000)
Già alcuni anni fa il concetto è stato introdotto, (European
Conference on Research for Protection, Kolar and Strlič,
2010); le tecnologie attuali possono condurre a una visita
remota il cui feeling può essere reso imersivo e quindi
molto simile a quello di una visita reale anche con costi
relativamente limitati e comunque facilmente sostenibili
da una struttura museale. Il visitatore del museo remoto,
a differenza di quello virtuale, è parte attiva della scena e
può interagire per una maggiore fruizione cognitiva e interattiva
del bene. Ancora prima della Conferenza del 2010 il
concetto è stato sviluppato nel progetto TECSIS (Diagnostic
technologies and intelligent systems for the south Italy ar-
22 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 23
chaeological sites) (dell’Erba & al., 2006) usando strumentazioni
ottiche, analisi ai raggi X, Remote Operated Vehicles
(ROV), Underwater Autonomous Vehicles (AUV) e tecniche
di realtà aumentata, il progetto comprendeva anche campagne
marine effettuate nel Mediterraneo presso siti archeologici
sommersi. In particolare si è lavorato presso la
città sommersa di Baia (Napoli), la villa di Agrippa Postumo
(Sorrento) e un relitto al largo di Punta Imperatore (Ischia).
Punti di forza del progetto sono stati l’integrazione di tecnologie
provenienti da diversi campi in un corpo omogeneo
unitamente allo sviluppo di tecniche, allora totalmente
nuove, quali LIBS (Laser induced breakdown spectroscopy)
in ambiente sottomarino, l’ablazione laser sottomarina
e lo sviluppo di alcune tecniche di controllo dei robot. Il
progetto ha prodotto 4 brevetti, 6 campagne di misura, 3
Copyrights di software e più di 100 pubblicazioni. I robot
sono in grado di costruire mappe digitali dei siti archeologici
e dargli una struttura utilizzando non solo immagini visive
ma combinandole con dati di altri strumenti, quali LIF ((laser
induced fluorescence), ultraacoustical devices etc. per
generare immagini iper realistiche di realtà aumentata che
forniscono all’osservatore diversi livelli di lettura contemporaneamente.
In particolare, fu eseguita una integrazione
di immagini visive con immagini acustiche, prese in contemporanea
da strumenti acustici quali Side Scan Sonar (SSS).
Inoltre, considerando l’interazione del sistema complessivorobot
e pubblico, come nel caso di robot guide, abbiamo
anche studiato le abilità sociali dei robot agenti nella vita
giornaliera (dell’Erba et al. 2008).
Tecniche di realtà aumentata possono essere di supporto
per fornire al restauratore più livelli di visione con analisi
(Fantoni et al., 2013b). Unitamente a tecnologie di diagnostica
automatica, per il riconoscimento di danni o attacchi
ambientali al manufatto, tecniche di identificazione e classificazione
intelligente del danno su affreschi, a distanza
di 30 metri dal dipinto, sono state utilizzate con successo
(Fantoni et al., 2013). Lo scopo era di aiutare il restauratore
in un primo riconoscimento dell’esistenza e classificazione
del danno, quali ritocchi, restauri precedenti ignoti, e identificazione
di componenti chimici (cere, consolidanti, etc..)
non precedentemente documentati. Questo è stato effettuato
mediante un nuovo tipo di LIF (Laser Induced Fluorescence),
tecnica non invasiva capace di distinguere (e poi
classificare) la firma spettrale delle sostanze chimiche; un
ulteriore vantaggio sta nel fatto di poter operare anche a
distanze di 30 metri, evitando di dover essere vicini all’affresco,
spesso posto molto in alto.
Il riconoscimento di nuovi manufatti passa attraverso le
tecniche di big data processing. L’utilizzo, contemporaneo,
di più sensori in uno stesso volume e la loro correlazione
richiede calcoli intensi unitamente all’utilizzo di tecniche
di Deep Learning e comprensione del contesto (Conte et
al., 2009), (Conte et al., 2010). Questo permette la realizzazione
di mappe dinamiche multilivello sulle quali si può
inserire un lavoro di contestualizzazione semantica per la
classificazione intelligente. Il riconoscimento degli oggetti è
quindi facilitato utilizzando isomorfismi tra sub mappe di diverso
livello gerarchico. Un’altra applicazione di tecnologia
robotica utile è il “ritorno di forza sulla mano” della persona
che controlla il robot, tecnica indispensabile per i robot che
operano, sotto il diretto controllo dell’uomo, negli impianti
nucleari e che nel caso della fruizione delle opere d’arte,
unitamente a telecamere tridimensionali, permette all’uomo
una migliore percezione, anche tattile del manufatto,
(Scaradozzi et al., 2014).
I robot impiegabili in ambiente subacqueo sono di diverso
tipo dai ROV, AUV, Glider etc…ognuno di essi presenta dei
Fig. 2 - Prototipi di MAUV.
vantaggi e degli svantaggi. Ad esempio, un ROV presenta
il vantaggio di poter trasmettere una grande quantità di
dati, attraverso il cavo di collegamento, e un’interazione in
tempo reale con l’operatore. D’altra parte, lo stesso cavo
richiede una nave appoggio con costi e logistiche superiori a
quelle di un AUV, che ha nelle comunicazioni il suo principale
punto debole. Interessanti sono gli ibridi, che mediante
l’uso di uno scafo robotizzato che si muove sulla superficie
marina, mantengono il contatto (tipicamente mediante modem
acustico) con un AUV in immersione e via radio con
l’operatore umano a terra.
Tra le diverse opzioni possibili il nostro laboratorio ha scelto
di considerare strategica la robotica di sciame
LA ROBOTICA DI SCIAME E LE SUE MOTIVAZIONI
Un nuovo modo di proteggere e fruire dei Beni Culturali siti
in ambienti sottomarini, di cui il nostro Paese è ricchissimo,
riguarda la Robotica di Sciame. In essa un gruppo organizzato
(dell’Erba et al. 2008) di AUV economici, di piccole
dimensioni (MAUV) ed equipaggiati con una sensoristica minima
e videocamere sono in grado di esplorare grandi aree
marine simultaneamente, aumentando la probabilità di scoperta.
Gli sciami però intervengono anche nel monitoraggio
Fig. 3 - Prototipo di modem ottico realizzato dal Laboratorio di
Robotica dell’ ENEA.

Fig. 4 – Mosaicatura dei sonogrammi con il Side Scan Sonar (immagine
ripresa dalla copertina del IVnumero) del 2013 di Archeomatica.
continuo del Bene, nella sua protezione contro le modifiche
ambientali, nella sua difesa contro il saccheggio operato da
organizzazioni criminali e, come detto, nella sua fruizione.
I vantaggi di lavorare con uno sciame, rispetto al singolo
robot sono i seguenti [5]:
1) Parallelismo delle operazioni, quindi maggiore velocità;
2) Robustezza del sistema e salvaguardia della missione
in caso di perdita di uno o più elementi;
3) Possibilità di avere più “punti di vista” (nella sua
più larga accezione, non solo visiva) contemporaneamente;
4) Possibilità di concentrare l’esplorazione dove serve
(Ad esempio in caso di scoperta di un manufatto);
5) Possibilità di realizzare un network sottomarino di
comunicazione.
6) possibilità per l’uomo di controllare un sistema
complesso interfacciandosi con un’unica creatura:
L’operatore assegna il compito ed poi è lo sciame
a effettuare il “job sharing” tra i vari elementi;
Gli svantaggi invece sono:
7) Una relativa maggiore sofisticazione del sistema
di controllo che impone ancora un certo livello di
ricerca e sviluppo
8) Necessità di realizzare protocolli di comunicazione
avanzati affinché sia garantita una comunicazione
in grado di assicurare l’integrità dello sciame
Fig. 5 – Mosaicatura dei sonogrammi con indicazione dei
target ispezionati con immersioni dirette
La semplicità del singolo veicolo, indispensabile per contenere
i costi, è largamente recuperata grazie alla molteplicità
dei sistemi sensoriali che possono integrarsi tra loro
per fornire misure ambientali più precise e dettagliate. L’operatore
umano comunica con lo sciame come se fosse una
creatura unica e poi sarà il sistema di controllo distribuito
che controlla la configurazione e la navigazione a regolare il
comportamento dei singoli elementi dello sciame. Non esistono,
al momento in cui si scrive, soluzioni commerciali di
questo tipo. L’impiego di sciami di robot è la frontiera verso
la quale si stanno indirizzando alcuni dei principali laboratori
che lavorano nella robotica sottomarina.
Già nel 2008, il Laboratorio di Robotica dell’Enea (IDRA) ha
lanciato l’innovativo concetto delle “self-organising complex
creatures” nell’ambito del progetto Harness, finanziato
dall’IIT. Harness si basava sul paradigma di sciame e ha
provato a superare uno dei problemi più gravi di un AUV che
lavori da solo: la limitata capacità di comunicazione con un
supervisore umano, in ambito sottomarino. IDRA ha sviluppato
un modello di AUV molto economico (15 Keuro come
prezzo base per il prototipo), ottimizzando ogni dettaglio,
la cui caratteristica principale è di poter lavorare in sciame;
lo sciame ha un innovativo sistema di controllo per gestire
sia la sua configurazione geometrica che il flusso dati del
canale di comunicazione opto acustico. Tale lavoro ha prodotto
anche un brevetto legato alla capacità del sistema di
robot di avere una costante consapevolezza della sua dislocazione
rispetto all’ambiente.Si realizza in pratica una vera
e propria internet sottomarina. Un’altra caratteristica del
mezzo è di avere un solo motore e diverse coppie di pinne,
un’anteriore e due posteriori, per attuare i cambiamenti di
quota e direzione. La presenza di due coppie permette al
robot manovre particolarmente agili e perfino qualcosa di
molto simile all’hovering, ovvero di rimanere stazionario su
una zona. Questo avviene mettendo in contrasto la spinta
delle pinne e provocando uno stallo del veicolo, con il vantaggio
di averlo anche inclinato rispetto al fondo per una
migliore visuale. Questa manovra di volo in altri robot è realizzata,
tipicamente, mediante l’uso di almeno altri quattro
motori ausiliari con un consistente incremento dei costi.
L’operatore può essere a terra se uno degli AUV sta in superficie
e funge da anello di collegamento tra il network
sottomarino e la base. Questo riduce drasticamente i costi
logistici, facendo a meno della nave appoggio.
Il punto più forte a favore dello sciame è di certo la creazione
di un network sottomarino che superi i problemi di
comunicazione. Si tratta essenzialmente di una rete multihop
a geometria variabile. L’operatore “visualizza” (le virgolette
stanno poiché il dato non è necessariamente visivo,
ma dipende dal sensore) le scene provenienti da differenti
MAUV. La configurazione dello sciame si adatta a seconda
delle esigenze per cui se è necessario esplorare un grande
volume di mare acquisirà una configurazione ellissoidale,
se una superficie gli elementi si spanderanno su un quadrato
mentre se è necessario comunicare con una banda
larga assumeranno una configurazione a tubo. In caso di
area sospetta la concentrazione degli elementi aumenterà.
E’ molto importante porre l’accento su come la filosofia
dello sciame sia molto diversa da quella del singolo AUV; è
la cooperazione che permette una raccolta dati qualitativamente
e quantitativamente superiore a quella del singolo
AUV pur usando una sensoristica meno sofisticata sul singolo
elemento, rispetto ai singoli AUV di più grande complessità
e sofisticazione, in grado di operare da soli.
Il laboratorio IDRA sta lavorando da diversi anni su questo.
L’operatore umano vede lo sciame come se fosse un unico
oggetto e come tale si interfaccia con esso superando la
24 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 25
difficoltà di comunicare ordini a diversi elementi. La percezione
distribuita dello sciame, unitamente a tecniche di
comunicazione e calcolo dedicate, permette una maggiore
comprensione del contesto ambientale. Va sottolineato che
anche gli operatori subacquei professionali hanno difficoltà
a comprendere la natura di certi oggetti se prima non li vedono
da diversi punti di vista. In Figura 2 e Figura 1 sono mostrati
alcuni prototipi, realizzati dal laboratorio ed in via di
sperimentazione presso il lago di Bracciano. Le loro caratteristiche
sono le seguenti: profondità massima 100 m, velocità
massima 2 nodi, peso circa 20Kg, dimensioni 1,30x0,25
m. L’Equipaggiamento standard prevede una camera stereoscopica,
sonar, accelerometri, bussola e profondimetro.
Lo sciame si avvale, per le comunicazioni subacquee, di un
sistema ibrido ottico-acustico (Figura 3) realizzato e brevettato
in ENEA presso il Laboratorio IDRA. La comunicazione
sottomarina è oggi largamente affidata a sistemi modem di
tipo acustico, che usano boe o navi appoggio di notevoli
dimensioni, e basse velocità di comunicazione ed è molto
influenzata dalle caratteristiche dell’area di operazione. La
trasmissione di foto e l’interazione con l’operatore umano
sono spesso impossibili; l’impiego di sciami di robot dotati
di sistemi di trasmissione ottica rende queste applicazioni
fattibili, se le condizioni ambientali lo permettono. Il Laboratorio
ENEA lavora in collaborazione con il Dipartimento di
Ingegneria Elettronica dell’Università di Tor Vergata per la
parte specificamente legata ai protocolli di comunicazione;
occorre infatti un protocollo dedicato che utilizzi i due canali,
ottico e acustico, alternativamente o in cooperazione
e che determini la configurazione geometrica dello sciame
ottimizzando la trasmissione compatibilmente con le richieste
di esplorazione. Lo scambio dati tra gli elementi dello
sciame, e la successiva elaborazione a bordo, è indispensabile
affinché si possa considerarlo un unico oggetto.
L’ESPERIENZA DI SINUESSA E SUA
POSSIBILE ROBOTIZZAZIONE
Un esempio concreto di come la tecnologia robotica può
contribuire a salvare i beni culturali sommersi è fornita
dall’esperienza ENEA acquisita in Campania sul sito archeologico
di Sinuessa. L’Enea a partire dal 2012 è stata coinvolta
dai comuni di Sessa Aurunca e, in seguito, di Mondragone
per una valorizzazione dell’area costiera mediante il turismo
sostenibile. Per tale motivo sono state effettuate delle
ricerche marine nel golfo di Gaeta dove era probabile l’esistenza
di un approdo sommerso della colonia romana di Sinuessa
risalente al III secolo a.C. (Pennetta et al., 2016,201,
Trocciola et. al., 2013) ed esattamente dove erano i resti
di strutture portuali (pilae): ad una distanza di circa 650 m
dalla costa e ad una profondità di -8 m, all’interno di una
depressione del fondale marino. Le acque marine di Sinuessa
sono molto torbide per la sospensione dei sedimenti ed il
consistente apporto dei nutrienti dai corsi d’acqua fluviali
del Garigliano e Volturno, che hanno scoraggiato l’esplorazione
subacquea, ma anche preservato il sito dalla diffusa
attività clandestina.
