Sebbene sia da sempre risaputo che antichi romani erano maestri dell’ingegneria – costruendo vaste reti di strade, acquedotti, porti e imponenti edifici, i cui resti sono sopravvissuti per due millenni – i segreti della longevità di queste strutture sono stati avvolti da un affascinante mistero:
il famoso Pantheon di Roma, che ha la cupola in cemento non armato più grande del mondo ed è stato dedicato nel 128 d.C., è ancora intatto e alcuni antichi acquedotti romani ancora oggi forniscono acqua alla Capitale italiana. Nel frattempo, molte moderne strutture in cemento si sono sgretolate dopo pochi decenni. Mentre gli edifici moderni vanno in pezzi nel giro di decenni, nella migliore delle ipotesi, gli antichi monumenti romani hanno resistito alla prova del tempo per millenni. Ora sappiamo perché:
perché i loro costruttori hanno utilizzato un cemento che può “guarire se stesso” semplicemente essendo esposto all’acqua! Questa è l’incredibile scoperta effettuata da un gruppo di ricercatori degli Stati Uniti d’America. La nuova visione della resilienza del calcestruzzo romano non solo spiega come le strutture che vanno dal Pantheon a Roma al porto marittimo di Cesarea in Israele siano ancora in piedi circa 2000 anni dopo la costruzione. Ci offre anche un percorso per ridurre l’impronta di carbonio della moderna produzione di cemento, che rappresenta fino all’8% delle emissioni globali di gas serra, affermano Linda Seymour del MIT di Boston e colleghi in uno studio pubblicato venerdì su Science Advances . Lo studio si basa su ricerche precedenti che hanno esaminato antichi moli e frangiflutti per dimostrare che i romani aggiungevano cenere vulcanica alla loro malta per rendere il calcestruzzo altamente resiliente, in particolare quando veniva a contatto con l’acqua di mare.
Come e perché ciò sia accaduto non era del tutto chiaro fino ad ora, afferma il prof. Admir Masic, uno scienziato dei materiali del MIT e capo del team che studia il cemento dell’antica Roma. Il cemento moderno è una miscela di sabbia, ghiaia, acqua e il cosiddetto cemento Portland, che a sua volta viene prodotto bruciando calcare, argilla e altri materiali in forni che raggiungono temperature superiori ai 1.400 gradi centigradi. Questo processo rilascia quasi una tonnellata di anidride carbonica che provoca cambiamenti climatici per tonnellata di cemento prodotta. Crea anche una miscela molto omogenea che non sopporta bene le crepe e può sgretolarsi dopo pochi decenni.
Il cemento romano è meno uniforme della sua controparte moderna e contiene minuscoli granuli di calcio bianco, chiamati clasti di calce, che inizialmente non si dissolvono ma rimangono intrappolati nel materiale simile alla roccia. “Da quando ho iniziato a lavorare con il cemento dell’antica Roma, sono sempre stato affascinato da queste caratteristiche”, afferma Masic. “Questi non si trovano nelle moderne formulazioni concrete, quindi perché sono presenti in questi materiali antichi?” Una volta ritenuti un’imperfezione, i clasti di calce sono in realtà la chiave per sbloccare le proprietà autorigeneranti del calcestruzzo romano, hanno scoperto i ricercatori.
“L’idea che la presenza di questi clasti calcarei fosse semplicemente attribuita a uno scarso controllo di qualità mi ha sempre infastidito”, afferma Masic. “Se i romani si sono impegnati così tanto per realizzare un materiale da costruzione eccezionale, seguendo tutte le ricette dettagliate che erano state ottimizzate nel corso di molti secoli, perché avrebbero dovuto impegnarsi così poco per garantire la produzione di un prodotto finale ben miscelato? ? Ci deve essere di più in questa storia”.
Masic e il suo team hanno raccolto campioni di calcestruzzo da Privernum, un antico insediamento a 100 chilometri a sud di Roma, e hanno studiato la composizione della malta mediante microscopia elettronica e spettroscopia a raggi X. Le crepe nel cemento erano state riempite con carbonato di calcio, la stessa sostanza trovata nei clasti, hanno notato i ricercatori. Hanno concluso che i Romani hanno fatto il loro calcestruzzo attraverso un processo chiamato miscelazione a caldo . Ciò comporta la miscelazione di sabbia, cenere vulcanica e calce viva (cioè calcare bruciato) e quindi l’aggiunta di acqua. L’idratazione provoca una reazione chimica tra la calce e l’acqua che innalza la temperatura della miscela fino a 200 gradi – da qui il termine “caldo” – e provoca anche la formazione di minuscoli pezzi di calce residua.
