H ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΣΥΜΒΟΛΗ ΣΤΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΤΗΣ ΑΓΙΑ ΣΟΦΙΑΣ ΣΤΗΝ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΥΠΟΛΗ

Transcript

1 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 1 H ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΣΥΜΒΟΛΗ ΣΤΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΤΗΣ ΑΓΙΑ ΣΟΦΙΑΣ ΣΤΗΝ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΥΠΟΛΗ ΤΩΝΙΑ ΜΟΡΟΠΟΥΛΟΥ Καθηγήτρια Ε.Μ.Π. Σχολή Χημικών Μηχανικών Τομέας Επιστήμης & Τεχνικής των Υλικών & Συνεργάτες ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το Εργαστήριο του Τομέα Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΕΜΠ) σε συνεργασία με το Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου του Princeton των ΗΠΑ (PU), και το Πανεπιστήμιο του Βοσπόρου της Κωνσταντινούπολης (Αστεροσκοπείο Kandilli και Ινστιτούτο Έρευνας Σεισμών Γεωφυσικές Μελέτες) (BU-KOERI) ξεκίνησε από το 1994 διεπιστημονική διαπανεπιστημιακή συνεργασία, η οποία τεκμηριώνεται από: Το πρωτόκολλο συνεργασίας μεταξύ των τριών προαναφερθέντων φορέων για τη συντήρηση και αντισεισμική προστασία των Βυζαντινών και Οθωμανικών μνημείων στην Τουρκία και στην Ελλάδα, το οποίο υπεγράφη το Μάρτιο του Το ελληνο-τουρκικό σύμφωνο πολιτιστικής συνεργασίας που υπεγράφη στην Άγκυρα το Νοέμβριο του 1999 και ειδικότερα στο συναφές παράρτημά του (Annex EMΠ - BU). Τη διακρατική ελληνο-τουρκική συμφωνία πολιτιστικής συνεργασίας που υπέγραψαν οι Υπουργοί Εξωτερικών για τις Κυβερνήσεις Ελλάδας-Τουρκίας το Φεβρουάριο του Τις εκθέσεις προόδου και στα εκτελεστικά προγράμματα της Ελληνο-Τουρκικής Ομάδας Εργασίας για τον Πολιτισμό που υπεγράφησαν τον Ιούνιο του 2000 και τον Ιούνιο του 2001 και ειδικότερα στα αντίστοιχα συναφή παράρτημά τους (Annex ΕΜΠ BU).

2 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 2 Η ανάπτυξη συνεργασίας αφορά στην εφαρμογή μέτρων πρόληψης και προστασίας βάσει της αποτίμησης του σεισμικού κινδύνου των μνημείων με βασικό σκοπό την έρευνα, την ανταλλαγή εμπειρίας και τεχνογνωσίας. Λόγω της διαθεσιμότητας αρκετών δεδομένων σχετικά με τις φθορές από ιστορικούς σεισμούς και με βάση την εκτενή έρευνα που έχει διεξαχθεί από τις επιστημονικές ομάδες, η Αγιά Σοφιά, επιλέχθηκε σαν το πρώτο μνημείο, όπου θα επικεντρώνονταν οι ερευνητικές δραστηριότητες της κοινής πρωτοβουλίας. Στο πλαίσιο αυτό σχηματίσθηκαν τέσσερις ερευνητικές ομάδες: Δομική Ανάλυση (Επιστημονικός υπεύθυνος, Prof. Ahmet Ηakmak, PU). Αντισεισμική Προστασία (Επιστημονικός υπεύθυνος, Prof. Mustafa Erdik, BU). Γεωφυσικές Μελέτες (Επιστημονικός υπεύθυνος, Prof. Ahmet Işikara, BU). Μελέτες Δομικών Υλικών (Επιστημονικά υπεύθυνη, Καθ. Α. Μοροπούλου, ΕΜΠ), οι οποίες και υλοποίησαν σειρά μελετών στο πλαίσιο των κοινών στόχων για συντήρηση, αποκατάσταση και αντισεισμική προστασία της Αγιά Σοφιάς. 1. ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΤΗΣ ΑΓΙΑ ΣΟΦΙΑΣ ΣΤΗΝ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΥΠΟΛΗ Η εκκλησία της Αγίας Σοφίας ή της Αγίας του Θεού Σοφίας αποτελεί ένα από τα αριστουργήματα της ορθόδοξης εκκλησιαστικής αρχιτεκτονικής με αρχιτεκτονικά στοιχεία, τα οποία την καθιστούν σύνολο μοναδικό και την κατατάσσουν στα μνημεία της παγκόσμιας πολιτιστικής κληρονομιάς. Ανήκει στο σπουδαιότερο και πλέον σύνθετο τύπο ναού που άρχισε να εφαρμόζεται επί Ιουστινιανού, τη βασιλική μετά τρούλου, αποτελεί δε το γνωστότερο και λαμπρότερο παράδειγμα του είδους αυτού. Πρόκειται για έναν τύπο που δημιουργήθηκε την εποχή του Ιουστινιανού από το συνδυασμό της βασιλικής και του περίκεντρου κτίσματος με τρούλο. Το πλεονέκτημα του περίκεντρου κτιρίου ήταν η επίτευξη της ενότητας του χώρου με την οργάνωσή του γύρω από ένα κέντρο και με τον τονισμό του κατακόρυφου άξονα, ενώ οι βασιλικές πλεονεκτούσαν στη δυνατότητα απεριόριστης ανάπτυξης κατά μήκος και πλάτος και κατά συνέπεια εξυπηρετούσαν τις λειτουργικές ανάγκες της εκκλησίας. Αυτός ο συνδυασμός ήταν ένας νεωτερισμός και εγκαινιάζει τη βυζαντινή αντίληψη για το χώρο. Το βάρος

3 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 3 του κύριου θόλου υποστηρίζεται από τα δύο ημιθολωτά ανοίγματα στην ανατολή και τη δύση, τις αψίδες στις γωνίες του κυρίου ναού, και τα τεράστια αντιστοιχίσματα στη βόρια και νότια πλευρά. Η εκκλησία έχει διαστάσεις 77x79 m και ο επιβλητικός θόλος που βρίσκεται στα 62 m πάνω από το έδαφος, έχει διάμετρο 33 m. Ο κύριος ναός έχει πλάτος m, περίπου δύο φορές το πλάτος των διαδρόμων (πλάτους m έκαστος). Σχήμα 1. Άνω αριστερά γενική άποψη, κάτω αριστερά τομή και δεξιά κάτοψη του μνημείου της Αγιά Σοφιάς. Η σημερινή Αγιά Σοφιά, είναι η τρίτη εκκλησία με το ίδιο όνομα που ανεγέρθηκε στον ίδιο χώρο. Στην πρώτη φάση κατασκευής (360 μ.χ.) η Αγιά-Σοφιά αναφέρεται ως μητροπολιτικός ναός που χτίστηκε κοντά στο παλάτι, είχε δε μορφή ξυλόστεγης βασιλικής, η οποία αντικαταστάθηκε αργότερα. Από τη δεύτερη φάση του Ναού της Αγιά (415 μ.χ.) σώζονται τα υπολείμματα προπύλου στη δυτική είσοδο του Ιουστινιάνειου Ναού, με έντονο τον ιστορικό χαρακτήρα του μνημείου. Η ξυλόστεγη βασιλική αυτής της περιόδου κάηκε στη Στάση του Νίκα. Η τρίτη φάση άρχισε να χτίζεται επί Ιουστινιανού το 532 μ.χ. και εγκαινιάσθηκε στις 28/12/537 από τους αρχιτέκτονες γεωμέτρες Ισίδωρο και Ανθέμιο. Η δομή του κτιρίου

4 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 4 αδυνάτησε από μια σειρά σεισμών ( ), ενώ το 558 μετά από έναν ισχυρό σεισμό κατέρρευσε το ανατολικό τμήμα του τρούλου καθώς και η αψίδα και ο ημι-θόλος στην ίδια μεριά. Η ανακατασκευή ολοκληρώθηκε μέχρι το 563 από τον Ισίδωρο το νεότερο, και ο τρούλος έγινε λίγο υψηλότερος και με νευρώσεις. Σειρά σεισμών τον 9 ο - 10 ο αιώνα είχε σαν αποτέλεσμα την εμφάνιση ρωγμών στο θόλο. Το 989, μέρος του θόλου και της ανατολικής αψίδας καταρρέει και η ανακατασκευή ολοκληρώθηκε το 996. Το εσωτερικό της εκκλησίας υπέφερε κατά τη διάρκεια των λεηλασιών των Λατίνων στην Πόλη το 1204, οπότε και αφαιρέθηκαν όλα τα ιερά λείψανα και πολύτιμα αντικείμενα. Ο θόλος υπέστη μερική κατάρρευση το 1346 (ανακατασκευή μέχρι το 1355). Το 1453, η Αγία Σοφία μετατρέπεται σε τζαμί (Ayasofya Camii), από το Sultan Mehmet II. Το κτίριο συντηρείται ικανοποιητικά κατά τη διάρκεια της Οθωμανικής περιόδου. Στα χρόνια που ακολούθησαν της Άλωσης προστέθηκαν διάφορα στοιχεία, όπως αντιρρίδες, μιναρέδες, δίσκοι με ρητά του κορανίου στο εσωτερικό. Την περίοδο πραγματοποιήθηκε η επέμβαση από τους Ελβετούς αρχιτέκτονες Gaspare και Giusepe Fossati. Τα ψηφιδωτά που υπήρχαν, καθαρίστηκαν από το ασβεστόχρισμα και τα επιχρίσματα, με τα οποία είχαν καλυφθεί κατά την Οθωμανική περίοδο. Τα ψηφιδωτά επανακαλύφθηκαν για προστασία. Η επέμβαση αυτή έγινε με ελαιώδη βαφή ή τέμπερα πάνω σε ασβεστιτική βάση και επικαλύφθηκε με φύλλο χρυσού. Στις αρχές του 20ου αιώνα πραγματοποιήθηκε η επέμβαση Vakif. Κατά την επέμβαση αυτή το επίχρισμα καλύφθηκε από αδιαφανές κίτρινο πιγμέντο σε μπλε μέσο. Το 1932 το Βυζαντινό Ινστιτούτο ξεκινά το έργο της αποκάλυψης των ψηφιδωτών και αποκατάστασης των εναπομεινάντων (αρκετά είχαν εξαφανισθεί από την επέμβαση Fossati). Το κτίριο άνοιξε το 1934 ως μουσείο, και η αποκατάσταση ολοκληρώθηκε το ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΕΡΑΜΙΚΩΝ ΤΗΣ ΑΓΙΑ ΣΟΦΙΑΣ Για την κατασκευή του ναού χρησιμοποιήθηκαν δομικά υλικά και τεχνίτες από όλες τις επαρχίες της αυτοκρατορίας. Η επιλογή των υλικών και του τρόπου δόμησης διατηρείται από την Παλαιοχριστιανική περίοδο. Μάρμαρα έγχρωμα και μη, πλίνθοι και κεραμίδια, τοιχοποιίες με ισχυρά κονιάματα, ορθομαρμαρώσεις με περιμετρικές ζεύξεις, μαρμαροθε-