In considerazione di ciò, già nel 2013 l’ENEA ha effettuato in
questo sito una prima applicazione di tecnologie robotiche
con l’impiego del Side Scan Sonar. Il Sonar a scansione laterale
impiegato, mod. 3900 della L3 KLEIN Associates, con
una frequenza acustica ad alta risoluzione (450 kHz), è stato
pilotato con tecniche innovative per un rilievo subacqueo
sotto costa a basse profondità. L’indagine elettroacustica
ha consentito di acquisire la mappatura dei fondali marini
(mosaicatura dei sonogrammi, fig.4) in modo da ricostruire
un assetto geomorfologico di un tratto costiero significativo
di forma rettangolare di dimensioni pari a 1,2 x 1,5 km
del territorio comunale di Sessa Aurunca e di interpretare le
strutture geomorfologiche e geoarcheologiche evidenziate
dal Side Scan Sonar durante il rilievo geofisico con dei rilievi
di dettaglio in immersione per la verifica dei target (fig.5,
Trocciola et. al.,2017) .
Il rilievo con il Side scan Sonar è stato scelto per l’area
archeologica sommersa di Sinuessa perchè fornisce una accurata
indagine non invasiva (preserva l’integrità dei resti
archeologici), si effettua in tempi rapidi ed è relativamente
economica. Le esplorazioni geofisiche eseguite con questa
tecnologia riducono i costi di indagine soprattutto quando
si esplorano ambienti ostili e/o inaccessibili, in questo caso
vengono limitate le ulteriori perlustrazioni dirette previste
per il controllo da parte degli operatori subacquei.
La scelta di elaborare un itinerario subacqueo (Trocciola,
2017), in linea con la Convenzione UNESCO del 2001 per la
protezione del patrimonio culturale subacqueo, è stata fatta
per una maggiore fruizione dei beni culturali subacquei e
la loro preservazione in situ, evitando con l’installazione di
sistemi di controllo e di monitoraggio una migliore fruizione
e l’uso indiscriminato e distruttivo arrecato dal prelievo di
reperti dai fondali. Il braccio di mare antistante il litorale di
Sessa Aurunca e Mondragone, potrà divenire con questa soluzione
ipotizzata un grande museo diffuso sommerso, dove
le testimonianze dell’uomo del passato convivono senza alterare
il contesto originario della giacitura geologica insieme
ai reperti archeologici
I reperti ne sono la testimonianza. Inoltre, tale iniziativa incentiva
l’offerta culturale delle amministrazione locali e stimola
dei comportamenti corretti ed azioni consapevoli per
una valorizzazione partecipativa e sostenibile del turismo.
Il prossimo passo da parte dell’ENEA nell’approccio scientifico
del patrimonio culturale sommerso di Sinuessa è di applicare
la Robotica di Sciame sia nella fase di indagine sui
fondali di Sinuessa che nella fase di tutela. In particolare, la
rapida evoluzione tecnologica nelle prospezioni sottomarine
con la moltiplicazione di sonar a basso costo aumenta la probabilità
di individuare altri ritrovamenti archeologici in mare
ed in tempi estremamente ridotti
Inoltre, il patrimonio archeologico subacqueo di Sinuessa si
può tutelare nel tempo con gli stessi sciami di robot utilizzati
nei musei remoti. La musealizzazione remota, con la
visione tridimensionale della realtà virtuale impiegando dei
robot telecomandati, sul fondale marino di Sinuessa permettono
l’osservazione delle sue peculiarità archeologiche e
naturalistiche. Così adoperando gli stessi robot sarà possibile
effettuare a costi contenuti anche un efficace sistema di
monitoraggio remoto e di controllo di continuo per la salvaguardia
del patrimonio culturale subacqueo.
CONCLUSIONI E LAVORO FUTURO
Il nostro Paese dispone del più grande museo aperto nel
Mediterraneo lungo le coste italiane sui beni archeologici
sommersi e, se utilizzeremo al meglio, le ultime tecnologie
robotiche di sciame sviluppate ed in via di perfezionamento
all’ENEA per i beni culturali, potremo contribuire alla sua
valorizzazione, fruizione e tutela. La robotica di sciame, insieme
alle tecnologie ad essa correlate, può costituire un
punto di svolta per un rilancio e un nuovo tipo di fruizione
dei Beni Culturali situati sui fondali marini. Le tecnologie e
i costi ad esse relativi sono ormai maturi per applicazioni in
siti marini già documentati e possono costituire anche un
motivo di rilancio per le economie locali, che hanno già mostrato
interesse per questo tipo di attività.

Bibliografia
Bonabeau, E., Dorigo, M. and Theraulaz, G. (1999) Swarm intelligence
from natural to artificial isystems. New York: Oxford University Press.
Burgard, W. et al. (1999) ‘Experiences with an interactive museum
tour-guide robot’, Artificial Intelligence, 114(1), pp. 3–55. doi: 10.1016/
S0004-3702(99)00070-3.
Conte, G. et al. (2009) ‘Underwater vehicle technology in the European
research project VENUS’, Underwater Technology, 28(4), pp. 175–185.
Conte, G. et al. (2010) ‘Robotics tools for underwater archaeology’, in
Science For Cultural Heritage: Technological Innovation and Case Studies
in Marine and Land Archaeology in the Adriatic Region and Inland.
World Scientific, pp. 187–194.
De Nardi, R. and Holland, O. (2006) ‘Swarmav: A swarm of miniature
aerial vehicles’. Available at: http://cogprints.org/5569/ (Accessed: 7
November 2014).
Dell’Erba, R. and Moriconi, C. (no date) Bio-inspired Robotics — it.
Available at: http://www.enea.it/it/produzione-scientifica/edizionienea/2014/bio-inspirede-robotics-proceedings
(Accessed: 15 December
2014).
European Conference on Research for Protection, C. and E. of C. H.,
Kolar, J. and Strlič, M. (2010) Cultural heritage research meets practice
Conference postprints. Ljubljana: Narodna in univerzitetna knjižnica.
Available at: http://www.chresp.net/CHRESP_postprint.pdf (Accessed:
27 August 2018).
Fantoni, R. et al. (2013a) ‘Laser-induced fluorescence study of medieval
frescoes by Giusto de’ Menabuoi’, Journal of Cultural Heritage, 14(3
SUPPL), pp. S59–S65.
Fantoni, R. et al. (2013b) ‘Laser-induced fluorescence study of medieval
frescoes by Giusto de’ Menabuoi’, Journal of Cultural Heritage, 14(3
SUPPL), pp. S59–S65.
Germak, C. et al. (2015) ‘Robots and cultural heritage: New museum
experiences’, Journal of Science and Technology of the Arts, 7(2), pp.
47–57.
Scaradozzi, D. et al. (2014) ‘Innovative strategy and process for underwater
data gathering and results elaboration’, in Control and Automation
(MED), 2014 22nd Mediterranean Conference of. IEEE, pp. 652–657.
Trahanias, P. et al. (2000) ‘Tourbot-interactive museum tele-presence
through robotic avatars’, in Proc. of the 9th International World Wide
Web Conference.
dell’Erba R. 2006. Tecsis project. Workshop Multi-quality approach to
cultural heritage Roma CNR. Roma, Italy.
dell’Erba R. 2008 The Sixth IARP-IEEE/RAS-EURON Joint Workshop on
Technical Challenges for Dependable Robots in Human Environment,
May 17-18, 2008, Pasadena, California
Pennetta M., Minopoli C., Pica R., Trocciola A., Donadio C. (2017), Nuove
conoscenze sull’ubicazione dell’approdo di epoca romana: assetto
geomorfologico dell’area marina di Sinuessa, (p.73-91), in SINUESSA,
un approdo sommerso di epoca romana - Archeologia, geomorfologia costiera,
strategie sostenibili di valorizzazione. Ed. ENEA, pp. 172, ISBN:
978-88-8286-340-1
Pennetta M., Stanislao C., D’ambrosio V., Marchese F., Minopoli C.,
Trocciola A., Valente R., Donadio C. (2016), Geomorphological features
of the archaeological marine area of Sinuessa in Campania, southern
Italy. QUATERNARY INTERNATIONAL. 198-213, 425. Elsevier Ltd, ISSN:
10406182. http://dx.doi.org/10.1016/j.quaint.2016.04.019
Trocciola A., Minopoli C., Pica R., Ruggi D’aragona M.G., Santanastasio
R., Sarao P. (2017), Elaborazione di un itinerario subacqueo sul banco
roccioso di Sinuessa. (p. 143-152), in SINUESSA, un approdo sommerso
di epoca romana - Archeologia, geomorfologia costiera, strategie sostenibili
di valorizzazione. Ed. ENEA, pp. 172, ISBN: 978-88-8286-340-1
Trocciola A., Minopoli C., Pica R., Sarao P., (2013), Indagini geofisiche
per la mappatura dei fondali e delle antiche strutture portuali sommerse
di Sinuessa. Archeomatica, 4, 26-29, Roma
Abstract
Cultural Heritage can largely profit from the set of technologies that have
recently been developed in Submarine Robotics. In this paper we focus on how
underwater robotics and related technologies can be used to enhance economical
fruition, control, protection and social impact of the cultural heritage.
Robots allow on-line experience, in remote locations, realizing the remote
museum concept as extension and enhancement of the virtual museum. These
solutionspush the cultural tourism beyond actual limits of the sites like the
number of simultaneous visitors, the travelling costs, , the difficulties to
access dangerous locations coimng to a true, advanced fruition of the Cultural
Heritage goods.
Parole chiave
Mobile robotics; Cultural heritage; Remote museum
Autore
Ramiro dell’Erba
ramiro.dellerba@enea.it
Claudio Moriconi
Claudio.moriconi@enea.it
ENEA Technical Unit technologies for energy and industry - Robotics
Laboratory
Via Anguillarese 301, Roma 00123
Alfredo Trocciola
alfredo.trocciola@enea.it
ENEA Technical Unit Technology – Biogeochemistry Laboratory
Piazzale E. Fermi, 1, 80055 Po
26 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 27
S800A
Ricevitore GNSS con 394 canali e
alte prestazioni

RESTAURO
Il degrado dei materiali lapidei
in ambiente sommerso
di Mauro Francesco La Russa, Michela Ricca
Nelle campagne di ricerca condotte su manufatti
e resti archeologici sommersi, l’attitudine e
la propensione di dare dati scientificamente
attendibili rappresenta una fase imprescindibile
della ricerca, subordinata a metodiche, a
strumentazioni e alla pianificazione dell’attività
stessa, tenendo sempre in prima linea i limiti
fisici e spesso ambientali che un progetto espone,
soprattutto operando in un contesto ampio e
diversificato rappresentato dal mondo sottomarino
(Volpe, 1998; Davidde et al., 2002). Un’area
archeologica sommersa rappresenta un bene
Fig. 1 – Immagini su sezioni sottili e stratigrafiche mediante microscopio
ottico polarizzatore. Osservazione a polarizzatori incrociati. Forme di
alterazione/degrado su materiali lapidei artificiali (a-b) e naturali (c-d) di
rilevanza archeologica, provenienti da ambiente marino; evidenza di patine
superficiali di natura carbonatica, ad azione incrostante (a-b) e perforazioni
da attività endolitica (c-d).
che, nella definizione di un piano diagnostico e
di un futuro intervento di restauro, deve essere
indagato, conservato e valorizzato.
Da sempre la ricerca archeologica subacquea manifesta
un’evidente inclinazione allo sviluppo, dovuta
principalmente alla scoperta e alla sperimentazione
di nuove tecniche e a studi mirati, grazie ai quali è possibile
ampliare e confrontare le conoscenze negli anni
acquisite. Subentra nel tempo una maggiore cognizione,
nella comunità scientifica internazionale, dell’importanza
dell’archeologia subacquea volta ad indagare su resti e manufatti
sommersi. A fronte di tale circostanza si moltiplicano
repentinamente le attività di ricerca e le iniziative di
indagine sottomarina, potendo ormai usufruire di strumenti
di lavoro pienamente affidabili, di nuove strategie e di consolidate
esperienze nell’organizzazione tecnica, nonché di
specialisti del settore. Il dibattito sui metodi, sulle procedure
e sulle attività di ricerca subacquea arriva a coinvolgere
negli anni l’intera comunità scientifica (archeologi, geologi,
biologi, fisici, chimici, conservatori, ingegneri, ecc.)
che ha manifestato un crescente interesse per il recupero
e la valorizzazione del patrimonio storico e archeologico
ubicato in ambiente subacqueo, soprattutto in seguito all’istituzione
della Convenzione UNESCO 2001 sulla protezione
del patrimonio culturale sommerso. In questa prospettiva
assume rilevante importanza la conservazione in situ, cioè
nell’attuale collocazione del bene sul fondale, e l’indagine
diagnostica volta all’aspetto conoscitivo dei processi e delle
forme di degrado in ambiente acquatico. Si definisce negli
anni un’attenta, seppur ancor esigua, letteratura scientifica
che descrive evidenze di studio sui materiali provenienti da
ambiente subacqueo.
In questo capitolo si tratterà dell’influenza notevole dell’approccio
diagnostico applicato alle problematiche inerenti
all’alterazione e al degrado di materiali lapidei sommersi,
illustrando metodi di studio ed aspetti applicativi su beni di
provenienza marina che hanno permesso il raggiungimento
di risultati notevoli; la ricerca scientifica e le campagne diagnostiche
non possono, infatti, essere disgiunte dalla diffusione
delle metodiche consolidate nel campo.
