Original paper

Sandstones from Gottingen: its use, weathering behaviour and consolidation approaches a case study from the Bartholomaus cemetery

Kracke, Tobias; Mü ller, Christian; Krinninger, Stefanie; Wedekind, Wanja; Rü drich, Jö rg; Siegesmund, Siegfried

Abstract

The Bartholomäus cemetery is one of the most important grave fields in Göttingen considering the 18th and 19th century. The monuments were mostly sculptured of dimensional stones of the local Buntsandstein quarries. The analysis of the historic graphic material clearly evidences that the tombstones show intensive damages not only caused by exposition and weathering. Unclear was so far, to which extend superficial damages reached in the stones' interior or if the rock material itself is of lower quality due to the mineralogical composition and rock fabrics. Thus, a damage mapping based on phenomenological assessments, petrophysical tests and mineralogical investigations was carried out. The most significant deterioration phenomena were caused by the salt loading and hygric dilatation. The outcome from the quantified damage data refer to the highest decay scenario on the northeastern sides of the monuments. To optimise stone consolidation it was necessary to understand how the stone consolidants affect the weathering mechanisms and thus if they are compatible with the stone. For the investigations, four different types of Bundsandstein were selected. For preservation approaches, two consolidation agents were applied: silicic acid ester and acrylic resin. To constrain the effect of the treatment several petrophysical properties like the porosity, pore radii distribution, capillar water absorption, tensile strength and ultrasonic wave velocities were analysed on both weathered and consolidated samples. These data were also compared with thermal and hygric expansion results as well as under frost action. The results from the consolidation concerning practical application clearly give evidence that the treatment with acrylic resin is less sustainable compared to those sandstones treated with silicic acid ester.

Kurzfassung

Die Grabmale des Bartholomäus-Friedhofs in Göttingen repräsentieren kunstgeschichtlich hochwertige Monumente, die zudem an herausragende Persönlichkeiten der Stadt- und Universitätsgeschichte des 18. und 19. Jahrhunderts erinnern. Regional gewonnener Buntsandstein, der heute zum Teil extreme Schädigungen aufweist, stellt das Hauptbaumaterial dar. Diese Schäden werden nicht nur durch die Exposition und Umwelteinflüsse verursacht, sondern begründen sich vor allem in den individuellen Eigenschaften des Gesteins selbst. Zur Erfassung der Schadensphänomene und ihrer Ursachen fanden umfangreiche Schadenskartierungen an den Objekten statt. Diese ergaben, dass die Schäden der Objekte im Wesentlichen auf lokale Salzbelastungen sowie auf das ausgeprägte Quellverhalten des Sandsteins zurückzuführen sind. In Verbindung mit der bevorzugten Bewitterung aus westlicher Richtung konzentrieren sich die Verwitterungsphänomene auf den nordöstlichen Seiten der Grabmale. Begleitende Laboruntersuchungen fokussierten auf die Überprüfung der Verträglichkeit des Buntsandsteins mit handelsüblichen Konsolidierungsmitteln. Hierzu kamen ein Kieselsäureester und ein Acrylharz zum Einsatz. Beurteilt wurde die Kompatibilität anhand von Untersuchungen zu ausgewählten petrophysikalischen Eigenschaften sowie zum Dehnungsverhalten. Die Analytik (Porosität, Porenradienverteilung, kapillare Wasseraufnahme, Spaltzugfestigkeit, Ultraschallgeschwindigkeit und thermisch, hygrisch sowie durch Frost induzierte Dilatation) erfolgte an vier dem unterschiedlichen Gesteinsmaterial des Friedhofs entsprechenden Buntsandsteinvarietäten. Um die Wirksamkeit der Festigung zu prüfen, wurde das Material im konsolidierten und natürlich belassenen Zustand untersucht. Die im Labor erfolgten Analysen an modellhaft konsolidierten Sandsteinproben zeigen in Bezug auf eine praktische Anwendung, dass das Acrylharz im Gegensatz zum Kieselsäureester negativ zu bewertende Auswirkungen auf die Materialeigenschaften und das Verwitterungsverhalten des Göttinger Buntsandsteins hat.

Keywords

bartholomaus cemetery gottingenbuntsandsteinconsolidationdamage phenomenapetrophysical propertiesfabricweathering behaviour