5 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 5 τήματα, επιστοίχια ψηφιδωτά χρησιμοποιούνται εξίσου. Οι θόλοι γίνονται κατά κανόνα από οπτά ελαφρά τούβλα που συνδέονται με ισχυρότατο κονίαμα. Τον 6 ο αιώνα, επί Ιουστινιανού, καθιερώνονται για πρώτη φορά οι πλίνθοι και το χτίσιμο χωρίς ξυλότυπους. Ακόμη και στην Αγια Σοφιά χρησιμοποιούνται παλαιότεροι κίονες και κιονόκρανα. Οι μεγάλοι πεσσοί που φέρουν τα φορτία των τρούλων έχουν κατασκευασθεί από λαξευτούς λίθους με άριστη μεταξύ τους εφαρμογή. Συγκριτική μελέτη των δομικών υλικών της Αγιά Σοφιάς με υλικά άλλων Βυζαντινών μνημείων της Πόλης (Θεοδοσιανά τείχη, Αγία Ειρήνη, Αγ. Σέργιος και Βάκχος) και με τη Μεγάλη Βασιλική της Ρόδου απέδειξε τη κοινή τεχνολογία κατασκευής και την προέλευση από τη Ρόδο των πρώτων υλών, που χρησιμοποιήθηκαν για την ανακατασκευή του Τρούλου της Αγιά Σοφιάς το 557 μ.χ. Η διερεύνηση των πρώτων υλών έγινε με νετρονική ενεργοποίηση, όπου η στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων έδειξε ότι οι πλίνθοι της Αγίας Σοφίας εμφανίζουν μεγάλη ομοιότητα με πλίνθους από τη Μεγάλη Βασιλική της Ρόδου (6 ος αιώνα). Η μικροδομή, η κρυσταλλική σύνθεση, και οι φάσεις των κεραμικών της Αγιά Σοφιάς, των Βυζαντινών μνημείων της Πόλης, και της Μεγάλης Βασιλικής της Ρόδου εξετάστηκαν με ποροσιμετρία υδραργύρου, περίθλαση ακτίνων Χ (XR-D), θερμικές αναλύσεις (TGA, DTA) και ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης αντίστοιχα. Παράλληλα, έγιναν μηχανικές δοκιμές για υπολογισμό της εφελκυστικής αντοχής των πλίνθων της Αγιά Σοφιάς. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα δείγματα του τρούλου του 6ου αιώνα εμφανίζουν την πιθανότητα, να προέρχονται από πηλό της Ρόδου 90%. Οι κεραμικοί πλίνθοι της Αγιά Σοφιάς είναι κατασκευασμένοι από μη ασβεστιούχα, ομογενοποιημένη πάστα πηλού, με μικρά εγκλείσματα χαλαζία και είναι ψημένοι σε χαμηλή θερμοκρασία. Εμφανίζουν τοπική υάλωση στο αρχικό στάδιο και υψηλό πορώδες (40-45%). Ίδια χαρακτηριστικά εμφανίζουν και οι μη ασβεστιούχοι πλίνθοι της Ρόδου. Το μεγαλύτερο ποσοστό πορώδους στους πλίνθους της Αγιά Σοφιάς αντιστοιχεί σε πόρους από 0.3 μέχρι 0.8 μm. Αυτό σημαίνει είτε σκόπιμη επιλογή του πηλού, αποστράγγιση, κοσκίνισμα, καλούπωμα ή πίεση του πηλού. Τέλος, η εφελκυστική αντοχή εμφανίζει μέγιστο για τους πλίνθους του τρούλου του 6ου αιώνα, παρόλο το μεγάλο πορώδες τους.

6 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 6 Σχήμα 2. Διαμήκεις τομές του μνημείου προς Βορρά (α, β). Εγκάρσιες τομές του μνημείου προς Ανατολή (γ, δ). Από τη χαρτογράφηση υλικών του μνημείου. Λόγω των φαινόμενων της φθοράς, τα αυθεντικά κονιάματα με θραυσμένο κεραμικό, τα οποία και έχουν αποσαρθρωθεί αντικαταστάθηκαν με ισχυρότερα τσιμεντικής φύσης κονιάματα, τα οποία είναι ασύμβατα με τα αυθεντικά. Η ασυμβατότητα αυτή αποτελεί πρόβλημα για την σεισμική προστασία της Αγιά Σοφιάς, καθώς αυξάνει τους κινδύνους λόγω ανισοτροπίας στη συμπεριφορά των υλικών σε σεισμική καταπόνηση. Στόχος της έρευνας της επιστημονικής ομάδας του ΕΜΠ αποτέλεσε η αποκάλυψη της κατάλληλης τεχνολογίας παρασκευής των αυθεντικών κονιαμάτων, ώστε τα κονιάματα αποκατάστασης να προσομοιάζουν τα ιστορικά.

7 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 7 3. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΙΣΤΟΡΙΚΩΝ ΔΟΜΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΤΗΣ ΑΓΙΑ ΣΟΦΙΑΣ Η συμπεριφορά του μνημείου στα δυναμικά και στατικά φορτία είναι σε άμεση εξάρτηση με τα φυσικοχημικά και μηχανικά χαρακτηριστικά των δομικών του υλικών (πλίνθοι και κονιάματα). Επομένως, ο χαρακτηρισμός των ιστορικών δομικών υλικών της Αγιά Σοφιάς, αποτελεί το πρώτο βήμα για μια ολοκληρωμένη συντήρηση, αποκατάσταση και αντισεισμική προστασία του μνημείου. Η τεχνική κατασκευής της ιστορικής τοιχοποιίας περιλαμβάνει για την θολοδομία, συμπαγείς πλίνθους συνδεδεμένους με ισχυρά υδραυλικά κονιάματα με κεραμικά τεμάχια, ενώ για το νάρθηκα και εξωνάρθηκα, συμπαγείς πλίνθους και ενισχυτικές ζώνες από λαξευτούς ευμεγέθεις λίθους στη βάση και γένεση των τόξων. Οι διαστάσεις των πλίνθων είναι cm μήκος και cm πάχος, ενώ το κονίαμα αρμών έχει πάχος 6-7 cm. Η προκαταρκτική μελέτη από τους Mainstone και Livingston παρείχε κάποια χρήσιμα δεδομένα σχετικά με τον ποζολανικό χαρακτήρα των κονιαμάτων. Η διαπανεπιστημιακή έρευνα που ακολούθησε, εντόπισε τις προηγμένες φυσικοχημικές σχέσεις που αναπτύσσονται στις διεπιφάνειες των κεραμικών θραυσμάτων και της ασβεστιτικής μήτρας που προσδίδουν στο κονίαμα τη μηχανική αντοχή. Λόγω της φύσης των δομικών υλικών, η αντοχή του κονιάματος μετράται μέσω καταστρεπτικών δοκιμών σε μικρά δείγματα (δοκιμή θραυσμάτων), ενώ το δυναμικό μέτρο ελαστικότητας υπολογίσθηκε με τη μέθοδο της υπερηχοσκόπησης. Ο χαρακτηρισμός των ιστορικών δομικών υλικών αφορά: στον προσδιορισμό των χημικών φυσικομηχανικών ιδιοτήτων των ιστορικών κονιαμάτων, καθώς και της συμπεριφοράς τους στις περιβαλλοντικές φορτίσεις (σεισμικές δονήσεις, φορτίσεις στο οικοδόμημα, διαβρωτική θαλασσινή και ρυπασμένη ατμόσφαιρα), τον προσδιορισμό της σύστασης, της αναλογίας και της κοκκοδιαβάθμισης των πρώτων υλών, στη διερεύνηση της συνάφειας από τη φυσικοχημική σκοπιά των αντιδράσεων στη διεπιφάνεια κονιαμάτων/δομικών υλικών σε συνάρτηση με τα αποτελέσματα των δοκιμών μηχανικής αντοχής (στατικές και δυναμικές συνθήκες), στην αξιολόγηση της συμπεριφοράς τους στις φορτίσεις περιβάλλοντος και της συνά-