MATERIALI LAPIDEI PROVENIENTI DA AMBIENTE
SUBACQUEO E FORME DI BIODETERIORAMENTO
Negli ultimi decenni incentrare la ricerca scientifica nello
studio di forme di alterazione e/o degrado di strutture
sommerse ha fornito basi e strumenti per la conoscenza, la
tutela e la valorizzazione di manufatti e siti archeologici individuati
nei fondali marini, che altrimenti avrebbero subito
un processo di degrado irreversibile, rischiando di andare
28 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 29
distrutti. Diversi sono i tratti costieri, lungo la nostra penisola,
in cui la concentrazione di relitti e aree archeologiche
sommerse risulta particolarmente elevata, sia per ragioni
geologiche che storico-geografiche: perché crocevia di passaggi
e rotte commerciali, perché più esposte alle intemperie,
perché densamente popolate in epoca antica o altresì
perché continui teatri di battaglie. Indipendentemente dalle
zone di rinvenimento e dalle epoche di appartenenza, i
reperti (o siti archeologici) manifestano stati conservativi
e forme di deterioramento variabili, che si diversificano in
relazione alle diverse e mutuabili condizioni di esposizione
e che sono spesso correlate alle proprietà costitutive dei
materiali. Quest’attenzione ai rapporti bene-ambiente è
suffragata dagli esperti di settore, per cui la valutazione
dell’ambiente e delle sue interazioni con le proprietà costitutive
del bene, è operazione necessaria nella pianificazione
di un progetto di diagnosi e conservazione rivolto a
manufatti di provenienza subacquea.
Nell’ambito della conservazione di beni culturali subacquei,
si possono distinguere due aspetti fondamentali: a) il primo
implica lo studio dei processi/meccanismi di degrado e dei
biodeteriogeni, valutando l’interazione tra agenti di danno
e materiali costitutivi dei beni; b) il secondo è lo studio e
la sperimentazione di metodi preventivi e di controllo del
degrado, con l’obiettivo di limitare il danno e mettere a
punto strategie conservative.
Lo studio dei processi e meccanismi di degrado di materiali
lapidei sommersi implica la vasta conoscenza dell’habitat
marino, che ritrae un vero contesto di vita naturale, in cui
i materiali stessi trovano un nuovo e peculiare sito di giacitura.
A contatto con l’ambiente acquatico sono anch’essi
utilizzati dagli organismi come substrati di crescita e risultano
colonizzati da comunità biotiche diversificate in funzione
delle caratteristiche del sito e delle loro proprietà
strutturali e composizionali. Organismi che svolgono il ruolo
di biodeteriogeni di materiali lapidei, appartengono alla categoria
delle forme bentoniche che vivono in stretto contatto
ad un substrato rigido o all’interno di esso. Rientrano
in questa categoria forme vegetali e animali, spesso resistenti
ai domini più estremi con una versatilità metabolica
estremamente ampia e diversificata. Sono proprio le loro
attività vitali tra le principali cause che concorrono al deterioramento
di manufatti ubicati sui fondali. La presenza
sui materiali di tali forme è considerata del tutto normale
e, in proporzioni limitate, il fenomeno non è sempre dannoso.
Sussistono casi in cui, laddove le condizioni esterne,
siano ampiamente favorevoli alla loro proliferazione, divengono
l’elemento chiave per l’insorgere del danno, arrecando
talvolta danni estesi ed irreversibili (Caneva & Ceschin,
2009). Il manifestarsi di organismi bentonici può pertanto
compromette, in sinergia con i fattori ambientali, la funzionalità,
l’integrità e la leggibilità dei medesimi (Caneva
et al., 2005).
La crescita di organismi bentonici determina la formazione
di biofouling, che si manifesta come incrostazione, più o
meno spessa e stratificata, sulla superficie dei materiali.
La loro distribuzione è sempre dipendente dalle combinazioni
dei fattori ambientali del sito di esposizione; sussiste,
sempre, uno stretto sistema d’interrelazioni fra organismo
– substrato – ambiente. Tale associazione non essendo definibile
dal punto di vista biocenotico come entità univoca
e distinta, varia con il mutare delle molteplici situazioni
ambientali cui i substrati sono sottoposti (Relini, 1977; Relini,
1987; Relini et al., 1998; Relini, 2003). Di conseguenza
saranno numerose le strategie di controllo, tante quante
sono le diverse situazioni in cui esso si forma. Sulla base
delle dimensioni degli organismi pionieri, si distingue ulteriormente
tra macrofouling, ossia l’adesione di organismi
marini di grandi dimensioni (es. policheti, briozoi, alghe,
ecc.) e microfouling o biofilm, ovvero un’aggregazione
complessa di microrganismi. La formazione di biofilm favorisce
l’adesione e l’ancoraggio dei primi microrganismi al
substrato. Si tratta di un raggruppamento complesso, contraddistinta
dalla secrezione di una matrice adesiva, gelatinosa
e allo stesso tempo protettiva (Relini, 2003). Le fasi
di sviluppo del biofilm oscillano temporalmente in funzione
dei diversi fattori biologici, fisico-chimici e ambientali; in
habitat marino la sua formazione racchiude le fasi di adesione,
colonizzazione, crescita e maturazione. Solitamente
la prima fase, che è quella di adesione, è designata come
sticking efficiency; essa dipende sostanzialmente dalle proprietà
della superficie del materiale colonizzato, dallo stato
fisiologico dei microrganismi e dalle condizioni idrodinamiche
dell’ambiente in prossimità dell’area sottomessa. Ha
inizio con l’ancoraggio, sul substrato, dei microrganismi liberamente
fluttuanti, che agiscono inizialmente mediante
forze deboli. Questa fase implica la deposizione, nel giro
di pochissimo tempo (1-3 giorni), di un biofilm macromolecolare
costituito in prevalenza da polisaccaridi e proteine.
Il processo di formazione di questo primo involucro è seguito
dall’attecchimento di batteri e altri organismi unicellulari
fotosintetici. La successiva duplicazione cellulare e
la produzione di sostanze polimeriche extracellulari (EPS)
consentono la successiva colonizzazione del substrato con
aumento dell’aderenza cellulare (accumulo), fino al conseguimento
di una condizione di stabilità strutturale. L’EPS
rappresenta l’insieme delle differenti classi di macromolecole
(polisaccaridi, proteine, acidi nucleici e fosfolipidi)
rilevate negli spazi intracellulari dei complessi microbici.
Queste molecole sono responsabili delle forze coesive che
permettono alla matrice del biofilm la tipica architettura
tridimensionale dentro la quale i microrganismi si sviluppano
(Wingender et al., 1999). L’incremento del biofilm
microbico è comunemente accompagnato da formazioni di
vere e proprie appendici filamentose che agevolano la cattura
e l’adesione di spore, funghi, protozoi, microalghe e,
ovviamente, corpuscoli inorganici. In altre parole, quando
la colonizzazione ha avuto inizio, il biofilm cresce smisuratamente
tramite divisioni cellulari e integrazioni di batteri
esterni. A questo stadio (6-7 giorni), inizia la colonizzazione
da parte di organismi pluricellulari, sia produttori che
degradatori (Davis & Williamson, 1995). L’ultimo stadio di
sviluppo denota l’attecchimento e la crescita di organismi
più complessi, come macroalghe e invertebrati marini. Un
biofilm maturo contiene quindi una popolazione variegata
di organismi (Keevil & Walker, 1992) che genera, solitamente,
le condizioni favorevoli per l’insediamento del macrofouling
che continua così il processo di colonizzazione della
superficie. Lo sviluppo di biofilm si rivela per lo più su substrati
solidi sommersi o esposti a soluzioni acquose, sebbene
possa manifestarsi anche come tappeti o masse galleggianti
su superfici liquide.
Gli effetti negativi della sua formazione possono coinvolgere
le molteplici strutture sommerse di interesse archeologico,
manufatti di varia natura, relitti marini nonché mezzi
navali.
Le diverse casistiche hanno sollevato maggiore attenzione
da parte dei gruppi di ricerca che, incentrando gli studi
sull’evoluzione di un biofilm, hanno messo in luce molti dei
meccanismi con i quali i microrganismi modificano e alterano
le proprietà chimico-fisiche della superficie dei materiali
colonizzati immersi nell’ambiente acquatico, proponendo

criteri di prevenzione e sperimentando tecniche e sostanze
di rimozione (Costerton et al., 1995).
Lo sviluppo di comunità e popolamenti marini non è solo
superficiale; in alcuni casi gli organismi possono insediarsi
all’interno dei materiali; è il caso degli organismi endolitici.
La colonizzazione, tuttavia, non è universalmente nociva;
sussistono casi in cui la presenza di biomassa sui manufatti
volge a potenziarne la conservazione (effetto bioprotettivo)
(Aloise et al., 2013; La Russa et al., 2015). Il fenomeno
del degrado in ambiente acquatico, dove le variabili che
concorrono sono plurime e mutevoli (tipologia di substrato,
torbidità delle acque, luce, temperatura, disponibilità
di ossigeno, ecc.) costituisce un’argomentazione tutt’oggi
alquanto complessa, ricca di contenuti che abbracciano le
disparate forme di danno cui un materiale è inevitabilmente
soggetto durante la sua permanenza in ambiente marino
(Caneva et al., 2005; Petriaggi & Mancinelli, 2004; Petriaggi,
2005; Petriaggi & Davidde, 2007).
SUBSTRATI CARBONATICI IN AMBIENTE SOMMERSO, FORME
DI BIOEROSIONE E METODI D’INDAGINE
Nell’accezione più comune il termine bioerosione (Neumann,
1966) si riferisce ad un processo di distruzione e
impoverimento parziale o totale di un substrato, attivato
da una varietà di organismi mediante meccanismi biologici
come lo scavo, la perforazione, l’abrasione, ecc. (Carreiro-Silva
et al., 2009; Golubic et al., 1970; Golubic et al.,
1975; Golubic et al., 1980; Golubic et al., 1984; Golubic et
al., 2003; Golubic et al., 2005; Kleemann, 2001; Davidde et
al., 2002; Davidde et al., 2010; Ricci et al., 2004; Ricci et
al., 2007; Ricci et al., 2009; Ricci & Davidde, 2012; Ricci et
al., 2015; Sacco Perasso et al., 2015). Rientrano in questa
categoria sia organismi microperforatori (alghe, batteri e
funghi) che macroperforatori (bivalvi e spugne).
Tale fenomeno, che nel caso di beni provenienti da ambiente
marino, interessa in prima linea i materiali di natura
carbonatica, può manifestarsi superficialmente o spingersi
dentro il substrato, producendo cavità interne. Il fenomeno
esterno è generato principalmente dall’attività dei grazers,
Fig. 2 – Immagini su campioni archeologici mediante microscopio elettronico a
scansione. Forme di alterazione/degrado su materiali lapidei di natura carbonatica
provenienti da ambiente marino; evidenza di perforazioni da attività endolitica.
organismi erbivori come echinodermi, molluschi gasteropodi
e alcuni pesci che pascolano sul substrato rimuovendone
notevoli porzioni. Il substrato può essere demolito anche in
profondità grazie all’azione di perforatori endolitici, come
poriferi e molluschi. Forti testimonianze in merito, si hanno
negli studi del biologo croato Stjepko Golubic - tra i primi a
cimentarsi nei fenomeni di bioerosione su superfici carbonatiche
- dai cui studi emerge chiaramente che gli organismi,
particolarmente quelli che svolgono attività endolitica, penetrano
nella roccia scavando cavità e/o tunnel attraverso
processi chimico-fisici e biologici e dunque, sono essi stessi
gli artefici degli spazi in cui giacciono e si riproducono. Questi
processi, che si instaurano analogamente sui substrati
biogenici di natura carbonatica (Posidonia oceanica, fondi
a Maerl, coralligeno, tegnùe, coralli profondi, ecc.) e sui
substrati rocciosi calcarei che plasmano i fondali marini naturali
(Golubic et al., 1970; Golubic et al., 1984; Tribollet &
Golubic, 2005), lasciano desumere che la bioerosione è tra
le forme più aggressive e devastanti di deterioramento su
materiali lapidei sommersi di suddetta natura (Camara et
al., 2017; Calcinai et al., 2003a; Calcinai et al., 2003b; Casoli
et al., 2009; Casoli et al., 2013; La Russa et al., 2010;
La Russa et al., 2015; (Ricca et al., 2014; Ricca et al., 2015;
Ricca et al., 2016; Ricci et al., 2008a; Ricci et al., 2008b;
Ricci et al., 2009; Aloise et al., 2013; Ricci et al., 2013;
Ricci et al., 2015).
La crescita di forme bentoniche su materiali carbonatici può
causare tipologie di danno riconducibili a tre classi distinte:
danno strutturale, funzionale ed estetico. Il più delle volte
queste si sviluppano simultaneamente nonostante possa
sussistere la prevalenza dell’uno rispetto agli altri. Tale variabilità
deve sempre essere correlata ai fattori ambientali
estremamente diversificati (luce, temperatura, profondità
e topografia del fondale, acqua, salinità, ecc) che entrano
in gioco nel rendere un ambiente conforme a sostenere
dei processi di crescita biologica, verso cui le singole specie
possono manifestare spettri di tolleranza più o meno ampia.
Indagare su tali parametri e condurre quindi uno studio
sistematico-ecologico di un dato habitat, rappresenta l’approccio
metodologico più consono, in grado di fornire indicazioni
sulle cause che possono aver favorito l’insorgere di
una determinata specie piuttosto che un’altra su un materiale,
nonché metodi efficaci per monitorarne crescita e sviluppo
(Caneva et al., 2005; Caneva and Ceschin, 2009; Crispim
& Gaylarde, 2005; Crisci et al., 2010; Ortega-Calvo et
al., 1995; Petriaggi & Davidde, 2007; McNamara & Mitchell,
2005; Naylor et al., 2011; Naylor & Viles; 2002; Pohl and
Schneider, 2002; Tomaselli et al., 2000; Viles, 1995; Viles,
2013; Walker & Pace, 2007; Warscheid and Braams, 2000;).
Partendo da tali presupposti è evidente che, volendo indagare
sui fenomeni di bioerosione in ambiente acquatico, è
fondamentale conoscere le relazioni che gli organismi instaurano
con un substrato sommerso e valutarne l’intrinseco
rapporto.
Come peculiare metodica d’indagine per lo studio delle forme
di degrado su materiali di natura carbonatica si ricorre
a ricognizioni macroscopiche che consentono preliminarmente
di mappare il bene, possibilmente in situ, definendo
distribuzione e frequenza degli organismi, identificazione
dei gruppi sistematici presenti, inquadramento ecologico
del sito di giacitura, definizione dei livelli di pericolosità e
indici di danno. In tale fase ci si avvale di schede di raccolta
dati, appositamente elaborate dall’ISCR (Istituto Centrale
per il Restauro, Roma) per la definizione dello stato di conservazione
di manufatti sommersi; parliamo del sistema di
schedatura SAMAS e SAMAS BIO di I e II livello.
