Fizyka w badaniach nad dziedzictwem kultury

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Fizyka w badaniach nad dziedzictwem kultury"

Daniel Bukowski
8 lat temu
Przeglądów:

1 Fizyka w badaniach nad dziedzictwem kultury Łukasz Bratasz Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni im. Jerzego Habera PAN Muzeum Narodowe w Krakowie

2 Zasoby dziedzictwa kultury mają duże znaczenie społeczne i gospodarcze 90% badanych uznaje zasoby dziedzictwa za ważny element jakości miejsca zamieszkania, źródło dumy społeczności lokalnej dziedzictwo jest magnesem turystyki, Europa jest najbardziej odwiedzanym miejscem na świecie sektor turystyki wytwarza 5.5% PKB Unii Europejskiej, stwarzając 9 mln miejsc pracy

3 Dziedzictwo się liczy! 1 funt zainwestowany w ochronę zabytków w ciągu 10 lat generuje w lokalnej gospodarce 1.6 funta zabytkowe otoczenie sprzyja decyzji o lokalizacji firmy w tym samym stopniu co dobry dostęp drogowy

4 Badania nad ochroną dziedzictwa Od 1986 roku są priorytetowym obszarem w programach ramowych Unii Europejskiej W grudniu 2009 Rada ds. Konkurencyjności Unii Europejskiej przyjęła nową wspólną inicjatywę programową Dziedzictwo kulturowe a globalna zmiana: nowe wyzwanie dla Europy Krakowskie Konsorcjum im. Mariana Smoluchowskiego powołuje w ramach KNOW Centrum Badań nad Dziedzictwem Kultury HERIDITAS

5 Badania nad dziedzictwem w obszarze nauk ścisłych 1. Archeometria datowanie i ustalanie proweniencji obiektów 2. Badania technologiczne dzieł sztuki struktura materialna 3. Badania nad ochroną dziedzictwa przemiany, zapobieganie i udostępnianie

6 Obszar badań and dziedzictwem: Archeometria Rozpoznanie składu pierwiastkowego korpusu monet wczesnopiastowskich z kolekcji MNK

7 Obszar badań and dziedzictwem: Badania technologiczne Analiza warstwy malarskiej i zaglądnięcie pod warstwę ciemnego przemalowania oryginalnego tła Damy z gronostajem Leonarda da Vinci

8 Standardowy obraz radiograficzny jest zdominowany przez najgrubsze warstwy zawierające silnie absorbujące pigmenty, takie jak biel ołowiowa.

9 Radiografia różnicowa (krawędziowa) z wykorzystaniem wiązki o podwójnej energii umożliwiła wykrycie niebieskich pigmentów miedzi. Z ramienia AGH badania koordynowane przez Dr. hab. Dariusza Węgrzynka

10 Pomiary przygotowawcze na obrazie modelowym wykonanym w technice stosowanej przez Leonarda

11 Standardowy obraz radiograficzny Radiografia różnicowa

różnicowa - pomiar 50-100 razy szybszy -

12 mapowanie rozkładu pierwiastków - metoda fluorescencji rentgenowskiej Radiografia różnicowa - pomiar razy szybszy - znacznie wyższe bezpieczeństwo pomiaru

13 Niestety! Nie będziemy w BBC. Mapa rozkładu miedzi w warstwie tła Damy z gronostajem Leonarda

14 Badania nad ochroną dziedzictwa Wyznaczenie bezpiecznego zakresu wilgotności względnej dla wrażliwych obiektów zabytkowych

15 Obciążenia środowiskowe Naprężenia klimatyczne są równoważne naprężeniem generowanym przez siły zewnętrzne Mecklenburg, M.F., Tumosa, C.S., and Erhardt, D., Structural response of painted wood surfaces to changes in ambient relative humidity in Painted Wood: History and Conservation, The Getty Conservation Institute, 1998

16 Fizyczne metody monitorowania rozwoju uszkodzeń Szafa wrocławska, 1785, Muzeum Narodowe w Krakowie Fornirowana, inkrustowana kością słoniowa, cyną i grafitem, intarsjowana różnymi gatunkami drewna

17 Mechanizm niszczenia

18 Monitorowanie emisji akustycznej sensor 2 sensor 1

19 Analiza falkowa

20 Emisja akustyczna + dane mikroklimatyczne AE energy (arb. units) Temperature ( C) RH (%) 250k k k k no filtering 60 khz high-pass filtered k March March 2012 Time (day)

21 AE energy (arb. units) RH (%) Pękanie drewna jest związane ze spadkami wilgotności względnej 100k 80k 60k 11 Jan - 01 Mar Każdy epizod EA można przypisać wartości średniej wilg. wzgl. 40k 30 20k Time (day)

22 Crack propagation per RH drop (mm) Obiekty drewniane najbardziej wrażliwe na wahania wilg. wzgl. trwające ok. 7 dni 0,06 0,05 1 week 2 weeks 1 month 0,04 0,03 0,02 0,01 0, RH (%)