8 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 8 φειάς τους με τα δομικά υλικά του μνημείου (φυσική πέτρα ή τούβλα), προκειμένου να ορισθούν τα όρια αποδοχής και να δημιουργηθεί η βάση ανάπτυξης μεθόδων ελέγχου και αποτίμησης των κονιαμάτων αποκατάστασης. Για το σκοπό αυτό, οι εργαστηριακές αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν με σκοπό την αναγνώριση των φυσικών, ορυκτολογικών, χημικών, μηχανικών χαρακτηριστικών καθώς και αυτών της μικροδομής των κονιαμάτων περιλάμβαναν: το φυσικό διαχωρισμό σε κλάσματα κοκκοδιαβάθμισης, στη χημική ανάλυση (CaO, MgO, διαλυτά/αδιάλυτα πυριτικά συστατικά), τον προσδιορισμό αδρανών με υδραυλικές ιδιότητες με αναλυτικές και ενόργανες μεθόδους (φασματοσκοπία υπερύθρου, φασματοσκοπία ατομικής απορρόφησης, ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης & μικροανάλυση ακτίνων Χ), τον προσδιορισμό των διαλυτών αλάτων, την ορυκτολογική ανάλυση των κλασμάτων κοκκοδιαβάθμισης και των υδραυλικών φάσεων (περίθλαση ακτίνων Χ, θερμικές αναλύσεις, ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης και ηλεκτρονική μικροσκοπία διαπερατότητας), τον προσδιορισμό των φυσικοχημικών ιδιοτήτων και την ανάλυση της μικροδομής με ποροσιμετρία υδραργύρου, καθώς και με ψηφιακή επεξεργασία μικρογραφιών από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, σε συνάρτηση με τις μετρήσεις μηχανικών αντοχών (αντοχή σε εφελκυσμό, θλίψη και κάμψη). Εξετάσθηκαν δύο σειρές δειγμάτων. Η πρώτη αφορά σε δείγματα από τη δειγματοληψία του Van Nice πριν από 30 χρόνια που φυλάσσονται στο Μουσείο του Oakburn στην Washington. Η δεύτερη αφορά σε δείγματα που ελήφθησαν επί τόπου από το μνημείο. Τα αδρανή είναι μίγμα κεραμικών θραυσμάτων μεγάλης διαμέτρου (<15 mm) και άμμου. Τα κεραμικά δείγματα παρουσιάζουν ένα έντονο ερυθρό χρώμα. Τα κεραμικά θραύσματα μέσα στο κονίαμα, ήταν κυρίως ερυθρόμορφα, ενώ μερικά έτειναν προς το κίτρινο. Το μεγάλο πάχος των αρμών και η ύπαρξη κεραμικών θραυσμάτων υποδηλώνει το δομητικό ρόλο των κονιαμάτων στην αντοχή της τοιχοποιίας, και επιτρέπει το χαρακτηρισμό τους ως πρώιμα σκυροδέματα. Η κατανομή μεγέθους των πόρων επηρεάζεται άμεσα από τις πρώτες ύλες και την κοκ-

9 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 9 κοδιαβάθμιση των αδρανών. Η κατανομή αυτή, αφενός μεν δίνει ενδείξεις για την τεχνολογία παρασκευής κονιαμάτων, αφετέρου βοηθάει στην πρόβλεψη, κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις, της φυσικοχημικής και μηχανικής αντοχής του κονιάματος. Τα αποτελέσματα της κοκκοδιαβάθμισης παρουσιάζουν ότι το συνδετικό υλικό είναι υδράσβεστος (25%), ενώ τα αδρανή (άμμος και θραυσμένο κεραμίδι) το υπόλοιπο κλάσμα. Επίσης, εμφανίζεται ίση περίπου συνεισφορά άμμου και θραυσμένου κεραμικού στο μίγμα του κονιάματος. Κατά περιπτώσεις χρησιμοποιείται ως πρόσθετο κεραμάλευρο. Εμφανίζονται θραύσματα κεραμικού έως 15 mm. Η κοκκοδιαβάθμιση από τα χαμηλά κλάσματα ( μm) ξεκινά αποκλειστικά με άμμο, ενώ όσο προχωρά προς μεγαλύτερα κλάσματα αυξάνει η αναλογία θραυσμένου κεραμικού. Στις υψηλές διαμέτρους κόκκων ( cm) υπάρχει αποκλειστικά θραυσμένο κεραμικό. Εικόνα 1. Τυπικό δείγμα κονιάματος / πλίνθων. Από τις μετρήσεις ποροσιμετρίας για την καταγραφή των δεδομένων της μικροδομής, εξάγονται τα παρακάτω συμπεράσματα: Το κεραμικό είναι υψηλής τεχνολογίας και ακριβούς θερμοκρασίας όπτησης. Παρουσιάζει εντοπισμένο πορώδες σε μικρές ακτίνες πόρων. Το ολικό πορώδες κινείται σε υψηλές τιμές, ενώ η φαινόμενη πυκνότητα σε αρκετά χαμηλές τιμές. Το κονίαμα παρουσιάζει ιδιαιτέρως χαμηλή τιμή φαινόμενης πυκνότητας με υψηλό πορώδες. Η μετατόπιση δε της ακτίνας των πόρων προς ακόμα χαμηλότερες τιμές επιβεβαιώνει τον τσιμεντιτικό χαρακτήρα του πλέγματος του κονιάματος. Αν και πολύ πορώδη, τα κονιάματα αυτά εμφανίζουν αξιοσημείωτη φυσικοχημική αντοχή στη φθο-

10 µ µ µ µ µ, µ µ : µ µ. µ µ. ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ µ, µ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ µ µ. 10 µ µ µ µ µ. µ µ µ µ ρά από κρυστάλλωση αλάτων λόγω της μικρής ακτίνας πόρων που παρουσιάζουν. " µ " µ µ. Η διείσδυση, του µ ασβέστη στο µ κεραμικό µ και η επακόλουθη µ αντίδραση μετατρέπει τη µ μικροδομή του κεραμικού, μετατοπίζοντας µ τις ακτίνες των πόρων προς µ μικρότερα με- γέθη, µ, ελαττώνοντας το συνολικό πορώδες και αυξάνοντας τη φαινόμενη µ. πυκνότητα. µ µ µ, µ µ. 1. µ µ µ µ. Πίνακας 1. Αποτελέσματα της ποροσιμετρίας υδραργύρου για τον έλεγχο της μικροδομής. µ P v (cm 3 /g) A (m 2 /g) (g/cm 3 ) r (µ ) (µm) (%) 1b ( µ ) 17,46 3,82 1,87 0,198 32,71 3 ( µ ) 24,96 4,04 1,67 0,395 41,67 5b ( µ ) 26,40 7,58 1,59 0,250 42,12 P P v :, A:, : µ, r (µ ): µ v : συνολικός αθροιστικός όγκος, A: ειδική επιφάνεια, γ: φαινόμενη πυκνότητα, r (μέση): μέση ακτίνα πόρων ( µ (σύμφωνα µ με το κυλινδρικό µ ), μοντέλο), (%): Ρ (%): συνολικό πορώδες Τα αποτελέσματα µ από την εξέταση των δειγμάτων µ με µ περίθλαση ακτίνων Χ (XRD) (XRD) αποκαλύπτουν ότι το συνδετικό υλικό των κονιαμάτων µ είναι αποκλειστικά ασβεστιτικό, και, µ µ 10 ( µ 5) µ, είναι ενδεικτικά της χρήσης (Al), του µ ασβέστη προερχόμενου 6 από αργιλικούς ασβεστόλιθους (Si). διαφόρων µ συστάσεων, µ με συνέπεια µ το κονίαμα 2 3 του 10 ου αιώνα (δείγμα 5) να είναι πιο.,, πλούσιο µ σε αργίλιο µ (Al), µ ενώ το κονίαμα του 6 ου µ αιώνα να είναι. πιο πλούσιο σε πυρίτιο (Si). Τα κεραμικά θραύσματα των δειγμάτων 2 και 3 παρουσιάζουν περισσότερο χαλαζία παρά ασβεστίτη. Επιπρόσθετα, ανιχνεύτηκε υψηλό ποσοστό σανιδίνη και ανορθίτη, που βρίσκεται σε συμφωνία με τα αποτελέσματα της εξέτασης των κεραμικών της Ρόδου. 2. µ Πίνακας 2. Αποτελέσματα περίθλασης ακτίνων Χ. µ Q Cc An San Do CAH CSH Mont K Musc 2 ( ) ( µ ) b : Q: CAH: +: µ Cc: ( ) CSH: ++: An: Mont: µ µ +++: San: K: ++++: + Do: µ Musc: µ +++++: µ µ µ µ Η εξέταση των δειγμάτων με μικροσκοπία οπτικών ινών και πολωτική μικροσκοπία αποκαλύπτει την ύπαρξη µ συμπαγούς μικροκρυσταλλικού µ ασβεστιτικού πλέγματος µ µ που περιέχει µ µ µ µ µ. µ µ µ, κόκκους κεραμικού µ, διαφόρων μεγεθών από σκόνη. και αρκετά συσσωματώματα μέχρι θραύσματα. Το χρώμα είναι µ κιτρινωπό προς ερυθρό µ εξεταζόμενο από το κεραμικό, µ που βρίσκεται µ, µ µ.., µ µ µ, µ µ µ µ µ.

11 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 11 διασπαρμένο, και τη φύση των αδρανών. Διακρίνεται επίσης, ένα πολύ λεπτό δευτερογενές κρυσταλλικό επίστρωμα, πιθανότατα στρώμα φινιρίσματος. Επίσης, υπάρχουν ενδείξεις ισχυρών δεσμών σύνδεσης μεταξύ του συνδετικού υλικού και του δομικού λίθου καθώς και με τα θραύσματα κεραμικού, ενώ εμφανείς είναι οι δακτύλιοι αντιδράσεων στη διεπιφάνεια ανάμεσα στο πλέγμα του συνδετικού υλικού και των θραυσμάτων του κεραμικού. Παράλληλα, σε ορισμένες περιπτώσεις αποκαλύπτονται έντονες ρηγματώσεις στη μήτρα που υποδεικνύουν τον τσιμεντιτικό χαρακτήρα του κονιάματος, ενώ αντίστοιχες ρηγματώσεις των κεραμικών υποδεικνύουν είτε διόγκωση κατά την απορρόφηση νερού από αυτό του ασβέστη, είτε χαμηλές θερμοκρασίες έψησης του κεραμικού. Γενικά οι μικροφωτογραφίες από δείγματα κονιαμάτων της Αγιά Σοφιάς παρουσιάζουν μεγάλες ομοιότητες με φωτογραφίες ιστορικών κονιαμάτων από τη Ρόδο (6ος αιώνας Βυζαντινά, 14ος αιώνας Ενετικά, 17ος αιώνας Οθωμανικά). Εικόνα 2. Όρια αντίδρασης στη διεπιφάνεια κεραμικού - μήτρας, διεσπαρμένα με τη μορφή φλεβών στη μήτρα (πολωτική μικροσκοπία). Η ηλεκτρονική μικροσκοπία διαπερατότητας (SEM) σε συνδυασμό με μικροανάλυση ακτίνων Χ (EDX) αποκαλύπτει ότι τα προϊόντα αντίδρασης στη διεπιφάνεια κεραμικού - μήτρας συνιστούν τους δεσμούς της συμπαγούς μάζας. Η σύνθεση της ενδιάμεσης επιφάνειας υποδεικνύει ότι τα ανθρακικά αντικαθίστανται από πυριτικά, με ταυτόχρονη συμπύκνωση του ασβεστιτικού περιεχομένου στα όρια των κόκκων.