30 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 31
Fig. 3 - Immagini su sezioni sottili e stratigrafiche di campioni archeologici, mediante microscopio elettronico a scansione. Forme di alterazione/degrado su materiali
lapidei di natura carbonatica provenienti da ambiente marino con evidenza dell’interazione substrato-alterato/materiale lapideo e concrezioni superficiali.
Questo tipo di indagine implica il riferimento a campioni
sia di materiale biologico che di materiale costitutivo, prelevati
ai fini di specifiche indagini di laboratorio necessarie
per il riconoscimento degli organismi e lo studio dei litotipi
colonizzati, con relative forme di danno. Il passo successivo
è comunemente l’osservazione dei campioni prelevati mediante
tecniche microscopiche.
Lo stereomicroscopio consente di ispezionare gli aspetti
morfologici più superficiali, focalizzando maggior interesse
sulle incrostazioni presenti (es. layers superficiali, anche
plurimi, contraddistinti da concrezioni e patine, riconducibili
a resti scheletrici di forme bentoniche) e di quantificare
approssimativamente l’entità di danni irreversibili (es.
perforazioni, perdita di materiale), spesso visibili – laddove
estesi – anche ad occhio nudo. Nel primo caso ci troviamo
dinanzi ad un danno che, sulla base di un’indagine
preliminare, può essere considerato essenzialmente di tipo
estetico, dove il manufatto perde di leggibilità e ne risulta
ampiamente deturpato; nel secondo caso riscontriamo un
deterioramento a livello fisico-meccanico che, nelle forme
più avanzate, implica la totale perdita del bene archeologico.
Queste forme di danno, ampiamente indagate, possono
essere attribuite a gruppi sistematici vegetali e animali
mediante il riconoscimento di elementi diagnostici peculiari,
come ad esempio le strutture di organismi incrostanti o
la morfologia di alcuni residui di biocenosi molli. Inoltre,
l’eventuale presenza di perforazioni lascia presupporre
all’azione di forme endolitiche; per una più corretta identificazione
si rimanda necessariamente ad uno studio di dettaglio
mediante metodi di indagine microscopici ad elevata
risoluzione come ad esempio la microscopia elettronica a
scansione (SEM) coadiuvata da microanalisi EDS.
Le indagini SEM-EDS incoraggiano un’analisi morfologica di
dettaglio, valutando più approfonditamente il danno. La
metodica è in alcuni casi utile per l’inquadramento sistematico
di forme bentoniche spesso in concomitanza a resti
inorganici e tracce caratteristiche di taluni organismi marini.
È il caso, ad esempio, dell’osservazione dell’ultrastruttura
di spicole, formanti l’endoscheletro delle spugne; in
funzione della morfologia e della loro composizione se ne
favorisce la corretta identificazione. Altresì si può indagare
sulle cavità, micro-gallerie e impronte lasciate sul substrato.
Studi dimostrano che l’eterogeneità dimensionale delle
perforazioni e la loro varia distribuzione spaziale sono da
associare allo stadio di accrescimento di gruppi, sia di fauna
che flora marina, nel substrato colonizzato. Un’altra manifestazione
di interesse per lo studio dei fenomeni di alterazione
sui materiali lapidei è quella operata da organismi
incrostanti che portano alla formazione si spesse e dense
concrezioni calcaree, la cui azione non è universalmente
nociva. Si sviluppano layers superficiali che deturpano il
manufatto, inducendone la perdita di leggibilità e funzionalità.
Di conseguenza, il risultato è un forte danno di tipo
estetico.
Al fine di valutare i fenomeni di degrado da un punto di vista
più propriamente legato all’aspetto minero-petrografico, si
predispongono sezioni sottili e stratigrafiche con spessori di
~ 30 μm per osservazioni al microscopio ottico a luce polarizzata.
Il fine è di valutare come il degrado, di entità biologica,
possa variare in relazione ai caratteri strutturali e tessiturali
dei litotipi colonizzati. Studi su campioni di marmo
hanno evidenziato come il danno possa variare in funzione
del range granulometrico e del grado di interconnessione tra
i cristalli calcitici/dolomitici; marmi a grana molto fine sono
meno suscettibili all’attività biologica destata da gruppi con
capacità perforanti rispetto a marmi a grana medio-grossa,
probabilmente per via del maggiore grado di compattezza
del materiale, dovuto all’elevato grado di interconnessione
tra i grani e, conseguentemente, alla maggiore difficoltà
da parte dei perforatori di penetrare tra i cristalli, in particolar
modo a livello dei punti di giunzione e contatto dei
grani. Il microscopio ottico polarizzatore avvantaggia anche
lo studio dell’alterazione superficiale, esaminando il profilo
esterno di patine e concrezioni.
Infine, studi di tipo mineralogico-molecolare mediante
spettroscopia in trasformata di Fourier (FT-IR) con modalità
di acquisizione in Riflettanza Totale Attenuata (ATR) possono
ulteriormente guidare nell’identificazione della natura
inorganica delle concrezioni superficiali.
STRATEGIE CONSERVATIVE
Nell’ultimo decennio, nello scenario della ricerca e dello
sviluppo tecnologico mondiale, le nanotecnologie hanno
acquisito una posizione di prestigio, tanto da parlare di
un nuovo settore del sapere. Si pensa alle nanotecnologie
come metodi di manipolazione della materia su cui in futuro
fonderanno le basi molte aree settoriali e tecnologiche;
una vera ondata rivoluzionaria indirizzata non unicamente
al mondo della ricerca e dell’industria ma anche alla vita
umana (Boeing, 2006). Uno dei settori scientifici in cui le
nanotecnologie hanno consolidato il loro metodo è quello
della Conservazione dei Beni Culturali in cui l’approccio alla
dimensione nanometrica è alla base di tecniche e prodotti
innovativi che sono testati sui diversi materiali con fini consolidanti
e/o protettivi e, allo stesso tempo, atti ad unire
elevate prestazioni senza gravare sull’ambiente, favorendo
inibizione di prodotti d’alterazione ad es. attraverso azione
fotocatalitica (Fujishima& Honda, 1972). Prima di operare

sul bene culturale, il metodo prevede un’iniziale fase di
sperimentazione finalizzata ad individuare le potenzialità di
miglioramento prestazionale e di affidabilità nel tempo dei
nanomateriali; dopodiché si prosegue con l’intervento vero
e proprio. Negli ultimi anni, sui substrati culturali di diversa
natura, si è rafforzato l’impiego di resine polimeriche e
binders, addizionati a nanomateriali (es. nanoparticelle di
biossido di titanio, argento, ossido zinco ecc.); tali applicazioni
rappresentano una tecnica leggera ed eco-sostenibile
per la conservazione attiva del patrimonio storico-artistico,
giacché consentono di evitare lo smontaggio della struttura
esistente (operando in situ) e favoriscono evidenti vantaggi
di ordine economico ed anche dal punto di vista dei tempi di
realizzazione dell’intervento (Gomez-Villaba et al., 2010;
Ruffolo et al., 2010; Ruffolo et al., 2013).
Nello specifico, volendo citare le proprietà più eloquenti
per le quali i materiali nanostrutturati, trovano riscontro nei
Beni Culturali, diremmo che essi sono implicati come agenti
disinquinanti, antimicrobici, idrorepellenti e autopulenti
delle superfici trattate; inoltre, oltre che nella rimozione di
depositi organici e particelle di sporco depositate sui substrati
alcuni di questi mostrano un forte potere idrofilo. La
loro azione è spesso combinata a quella della radiazione
solare. Infatti, l’azione ultravioletta crea una modificazione
della struttura superficiale del prodotto “nano” utilizzato,
e di conseguenza si assiste alla significativa riduzione
dell’angolo di contatto sul materiale; per cui la bagnabilità
completa della superficie trattata e la capacità di ossidoriduzione
indotta dalla luce producono entrambi un effetto
autopulente, inibendo depositi e crescita di organismi o di
altro materiale. Rilevante si configura pertanto l’uso di tali
prodotti per procedure di pulitura, consolidamento e protezione
di materiali lapidei, naturali e artificiali, di interesse
archeologico. Ovvio è che, per manifestare efficacia, i
prodotti stessi devono essere opportunamente preparati e
possedere peculiari caratteristiche, come ad esempio: a)
dimensioni delle polveri dell’ordine dei nanometri; b) particolari
morfologie; c) specifiche fasi cristalline e proprietà
fisico-chimiche. Tali caratteristiche devono essere vagliate
in funzione delle proprietà intrinseche del materiale da proteggere,
delle problematiche di alterazione e degrado a cui
sono soggetti e della compatibilità sia con l’ambiente in cui
è prevista l’applicazione sia con il substrato da conservare.
Per la protezione di strutture ubicate in ambiente marino,
si sta rafforzando l’utilizzo di binders e principi attivi nanometrici
che limitano lo sviluppo di biofouling. Per quanto
riguarda i binders, si tratta di prodotti che manifestano un
potere più o meno consolidante a seconda della compattezza
del film che andranno a formare e alla loro penetrazione
all’interno del substrato. L’aggiunta ai binders (es. SiO 2
) di
sostanze attive nell’inibizione del biofouling marino (es.
nano TiO 2
, ZnO, Ag, ecc.), permette di ottenere dei formulati
che uniscono proprietà consolidanti a quelle protettive
(Ruffolo et al., 2010; Ruffolo et al., 2013). Dovendo operare
in ambiente acquatico, la problematica maggiore riscontrata
risulta l’applicabilità in situ dei prodotti; a tal proposito
recenti studi sono stati indirizzati a trovare un mezzo di
dispersione dei principi attivi che non si dissolvesse, a contatto
con l’acqua, e che rimanesse aderente alle superfici
da trattare (Bruno et al., 2016; Ruffolo et al, 2017).
CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE
L’utilizzo di un approccio multidisciplinare permette di ottenere
importanti informazioni sulla variabilità delle forme
di danno apportate da gruppi di organismi bentonici che
operano su resti e manufatti di interesse storico e archeologico,
di natura lapidea, in ambiente subacqueo. Tali informazioni
sono di basilare importanza qualora si voglia intervenire
su un bene e programmare un corretto intervento di
conservazione e restauro.
Si dimostra che la variabilità del danno è correlabile oltre
che al tipo di colonizzazione biologica, anche ai caratteri
intrinseci dei materiali e alle loro condizioni di esposizione
nel contesto di giacitura. Questi aspetti rendono palese che
la documentazione dello stato di conservazione e una corretta
indagine diagnostica sono azioni indispensabili per la
pianificazione di qualsiasi intervento conservativo e, più in
generale, per una corretta gestione, valorizzazione e fruizione
del bene.
Sulla base di questi dati si potrà giungere alla definizione di
mirati interventi da effettuare sulle strutture in situ.
Abstract
The paper presents an overview of the main causes of decay affecting archaeological
stone materials in underwater environments. It is a complex phenomenon
so far quite investigated, where a multitude of factors is involved. Degradation
forms in seawater imply not only a variation in the physico-mechanical and geochemical
properties of materials, but also an aesthetic damage, due to superficial
deposits, which can determine to the illegibility of the artefacts. In this context,
it is crucial to determine to what extent these decay factors, mainly attributable
to biological growth, could affect the durability of materials and what are the
effects of new and suitable procedures for their maintenance and protection.
Keywords
archeologia subacquea; biofouling; degrado; materiali lapidei; nanomateriali
Autore
Mauro Francesco La Russa
mlarussa@unical.it
Michela Ricca
michela.ricca@unical.it
Università della Calabria
Dipartimento di Biologia, Ecologia e Scienze della Terra (DiBEST)
Via P. Bucci, 87036 – Rende (CS), Italy
32 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 33
References
Aloise, P. Ricca M., La Russa M.F., RuffolS.A., Belfiore C.M., Padeletti G., Crisci G.M., Diagnostic analysis of stone materials from under water excavations: the case study of the Roman archaeological
site of Baia (Naples, Italy). Applied Physics A: Materials Science and Processing, 114(3), 2013, pp. 655-662.
Boeing N., 2006. L’invasione delle nanotecnologie. Cosa sono e come funzionano i nuovi microrobot invisibili che colonizzeranno il mondo, Editore Orme.
Bruno F., Gallo A., Barbieri L., Muzzupappa M., Ritacco G., Lagudi A., La Russa M.F., Ruffolo S.A., Crisci G.M., Ricca M., Comite V., Davidde B., Di Stefano G., Guida R. The CoMAS project: new
materials and tools for improving the in-situ documentation, restoration and conservation of underwater archaeological remains. Marine Technology Society (MTS) Journal, 2016, 50 (4), pp.
108-118.
Calcinai B., Arillo A., Cerrano C., Bavestrello G., 2003a. Taxonomy-related differences in the excavating micro-patterns of boring sponges. Journal of the Marine Biological Association of the
UK, 83: pp 37-39.
Calcinai B., Bavestrello G., Cerrano C., 2003b. Bioerosion micro-patterns as diagnostic characteristics in boring sponges. Bollettino dei Musei e degli Istituti Biologici della Università di Genova,
68: 229–238.
Cámara B., Álvarez de Buergo M., Bethencourt M., Fernández-Montblanc T., La Russa M.F., Ricca M., Fort R.. Biodeterioration of marble in an underwater environment. Science of the Total
Environment. 609 (2017) 109–122.
Caneva G. & Ceschin S., 2009. Ecology of biodeterioration. In: Caneva G., Nugari M.P., Salvadori O. (Eds.), Plant Biology for Cultural Heritage. Biodeterioration and Conservation. The Getty
Conservation Institute, Los Angeles, pp. 35-58.
Caneva G., Nugari M.P., Salvadori O., 2005. La biologia vegetale per i beni culturali, biodeterioramento e conservazione, Cardini Editore.
Carreiro-Silva M., McClanahan T. R., Kiene W. E. 2009 Effects of inorganic nutrients and organic matter on microbial euendolithic community composition and microbioerosion rates. Marine
ecology progress series Vol. 392: 1–15, pp.1-12
Casoli, E., Ricci, S., Gravina, M.F., Belluscio, A., Ardizzone, G., 2014. Settlement and colonization of epi-endobenthic communities on calcareous substrata in an underwater archaeological
site. Mar. Ecol. Evol. Perspect. 1-15.