23 energia EA (j. umowne) wzrost długości peknięcia (mm) Przyrost spękania w funkcji minimalnych wartości wilg. wzgl. w okresie 2 lat , , ,8 0.3 mm / rok 0, , , mm / rok 0 0, RH MIN (%)

24 Kryterium dopuszczalnej zmiany (uszkodzenia) Najmniejsza dostrzegalna zmiana barwy niebieskiej w ciągu 50 lat Dywan Ardabil, 1539/1540, Muzeum Wiktorii i Alberta, Londyn

25 Wilgotnościowe zmiany wymiarowe prowadzą również do uszkodzenia warstwy malarskiej

26 Sitka spękań podłużnych w warstwie malarskiej Mona Lizy Leonarda da Vinci Au coeur de La Joconde, Léonard de Vinci décodé Gallimard and Musée du Louvre Editions (2006)

27 odkształcenie [%] Izotermy pęcznienia i skurczu 21 gatunków drewna styczny styczy desorpcja desorpcja styczny adsorpcja 3 2 promieiowy promieniowy desorpcja wilg. wzgl. [%] promieniowy adsorpcja

28 Obiekty malarstwa tablicowego są strukturami warstwowymi: drewno klej zaprawa farba

30 Symulacje komputerowe

31 Analiza dla jednego kroku w czasie Zmiana parametrów zewnętrznych T i wilg. wzgl. Obliczenie zawartości wilgoci w materiałach transport wody + histereza sorpcji Wprowadzenie parametrów mechanicznych dla danej zawartości wilgoci i temperatury w materiałach Obliczenie odkształcenia obiektu Obliczenie odkształceń lokalnych w materiale

32 Weryfikacja symulacji komputerowej przez monitorowanie modelowego obrazu time [day]

33 Kryterium zniszczenia 1. Wyznaczenie krytycznego odkształcenia drewna, powyżej którego następuje rozwój zniszczenia warstwy malarskiej 2. Wyznaczenie zależności między powtarzającymi się odkształceniami i liczbą cykli krzywa zmęczeniowa

34 Metoda Mechaniczne rozciąganie próbek drewna polichromowanego w celu imitacji dużej liczby cykli indukowanych zmianami wilg. wzgl. odkształceń Monitoring rozwoju zniszczenia na poziomie mikro z użyciem interferometru plamkowego

35 Technika pomiarowa interferometria plamkowa Próbki drewna imitująca obrazy na desce: drewno lipowe warstwa przeklejenia warstwa zaprawy

36 Rozwój spękań dla odkształceń 0.25 %

37 Obserwowane zniszczenia związane są ze strukturą drewna dekorelacja obrazu plamkowego termografia

38 Strain[%] Pole odkształceń zmierzone interferometrem (DSPI) w testach mechanicznych i wywołanych zmianami wilg. wzgl. 0,5 0,4 0,3 0,2 test wilgotnościowy test mechaniczny humidity test tensile test pozycja [mm] Y[mm]

39 odkształcenie krytyczne wahanie wilg. wzgl. [%] Krzywa zmęczeniowa liczba cykli Odkształcenie i powodujące je amplituda fluktuacji wilgotności względnej, w funkcji liczby fluktuacji powodujących pęknięcie warstwy malarskiej. 0

40 RH [%] Jakie wahania wilgotności względnej są bezpieczne? Fluktuacje sinusoidalne Dzienne fluktuacje, Zamek w Malborku Zmiany sezonowe, Muzeum Viktorii i Alberta, Londyn Time [day] D J F M A M J J A S O N Time [month]

41 Allowable amplitude of RH cycle [%] Jakie wahania wilgotności względnej są bezpieczne? Pierwsze pękniecie warstwy malarskiej w ciągu 100 lat fluktuacji sinusoidalnych mm - two-face 40 mm - one-face 10 mm - two-face 10 mm - one-face 5 mm - two-face 5mm - one-face % Period [day]

42 Jakie wahania wilgotności względnej są bezpieczne? Efekt temperatury

43 Wnioski umiarkowane wahania wilgotności względnej w przybliżonym zakresie 50 ± 15% są bezpieczne bezpośrednie monitorowanie powstawania zniszczeń na poziomie mikro jest atrakcyjnym narzędziem oceny bezpieczeństwa konkretnego obiektu w określonym środowisku wyniki badań stały się podstawą opracowania europejskiej normy PN-EN15757: 2010

44 Dziedzictwo kultury ma postać obiektów fizycznych podlegających ciągłej zmianie i niszczeniu. Ochronę dziedzictwa można określić jako ostrożne podejście do zarządzania tymi zmianami.

Podobne dokumenty

Zagrożenia drewna polichromowanego przez fluktuacje wilgotności względnej

Zagrożenia drewna polichromowanego przez fluktuacje wilgotności względnej Michał Łukomski Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN w Krakowie Powstawanie i rozwój defektów warstw dekoracyjnych