12 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 12 Εικόνα 3. Συγκεντρώσεις Ca, Si, Al στη διεπιφάνεια μήτρας/κεραμικού [(α) δείγμα από θόλο, (β) δείγμα από δυτικό τόξο] και στοιχειακή ανάλυση (Ca, Si, Fe) με SEM-EDX. Η ηλεκτρονική μικροσκοπία διαπερατότητας (ΤΕΜ) αποκάλυψε τη μορφολογία της μικροκρυσταλλικής ένυδρης ασβεστοπυριτικής φάσης (CSH), η οποία διεσπαρμένη στο συνδετικό υλικό επιτρέπει την απορρόφηση υψηλών ποσών ενέργειας μέχρι την ημιόμορφη διαμόρφωση ή και την κρυστάλλωση του υλικού, εξηγώντας έτσι την καλή συμπεριφορά των ιστορικών κονιαμάτων σε σεισμική καταπόνηση και το φαινόμενο της αυτοθεραπείας τους. Εικόνα 4. Μικροφωτογραφία (TEM) της μικρο-κρυσταλλικής διεπιφάνειας CSH του ασβεστίτη με τα θραύσματα κεραμικού. Το δυναμικό μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος, του πλίνθου και του σύνθετου υλικού (κεραμικό κονίαμα) υπολογίσθηκε με τη μέθοδο των υπερήχων, και έλαβε τιμές 0.66, 3.1, και 1.83 GPa, αντίστοιχα. Η εφελκυστική αντοχή του κονιάματος, η οποία υπολογίσθηκε με τη μέθοδο των θραυσμάτων έλαβε τιμές μεταξύ MPa. Το χαμηλό δυναμικό μέτρο ελαστικότητας και υψηλή αντοχή σε κάμψη των δομικών υλικών αποδείχθηκε ότι συνεισφέρει στη σεισμική απόκριση του μνημείου.

13 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΤΗΣ ΑΓΙΑ ΣΟΦΙΑΣ Τα αποτελέσματα από το χαρακτηρισμό των ιστορικών υλικών της Αγιά Σοφιάς χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια σε μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων (Finite Element Model) που αναπτύχθηκε από τις ερευνητικές ομάδες του Πανεπιστημίου του Princeton και του Πανεπιστημίου του Βοσπόρου, ώστε, σε συνεργασία με την ερευνητική ομάδα του ΕΜΠ, να γίνει δυναμική και στατική ανάλυση του μνημείου και να αποτιμηθεί η σεισμική συμπεριφορά του. Εικόνα 5. Μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων της Αγιά Σοφιάς. Κατά την προσομοίωση των δυναμικών και στατικών καταπονήσεων που υφίσταται το κτίριο, ενσωματώθηκαν στο μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων οι μηχανικές ιδιότητες που υπολογίσθηκαν από τη μελέτη χαρακτηρισμού των υλικών. Οι υπόλοιποι παράμετροι του μοντέλου βαθμονομήθηκαν με χρήση καταγεγραμμένων αντιδράσεων του κτιρίου σε πρόσφατους σεισμούς χαμηλής έντασης. Η καταγραφή της σεισμικής απόκρισης του κτιρίου ήταν εφικτή λόγω ύπαρξης στην Αγιά Σοφιά συστοιχίας αισθητήρων σεισμικής δραστηριότητας. Γεωτεχνικές μελέτες που πραγματοποιήθηκαν από την ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου του Βοσπόρου, όπου αποκαλύφθηκε η τοπογραφία των θεμελίων κάτω από τις κύριες αψίδες του κτιρίου, επέτρεψε την περαιτέρω βελτιστοποίηση του μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων του μνημείου, καθώς εισήχθη η αλληλεπίδραση εδάφους κτιρίου,

14 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 14 μέσω υποστήριξης του τμήματος των κύριων βάσεων κάτω από το επίπεδο του εδάφους με γραμμικά ελατήρια (soil springs) που δρουν κάθετα στις προσόψεις των βάσεων. Η σεισμική ανάλυση υποδεικνύει ότι ο θόλος συμπεριφέρεται σαν άκαμπτο σώμα. Στα κύρια τόξα, τα σημεία με τη μεγαλύτερη πιθανότητα αστοχίας σε σεισμό είναι τα άνω κεντρικά. Οι θλιπτικές τάσεις είναι μικρότερες του επιτρεπτού ορίου των κονιαμάτων, αλλά οι εφελκυστικές τάσεις υπερβαίνουν την αντοχή τους σε εφελκυσμό. Η προσομοίωση σεισμού M W = 7.4 που θα προέρχεται από το κύριο ρήγμα του κόλπου του Μαρμαρά, έδειξε ότι στην περίπτωση που ο σεισμός έχει κατεύθυνση ανατολή - δύση πρώτα θα γίνει έναρξη μη-γραμμικής συμπεριφοράς στους ημι-θόλους, ενώ αργότερα θα αστοχήσουν τα βόρεια - νότια τόξα. Εικόνα 6. Μη γραμμική ανάλυση για σεισμό στην κατεύθυνση ανατολή - δύση.

15 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 15 Εικόνα 7. Μη γραμμική ανάλυση για σεισμό στην κατεύθυνση βορράς - νότος. Στην περίπτωση που ο σεισμός έχει κατεύθυνση ανατολή - δύση, η μη - γραμμική ανάλυση του μοντέλου υποδεικνύει ότι η έναρξη αστοχίας θα γίνει στην κορυφή των ανατολικών - δυτικών τόξων και μετά επεκτείνεται στις πλευρές των τόξων. Η αστοχία των ημι-θόλων συμβαίνει μετά την αστοχία του ανατολικού τόξου. Η μη γραμμική ανάλυση του θόλου στην κατεύθυνση ανατολή - δύση αποκαλύπτει ότι η φθορά στον θόλο κατά την διάρκεια του σεισμού μπορεί να είναι μεγάλη λόγω της ενίσχυσης της κίνησης. Παρόλο που η σχετική μετατόπιση είναι μικρή η συνολική μετατόπιση ή επιτάχυνση είναι σημαντική.

16 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 16 Εικόνα 8. Μη γραμμική ανάλυση του θόλου στην κατεύθυνση ανατολή δύση. 5. ΣΥΜΒΑΤΑ ΚΑΙ ΕΠΙΤΕΛΕΣΤΙΚΑ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Η μεθοδολογία σχεδιασμού και κατασκευής συμβατών κονιαμάτων αποκατάστασης περιλαμβάνει τα ακόλουθα στάδια: (α) το στάδιο χαρακτηρισμού και αποτίμησης ιστορικών κονιαμάτων που θα δώσει τα όρια αποδοχής για τα κονιάματα αποκατάστασης, (β) το στάδιο σχεδιασμού, παρασκευής, και αποτίμησης συμβατών κονιαμάτων αποκατάστασης, (γ) το στάδιο της αριστοποίησης, όπου οι επιλεγμένες συνθέσεις βελτιστοποιούνται ως προς τη συμβατότητα και επιτελεστικότητα τους, και (δ) το στάδιο της πιλοτικής εφαρμογής κονιαμάτων αποκατάστασης, επί τόπου στο μνημείο και αποτίμηση της αποτελεσματικότητάς τους. Η μελέτη δειγμάτων ιστορικών κονιαμάτων από μνημεία διαφόρων ιστορικών περιόδων και διαφόρων περιοχών της λεκάνης της Μεσογείου δίνει τα όρια αποδοχής για τα κονιάματα αποκατάστασης με έλεγχο των χαρακτηριστικών της μικροδομής (ποροσι-

17 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 17 μετρία υδραργύρου), έλεγχο υδραυλικότητας και ποιοτικό προσδιορισμό (θερμικές μέθοδοι ανάλυσης), κοκκοδιαβάθμιση των ιστορικών κονιαμάτων, και προσδιορισμό των μηχανικών αντοχών τους. Με βάση την εμπειρία του Εργαστηρίου Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών ΕΜΠ, και μετά από μελέτη των ιστορικών κονιαμάτων, επιλέχθηκαν να εξεταστούν οι ακόλουθες κατηγορίες κονιαμάτων αποκατάστασης: (Ι) αερικά κονιάματα (κονία: πολτός υδρασβέστου), (ΙΙ) υδραυλικά κονιάματα (κονιάματα υδραυλικής άσβεστου, κονιάματα με ποζολανικά πρόσθετα, και κονιάματα σύγκρισης με ασβέστη τσιμέντο) Οι πρώτες ύλες πρέπει να πληρούν συγκεκριμένα κριτήρια βάσει των οποίων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρασκευή κονιαμάτων αποκατάστασης. Τα κριτήρια αυτά έχουν προκύψει τόσο από έρευνες στα ιστορικά κονιάματα (εμπειρία του εργαστηρίου) όσο και από βιβλιογραφική αναζήτηση. Ως συνδετικά υλικά χρησιμοποιήθηκαν υδράσβεστος, υδραυλικός ασβέστης, τσιμέντο, ως πρόσμικτα, που εισφέρουν υδραυλικότητα στο συνδετικό υλικό, χρησιμοποιήθηκαν μηλαϊκή γη (φυσική ποζολάνη), και κεραμάλευρο (τεχνητή ποζολάνη), ενώ ως αδρανή χρησιμοποιήθηκαν πυριτική άμμος και θραυσμένο κεραμίδι. Οι τεχνικές αποτίμησης των πρώτων υλών περιλάμβαναν θερμικές μεθόδους ανάλυσης (DTA-TG), για την εξακρίβωση των προδιαγραφών των πρώτων υλών, ως προς τη σύσταση τους, περίθλαση ακτίνων Χ (XRD), για την ορυκτολογική εξέταση των πρώτων υλών, φθορισμός ακτίνων Χ (XRF), για την εξέταση των πρόσθετων ως προς τη χημική σύσταση, τεστ ποζολανικότητας, για την εξέταση των πρόσθετων ως προς τις ποζολανικές ιδιότητες και ποροσιμετρία υδραργύρου, για τον προσδιορισμό της μικροδομής του κεραμικού. Μετά την παρασκευή νωπών κονιαμάτων έγινε αποτίμηση των τεχνικών χαρακτηριστικών τους με βάση το πρότυπο DIN /1982. Η αποτίμηση των νωπών κονιαμάτων έδειξε ότι οι μεγαλύτερες ποσότητες συγκρατούμενο νερό βελτιώνουν τη συμπεριφορά του κονιάματος στην τοιχοποιία, ότι τα κονιάματα με θραυσμένο κεραμικό είναι ελαφρότερα από αυτά με άμμο, και ότι τα προτεινόμενα κονιάματα με παραδοσιακά υλικά έχουν χαμηλά ποσοστά σε περιεχόμενο αέρα. Η αποτίμηση των συνθέσεων των κονιαμάτων αποκατάστασης κατά τη φάση σκλήρυν-