Casoli E., Ricci S., Antonelli F., Sacco Perasso C., Belluscio A., Ardizzone G., 2016. Impact and colonization dynamics of the bivalve Rocellaria dubia on limestone experimental panels in the
submerged Roman city of Baiae (Naples, Italy) International Biodeterioration & Biodegradation, 108, 9-15.
Costerton J.W., Lewandowski Z., Caldwell D.E., Korber D.R., Lappin-Scott H.M., 1995. Microbial Biofilms. Ann. Rev. Microbiol., 49: 711-745.
Crisci G.M., La Russa M.F., Macchione M., Malagodi M., Palermo A.M., Ruffolo S.A., Study of archaeological underwater finds: deterioration and conservation, Applied Physics A, 100(3), 2010,
pp. 855-863.
Crispim C.A. & Gaylarde C.C., 2005. Cyanobacteria and biodeterioration of Cultural Heritage: a review. Microbial Ecology, 49, pp. 1-9.
Davidde B., 2002. Underwater archaeological parks: a new perspective and a challenge for conservation – the italian panorama. The International Journal of Nautical Archaeology, 31.1: 83-88.
Davidde, B., Ricci, S., Poggi, D., Bartolini, M., 2010. Marine bioerosion of stone artefacts preserved in the Museo Archeologico dei Campi Flegrei in the Castle of Baia (Naples). Archaeologia
Maritima Mediterranea 7, 75-115.
Davis A., Williamson P., 1995. Marine biofouling: a sticky problem. NERC News.
Fujishima A. & Honda K., 1972. Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode. Nature, 238, pp. 37-38
Golubic S., Radtke G., Le Campion- Alsumard T., 2005. Endolithic fungi in marine ecosystem. Trends in Microbiology, 13, (5), pp. 229-235.
Golubic S. & Schneider J., 2003. Microbial endoliths as internal biofilms. In: Krumbein W.E., Paterson D.M., Zavarzin G.A. (Eds.), Fossil and Recent Biofims. A Natural History of Life on Earth,
Kluwer Academic Publishers, pp. 249-263.
Golubic S., Campbell S.E., Drobne K., Cameron B., Balsman W.L., Cimmerman F. & Dubois L., 1984. Microbial endoliths: a benthic overprint in the sedimentary record, and a paleobathymetric
cross-reference with foraminifera. Journal of Paleontology, 58, pp. 351-361.
Golubic S., Knoll A.H. & Ran W., 1980. Morphometry of Late Ordovician microbial borings. Bulletin of American Association of Petroleum Geologists, 64, p. 713.
Golubic S., Perkins R.D., Lukas K.J., 1975. Boring microorganisms and microborings in carbonate substrates, In Study of Trace Fossils (Edited by R. Frey), Springler-Verlag, New York, 1975, pp.
229-259.
Golubic S., Brent G. & Le Campion-Alsumard T., 1970. Scanning electron microscopy of endolithic algae and fungi using multipurpose casting-embedding technique. Lethaia, 3, pp. 203-209.
Gomez-Villaba L.S., Loperz-Arce P., Fort Gonzales R., Alvarez De Buergo M., 2010. La asportazioni de la nano scienza a la conservacion de bienes del patrimonio cultural. Patrimonio cultural de
Espana, 4, pp. 43-56.
Keevil C.W. & Walker J., 1992. Nomarski DIC Microscopy and image analysis of biofilms. Binary, 4, pp. 93-95.
Kleemann K. (2001) - Marine Bioerosion, VL 807.191, 21st Aug. 2001 (pp. 1-28).
La Russa M.F., Ruffolo S.A., Ricci S., Davidde B., Barca D., Ricca M., Capristo V., A Multidisciplinary approach for the study of underwater artefacts: the case of Tritone Barbato marble statue
(Grotta Azzurra, Island of Capri, Naples). Periodico di Mineralogia, 82 (1), 2013, pp. 101-111.
La Russa M.F., Ricca M., Belfiore C. M., Ruffolo S. A., Álvarez De Buergo Ballester M., Crisci G.M.. The Contribution of Earth Sciences to the Preservation of Underwater Archaeological Stone
Materials: an Analytical Approach. International Journal of Conservation Science, 2015, 6 (3), 335-348.
La Russa M. F., Ruffolo S. A., Ricca M., Rovella N., Comite V., Barca D., “Archaeometric approach for the study of mortars from the underwater archaeological site of Baia (Naples) Italy: Preliminary
results”. Periodico di Mineralogia, 2015, 84 (3), 1-16.
Mcnamara C.J. & Mitchell R., 2005. Microbial deterioration of historic stone. Frontiers in Ecology and Environment, 3, pp. 445-451.
Naylor L.A. , Coomber M.A., Viles H.A., 2011. Reconceptualising the role of organisms in the erosion of the rock coasts: A new model. Geomorphology 157-158 (2012), 17-30
Naylor L.A., Viles H.A., 2002. A new technique for evaluating short-term rates of coastal bioerosion and bioprotection. Geomorphology, Vol 47, pp 31-44
Neumann A.C., 1966. Observations on coastal erosion in Bermuda and measurements of the boring rate of the sponge Cliona lampa. Limnology and Oceanography. 11, 92–108.
Ortega-Calvo J.J., Ariño X., Hernandez-Marine M. & Saiz-Jimenez C., 1995. Factors affecting the weathering and colonization of monuments by phototrophic microorganisms. The Science of
the Total Environment, 167, 329-341.
Petriaggi, R., Mancinelli, R., 2004. An experimental conservation treatment on the mosaic floor and perimeter walls of room n. 1 of the so-called “Villa con ingresso a Protiro” in the Underwater
Archaeological Park of Baia, Naples. Archaeol. Marit. Mediterr. 1, 109-126.
Petriaggi R., 2005. Nuove Esperienze di restauro conservativo nel Parco Sommerso di Baia. Archeologia Maritima Mediterranea, An International Journal on Underwater Archaeology.
Petriaggi R., Davidde B., 2007. Restaurare sott’acqua: cinque anni di sperimentazione del NIAS-ICR. Bollettino ICR, Nuova serie N. 14, 127-141.
Pohl W. & Schneider J., 2002. Impact of endolithic biofilms on carbonate rock surfaces. In: Siegesmund, S., Weiss, T., Vollbrecht, A. (Eds.), Natural Stone, Weathering Phenomena, Conservation
Strategies and Case Studies. Geological Society, London, pp. 177-194.
Relini, 1977 Le metodologie per lo studio del fouling nell‘indagine di alcuni ecosistemi marini. Bollettino Zoologia, Atti del XLIV Convegno dell’Unione Zoologica Italiana, 44, pp. 97-112.
Relini G.,1987. The State of the Art in the Protection of Marine Structures from Biodeterioration. In: Houghton D.R., R.N. Smith & H.O.W. Eggins (eds.): Biodeterioration 7, Elsevier: 292-304.
Relini G., Tixi F., Relini M., 1998. Settlement on concrete blocks immersed in the Ligurian Sea (N-W Mediterranean). Int. Biodeter. Biodegr., 41: 57-65.
Relini, 2003 Il Biofouling. Biologia Marittima Mediterranea, 10, pp. 285-326.
Ricca M., La Russa M.F., Ruffolo S.A., Davidde B., Barca D., Crisci G.M., Mosaic marble tesserae from the underwater archaeological site of Baia (Naples, Italy): determination of the provenance.
European Journal of Mineralogy, 26, 2014, pp. 323-331.
Ricca M., Belfiore C.M., Ruffolo S.A., Barca D., Alvarez De Buergo M., Crisci G.M. and La Russa M.F.. Multi-analytical approach applied to the provenance study of marbles used as covering
slabs in the archaeological submerged site of Baia (Naples, Italy): the Case of the “Villa con ingresso a protiro”. Applied Surface Science, 2015, 357 (B), 1369–1379, doi:10.1016/j.
apsusc.2015.10.002.
Ricca M., Comite V., La Russa M. F. & Barca D. Diagnostic analysis of bricks from the underwater archaeological site of Baia (Naples, Italy): preliminary results. Rend. Online Soc. Geol. It.,
2016, 38, 85-88, doi: 10.3301/ROL.2016.24.
Ricci S., Sacco Perasso C., Antonelli F. 2015. La Bioerosione Marina dei manufatti sommersi, tratto da “Area di biologia marina e delle acque interne”, www.iscr.beniculturali.it
Ricci S., 2004. La colonizzazione biologica di strutture archeologiche sommerse: I casi di Torre Astura e Baia. Archaeologia Maritima Mediterranea, An International Journal on Underwater
Archaeology.
Ricci, S., Priori, G.F., Bartolini, M., 2007. Il degrado biologico dei manufatti archeologici dell'Area Marina Protetta di Baia. Boll. ICR Nuova ser. 14, 116-126.
Ricci, S., Davidde, B., Bartolini, M., Priori, G.F., 2008a. Bioerosion of lapideous objects found in the underwater archaeological site of Baia (Naples). Archaeol. Marit. Mediterr. 6, 167e188.
Ricci, S., Priori, G.F., Bartolini, M., 2008b. Bioerosione di pavimentazioni musive sommerse ad opera della spugna endolitica Cliona celata. Boll. ICR Nuova ser. 15, 7-8.
Ricci, S., Davidde, B., 2012. Some aspects of the bioerosion of stone artefact found underwater: significant casa studies (1e4). In: Williams, T., Gregory, D., Matthiensen, H. (Eds.), Conservation
and Management of Archaeological Sites, Special Issue: Preserving Archaeological Remains in Situ, 14. Maney Publishing, Leeds, pp. 28-34.
Ricci, S., Pietrini, A. M., Bartolini, M., Sacco Perasso, C., 2013. Role of the microboring marine organisms in the deterioration of archaeological submerged lapideous artifacts (Baia, Naples,
Italy). International Biodeterioration & Biodegradation. 82, 199-206.
Ricci S., Sacco Perasso C., Antonelli, F., Davidde B., 2015. Marine Bivalves colonizing roman artefacts recovered in the Gulf of Puteoli and in the Blue Grotto in Capri (Naples, Italy): boring and
nestling species. International Biodeterioration & Biodegradation. 98, 89-100.
Ruffolo S.A., La Russa M.F., Malagodi M., Oliviero Rossi C., Palermo A.M. & Crisci G.M., 2010. ZnO and ZnTiO nanopowders for antimicrobial stone coating. Applied Physics A, 100, pp. 829-834.
Ruffolo S.A., Macchia A., La Russa M.F.; Mazza L., Urzì C., De Leo F., Barberio M., Crisci G.M., Marine antifouling for underwater archaeological sites: TiO2and Ag-Doped TiO2. International
Journal of Photoenergy, 2013, 2013, art. ID. 251647.
Ruffolo S.A., Ricca M., Macchia A., La Russa M.F.. Antifouling coatings for underwater archaeological stone materials. Progress in Organic Coatings. 2017, 104, 64–71.
Sacco Perasso C., Ricci S., Davidde Petriaggi B., Calcinai B., 2015. Marine bioerosion of lapideous archaeological artifacts found in the Grotta Azzurra (Capri, Naples, Italy): role of microbiota
and boring Porifera. International Biodeterioration & Biodegradation, 99: 146-156.
Tomaselli L., Lamenti G., Bosco M. & Tiano P., 2000. Biodiversity of photosynthetic micro-organisms dwelling on stone monuments. International Biodeteriorationand Biodegradation, 46, pp.
251-258.
Tribollet A. & Golubic S., 2005. Cross-shelf differences in the pattern and pace of bioerosion of experimental carbonate substrates exposed for 3 years on the northern Great Barrier Reef,
Australia. Coral Reefs, 24, pp. 422-434.
Viles H.A. 2013 Microbioerosion and Bioconstruction, University of Oxford, Oxford, Elsevier Inc. 12.17. pp.261-268.
Viles H.A. 1995 Ecological perspectives on rock surface weathering: Towards a conceptual model, Geomorphology, 13, pp. 21-35.
Volpe G., 1998. Archeologia subacquea. Come opera l'archeologo sott'acqua. VIII ciclo di lezioni sulla ricerca applicata in archeologia (Certosa di Pontignano, 1996). Ed. All'Insegna del Giglio,
pp. 656.
Walker J.J. & Pace N.R., 2007. Endolithic microbial ecosystems. Annual Review of Microbiology, 61, pp. 331-347.
Warscheid, T. and Braams, J. 2000 Biodeterioration of Stone: A Review. International Biodeterioration & Biodegradation, 46, 343-368.
Wingender J., Neu T., Flemming H.C., 1999. What are bacterial extracellular polymer substances? In: Wingender J., Neu T., Flemming, H.C. (eds), Batcterial extracellular polymer substances.
Springer, Heidelberg, Berlin: 1-19.

AGORÀ
I droni per l'archeologia subacquea al Sea
Drone Tech Summit 2018 di Gallipoli -
Una flotta di droni subacquei si prepara ad
esplorare le profondità di mari ed oceani. Si
moltiplicano in Italia e nel mondo, infatti, i
progetti per la costruzione di sofisticati robot
marini, in grado di raggiungere fondali
inesplorati e di documentare con telecamere
e sensori l’ambiente sommerso, come
anche relitti affondati o testimonianze di
antiche civiltà.
Rover marini telecomandati, ad esempio,
sono stati utilizzati recentemente da una
nave della Marina Militare per ritrovare il
sommergibile “Guglielmotti”, affondato
durante la Prima Guerra Mondiale a largo
dell’isola di Capraia, o dal CNR per misurare
i parametri ambientali sottomarini
nelle isole Svalbard nell’Artico norvegese.
Tutte le più recenti innovazioni in questo
settore saranno presentate al “Sea Drone
Tech Summit 2018”, il primo congresso in
Italia dedicato ai droni e ai robot per impiego
marino e subacqueo, che si svolgerà
nei giorni 16 e 17 novembre prossimi a Gallipoli
(Lecce). “Queste macchine stanno rivoluzionando
le ricerche negli abissi marini
e oceanici”, spiega l’organizzatore Luciano
Castro. “Basti pensare che solo l’Italia possiede
oltre 7mila chilometri di coste e oltre
mille siti archeologici sommersi conosciuti.
Un patrimonio che andrà esplorato, studiato
e tutelato anche grazie a droni e robot
capaci di immergersi ed operare a lungo a
profondità inaccessibili all’uomo”.
