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Characterization of marble weathering through pore structure quantitative analysis

Peter Costanzo Baietto Oliviero Bellopede Rossana Panini Filippo Borello Salina Eloisa Marini Paola Viberti Dario
Articolo Immagine
ISSN:
1121-9041
Rivista:
GEAM
Anno:
2021
Numero:
163-164
Fascicolo:
GEAM N. 163-164/2021
DOI:
10.19199/2021.163-164.1121-9041.005

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Caratterizzazione dell’alterazione del marmo dovuta ad agenti atmosferici mediante analisi quantitativa della struttura porosa 


L’invecchiamento delle pietre ornamentali è fortemente condizionato dalle proprietà intrinseche della pietra e dal contesto di utilizzo. Precedenti studi dimostrano che la risposta ai processi di invecchiamento naturale o artificiale delle rocce è influenzata dalla struttura dei pori della pietra stessa. Questo fenomeno può essere meglio compreso attraverso lo studio e la caratterizzazione della porosità e della struttura dei pori a diverso grado di alterazione. Informazioni utili sull’evoluzione del degrado portano alla valutazione della durabilità del marmo nelle facciate, e in generale negli edifici, e alla tutela e il recupero del patrimonio artistico e architettonico. In questo articolo, applichiamo un approccio per la caratterizzazione geometrica dei parametri della struttura dei pori per quantificare l’alterazione naturale indotta dagli agenti atmosferici su lastre di marmo. La metodologia si basa sull’applicazione di un algoritmo di ricerca del percorso ad immagini binarie 2D rappresentative di sezioni sottili del marmo a diversi livelli di alterazione. I risultati forniti dai test preliminari confermano una buona concordanza tra la struttura dei pori e la corrispondente variazione delle proprietà fisiche e meccaniche del campione analizzato. 


Parole chiave: marmo, agenti atmosferici, immagini al microscopio, raggio dei pori, algoritmo di path-finding, caratterizzazione della struttura porosa. 

Stone weathering is strongly controlled by the intrinsic properties of the stone and by its use. Previous studies demonstrate that the response to natural or artificial ageing processes of the rocks seems to be strongly influenced by the pore structure of the stone. A better understanding of this phenomenon is provided by the study and characterization of porosity and of the pore structure at different degrees of alteration. The analysis of the evolution of the decay leads to the evaluation of the durability of marble in facades, and more generally in buildings, as well as for the protection and recovery of artistic and architectural heritage. In this paper, we apply a methodology for the geometrical characterization of the pore structure to quantify alteration induced by natural weathering on marble slabs. The approach is based on the application of a path-finding algorithm to 2D binary images representative of thin sections of marble at different degrees of alteration. Through the identification of the paths within the porous domain, the methodology allows the characterization of the pore structure in terms of pore radius distribution along the identified paths. Analysis of the results demonstrate a good agreement between the degree of alteration of the pore structure and the corresponding variation of the physical and mechanical properties of the rock samples under investigation. 


Keywords: marble, weathering, microscope images, pore radius, path-finding algorithm, pore structure characterization.