18 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 18 σή τους γίνεται με τις ακόλουθες μεθόδους και σύμφωνα με τα όρια αποδοχής, που έχουν προκύψει από τη μελέτη των ιστορικών κονιαμάτων: (α) διαφορική θερμική ανάλυση - θερμοβαρυμετρία (DTA-TG) στο επίπεδο ενανθράκωσης / ανάπτυξης υδραυλικών φάσεων, (β) μέτρηση μηχανικών αντοχών, για την εκτίμηση της επιτελεστικότητας, και (γ) εξέταση της μικροδομής τους με ποροσιμετρία υδράργυρου, για την αποτίμηση της συμβατότητας. Τα συμπεράσματα από τις θερμικές μεθόδους ανάλυσης και τις μηχανικές δοκιμές αποκαλύπτουν ότι τα ποζολανικά κονιάματα (κεραμάλευρο, μηλαϊκή γη, θραυσμένο κεραμικό) παρουσιάζουν μέσους ρυθμούς ενανθράκωσης, και σημαντική ποσότητα χημικά δεσμευμένου νερού. Τόσο το κεραμάλευρο όσο και η Μηλαϊκή γη βοηθούν στην ανάπτυξη υδραυλικών φάσεων καθώς και το θραυσμένο κεραμικό. Παρουσιάζουν ικανή ανάπτυξη μηχανικών αντοχών, ιδιαίτερα στις συνθέσεις με κεραμάλευρο σαν συνδετικό υλικό, ενώ ο λόγος εφελκυστικής προς θλιπτική αντοχή (κριτήριο αποτίμησης επιτελεστικότητας) βρίσκεται εντός ορίων. Όσον αφορά στα χαμηλής περιεκτικότητας σε τσιμέντο κονιάματα σύγκρισης ασβέστη τσιμέντου, αυτά παρουσιάζουν συμπεριφορά παρόμοια με των ασβεστιτικών. Επέρχεται διαχωρισμός των φάσεων ασβέστη τσιμέντου καθώς δεν υπάρχει συνάφεια μεταξύ τους. Αντίθετα, τα υψηλής περιεκτικότητας σε τσιμέντο κονιάματα παρουσιάζουν πολύ υψηλές αντοχές (εκτός ορίων) και απολύτως ασύμβατη μικροδομή τόσο με τα δομικά υλικά όσο και με τα ιστορικά κονιάματα. Η αποτίμηση της μικροδομής των κονιαμάτων με θραυσμένο κεραμικό αποκαλύπτει ότι παρουσιάζεται μία άμεση επίδραση στη μικροδομή του κονιάματος από τη μικροδομή του κεραμιδιού (π.χ. ακτίνα πόρων, συνολικό πορώδες, συνολικός όγκος). Γενικά, παρατηρούνται μείωση του συνολικού πορώδους στη διάρκεια του χρόνου, μείωση του συνολικού όγκου, μείωση της μέσης ακτίνας πόρων, και αύξηση της φαινόμενης πυκνότητας. Για την αποτίμηση της συμβατότητας της μικροδομής στο επίπεδο της τοιχοποιίας είναι απαραίτητο να εξεταστούν τα κονιάματα αποκατάστασης σε σχέση και με τα δομικά στοιχεία μιας ιστορικής κατασκευής, αλλά και ως προς την κατανομή του πορώδους σε διάφορες ακτίνες πόρων και όχι μόνο ως προς τα απόλυτα νούμερα των χαρακτηριστικών της μικροδομής (πορώδες, μέση ακτίνα πόρων). Στο πλαίσιο αυτό η χρήση θερμογραφίας υπερύθρου για την αποτίμηση της συμπεριφοράς κονιαμάτων αποκατάστασης διαφόρων

19 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 19 κατηγοριών και δομικών στοιχείων, καθώς και πρότυπων στοιχείων τοιχοποιίας (λίθος κονίαμα λίθος) σε συνθήκες υδατοαπορρόφησης και εξάτμισης σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα της ανάλυσης της μικροδομής τους επέτρεψε την εκτίμηση της συμβατότητας, ή μη, των κονιαμάτων αυτών με παραδοσιακά δομικά στοιχεία. Εικόνα 9. Δοκιμές υδατοαπορρόφησης με παράλληλη παρακολούθηση με θερμογραφία υπερύθρου. Οι πρότυπες τοιχοποιίες με ασβεστιτικό και υδραυλικό κονίαμα παρουσιάζουν ανάλογη συμπεριφορά κατά την εξάτμιση και ομοιόμορφη κατανομή της υγρασίας. Αντίθετα, οι πρότυπες τοιχοποιίες με τσιμεντιτικό κονίαμα παρουσίασαν διαφοροποιήσεις στη συσσώρευση της υγρασίας και την ταχύτητα εξάτμισης κατά περιοχές. Από την αποτίμηση της συμβατότητας της μικροδομής των κονιαμάτων στο επίπεδο της τοιχοποιίας, προκύπτει άμεση σχέση μεταξύ του συντελεστή υδατοαπορρόφησης και της ειδικής επιφάνειας. Φαίνεται ότι οι πόροι κάτω από 0.1 μm δεν συμμετέχουν στο φαινόμενο της ρόφησης, όπως προκύπτει από τη μέτρηση του συνολικά ροφούμενου νερού. Επίσης, ενώ παρατηρείται συμβατότητα του εξεταζόμενου λίθου αναφοράς με τα ασβεστιτικά κονιάματα υδραυλικής ασβέστου καθώς και τα κονιάματα με ποζολανικά πρόσθετα, αντίθετα υπάρχει ασυμβατότητα με τα τσιμεντιτικά κονιάματα. Η επιλογή των κατάλληλων συνθέσεων και η συσχέτιση των αποτελεσμάτων μικροδομής και μηχανικών αντοχών, έγιναν με πολυκριτηριακή ανάλυση. Οι στόχοι, στους

20 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 20 οποίους επικεντρώθηκε η ανάλυση ήταν να βρεθεί ποιες από τις ανεξάρτητες ιδιότητες της μικροδομής σχετίζονται τόσο μεταξύ τους όσο και με τις μηχανικές αντοχές και ποιες όχι, και να γίνει προσπάθεια ομαδοποίησης των διάφορων ειδών κονιαμάτων όσον αφορά την συμπεριφορά τους, με κριτήρια τις τιμές των μεταβλητών και τις προδιαγραφές τόσο στη μικροδομή όσο και στις μηχανικές αντοχές. Αποκαλύφθηκε ότι οι μηχανικές αντοχές (εκφραζόμενες από την αντοχή σε θλίψη) σχετίζονται με την ειδική επιφάνεια, ο ολικός ειδικός όγκος συνδέεται με την ειδική επιφάνεια και αντιστρόφως ανάλογα με την πυκνότητα και ότι δεν είναι δυνατή καμία συσχέτιση της μέσης ακτίνας πόρων με τις υπόλοιπες ιδιότητες. Η χρήση των επιλεγμένων συμβατών κονιαμάτων αποκατάστασης προσομοιώθηκε στην συνέχεια στο μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων της Αγιά Σοφιάς. Βάσει των αποτελεσμάτων της μελέτης σχεδιασμού συμβατών κονιαμάτων αποκατάστασης και της προσομοίωσης σεισμικής συμπεριφοράς με το βελτιωμένο μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων έγινε εκτεταμένη αποκατάσταση του μνημείου. Οι προτεινόμενες συνθέσεις έδειξαν ικανοποιητική συμπεριφορά στον μεγάλο σεισμό του Εικόνα 10. Χρήση διαφορετικών υλικών στο μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων της Αγιά Σοφιάς.