L’impiego in mare di sistemi autonomi o teleguidati
si sta diffondendo rapidamente.
Possono essere utilizzati, infatti, per il controllo
di tubature o strutture sottomarine,
per il monitoraggio dell’ecosistema sommerso,
per la mappatura dettagliata delle
aree portuali e dei fondali e per l’esplorazione
di siti archeologici, come imbarcazioni
affondate o vestigia di antichi porti o
città. Non mancano poi le applicazioni nel
settore della sicurezza e del soccorso, ad
esempio per fornire dati in caso di naufragi
(furono molto utilizzati anche nella tragica
vicenda della Costa Concordia), o in campo
militare. Oltre che in mare, questi droni
e robot posso naturalmente operare pure
in altri generi di bacini, ad esempio per il
controllo dell’inquinamento dei fiumi, per
le verifiche strutturali delle dighe e addirittura
per individuare le perdite all’interno di
grandi tubature sotterranee per la distribuzione
dell’acqua. “Al nostro evento parteciperanno
i maggiori esperti italiani in questo
settore, tra cui rappresentanti di Forze Armate,
Corpi Armati dello Stato, Università,
ENEA, CNR e anche molte aziende specializzate”,
conferma Castro. “Sarà un vero e
proprio summit nazionale, che consentirà di
fare il punto su questa nuova tecnologia, di
creare nuove partnership e di dare visibilità
ad un comparto tecnologico d’eccellenza
finora poco conosciuto dalla collettività”.
Il “Sea Drone Tech Summit 2018” è promosso
dall’associazione Ifimedia ed organizzato
dalla società Mediarkè, in collaborazione
con “Roma Drone Campus”. Il congresso ha
già ricevuto i patrocini dei ministeri della
Difesa e dello Sviluppo Economico, di Regione
Puglia, Comune di Gallipoli, CNR,
ENEA, Università del Salento e Link Campus
University. Il programma prevede venerdì
16 novembre una cerimonia inaugurale con
la presenza di istituzioni locali e nazionali,
a cui seguiranno tre sessioni: la prima sarà
dedicata a droni e robot sottomarini, la seconda
ai droni navali di superficie, mentre
la terza ai droni aerei per impieghi marini.
Si svolgeranno anche dimostrazioni operative
dei vari mezzi in vasca e in mare,
quest’ultime sabato 17 presso il Circolo della
Vela di Gallipoli. Per la parte congressuale,
relatori e partecipanti saranno ospitati
presso l’Ecoresort Le Sirenè e l’hotel Bellavista
Club, prestigiose strutture alberghiere
gallipoline del gruppo Caroli Hotels, official
supplier dell’evento.
www.seadrone.it
Via Indipendenza, 106
46028 Sermide - Mantova - Italy
Phone +39.0386.62628
info@geogra.it
www.geogra.it
34 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali
35
Le attività scientifiche e tecnologiche del
Laboratorio di Robotica IDRA - Il Laboratorio
di Robotica svolge attività di ricerca in
diversi campi della robotica avanzata. Le
attività scientifiche e tecnologiche del Laboratorio
si possono raggruppare in quattro
aree, le cui caratteristiche sono riassunte di
seguito.
Robotica mobile terrestre
In questo campo sono stati sviluppati molti
progetti riguardanti sistemi robotici autonomi
per applicazioni di sorveglianza e sicurezza,
conservazione del patrimonio culturale
e assistenza agli anziani ed ai diversamente
abili. In quest’ambito sono stati sviluppati
algoritmi per la navigazione autonoma, visione
a artificiale, il riconoscimento di pattern
nonché di cooperazione tra robot.
Interfaccia uomo-macchina, teleoperazione
e telemanipolazione
Accanto alla teleoperazione, da sempre
tema del laboratorio nato per sviluppare telemanipolatori
per impianti nucleari, è stata
studiata la progettazione meccanica ed
elettro-termica di interfacce neurali invasive
micro attuate basate su smart materials
per la connessione tessuto vivente-attuatore
meccanico. Attività collaterali sono state lo
studio e analisi dei segnali neurali registrati
in-vivo tramite tecniche avanzate di signal
processing e lo sviluppo di interfacce neurali
a film sottile di nuova generazione. La
robotica contribuisce anche alla fruizione
avanzata dei beni culturali mediante la realtà
aumentata e tecniche di analisi e classificazione.
Sistemi sensoriali
Il Laboratorio ha sviluppato una sensoristica
innovativa che usa la radiazione elettromagnetica
nella banda dell’infrarosso e dispositivi
wireless allo scopo di fornire elementi
cognitivi per la modellazione del contesto da
parte dei non vedenti. Nel settore automotive
è stato realizzato un ausilio per le persone
presbiacusiche.
Robotica mobile subacquea e aerea
Il Laboratorio è, nel periodo corrente, principalmente
impegnato nello sviluppo di uno
“sciame” di robot sottomarini autonomi finalizzato
alle comunicazioni e alla “security”
ma di interesse anche per la ricerca e lo
studio di Beni Culturali sommersi. I sistemi
robotici autonomi costituiscono uno strumento
potente per la ricerca e la localizzazione
di reperti archeologici sottomarini. I
sistemi VENUS, elementi dello sciame, disegnati
dall'ENEA e tutt'ora in fase di sviluppo,
lavorano con il concetto di swarm, offrendo
maggiore robustezza e velocità di esplorazione
rispetto ad un singolo robot per quanto
sofisticato. I punti chiave sono: un sistema
di controllo distribuito, nuove strategie di
comunicazione subacquea e lo sviluppo di
un prototipo sottomarino economico. I robot
sono in grado di costruire mappe digitali dei
siti archeologici e dargli una struttura utilizzando
non solo immagini visive ma combinandole
con dati di altri strumenti, quali LIF
(laser induced fluorescence), ultraacoustical
devices etc. per generare immagini iper realistiche
di realtà aumentata che forniscono
all’osservatore diversi livelli di lettura contemporaneamente
e migliorano il livello di
fruizione, con l’ausilio tecniche di analisi e
classificazione automatica delle caratteristiche
rilevate.
Le attività scientifiche e tecnologiche del
Laboratorio di Robotica IDRA - Il L’App accessibile
del Museo Sannitico di Campobasso.
Nell’ambito del progetto “SMART CUL-
TURAL HERITAGE 4 ALL”, la nuova App che
propone due percorsi immersivi sensoriali
concepiti per fare “vedere” il museo ai portatori
di disabilità visiva.
Dopo aver realizzato e lanciato al Museo
Sannitico di Campobasso il primo percorso
immersivo “smart touch” per non vedenti
“Sanniti Experience”, Heritage concepisce
e realizza un nuovo percorso e lancia per
iOs e Android l’App accessibile “Museo Sannitico”
che offre agli utenti due percorsi
emozionali all’interno del Museo oltre a una
serie di contenuti scientifici di approfondimento
elaborati con gli archeologi del Polo
Museale del Molise.
Museo Sannitico è un App mobile, gratuitamente
scaricabile da App Store o Google
Play, concepita e sviluppata per migliorare
l’accessibilità ai contenuti culturali delle
principali sale del Museo Sannitico di Campobasso,
in particolare alle persone portatrici
di disabilità visive. Con l’App si possono
esplorare gli ambienti del Museo attraverso
due percorsi immersivi sensoriali.
Il primo percorso è Sanniti Experience, che
guida i visitatori all’interno delle sale del
settore sannitico, un viaggio che porta indietro
nel tempo - a più 2000 anni fa - nel
cuore della storia sannita e della sua eroica
lotta contro la Repubblica Romana. Il secondo
percorso, appena realizzato, è In viaggio
con Asparukh, dedicato al settore medievale
e ai celebri ritrovamenti archeologici
delle necropoli di Campochiaro. In Sanniti
Experience il racconto emozionale è basato
su uno storytelling che mette a confronto
due personaggi, un guerriero sannita e un
soldato romano. In In viaggio con Asparukh,
lo storytelling è costruito su più voci tenute
insieme dal piccolo Asparukh, un bambino
figlio di cavalieri, che fa immergere il visitatore
nelle vicende storiche del VII sec.
quando i Bulgari di Alzecone arrivarono in
Italia al servizio dei Longobardi, come narrato
dallo storico Paolo Diacono.
I due racconti immersivi sono integrati,
anche dal punto di vista tecnologico, con
esperienze sensoriali: il visitatore trova
lungo il percorso la riproduzione in 3D di
alcuni manufatti, così da poterli esplorare
tattilmente e completare l’esperienza conoscitiva.
Grazie alla tecnologia Beacon (sensori geolocalizzati
all’interno delle sale), l’App riconosce
la posizione del visitatore e lo guida
lungo i percorsi, attivando automaticamente
le tappe della storia mentre l’utente
cammina. Infine, alcuni degli oggetti sensoriali
sono realizzati per dialogare direttamente
con l’App attraverso il bluetooth:
questa tecnologia “smart touch” permette
all’utente di attivare l’audio nel momento
stesso della fruizione tattile.
L’App e i percorsi immersivi multisensoriali,
pur concepiti in particolare per non-vedenti
e ipo-vedenti, sono un tipo di esperienza
rivolta a tutti coloro che vogliono sperimentare
una visita educativa, coinvolgente
e ispirata ai principi dell’accessibilità universale.
L’App “Museo Sannitico” è parte del progetto
Smart Cultural Heritage 4 All, un format
per la fruizione innovativa di musei, mostre
e siti archeologici, concepito e sviluppato
per migliorare l’accessibilità alle persone
con disabilità e limitazioni funzionali.
Il progetto è condotto all’interno di un protocollo
d’intesa tra Università degli Studi
del Molise, Polo Museale del Molise, Heritage
Srl e Centro Orientamento Ausili Tecnologici
Onlus, e con la collaborazione della
Associazione Italiana Ciechi e Ipovedenti.
Download: heritage-srl.it/museo-sannitico/
www.heritage-srl.it/

GUEST PAPER
Characterization and Treatment Study of a
Handcraft Brass Trumpet From Dhamar Museum, Yemen
by Mohamed M. Megahed, Mohamed M. Abdelbar
The goal of this paper is to present an
analytical and conservation study of
a Brass Trumpet from the handcrafts
collection of the Dhamar Museum
(Yemen). Metallographic examination
and scanning electron microscope
were performed to identify the
microstructure of the alloy.
Fig. 1 - Show both sides of the trumpet surface (a, b).
Brass alloys are mainly composed of copper and zinc,
copper is the main component, while zinc is about 10
and 45% (Lanord F. A. 1980; Scott D.A. 1991; Shreir L.L
et alii 1994).
Brass alloys in early times were equally binary alloys consisting
of 90-70% copper and 10-30% zinc, the colour of the
alloy becomes yellower as the proportion of zinc increased
(Hodges H.,1964). The colour ranges from a red similar
to pure copper through a pleasing yellow to white, above
about 45% zinc (Selwyn L., 2004).
In order to make brass, calamine was melted with copper,
it is a compound of zinc carbonate and zinc silicate, which
was the main ore from which the zinc was, extracted (Van
der Heide G. J., 1991). Great caution should be taken when
making an alloy of copper and zinc, because the boiling
point of zinc (917ºC) is below the melting point of copper
(1083ºC) (Craddock P.T., 1995). For this reason, zinc was not
smelted in antiquity, but calamine ore was added to the
molten copper in a crucible, the carbon and oxygen being
then given off as gaseous carbon dioxide while the other
impurities formed, in addition to silica, a slag that could be
skimmed off the surface of the molten metal (Hodges H.,
1964, p.69).
This process was used into the 19 th century until it was replaced
by the melting together of zinc and copper metals
(Selwyn L., 2004, p.53). It is well known that the addition
of can cause a significant change in the color of the alloy
and its chemical prosperities as well as its ability to resist
corrosion (Scott A. D., 2002).
Brass alloys have been used in making wind instruments
since the 16th century, and became an essential part of the
orchestra during the 18th century, mainly due to its good
properties like malleability, durability, solderablity, the
ease of manufacturing of the instruments and its good corrosion
resistance. This is also due to the sound produced by
a brass instrument could not be compared by that of any
other alloy (Baines A., 1993; Leencwadi L., 2011; Deck C.,
2016).
The first brass instrument is a trumpet found in a drawing
in King Tutankhamen’s tomb in Egypt dating to 1500 BCE.
In this drawing, two trumpets were found, one was made
of bronze (or possibly copper) and the other of silver; both
were made by means of flattening the metal with a hammer
((Van der Heide G. J., 1991, p. 126).
The main instruments of the brass family include the trumpet,
horn, trombone and tuba. The trumpet is the highestsounding
member of the brass instruments whereas the
tuba is the lowest sounding. The trombone is larger than
36 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 37
the trumpet, and has a softer sound (Leencwadi L., 2011).
The processes of flattening and hammering brass were the
most important techniques used in the making of trumpets,
horns, and trombones until about 1820. By using the appropriate
hammers, anvils, and working procedures, the manufacturers
were able to form the required bell shape (Van der
Heide G. J., 1991, p. 130).
It is well known that brasses are copper zinc alloys which are
extensively used in many fields and they combine many of
the favorable features of both copper and zinc. Since zinc
is the active component of brass, it has a tendency to corrode
leaving its surface enriched in copper. The corrosion of
a metal is often considered as an inconvenience because it
implies a change of the objects in the course of time, this
damage caused to a metal by chemical, electrochemical or
even biological reactions between metal and the surrounding
medium (Hammouch H. et al., 2007).
The exhibition of an old object is accompanied by a change
depending on the environmental conditions, which can
sometimes accelerated objects degradation [Wadsak M. et
al. 2000; Organ R. M., 1963; Tylecate R.T., 1979; Cronyn J.
M., 1990; ).
The study of the causes of corrosion is essential to develop
a control technology and to improve the means of protection.
It is anticipated that a thin oxide film (patina) is immediately
formed on Brass artifacts surface, when it is exposed
to an Oxygen- containing environment. The thickness
of this passive oxide film is about a few nanometers and
acts as a protective barrier in the corrosive media (Kannan
S.et al., 2005). However, the film isn’t sufficient during
long- term implantation procedures as they are susceptible
to corrosion- related problems and lack of biocompatibility
to ensure new bone formation at the implant site. A metallic
surface, which quite passive due to protective oxide layer
may still allow a significant release of ions or atoms into
the surrounding tissue under certain conditions. Hence, the
development of Brass coatings on a passivated surface tends
to ensure bioactivity and resists the metal leach from the
surface.
