Calcestruzzo romano

Il calcestruzzo romano è una malta di calce costipata intorno a pietre o pezzi di mattone; nella sua forma più nota la malta contiene cenere vulcanica. La cenere lo fa indurire anche sott'acqua; ha sorretto le volte di Roma, i suoi porti e la cupola non armata del Pantheon, ancora la più grande del suo genere.

Che cos’è

Il calcestruzzo romano, l’opus caementicium, è una massa di frammenti di pietra legati da una malta di calce che, in molte opere romane, conteneva cenere vulcanica. I Romani chiamavano quei frammenti caementa, parola da cui viene «cemento». Dal II secolo a.C. permise di innalzare muri, volte e cupole di dimensioni che la sola pietra squadrata non raggiungeva, a costi minori e con manodopera meno specializzata.

Due cose lo distinguono da una semplice malta di calce: la cenere vulcanica, che gli permette di indurire anche sott’acqua, e un modo di costruire a strati di pietrame fra paramenti di mattoni o di piccole pietre.

Come funziona

Una fornace da calce: il calcare è impilato su un arco sopra il fuoco ed esce come calce viva bianca.

Il legante comincia come calcare. Cotto in una fornace, libera anidride carbonica e diventa calce viva; a contatto con l’acqua la calce viva si gonfia, si scalda e diventa calce spenta. Una malta di sola calce aerea indurisce lentamente, riprendendo l’anidride carbonica dall’aria, e resta molle dove l’aria non arriva.

La cenere vulcanica risolve il problema. Quella del golfo di Napoli, detta pozzolana dalla città di Pozzuoli, è ricca di silice e allumina in forma vetrosa e reattiva. Reagisce con la calce e l’acqua formando nuovi minerali leganti, così la malta indurisce reagendo con l’acqua anziché con l’aria, anche sommersa. Vitruvio, verso il 25 a.C., osservava che questa sabbia vulcanica dei dintorni di Baia e del Vesuvio, mescolata con calce e pietrame, induriva sott’acqua come all’asciutto.

Il calcestruzzo marino: si riempivano di malta di cenere e pietrame cassoni di legno piantati in mare.

Per i porti i costruttori conficcavano pali di legno nel fondale, li collegavano in un recinto e lo riempivano di malta e blocchi di tufo direttamente in acqua; Vitruvio descrive anche recinti prosciugati prima del riempimento. Plinio il Vecchio descriveva quei moli come un’unica massa di pietra, ogni giorno più salda. Nel 2017 un gruppo guidato dalla geologa Marie Jackson ha mostrato che l’acqua di mare scioglie lentamente parte della cenere e che nei suoi pori crescono nuovi minerali, tra cui la rara tobermorite alluminosa e la phillipsite. Secondo il gruppo, questi cristalli intrecciati aiutano il calcestruzzo a resistere alle fessure.

Gli operai costruivano il calcestruzzo romano a strati. Disponevano uno strato di pietre grandi come un pugno o di mattoni rotti, vi battevano dentro la malta e ripetevano strato dopo strato; la malta arrivava al muro in ceste portate a mano. I paramenti di mattoni o di piccoli blocchetti facevano da cassaforma a perdere. A intervalli regolari, ricorsi di grandi tegole piatte attraversavano il muro e legavano i paramenti al nucleo.

I grumi bianchi sono noduli di calce. Dove una crepa ne attraversa uno, l’acqua può sciogliere la calce e richiudere la crepa con calcite.

Nel 2023 un gruppo del MIT guidato da Admir Masic ha studiato i piccoli grumi bianchi di calce presenti nel calcestruzzo romano. Ne ha concluso che i costruttori aggiungevano una parte della calce come calce viva, che scalda l’impasto reagendo. I grumi fanno da riserva: quando l’acqua entra in una crepa, vi scioglie calce e deposita carbonato di calcio che sigilla la fessura. Il gruppo ha poi preparato malte di prova moderne con aggiunta di calce viva, le ha fessurate e vi ha fatto scorrere acqua; secondo il resoconto del MIT le crepe si sono richiuse in circa due settimane, mentre un campione di controllo senza calce viva non si è riparato.

Il calcestruzzo romano resiste meno a compressione di un calcestruzzo moderno di cemento Portland e acquista resistenza lentamente. I costruttori ne tenevano conto: nel Pantheon, archi di mattoni annegati nei muri reggevano i carichi mentre il calcestruzzo induriva.