21 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΠΙΛΟΤΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΥΜΒΑΤΩΝ ΚΟΝΙΑΜΑΤΩΝ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΓΙΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΤΟΥΣ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Η πιλοτική εφαρμογή συμβατών κονιαμάτων αποκατάστασης για παρακολούθηση της συμπεριφοράς τους στο χρόνο έγινε κατά τη διάρκεια επιστημονικής ερευνητικής επίσκεψης εργασίας ομάδας του ΕΜΠ στην Κωνσταντινούπολη τον Οκτώβριο του Το τμήμα: Η επιλογή συγκεκριμένου τμήματος τοιχοποιίας έγινε με βάση τα προβλήματα που παρουσίαζε. Το συγκεκριμένο τμήμα παρουσίαζε προβλήματα ανερχόμενης υγρασίας, φθαρμένη επιφάνεια από μολυσμένη ατμόσφαιρα, και χρήση ασύμβατων υλικών σε προγενέστερες επεμβάσεις αποκατάστασης, τα οποία προκαλούσαν έντονα φαινόμενα φθοράς. Επίσης, υπήρχε μεγάλη κάθετη σχισμή μεταξύ των πλίνθων και των κονιαμάτων. Εικόνα 11. Πιλοτική εφαρμογή κονιαμάτων αποκατάστασης σε συγκεκριμένη τοιχοποιία της Αγιά Σοφιάς για αποτίμηση της συμπεριφοράς τους. LPMCSCB: κονίαμα με υδράσβεστο και μηλαϊκή γη ως ποζολανικό πρόσθετο και αδρανές μίγμα θραυσμένου κεραμικού και άμμου, HLPBSCB: κονίαμα με φυσική υδραυλική άσβεστο & κεραμάλευρο ως ποζολανικό πρόσθετο και αδρανέ μίγμα θραυσμένου κεραμικού & άμμου, LPPBSCB: κονίαμα με υδράσβεστο και κεραμάλευρο ως ποζολανικό πρόσθετο και μίγμα αδρανών θραυσμένου κεραμικού και άμμου. Τα αποτελέσματα από την εφαρμογή, έδειξαν ικανοποιητική εργασιμότητα των κονιαμάτων αποκατάστασης που εφαρμόστηκαν, ικανοποιητικούς ρυθμούς πήξης, έλλειψη μικρορωγμών κατά την πήξη. Επιπρόσθετα, επί τόπου αποτίμηση με μη καταστρεπτικές μεθόδους (θερμογραφία υπερύθρου, υπερηχοσκόπηση και μικροσκοπία οπτικών ινών) επιβεβαιώνουν τη συμβατότητα, τις ικανοποιητικές αντοχές και την συμβατή μικροδομή των κονιαμάτων που εφαρμόστηκαν με τα ιστορικά υλικά.

22 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΑΠΟΚΑΛΥΨΗ ΕΠΙΧΡΙΣΜΕΝΩΝ ΨΗΦΙΔΩΤΩΝ ΤΗΣ ΑΓΙΑ ΣΟΦΙΑΣ Τα ψηφιδωτά της Αγίας Σοφίας, καλυμμένα σε μεγάλο βαθμό σήμερα από επιχρίσματα, βοηθούν στη μελέτη της εξέλιξης της ψηφιδωτής τέχνης στη Βυζαντινή αυτοκρατορία, καθώς η Κωνσταντινούπολη ήταν το αναμφισβήτητο κέντρο άσκησης αυτής της τέχνης. Τα πρώτα ψηφιδωτά χρονολογούνται από την εποχή του Ιουστινιανού, όλα ανεικονικά. Από την αρχική διακόσμηση έχουν αποκαλυφθεί ελισσόμενοι βλαστοί άκανθος στα σταυροθόλια, στα διαμερίσματα επάνω από το διάδρομο και στο Μικρό Δώμα. Στους τοίχους σημαντικός αριθμός σταυρών μέσα σε μετάλλια ανήκει στα θέματα της ίδιας εποχής με θριαμβικό χαρακτήρα. Τον τρούλο κοσμούσε μόνο ένας μεγάλος σταυρός, όπως γνωρίζουμε από την περιγραφή του Παύλου Σιλεντιαρίου, ενώ οι πλευρές του τρούλου κοσμούνταν από εναλλασσόμενα μοτίβα διαγώνιων σταυρών και διαμαντιών. Μέχρι τον 9 ο αιώνα μ.χ η Αγία Σοφία περιλάμβανε πολύ περιορισμένο αριθμό εικονιστικών θεμάτων και ο διάκοσμός της κυριαρχείται από φυτικά και γεωμετρικά θέματα. Μόνο μερικά ψηφιδωτά με χυμώδεις βλαστούς, τα οποία αποκαλύφτηκαν στο Μικρό Δώμα της Αγίας Σοφίας, μεταξύ των οποίων παρεμβάλλονται μετάλλια με σταυρούς, θα μπορούσαν να συνηγορήσουν υπέρ της άποψης για ύπαρξη εικονιστικών θεμάτων, δηλαδή την αρχική παρουσία προτομών αγίων στα μετάλλια και την αντικατάστασή τους από σταυρούς κατά την περίοδο της εικονομαχίας. Με την πάροδο των χρόνων και μετά τη λήξη της Εικονομαχίας (843 μ.χ) εικονιστικά ψηφιδωτά προστέθηκαν στο αρχικό ανεικονικό ψηφιδωτό πρόγραμμα, αντικατοπτρίζοντας τις προκύπτουσες πολιτικές, θρησκευτικές και τελετουργικές ανάγκες των χρηστών του ναού, αλλά και του ίδιου του κτιρίου. Ωστόσο, η διακόσμηση της Αγίας Σοφίας έχει χαρακτήρα αποσπασματικό, καθώς έγινε σταδιακά σε διαφορετικές περιόδους και από διαφορετικούς καλλιτέχνες και περιλάμβανε κυρίως αναθηματικές παραστάσεις. Η αρχιτεκτονική διάπλαση του εσωτερικού χώρου δεν προσφέρει επιφάνειες κατάλληλες για την ανάπτυξη ενιαίου εικονογραφικού προγράμματος Πρώτο ψηφιδωτό ήταν η Παναγία με το Βρέφος (Παναγία Βρεφοκρατούσα) στην αψίδα (867 μ.χ.). Τα άλλα, που διασώθηκαν εν μέρει, είναι τα ψηφιδωτά των υψηλότερων

23 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 23 επιπέδων -οι αρχάγγελοι στο τόξο πάνω από το βήμα, τα σεραφείμ στα σφαιρικά τρίγωνα και οι Πατέρες της Εκκλησίας στις ρηχές κόγχες στα πόδια των τύμπανων-, τα οποία ακολούθησαν αμέσως μετά. Το ίδιο πιθανόν να ισχύει και για το ψηφιδωτό (π.912 μ.χ.), που βρίσκεται πάνω από την Αυτοκρατορική Πύλη του νάρθηκα, το οποίο απεικονίζει στο κέντρο το Χριστό πάνω σε ένα λυρόσχημο θρόνο και στα πόδια του ένα γονυπετή αυτοκράτορα (Λέοντας ΣΤ ). Εικόνα 12. Αντιπροσωπευτικά ψηφιδωτά της Αγιά Σοφιάς από διάφορες περιόδους: (άνω αριστερά) ψηφιδωτό (π.912 μ.χ.), που βρίσκεται πάνω από την Αυτοκρατορική Πύλη του νάρθηκα, το οποίο απεικονίζει στο κέντρο το Χριστό πάνω σε ένα λυρόσχημο θρόνο και στα πόδια του ένα γονυπετή αυτοκράτορα (Λέοντας ΣΤ ). (κάτω αριστερά) Η παράσταση με τους δύο αυτοκράτορες Ο Ιουστινιανός προσφέρει το ομοίωμα της εκκλησίας και ο Μέγας Κωνσταντίνος το ομοίωμα της Πόλης με τείχη στην ένθρονη Βρεφοκρατούσα (1000 μ.χ.). (δεξιά) Η Παναγία με το Βρέφος (Παναγία Βρεφοκρατούσα) στην αψίδα (867 μ.χ..) Τα ψηφιδωτά του τρούλου της Αγιά Σοφιάς, έχουν υποστεί αλλεπάλληλες επεμβάσεις, είτε στο πλαίσιο ανακατασκευής του τρούλου μετά από μερική κατάρρευση αυτού, είτε στο πλαίσιο συντήρησης. Χαρακτηριστικές περιοχές του τρούλου της Αγιά Σοφιάς είναι: τα ψηφιδωτά του 6 ου αιώνα (στο βόρειο και το νότιο τμήμα του τρούλου), τα ψηφιδωτά του 10 ου αιώνα (στο δυτικό τμήμα του τρούλου), τα ψηφιδωτά του 14 ου αιώνα (στο ανατολικό τμήμα του τρούλου), οι επιφάνειες της αποκατάστασης των Fossati ( ), και οι επιφάνειες της αποκατάστασης Vakif (μετά το 1910).

24 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 24 Εικόνα 13. Τα ψηφιδωτά του τρούλου της Αγιά Σοφιάς. Στα ψηφιδωτά του 6 ου αιώνα οι ψηφίδες είναι αρκετά ομοιόμορφες και συμμετρικές στο μέγεθος (6 mm x 7 mm κατά μέσο όρο). Οι χρυσές και ασημένιες ψηφίδες είναι τύπου sandwich και διαθέτουν υψηλή ποιότητα όσον αφορά στα υλικά και στην τεχνική της κατασκευής. Το παχύτερο στρώμα γυαλιού που βρίσκεται στη βάση των χρυσών ψηφίδων έχει το χαρακτηριστικό χρώμα του κεχριμπαριού, ενώ η επιφανειακή λεπτή στοιβάδα γυαλιού είναι διαφανής για να φαίνονται τα τουλάχιστον δύο φύλλα χρυσού που τοποθετούνταν ανάμεσά τους. Οι χρυσές ψηφίδες αυτής της περιόδου τοποθετούνταν με πολύ πυκνή διάταξη, περίπου 180 ψηφίδες ανά 100 cm 2, προκαλώντας μεγάλη ανάκλαση του φωτός, ενώ η διάταξη των ασημένιων ήταν λίγο πιο αραιή, 160 ψηφίδες ανά 100 cm 2 Το μ.χ, κάτω από την επίβλεψη του Αρμένιου αρχιτέκτονα Τrdat, αποκαταστάθηκε το δυτικό τεταρτοσφαίριο του τρούλου, το οποίο είχε καταρρεύσει μετά από σεισμό. Στο πλαίσιο αυτής της επέμβασης αποκαταστάθηκε σε αυτήν την περιοχή και ο ψηφιδωτός διάκοσμος του τρούλου, σύμφωνα με τα σχέδια του αρχικού διακόσμου του 6ου αιώνα. Στα ψηφιδωτά της περιόδου αυτής υπάρχουν αρκετά στοιχεία που πιστοποιούν την επανάχρηση των υλικών του 6 ου αιώνα, ενώ χρησιμοποιήθηκαν σαν διακοσμητικά