The aim of this work is to represent an analytical and conservation
study of brass Trumpet from the handcrafts collection
of Dhamar museum in Yemen.
To achieve that Metallographic examination and scanning
electron microscope were performed to identify the microstructure
of the alloy. Energy dispersive spectroscopy EDS
and x-ray fluorescence (XRF) were used to identify the alloy
composition used for manufacturing the musical instruments
and the solder joints. X-ray diffraction (XRD) was used for
the identification of the crystalline corrosion products. Finally
exploited the previous info., in a systemic treatment
and conservation for the selected object.
Fig. 2 - Shows the trumpet components.
EXAMINATIONS AND ANALYSIS
Metallographic and Scanning Electron Microscope were used
to study the surface morphology and microstructure of trumpet,
corrosion products were analyzed by X-Ray Diffraction
and X-Ray Florescence was used to identify the chemical
composition of the trumpet. The examinations and analyses
were performed as the following:
Metallographic Examination (ME)
A ZEISS, AXIO Scope partorus was used to examine two
samples from the selected object,
the metallographic examination results are given in (Figures
4. a, b).
Scanning Electron Microscope Examination and Energy Dispersive
Spectrometry (SEM&EDS)
Fig.5 a, b show SEM&EDS examination which detects the
microstructure, the appearance of deterioration spots and
Figs. 6 &7 show the quantitative chemical composition of
the trumpet analyzed using an Inspect S50 (FEI).
MATERIALS AND METHODS: DESCRIPTION AND CONDITION
The investigations and treatment were conducted on a
trumpet from the collection of traditional handcrafts in
Dhamar museum, Yemen. This trumpet dates back to 1850
A.D, made of brass alloy, it consists of a long oval tube,
with two curves, a mouthpiece at one end and a wide bell
at the other. The dimensions of the trumpet are 41 cm
length, 12 x 11 cm diameter of the front part and 2.2 cm
diameter of the back port (Figures 1a, b &2). The trumpet
suffered from deterioration aspects such as a thin black
layer of corrosion products, calcareous spots, missed
parts, micro cracks and wrapped parts (Figure 3 a, b).
Fig. 3 - Show the deterioration aspects of the trumpet such as a
thin black layer of corrosion products, missed parts, micro cracks,
wrapped parts and the soldering material (a, b).

Fig. 4 - Metallographic examinations of the trumpet show: the grains of the alloy filled with
pitting corrosion (a). The microstructure of the alloy, selective corrosion and the distortion of the edge (b).
X-ray Fluorescence analysis (XRF)
X-Ray Fluorescence is a non-destructive, powerful and easy
to use technique for the elemental analysis of a wide variety
of materials; two small samples from the trumpet and
the solder joint were analyzed by this technique to determine
its composition, by using: NITON/XL8138 (USA), driven
with software version 4.2E. The results are shown in Table
(1).
X-ray Diffraction analysis (XRD)
Sample from corrosion products of the trumpet was analyzed
by using a Philips X-ray Diffractometer with Cu Kα
radiation. The aim of this analysis is identification the
corrosion compounds in order to decide whether it is authentic,
stable and suited to certain kinds of conservation
treatment. This information can assist in choosing the best
environment of display or storage for the trumpet. The obtained
diffraction-scan given in Figure (8) and the identified
compounds represented in Table (2).
TREATMENT AND CONSERVATION
Brass tends to oxidize (tarnish) quickly when exposed to
air, which is a major reason why most brass is given a clear
coating to prevent future tarnishing (Deck C., 2016). The
trumpet was subjected to mechanical cleaning with tooth
brushes to remove dry dust and dirt. After that, a paste of
precipitated chalk and water was used by a soft cloth to remove
the residual rouge of corrosion products. The trumpet
was washed carefully by distilled water and dried by immersion
in acetone, finally it was isolated with 3% Paralaid
B-72 dissolved in Ethanol, figure (9. a, b).
RESULTS AND DISCUSSION
Metallographic examination of the trumpet showed: a) the
grains of the alloy filled with pitting corrosion, b) Shows the
microstructure of the alloy, selective corrosion and the distortion
of the edge (Fig.4 a, b). These deterioration aspects
due to the manufacture process, the brittleness therefore,
might be due to the chemical composition and micro-chemical
structure as well as to the ageing process, inducing
a drastic change in the metallurgical and micro-chemical
structure of the object. An electrical potential between the
copper and zinc, in the presence of water, oxygen and other
impurities, causes an exchange of electrons resulting in intergranular
corrosion, which weakens the brass and makes
it especially susceptible to stress damage. Any attempt to
reshape brass, such as dent removal or straightening, without
prior heat treatment will result in distortion and damage,
especially if corrosion-related micro-fissures already
exist. Because brass must be heat-treated before working,
any specific orientation in the material due to original manufacturing
techniques will be obliterated (Barclay B., 1989).
In the selective corrosion, corrosion processes cause removal
of one component of alloy. A typical example of this form
of corrosion is dezincification of brass, when part of the
original material, alloy of zinc and copper, turns to spongy
copper. Dezincification plays its role in the formation of corrosion
cracking of brass. All brasses having Zn content higher
than 15 wt. % incline to dezincification, the mechanism of
dezincification lies in dissolution of Cu and Zn, and Cu subsequently
re-deposits. The dezincification often happens in
waters containing chlorides and is a frequent cause of fail-
Fig. 5 (a, b) - SEM scan of the alloy shows the white block of zinc dispersed in the alloy and stress corrosion (a). A crossed section shows the
stress corrosion caused micro cracks dispersed in the alloy (b).
38 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 39
Samples Cu Zn Sn Pb Total
The trumpet 61.14 32.68 5.90 0.28 100%
The solder 0.47 0.53 8.61 90.39 100%
Tab. 1 - Shows XRF analysis results of the trumpet and the solder join.
ing of the brass fittings in water circuits (Novák P., 2007).
Localized atmospheric corrosion can also be observed on
the surface of brass and copper-zinc alloys due to the reaction
of the distinct alloying metals in contact with the
environment. In this case, the corrosion is referred to as
selective corrosion.
SEM examination showed the white globules of zinc dispersed
in the alloy and stress corrosion, which caused micro
cracks dispersed in the alloy (Fig.5 a, b). Stress corrosion
cracking (SCC) is typical especially for brass, but is less for
other copper alloys. The effect appears under tension stress
above a certain limit in a polluted (industrial) atmospheric
environment, especially when it contains ammonium compounds.
SCC affects copper alloys containing 20%or more
zinc, but only rarely the other alloys (Knotkova D. & K. Kreislova,
2007). The EDS qualitative analyses proved the trumpet
was manufactured from brass alloy (Figs. 6, 7).
XRF analysis was carried out to determine the alloy composition
and the solder joints of the trumpet component. The
results revealed that the trumpet was manufactured from
a yellow brass alloy containing 61.14% Cu, 32.68% Zn, 5.90%
Sn and 0.28% Pb (Table no 1).
Yellow Brasses (containing 23 - 41 % of zinc) as the major
alloying element and may contain up to 3 % of lead and up
to 1.5 % of tin as additional alloying elements. The brasses
are generally divided into three categories depending on
the phase type: alpha brasses with up to about 35% zinc;
alpha + beta brasses with between 35% and 46.6% zinc; and
beta brasses with between 46.6% and 50.6% zinc. As zinc
content increases the brittle d phase begins to appear and
thus alloys with more than 50% zinc are generally avoided.
Beta phase brasses are very much harder than the alpha
and can withstand very little cold-working. The beta phase
begins to soften at about 470 °C (as the lattice changes
from an ordered to a disordered state), and at about 800 °C
it becomes much easier to work. Based on the Cu–Zn phase
diagram, the solubility of Zn in Cu can be as high as approximately
32.5 wt. % , brass alloys in this range (α-brass) are
ductile, easily cold-worked, can be rolled into thin sheets,
and have good corrosion resistance in a salt-water atmosphere
(Ashkenazi D. et al., 2014).
The alpha brasses, which include most of the ancient specimens,
are much better when they are cold-worked and annealed
rather than hot-worked because, if hot-worked, impurities
tend to segregate at the grain boundaries and make
the brass very weak (Scott D.A., 1991, pp. 19-20).
Fig. 6 - Shows SEM image shows the white globules of
zinc dispersed in the alloy.
The presence of lead in a small amount about 0.28% as purities
may be affects the mechanical properties of the material
to a considerable degree. Sixteenth-century brass is
a characteristically inhomogeneous material that includes
several trace elements. Among these, lead (Pb) is the most
significant one, as it affects the mechanical properties of
the material to a considerable degree. Different raw materials
as well as different production processes were employed
in the manufacture of early brass. Modern manufacturers
use the direct process, melting the two principal
elements of copper and zinc directly into each other, but
early craftsmen used the cementation method (Vereecke
H.W. et al., 2012).
Fig. 7 - Shows the corresponding EDS analysis of the
trumpet.
Samples
Trumpet Corrosion
products
Compounds
Major Minor Traces
Covellite
Cu S (33.57%)
Paratacamite
Cu 2
(OH) 3
Cl
(32.98%)
Massicate Pb O
(16.74%)
Cuprite Cu 2
O
(9.26%)
Calcite CaCO 3
(7.44%)
Tab. 2 - Shows XRD analysis results of corrosion products of the trumpet.

Fig. 8 - Shows XRD scan for the corrosion products of the trumpet.
In general, copper and brass alloys are highly resistant to
atmospheric corrosion due to the formation of protective
layers of corrosion products, which reduce the rate of attack.
Thickness and composition of the corrosion product
layer formed are governed by the relative humidity and pollution
of the environment. Inside the instruments that are
regularly played, a very thin film of water at the surface can
be present for quite a long time and damage of the artifacts
(brass instruments) might occur on long-term (Elsener B.
et al. 2016).
The interior corrosion in brass wind instruments dues to the
effects of moisture and saliva inside the instruments, which
consequently increases the risk of metal corrosion inside
the instruments.
Measurements have shown that after 5 min playing the relative
humidity (RH) inside the instruments exceeds 90% and
it takes several days to reach ambient RH again (Scott A.
D., 2002, p.6).
Thus conditions for atmospheric corrosion, the formation of
a very thin film of liquid water at the surface [Craddock P.T.,
1995, p. 295; Hodges H., 1964, p.69; Selwyn L. 2004, p.53.)
are in principle present for quite a long time when the instruments
are regularly played and damage of the artifacts
(brass instruments) could be possible on long-term (Elsener
B. et al., 2016).
The solder joints of the trumpet are a soft soldering assembled
totally with tin-lead solder containing 90.39%% Pb
and 8.61% Sn, 0.47% Cu and 0.35% Zn (Table no.1). Soft solders
have been used to join pieces of metal together at low
temperatures (below 300°C), and produce joints in copper,
bronze, brass, and silver objects (Maryon H., 1941; Ashkenazi
D. et al., 2014 ).
It is generally composed of lead and tin mixed in proportions
that vary from as little as 30% lead (and 70% tin), to as
much as 98% lead (and only 2% tin) ((Maryon H., 1971; Goffer
Z., 2007). The flux is zinc chloride, resin, tallow, or some
other oily substance was used to prevent film formation and
then burn off (Cronyn J. M., 1990, p. 162).
This technique of soldering was used to attach a very small
piece of metal to an under layer of the same metal (Ashkenazi
D. et al., 2014, p. 51). In the trumpet, all connections
between tubes were made by means of a lap joint, in which
usually each tube fits into the next tube, moving toward the
bell (Van der Heide G. J. , 1991, pp. 122-150). But in the
trumpet the soft soldering process may be performed in a
later time to fix the disjointed tubes.
As a consequence of the joining of different metals, the behavior
and the rate of corrosion are remarkably influenced
by the intimate contact between metals with different
electrochemical potential. This contact induces the more
reactive and less noble metal to become anodic in a couple
strongly conductive to corrosion.
X-Ray diffraction analysis of the corrosion products of the
trumpet revealed the presence of different minerals includ-
ing Covellite Cu S, Paratacamite Cu2(OH)3Cl, Massicate PbO
and traces from Cuprite Cu2O, Calcite CaCO3 ( Fig. no.
8&Table no.2 ).
The formation of sulfates and chlorides (Covellite Cu S,
Paratacamite Cu2(OH)3Cl), resulted from the interaction
between surrounding environment and the trumpet. The
impact of sulfides on the corrosion of copper alloys has received
considerable attention, including published reports
documenting localized corrosion of copper alloys by Sulfate-reducing
bacteria (SRB), a diverse group of anaerobic
bacteria isolated from a variety of sulfur-containing. A porous
layer of cuprous sulfide with the general stoichiometry
forms in the presence of sulfide ions. Copper ions migrate
through the layer, react with more sulfides, and produce a
thick, black scale, which can be altered by oxygen from the
environment to a complex sulfide-oxide scale. The sulfide
scale does not confer much protection against further attack,
but the sulfide-oxide scale provides even less. Corrosion
products on copper alloys were more adherent and in
some cases difficult to scrape from the surface. In all cases,
bacteria were closely associated with sulfur-rich deposits.
There is one class of conditions under which biofilms appear
not to produce sulfide minerals.
The presence of basic copper chloride (paratacamite) is
related to the saline nature of the surrounding medium,
whereas the trumpet was preserved. Paratacamite always
found as a powdery, light green secondary corrosion layer on
the patina surface, while the compound of Atacamite occurs
as a sugary-looking coating of dark green glistering crystals
(Scott D.A., 2002, p.124). Often this dark green crystalline
Atacamite is altered to a paler green powdery product of
paratacamite (Gettens R.J., 1963; Frondel C. 1950).
The existence of lead in the soldering alloy as globules or
independent islands causes a non-homogenous structure. In
this case a galvanic corrosion tendency when the alloy is
exposed to moist air or soil. As a result of this reaction lead
corrosion products such as Massicate (PbO) was deposited
on the object surface.
The presence of Cuprite (Cu2O) as a trace in the corrosion
products due to the selective corrosion of the main alloying
element, which is re-deposited after dissolution onto the
surface of the objects, thus forming a copper enriched layer,
Cuprite is the most widely occurring alteration mineral
Fig. 9 (a, b) shows the both sides of the trumpet after treatment
and Conservation.
40 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 41
of ancient copper and its alloys. Most of it was concealed
beneath overlying green basic salts of copper. It is formed as
a result of reaction between the metal and oxygen that present
in every environment but in different proportions. Rust
layer on ancient brass is constituted by Cu2O (Cuprite) and
Cu O (Tenorite). The metal/ oxide interface is relative irregular
and some intergranular penetration can be detected.