Come costruirlo

Un piccolo blocco di prova lungo circa 30 cm basta per vedere come si comporta il materiale. Consideratelo solo una dimostrazione, mai un elemento portante. Usate prodotti venduti per i lavori a calce e per il restauro.

Procurarsi i materiali. Servono calce idrata in polvere, pozzolana naturale o un’altra pozzolana venduta per malte di calce, e inerti: mattoni rotti o pietre pulite, dalla grandezza di una noce a quella di un uovo. Indossate guanti e occhiali fin dall’inizio, lavorate in un luogo ben aerato ed evitate di sollevare polvere.

Impastare la malta. Usate le proporzioni in volume che il fornitore della pozzolana indica per la calce idrata. Indossate un facciale filtrante ben aderente, come richiedono le schede di sicurezza, e mescolate le polveri a secco. Aggiungete acqua poco per volta finché la malta è soda e appiccicosa, non liquida.

Alzare i paramenti. Inumidite prima i mattoni e l’inerte di mattone, senza lasciare acqua in superficie, perché non sottraggano acqua alla malta fresca. Murate due paramenti corti e sottili di mattoni con malta di calce, un palmo di altezza alla volta. Fanno da cassaforma e restano al loro posto.

Riempire il nucleo. Stendete uno strato di malta fra i paramenti, affondatevi gli inerti e poi battete altra malta negli interstizi con un pestello di legno finché non restano vuoti. Lavorate a strati di circa 6-8 cm, così che la malta avvolga ogni pezzo, e chiudete con un ricorso di tegole piatte per tutto lo spessore del blocco.

Lasciarlo maturare lentamente. Tenete l’opera umida e all’ombra per almeno due settimane, coperta con teli di juta bagnati, e proteggetela dal gelo. Calce e pozzolana continuano a indurire per mesi; rompete il blocco dopo qualche mese per vedere fin dove ha fatto presa.

Sicurezza. La calce è caustica. Brucia la pelle e può accecare: indossate guanti, maniche lunghe e occhiali a tenuta, sciacquate subito ogni schizzo con molta acqua pulita e per gli occhi rivolgetevi a un medico. Usate un facciale filtrante ben aderente quando versate o mescolate a secco calce e pozzolana. Non spegnete da soli la calce viva e non tentate la «miscelazione a caldo» romana: calce viva e acqua reagiscono con violenza, ribollono e schizzano. Questa miscela casalinga non è collaudata: non usatela per gradini, muri o qualsiasi cosa debba reggere un carico.

Storia ed evoluzione

Le malte di calce erano in uso nel Mediterraneo molto prima di Roma; i costruttori romani ne fecero un materiale strutturale. Il calcestruzzo era di uso comune verso il 150 a.C., e alcuni studiosi ne collocano gli inizi un secolo prima. Il calcestruzzo che fa presa sott’acqua fu probabilmente messo a punto intorno al golfo di Napoli, da dove viene la cenere, prima della fine del II secolo a.C.; quali opere portuali conservate siano le più antiche è discusso.

In età imperiale sorresse la maggior parte dei grandi edifici. Il porto di Erode a Cesarea, costruito a partire dal 22 a.C. circa, fu realizzato con cenere spedita dall’Italia. Il Pantheon, ricostruito sotto Adriano tra il 117 e il 125 d.C. circa, ha una cupola di 43,3 m di diametro con un’apertura rotonda di circa 9 m alla sommità. I suoi muri sono spessi circa 6 m, e l’inerte passa dal pesante travertino delle fondazioni al tufo e al laterizio, fino alla leggera pomice con tufo nella parte alta della cupola. Resta la più grande cupola in calcestruzzo non armato del mondo.

Dopo la caduta dell’Impero d’Occidente le grandi costruzioni in calcestruzzo si fecero rare e la malta di calce tornò soprattutto a legare le murature. Il calcestruzzo moderno, di cemento Portland e spesso armato con acciaio, fa presa più in fretta ed è più resistente, ma in acqua di mare può fessurarsi, e il suo acciaio corrodersi, in pochi decenni se è fatto o protetto male. Oggi i ricercatori studiano le carote dei porti romani e i noduli di calce per ottenere calcestruzzi più durevoli e che emettano meno anidride carbonica.