Se il calcestruzzo alla fine sviluppa crepe, l’acqua (pioggia sulla terraferma o acqua di mare) scorre attraverso le fessure e dissolve il calcio nei clasti di calce. Il calcio quindi precipita e si ricristallizza lungo le fessure, alla fine sigillandole, spiega Masic. Per confermare la loro teoria, i ricercatori hanno realizzato cilindri di cemento di ispirazione romana prodotti con la tecnica di miscelazione a caldo che credevano fosse usata nell’antichità. Una volta che il cemento si è solidificato, hanno rotto i cilindri e separato le due metà di una distanza di 0,5 millimetri, lasciandole sotto l’acqua corrente. Ed ecco, tra una e tre settimane le crepe sono state sanate, mentre i cilindri di controllo realizzati con cemento moderno sono rimasti rotti, riferiscono Masic e colleghi.
Gli indizi che questa era la chiave per la forza del mortaio romano sono presenti nella documentazione storica. Un processo che rilascia “calore latente” nella produzione del calcestruzzo è descritto dall’architetto e ingegnere romano Vitruvio , ma questa è la prima volta che siamo stati in grado di identificare la tecnica utilizzata e riprodurre la notevole resistenza del calcestruzzo romano, afferma Masic. “Recentemente sono stati condotti numerosi studi su antiche strutture in calcestruzzo romane sulla terraferma e in mare, che dimostrano che i materiali vulcanici e i clasti di calce nel calcestruzzo reagiscono nel tempo con i fluidi interni“, afferma la prof.ssa Marie Jackson, geologa e geofisica presso il University of Utah la cui ricerca si concentra sul cemento romano antico.
“Da questi fluidi precipitano diversi cementi minerali, rinforzando il calcestruzzo per tutta la sua lunga durata“, afferma Jackson, che non ha preso parte all’ultimo studio. Lo sforzo di Masic e del suo team “è uno studio molto interessante, eppure si concentra su un sistema chimico che costituisce solo una piccola parte della straordinaria resilienza dei calcestruzzi architettonici dell’antica Roma e delle strutture marittime in cemento costruite nel Mediterraneo con la calce e roccia vulcanica”, dice.
Mentre molte strutture moderne sono già fatiscenti, gli acquedotti di Roma forniscono ancora oggi acqua alla Città Eterna; il Pantheon, coperto dalla più grande cupola di cemento non armato del mondo, è intatto; ei frangenti del porto di re Erode a Cesarea, a nord di Tel Aviv, non cedono alle onde nemmeno dopo 2000 anni. C’erano altri trucchi ingegneristici e processi di autoriparazione all’opera in tali monumenti, ma l’uso della miscelazione a caldo e la presenza di clasti di calce nel calcestruzzo erano certamente fattori chiave nella durabilità delle strutture romane, sostiene Masic:
I romani non capivano necessariamente la chimica alla base della resilienza del loro cemento, ma hanno creato questa ricetta dopo secoli di prove ed errori per costruire strutture più robuste, in particolare in mare, e una volta trovato qualcosa che funzionava bene, l’hanno mantenuto. dice. Mentre i ricercatori hanno campionato il cemento da un singolo sito, Masic afferma di essere fiducioso che la malta prelevata da Privernum sia rappresentativa del calcestruzzo romano. In ogni caso, sono già in corso studi sui materiali da costruzione provenienti da altri siti romani per confermare i primi risultati della sua squadra, aggiunge. Masic è anche cofondatore di DMAT, un’azienda che mira a commercializzare prodotti in cemento più sostenibili ispirati alle antiche tecniche romane.
Se i moderni produttori di cemento fanno come i romani, potremmo avere edifici più durevoli e ridurre l’impronta di carbonio dell’industria del calcestruzzo, dice il professore del MIT. La produzione di calce viva da utilizzare nella miscelazione a caldo richiede temperature inferiori rispetto al normale cemento Portland, il che significa bruciare meno combustibile nei forni. E poi c’è il fattore durata. “Se raddoppiamo o triplichiamo la durata dei materiali a base di cemento, avremo bisogno di meno materiali per un tempo più lungo e saremo in grado di mitigare in modo significativo le emissioni della produzione di calcestruzzo”, afferma Masic.
Il link allo studio scientifico qui: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add1602
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