25 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 25 στοιχεία θαμπές γυάλινες ψηφίδες διάφορων χρωματισμών (μπλε, πράσινες, πορφυρές). Οι χρυσές ψηφίδες αυτής της περιόδου τοποθετούνταν με πιο αραιή διάταξη, περίπου 160 ψηφίδες ανά 100 cm 2, με αποτέλεσμα η ανάκλαση του φωτός να μειώνεται κατά 10%, ενώ η διάταξη των ασημένιων παρέμεινε ίδια, 160 ψηφίδες ανά 100 cm 2. Το , κάτω από την επίβλεψη των αρχιτεκτόνων Astras και Peralta, αποκαταστάθηκε το ανατολικό τεταρτοσφαίριο του τρούλου, το οποίο κατάρρευσε μετά από σεισμό. Στο πλαίσιο αυτών των εργασιών, αποκαταστάθηκε ο ψηφιδωτός διάκοσμος σε αυτήν την περιοχή, ακολουθώντας τα υπάρχοντα μοτίβα. Στα ψηφιδωτά της περιόδου αυτής η ποιότητα όσον αφορά στα υλικά και στην τεχνική της κατασκευής είναι σαφώς υποβαθμισμένη αφού σε αυτήν την περίοδο παρακμάζει τόσο η παραδοσιακή τεχνική κατασκευής ψηφιδωτών, όσο και η οικονομία. Η διάταξη των ψηφίδων είναι πολύ αραιή (για τις χρυσές περίπου 140 ψηφίδες ανά 100 cm 2, με αποτέλεσμα η ανάκλαση του φωτός να μειώνεται κατά 25%, ενώ για τις ασημένιες 40 ανά 100 cm 2 ) και ο προσανατολισμός τους ακανόνιστος. Για την ανακατασκευή και συμπλήρωσή τους χρησιμοποιήθηκαν διάφοροι τύποι θολών γυάλινων ψηφίδων πράσινου, κόκκινου και καφέ χρωματισμού, ενώ οι μπλε ψηφίδες είναι σπάνιες και υποκαταστάθηκαν από μαύρες. Ψηφίδες λευκού μαρμάρου υποκατέστησαν τις ασημένιες, ενώ επαναχρησιμοποιήθηκαν χρυσές ψηφίδες του 6ου αιώνα ακόμα και όταν είχε αποκολληθεί η διαφανής λεπτή επιφανειακή στοιβάδα γυαλιού και τα φύλλα χρυσού. Μετά την άλωση της Κωνσταντινούπολης το 1453 μ.χ, η εκκλησία μετατράπηκε σε τζαμί και τα ψηφιδωτά καλύφθηκαν με ασβεστόνερο και ασβέστη. Παρέμειναν καλυμμένα για 400 χρόνια, ώσπου οι Ελβετοί αρχιτέκτονες Gaspare και Giuseppe Fossati τα απεκάλυψαν προσωρινά το 1848 και Μεγάλης έκτασης αποκατάσταση του τρούλου, και γενικότερα του εσωτερικού του ναού, έγινε από τους Ελβετούς Αρχιτέκτονες Gaspare και Giuseppe Fossati από το Οι επεμβάσεις αυτές περιελάμβαναν τη χρήση λαδιού ώχρας ή τέμπερας σε υπόστρωμα γύψου, ή ασβέστη, τα οποία επικαλύπτονταν με φύλλα χρυσού (απομίμηση χρυσών ψηφίδων). Το κόκκινο αποτύπωμα τοποθετήθηκε για να αποδοθούν τα όρια των ψηφί-

26 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 26 δων. Οι επιφάνειες αυτές επικαλύφθηκαν με βερνίκι λάκας για να αποδοθεί η λαμπρότητα και η γυαλάδα των αυθεντικών ψηφιδωτών. Ο σεισμός του 1894, ο οποίος προκάλεσε μεγάλη καταστροφή στην Κωνσταντινούπολη, επηρέασε και την Αγιά Σοφιά. Το αποτέλεσμα ήταν μία νέα επέμβαση, η αποκαλούμενη ως επέμβαση Vakif. Έγινε συντήρηση και εκ νέου κάλυψη με επίχρισμα των ψηφοθετημένων επιφανειών, στις οποίες είχε κατάρρευση η επικάλυψη. Οι δεύτερες επεμβάσεις αποκατάστασης (αποκατάσταση Vαkif, δηλαδή Ίδρυμα στα Τουρκικά) πραγματοποιήθηκαν στον τρούλο (και γενικότερα στο εσωτερικό του ναού), από το Central Directorate of Pious Foundations μετά το Το επίχρισμα αυτής της δεύτερης αποκατάστασης επικαλύπτεται με αδιαφανή κίτρινη χρωστική σε κολλώδες μέσο, ενώ τα αποτυπώματα που αποδίδουν τα όρια των ψηφίδων, (ακολουθήθηκε η λογική Fossati), έχουν διπλάσιο σχεδόν μέγεθος. Το επιζωγραφισμένο αυτό επίχρισμα επικάλυψε ψηφιδωτά και επιχρίσματα Fossati, ενώ συμπλήρωσε τα κατεστραμμένα τμήματα της αποκατάστασης Fossati. Μεταξύ των ετών 1931 και 1949, τα ψηφιδωτά αποκαλύφτηκαν και συντηρήθηκαν από το προσωπικό του Βυζαντινού Ινστιτούτου. Η συντήρηση των αδελφών Fossati τον 19 ο αιώνα και η στερέωση και ο καθαρισμός από το Βυζαντινό Ινστιτούτο τον 20 ο αιώνα ήταν ανεκτίμητες εργασίες για τη διατήρηση των ψηφιδωτών και την απελευθέρωση πληροφοριών για αυτά. Οι εργασίες συντήρησης σήμερα διεξάγονται από μία διεθνή ομάδα ειδικών κάτω από την αιγίδα της UNESCO. Η χρήση μη καταστρεπτικών τεχνικών για τη στρωματογράφηση και την εξέταση της συμβατότητας επεμβάσεων συντήρησης σε ψηφιδωτά είναι επιθυμητή, καθώς δεν προκαλούνται φθορές στα ψηφιδωτά, είναι γρήγορες στην εφαρμογή τους, εύκολα εφαρμόσιμες επί τόπου στο μνημείο, επαληθεύουν τα αποτελέσματα των καταστρεπτικών μεθόδων και έχουν εφαρμοστεί με επιτυχία στο παρελθόν σε παρόμοιες περιπτώσεις. Απαραίτητη προϋπόθεση για την επιτυχή χρήση των μεθόδων αυτών ήταν η πιλοτική εφαρμογή σε εργαστηριακή κλίμακα, με στρωματογραφική ανάλυση πρότυπων επιχρισμένων επιφανειών. Η προτυποποίηση αυτή ολοκληρώθηκε επιτυχώς στο Εργαστήριο Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών.

27 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 27 Σχήμα 3. Περιγραφή πρότυπων επιχρισμένων δοκιμίων που χρησιμοποιήθηκαν για την προτυποποίηση της στρωματογραφικής ανάλυσης με μη καταστρεπτικές μεθόδους. Εικόνα 14. Χρήση υπέρυθρης θερμογραφίας για την αποκάλυψη πρότυπου ψηφιδωτού με χρυσό. Τα θερμά χρώματα υποδηλώνουν την ύπαρξη χρυσού, λόγω της χαμηλότερης έντασης απορρόφησης (υψηλή ανακλασιμότητα) του υλικού (χρυσού). Εικόνα 15. Χρήση υπερηχοσκόπησης για την αποκάλυψη πρότυπου ψηφιδωτού. Η μεταβολή στη κλίση της καμπύλης απόστασης χρόνου, υποδεικνύει την ύπαρξη δύο στρωμάτων από διαφορετικό υλικό. Η μέτρηση (από το διάγραμμα) του πάχους του πρώτου στρώματος (επιχρισμάτων) είναι 2.7 cm. Το πραγματικό πάχος του πρώτου στρώματος είναι 2.5 cm.

28 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 28 Στο πλαίσιο της επιστημονικής - ερευνητικής επίσκεψη εργασίας ομάδας του ΕΜΠ στην Κωνσταντινούπολη, τον Οκτώβριο του 2000, έγινε ολοκληρωμένη σάρωση και διερεύνηση των επιχρισμένων επιφανειών και των μωσαϊκών στο εσωτερικό της Αγιά Σοφιάς, (Νάρθηκας, Γυναικωνίτης, Τρούλος) με χρήση μη καταστρεπτικών τεχνικών, με σκοπό την αποκάλυψη των αυθεντικών ψηφιδωτών και την ανάπτυξη κριτηρίων και μεθοδολογίας για τη συντήρηση και διατήρηση των ψηφιδωτών του μνημείου. Χρησιμοποιήθηκαν σειρά μη καταστρεπτικών μεθόδων: Θερμογραφία υπερύθρου, μικροσκοπία οπτικών ινών, υπερηχοσκόπηση, υγρομετρικές μετρήσεις, χρωματόμετρο, διανυσματικός αναλυτής δικτύων με μικροκύματα, και γεωραντάρ. Εικόνα 16. Εφαρμογή μη καταστρεπτικών μεθόδων για την ολοκληρωμένη σάρωση και διερεύνηση των επιχρισμένων επιφανειών και των μωσαϊκών στο εσωτερικό της Αγιά Σοφιάς κατά την επιστημονική ερευνητική επίσκεψη εργασίας ομάδας του ΕΜΠ στην Κωνσταντινούπολη. Οι επιφάνειες εφαρμογής των μη καταστρεπτικών τεχνικών στον τρούλο του ναού βρίσκονται όλες στο βορειοδυτικό τμήμα του (μεταξύ της 19 ης και 30 ης νεύρωσης), όπου απαιτούνται ψηφιδωτά του 6 ου και 10 ου αιώνα, καθώς και επιφάνειες των αποκαταστάσεων Fossati και Vakif.