The presence of Calcite [CaCO3] crystals as an identified
compound on the trumpet surface, which is most probably
formed by the reaction of soluble calcium bicarbonate with
hydroxide ions produced in the Cathodic reduction of Oxygen
(North N. A. & I.D. Macleod, 1987), indicated that the
surrounding medium of the trumpet was a calcareous aerobic
medium. Such medium usually has high carbon dioxide
and may be chemically very aggressive because the carbon
dioxide may react with water to form carbonic acid, which
may attack metals directly and prevent the formation of a
protective film on the metal surface.
Cleaning is one of the most common operations in conservation.
The choice of method for cleaning depends on what is
required from the object, what is made of, and what condition
it is in. It is known that the mechanical cleaning of metals
is preferred method for removing disfiguring corrosion. It
allows more control and has less effect on the metal alloy.
The Mechanical cleaning carried out for removing the external
crust corrosion products; the trumpet was subjected
to mechanical cleaning with tooth brushes to remove dry
dust and dirt. After that, a paste of precipitated chalk
and water was used by a soft cloth to remove the residual
rouge of corrosion products. The trumpet was washed
carefully by distilled water and dried by immersion in acetone,
finally it was isolated with 3% Paralaid B-72 dissolved
in Ethanol (Fig. no. 9 a, b).
CONCLUSIONS
ME, SEM and XRD results show the occurrence of selective
localized or general chlorine corrosion phenomena induced
also by the separation of the alloying elements, which creates
reactive electrochemical areas.
The chemical composition, the micro-chemical structures
and metallurgical feature of the object have been determined
and can be used to identify some technological aspects
of the ancient manufacturing processes.
The morphology of the surfaces and the elemental compositions
of the corrosion products depend strongly on the
chemical composition of the alloys.
Abstract
Brass is more malleable and has better acoustic properties than pure copper
or zinc; consequently, it is used in a variety of musical instruments, including
trumpets, trombones, bells, and cymbals. The overall goal of this
work is to represent an analytical and conservation study of brass Trumpet
from the handcrafts collection of Dhamar museum in Yemen. Metallographic
examination and scanning electron microscope were performed to identify
the microstructure of the alloy. Energy dispersive spectroscopy EDS and x-ray
fluorescence (XRF) were used to identify the alloy composition used for manufacturing
the musical instruments and the solder joints. X-ray diffraction
(XRD) was used for the identification of the crystalline corrosion products. Finally,
exploited the previous info., in a systemic treatment and conservation
for the selected object.
Parole chiave
Brass; Handcrafts; Trumpet; Characterization; ME; SEM&EDS; XRF;
XRD; Conservation
Autore
Mohamed M. Megahed
mmm03@fayoum.edu.eg
Mohamed M. Abdelbar
Conservation Department, Faculty of Archaeology, Fayoum University, Egypt
Bibliografia
Ashkenazi D. et al. (2014), Metallurgical characterization of brass
objects from the Akko 1 shipwreck, Israel, Materials Characterization
92, p. 51.
Ashkenazi D. et al. (2014), Archaeometallurgical investigation of
joining processes of metal objects from shipwrecks: three test cases,
Metallogr., Microstruct., Anal., Vol.3, pp.349–362.
Baines A. (1993), Brass Instruments: Their History and Development,
Dover Publications.
Craddock P.T. (1995), Early metal mining and production, Edinburgh
University Press, Edinburgh, p. 295.
Barclay B. (1989), Ethics in the conservation and restoration of early
brass instruments in Historic Brass Society Journal, Vol. 1, p. 77.
Cronyn J. M. (1990), The Elements of Archaeological Conservation,
London & New York, p. 216.
Deck C. (2016), The Care and Preservation of Historical Brass and
Bronze, The Henry Ford.
Elsener B., Alter M., Lombardo T., Ledergerber M., Wörle M., Cocco
F., Fantauzzi M. Palomba S. & A. Rossi (2016), A non-destructive insitu
approach tomonitor corrosion inside historical brass wind instruments,
in Microchemical Journal, 124, p. 758.
Elsener B., Cocco F., Fantauzzi M. Palomba S. & A. Rossi (2016),
Determination of the corrosion rate inside historical brass wind instruments
in Proof of concept, Materials and Corrosion, Vol. 67, No.
12,, p. 1336.
Frondel C. (1950), On Paratacamite and Some Related
Copper Chlorides, Miner., Mag., pp. 31-33.
Gettens R.J. (1963), Mineral alteration Products on Ancient
Metal Objects, in Recent Advances in Conservation,
Butterworths, London, p.89.
Goffer Z. (2007), Archaeological Chemistry, John Wiley & Sons, Inc.,
Hoboken, 2nd, USA, p. 205.
Hammouch H. et al. (2007), New corrosion inhibitors containing
Opuntia Ficus Indica seed extract for bronze and iron-based artifacts,
a paper presented at the international conference on conservation
strategies for saving indoor Metallic collection with a satellite
melting on legal issues in conservation of cultural Heritage, Cairo 25
February- 1 March 2007, TEI of Athens, p.149.
Hodges H. (1964), Artifacts, An introduction to early materials and
technology, London, 1st ed., 1964, p.69.
Kannan S.et al. (2005), Electrochemical characterization of hydroxyapatite
coatings on HNO3 passived 316 LSS for implant applications
in Electrochimica Acta 50, Science direct, Elsevier, pp.
2065- 2072.
Knotkova D. & K. Kreislova (2007), Atmospheric corrosion and conservation
of copper and bronze, in Moncmanová A.(eds), Environmental
Deterioration of Materials, WIT Press, UK, p. 111.
Lanord F. A. (1980), Ancient metals: structure and characteristics,
technical cards, ICCROM, Rome, p. 44.
Leencwadi L. (2011), The noble trumpet and other brass instruments,
book world.
Maryon H. (1971), Metal work and Enamelling, 5th ed., USA, p.35.
Maryon H. (1941) , Archaeology and metallurgy, Man., Vol. 41, p.
124.
North N. A. & I.D. Macleod (1987), , Corrosion of Metals,
in Conservation of Marine Archaeological Objects, edited
by C. Pearson, Butterworth, London.
Novák P. (2007), Environmental deterioration of metals, in Moncmanová
A.(eds), Environmental Deterioration of Materials, WIT
Press, UK, p. 47.
Organ R. M. (1963), Studies in Conservation, Vol. 8, p.1.
Scott D.A. (1991), Metallography and microstructure of ancient and
historic metals, The Getty Conservation Institute, The J. Paul Getty
Museum, Los Angeles, 1991, p.137.
Scott A. D. (2002), Copper and bronze in Art, Corrosion, Colorants,
Conservation, The Getty Conservation Institute, Los Angeles, p.6.
Selwyn L. (2004), Metals and Corrosion: A Handbook for Conservation
Professional, Canadian Conservation Institute, Ottawa, p.53.
Shreir L.L., Jarman R., Burstein G.T., Copper and copper alloys
(1994), in CORROSION Metal/Environmental Reactions, third edition,
Vol. 1, pp. 4- 40.
Tylecate R.T. (1979), Journal of Archaeological Science, Vol. 6, p.
345.
Van der Heide G. J.(1991), Brass Instrument Metal Working Techniques:
The Bronze Age to the Industrial Revolution in Historic Brass
Society Journal, Vol. 3, No. 1, pp. 122-150.
Vereecke H.W., Flühmann B. & M. Schneider (2012), The chemical
composition of brass in Nuremberg trombones of the 16th century,
Historic Brass Society Journal, Vol. 24, p. 62.
Wadsak M. et al. (2000), Multi-analytical study of patina formed on
archaeological metal objects from Bliesbrusk-Reinheim, Mikrochim
in Acta 133, Austria, pp.159-164.

42 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

Tecnologie per i Beni Culturali 43
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ideale per rilievi in porti, fiumi, laghi, bacini idroelettrici,
cave, lagune.
Specifico per rilievi in porti o acque interne, dove le
convenzionali imbarcazioni con equipaggio sono difficili
da usare e dispendiose. Dove l'uso di imbarcazioni
tradizionali è problematico, antieconomico o addirittura
impossibile.
Il veicolo e la sua strumentazione di bordo sono monitorati
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EchoBoat viene equipaggiato con i sistemi adatti alle
diverse applicazioni, oppure interfacciato con la strumentazione
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Utilizzato in una serie di applicazioni che vanno dalla sicurezza
dei porti all’inspezione, riparazione e manutenzione
di questi sino al rilievo dei Beni Cutlurali; l'Echoscope ha
dimostrato di far risparmiare tempo e aumentare la produttività
anche in condizioni di visibilità zero.
Compatto e portatile e con possibilità di scegliere il sistema
di frequenza (singola o doppia), l'Echoscope può essere
rapidamente installato su piccole o grandi imbarcazioni
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Ciascun sonar Echoscope 3D viene fornito con il pacchetto
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modulare che consente l’integrazione del sonar con numerosi
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La combinazione di Echoscope e del software USE con le
loro capacità uniche e brevettate sta cambiando la modalità
di effetuare operazioni sottomarine in tutto il mondo.
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4SSS- SideScan Sonar
4SBP - SubBottom Profiler
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4CTD e sonde multiparametriche
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EchoBoat è disponibile anche a noleggio, già equipaggiato
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Tecnologie per i Beni Culturali 45
IL DRONE IDROGRAFICO PROFESSIONALE
DI AERROBOTIX PER TUTTE LE TASCHE
L’esperienza di aerRobotix nello sviluppo di droni acquatici
si è espressa nuovamente con il varo dell’ultimo
nato.
Il nuovo prodotto è concepito sia per gli operatori tradizionali
del rilievo batimetrico che per professionisti
del rilievo topografico terrestre che si affacciano al
mondo dell’idrografia e sono in cerca di una soluzione
chiavi in mano con un occhio al portafoglio.
La proposta di aerRobotix include oltre al natante anche
un ecoscandaglio professionale allo stato dell’arte,
perfettamente integrato nello scafo e interfacciabile
con GPS di qualunque produttore ed il software idrografico
per l’acquisizione e la restituzione del rilievo.
L’architettura di trasmissione dei dati consente di visualizzare
a terra l’avanzamento del rilievo, utilizzando
qualsiasi dispositivo dotato di WIFI.
Il natante è ideato per essere estremamente stabile in
acqua ferma, ma è in grado di fronteggiare corrente
anche sostenuta in fiumi, canali e torrenti, risultando
adatto ad effettuare, in aggiunta al classico rilievo
batimetrico e monitoraggio ambientale, anche misure
correntometriche su fiumi e canali con profilatori acustici
Doppler.
Naturalmente, come per tutti i prodotti aerRobotix,
la capacità di navigazione autonoma fa parte del pacchetto,
e per gli amanti dell’Open Source è anche disponibile
una versione del natante equipaggiata col popolare
autopilota PIXHAWK e compatibile con Mission
Planner ed APM.
Leggero e molto facilmente trasportabile con una normale
autovettura può essere gestito anche da un solo
operatore.
Come gli altri natanti brevettati di aerRobotix presenta
la importante peculiarità di una propulsione elettrica
basata su ventola aeree. Si tratta di una scelta ben
ponderata e suffragata da numerose esperienze acquisite
negli anni. Infatti gli ambiti in cui tali mezzi sono
chiamati ad operare, quali bacini idroelettrici, cave,
laghi, fiumi e canali, sono caratterizzati dalla frequente
presenza di vegetazione galleggiante, detriti
affioranti e formazioni algali che possono facilmente
intrappolare le eliche marine, costringendo non solo
all’ interruzione del rilievo, ma esponendo al rischio di
perdere il natante e la strumentazione istallata.
www.aerrobotix.it
ECCO COME LA STAMPA 3D
RIPORTA IN VITA LE ANTI-
CHITÀ
Le potenzialità della stampa
3D si applicano con successo
in Italia ad un nuovo
settore: la Conservazione
dei Beni Culturali. La storia
che vi raccontiamo ha
come protagonista la stampante 3D Formlabs Form
2, una macchina divenuta famosa per l’eccezionale
resa dei dettagli nella produzione di piccole parti.
La storia in questione illustra come la tecnologia
possa essere applicata al restauro di opere d'arte
secolari presenti nei Musei, in modo da permettere
ai visitatori di vederle fisicamente nel loro antico
splendore e non solo immaginarle.
Mattia Mercante è un restauratore di beni culturali
che collabora con molti musei, tra cui l'Istituto Opificio
delle Pietre Dure di Firenze. Recentemente ha
utilizzato strumenti digitali come scanner 3d, software
3D CAD e la stampante 3D Formlabs Form 2 per
restaurare capolavori di scultori e artisti del Rinascimento,
tra cui Michelangelo e Leonardo Da Vinci.
Questa applicazione della stampa 3d nella conservazione
dei beni culturali e artistici ha permesso
al restauratore di poter portare a termine progetti
che altrimenti avrebbe dovuto abbandonare.
“Ho iniziato a servirmi di tecnologie quali la scansione
e la stampa 3D per necessità di tipo pratico,
come la risoluzione di alcune problematiche
nell'ambito della documentazione, valorizzazione
e preservazione del patrimonio culturale. Abbiamo
iniziato a usare scanner 3D per la valutazione di
opere d’arte, successivamente i software di modellazione
digitale sono entrati a far parte del nostro
metodo di lavoro, che ora è stato completato dalla
stampa 3D,” dice Mercante. “Fin dai miei primi
anni di studio, il mio obiettivo è stato dimostrare
come i soggetti coinvolti nel restauro del patrimonio
culturale possono aggiungere in modo diretto
e autonomo al loro metodo di lavoro gli strumenti
digitali oggi disponibili, senza doversi affidare a
servizi professionali esterni.”
Tra i lavori di restauro ultimati con successo da
Mercante troviamo la ricostruzione di dita mancanti
di una scultura funeraria a partire dalla scansione
3d di una mano rotta; la ricreazione di sottili decorazioni
mancanti alla cornice di un reliquiario, la
cui stampa 3d è stata possibile grazie alla resa del
dettaglio della Formlabs Form 2; il completamento
di un intaglio ligneo dell’artista Gringling Gibbons;
la ricostruzione di
conchiglie decorative come
sostituzione delle originali
andate perse in una grotta
artificiale risalente al XVII
Secolo.
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