29 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 29 Η επιφάνεια ΕΤ είναι χαρακτηριστική των επεμβάσεων Vakif και βρίσκεται ανάμεσα στη 19η και 20η νεύρωση, 16m από το κέντρο του τρούλου. Η επέμβαση συντήρησης Vakif μπορεί να χαρακτηρισθεί ασύμβατη, λόγω της διαφορετικής διαπερατότητας σε υγρό ατμούς μεταξύ της χρωματικής επίστρωσης Vakif και της δομής του ψηφιδωτού. 17. Εικόνα 17. Η περιοχή ΕΤ στον τρούλο. µ 4.. ( ) Vakif µ µ m/sec) ( ) µµ 590 m/sec), ( ) µ ( µ ) Σχήμα 4. Χρήση υπερηχοσκόπησης στην περιοχή ΕΤ2 της επιφάνειας ΕΤ. Αποκαλύπτονται τρεις διαφορετικές ζώνες: (Μπλε) Vakif χρωματικό στρώμα (μέση ταχύτητα 1600 m/sec) (Κόκκινο) Επικαλυμμένο ψηφιδωτό (μέση ταχύτητα 590 m/sec), (Μαύρο) Περιοχή με αποκόλληση ή απουσία ψηφίδων (πολύ χαμηλή ταχύτητα).

30 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 30 Εικόνα 18. Χρήση θερμογραφίας υπερύθρου σε περιοχή της επιφάνειας Ε Τ. Ύπαρξη ενός επικαλυμμένου στρώματος- σκουρότερες περιοχές (χαμηλότερη θερμοκρασία). Περιοχές με αποκόλληση ψηφιδωτού πιο ανοιχτόχρωμες περιοχές (υψηλότερη θερμοκρασία). Μια μεταλλική καρφίδα στη ζώνη από cm. Η επιφάνεια Ψ Τ βρίσκεται σε απόσταση 7 μέτρων από το κέντρο του τρούλου. Αποτελείται από ψηφιδωτά του 6ου και 10ου αιώνα καθώς και επίχρισμα αποκατάστασης Fossati μεταξύ των διεπιφανειών. Γίνεται φανερή η διαφορετική ποιότητα της τεχνικής κατασκευής των ψηφιδωτών (επαλήθευση των ιστορικών δεδομένων), καθώς και ο εντοπισμός των διαβρωμένων περιοχών στο ψηφιδωτό του 10ου αιώνα. Κατά την εξέταση του επιχρίσματος αποκατάστασης Fossati η ανάπτυξη των μακροσκοπικά παρατηρούμενων μικρών ρωγμών ανιχνεύτηκε. Το ψηφιδωτό που αποκαλύφθηκε μετά την απόσπαση του επιχρίσματος Fossati έχει υποστεί έντονη επιφανειακή φθορά, αποκαλύπτοντας την ασύμβατη επέμβαση συντήρησης. Εικόνα 19. Η περιοχή Ψ Τ στον τρούλο.

31 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 31 Σχήμα 5. Χρήση υπερηχοσκόπησης στην επιφάνεια Ψ Τ. Η ταχύτητα υπερήχων στο ψηφιδωτό του 6 ου αιώνα 1650 m/sec, ενώ στο ψηφιδωτό του 10 ου αιώνα 1380 m/sec. Επιβεβαίωση των ιστορικών δεδομένων ότι το ψηφιδωτό του 6 ου αιώνα είναι πιο συμπαγές από του 10 ου. Η επιφάνεια Ψ ΚΤ βρίσκεται στην νεύρωση σε απόσταση 21 μέτρων από το κέντρο του τρούλου. Αποτελεί χαρακτηριστική επιφάνεια αποσπασμένου ψηφιδωτού. Η παρουσία υγρασίας και διαλυτών αλάτων αποτελούν τους κύριους παράγοντες φθοράς για το ψηφιδωτό, παράγοντες, οι οποίοι ευνοούνται από την ασυμβατότητα της επέμβασης συντήρησης Fossati. Εικόνα 20. Χρήση γεωραντάρ στην περιοχή Ψ Τ. Διακρίνεται μία ρηγματωμένη επιφάνεια στην περιοχή του επιχρυσωμένου επιχρίσματος Fossati. Συνεπώς, η ρωγμή που διακρίνεται στη φωτογραφία της επιφάνειας Ψ Τ πρέπει να έχει εξελιχθεί σε πολλαπλά ρηγματωμένη περιοχή. Παρατηρείται επίσης, μία ασυνέχεια (ρωγμή κενό) στο ψηφιδωτό του 10 ου αιώνα, η οποία δε διακρίνεται μακροσκοπικά.

32 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 32 Εικόνα 21. Χρήση υπέρυθρης θερμογραφίας στην περιοχή Ψ ΚΤ. Το θερμογράφημα απεικονίζει τη διεπιφάνεια μεταξύ του ψηφιδωτού του 10 ου αιώνα και του επιχρίσματος αποκατάστασης Fossati. Η ψυχρή ζώνη (μπλε χρώμα) που ανιχνεύεται προκαλείται από την τριχοειδή υγρασία και αντιστοιχεί στην επιχρισμένη επιφάνεια αποκατάστασης Fossati. Η περιοχή με πράσινο χρώμα αντιπροσωπεύει το μέρος του ψηφιδωτού που επηρεάζεται άμεσα από τη μεταφορά του νερού και των διαλυτών αλάτων, που προέρχονται από την επιχρισμένη επιφάνεια. Για το λόγο αυτό έχει μειωμένες τιμές θερμοκρασίας, συγκρίνοντας με το υπόλοιπο τμήμα του ψηφιδωτού. Ένα κενό, το οποίο δεν διακρίνεται μακροσκοπικά, παρατηρείται στην πάνω αριστερή γωνία του θερμογραφήματος. 8. ΕΠΙΤΕΥΓΜΑΤΑ ΤΗΣ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑΣ Στο πλαίσιο της συνεργασίας αυτής επετεύχθησαν σημαντικά αποτελέσματα, τα οποία και αξιοποιήθηκαν για τη συντήρηση και αντισεισμική προστασία του Μνημείου, όπως : q Τοποθέτηση αισθητήρων σεισμικής δραστηριότητας στην Αγιά Σοφιά για την αποτίμηση της σεισμικής απόκρισης του μνημείου (BU-KOERI). q Διεπιστημονική μελέτη της δυναμικής συμπεριφοράς και της σεισμικής απόκρισης του μνημείου της Αγιά Σοφιάς. Εφαρμόστηκαν μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων σε συνδυασμό με τα δεδομένα των μελετών σχετικά με τα υλικά (ΕΜΠ) και των γεωτεχνικών μελετών (BU-KOERI) για το χαρακτηρισμό της αντοχής, της ακαμψίας και της θεμελίωσης και την πρόβλεψη της συμπεριφοράς του μνημείου σε σεισμική καταπόνηση έως 7R. (Πανεπιστήμιο Princeton). q Παράλληλες μελέτες των υλικών σημαντικών βυζαντινών μνημείων της Κωνσταντινούπολης, όπως οι Ναοί των Αγίων Σεργίου και Βάκχου και της Αγίας Ειρήνης, ενώ συγκριτική μελέτη των υλικών με τη Μεγάλη Βασιλική της Ρόδου

33 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 33 απέδειξε τη κοινή τεχνολογία κατασκευής και την προέλευση από εκεί των πρώτων υλών, που χρησιμοποιήθηκαν για την ανακατασκευή του Τρούλου της Αγιά Σοφιάς το 557 μ.χ. (ΕΜΠ). q Μελέτη για το χαρακτηρισμό και τη διάγνωση της φθοράς των ιστορικών υλικών της Αγιά Σοφιάς (ΕΜΠ). q Τα αυθεντικά κονιάματα, που αποσαθρώθηκαν από τις συνεχείς καταπονήσεις, τη φθορά του χρόνου και τη διάβρωση λόγω της θαλασσινής και διαβρωμένης ατμόσφαιρας, έπρεπε να συμπληρωθούν ή και να αντικατασταθούν. Η διεπιστημονική ομάδα ως προς το θέμα αυτό συνέστησε την αποφυγή της χρήσης κονιαμάτων από τσιμέντο ή μίγματα πολυμερών λόγω αφενός του υψηλού επιπέδου διαλυτών αλάτων, αφετέρου της ασυμβατότητας τους με τα αυθεντικά δομικά υλικά που απεδείχθη ότι αυξάνουν την τρωτοτήτα του μνημείου σε σεισμική καταπόνηση. q Η εξωτερική αποκάλυψη της αυθεντικής τοιχοποιίας του μνημείου άρχισε το Μάρτιο του 1994 με κοινή εκτίμηση της Διεπιστημονικής Ομάδας και πρόταση προς την Εφορεία Έργων της Αγιά Σοφιάς, ως αναγκαιότητα για την επέμβαση αποκατάστασης και συμπλήρωσης των συνδετικών κονιαμάτων και συνεχίζεται μέχρι σήμερα, που βαίνει προς ολοκλήρωση. q Προσομοίωση της συμπεριφοράς του μνημείου με τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων σε σεισμική καταπόνηση 7R, με βάση τα προτεινόμενα κονιάματα αποκατάστασης, έδωσε ικανοποιητικά αποτελέσματα (Princeton University). q Πιλοτική εφαρμογή κονιαμάτων αποκατάστασης σε τοιχοποιίες που υπέδειξαν οι αρμόδιες αρχές της Αγιά Σοφιάς, για τη συνεχή μέτρηση και παρακολούθηση της συμπεριφοράς τους σε σεισμική καταπόνηση (ΕΜΠ, BU-KOERI). q Παρασκευή συμβατών κονιαμάτων αποκατάστασης που να προσομοιώνουν τα ιστορικά κονιάματα της Αγιά Σοφιάς, που απεδείχθησαν εξόχως ανθεκτικά στις πρόσφατες σεισμικές καταπονήσεις (ΕΜΠ, Εργοτάξιο Αγιά Σοφιάς). q Επί τόπου εφαρμογές μη καταστρεπτικών μεθόδων εξέτασης σε επιλεγμένες επιχρισμένες επιφάνειες στο εσωτερικό του μνημείου της Αγιά-Σοφιάς στην Κωνσταντινούπολη, και ειδικότερα στο Νάρθηκα, στις Γαλαρίες-Γυναικωνίτη και στον Τρούλο,