I Romani erano, per usare un'analogia, maestri della malta. Veri geni dell'ingegneria. Grazie alle loro eccezionali capacità architettoniche, crearono vaste reti di strade, acquedotti, anfiteatri, porti e ponti con una tale maestria che molte di queste strutture sono sopravvissute fino ai giorni nostri. Il Colosseo, ad esempio, il monumento principale dell'antica Roma, iniziò a essere costruito nel 70 d.C., terminò 10 anni dopo e ancora oggi si erge, emblema di questa civiltà.
Anche la Spagna offre alcuni pregevoli esempi: il teatro romano di Mérida, il "principe tra i monumenti di Mérida", fu inaugurato tra il 16 e il 15 a.C. e ancora oggi ospita spettacoli e concerti. Allo stesso modo, il teatro romano di Cartagena, costruito tra il 5 e l'1 a.C., conserva gran parte della sua struttura in condizioni straordinariamente buone. Al contrario, molte opere di ingegneria moderna sono crollate dopo pochi decenni.
Per decenni, la scienza ha cercato di spiegare come i Romani siano riusciti a creare strutture così resistenti migliaia di anni fa. Queste costruzioni, in alcuni casi, hanno resistito a tonnellate di peso; in altri, sono state edificate in zone sismicamente attive e hanno resistito all'inesorabile scorrere del tempo e all'attività sismica proveniente dalle profondità della Terra.
Ora, un gruppo internazionale di ricercatori del MIT, dell'Università di Harvard e di vari laboratori in Italia e Svizzera ha appena svelato il mistero della resistenza del calcestruzzo romano. Secondo lo studio, pubblicato di recente sulla rivista Science Advances, i Romani utilizzavano strategie di produzione che davano vita a una massa ultraresistente, conferendo alle loro costruzioni una solidità davvero ammirevole grazie a un processo di "autoriparazione".
Per diverso tempo, i ricercatori hanno sospettato che la chiave della resistenza e della durabilità del calcestruzzo romano risiedesse in un unico ingrediente: l'utilizzo di materiali pozzolanici, contenenti silice, come la cenere vulcanica presente nella regione di Pozzuoli, a nord di Napoli. Questa cenere veniva trasportata in tutto l'Impero Romano per essere impiegata nelle costruzioni. Infatti, molti architetti e storici la descrissero come un ingrediente fondamentale del calcestruzzo.
Ma non si tratta di una novità. Un'analisi molto più dettagliata ha confermato che il segreto del calcestruzzo romano non risiede solo nei materiali pozzolanici che contiene, ma anche in minuscole sostanze minerali bianche e lucide, di pochi millimetri di dimensione, chiamate clasti di calce. "Fin da quando ho iniziato a studiare il calcestruzzo romano antico, sono sempre stato affascinato dalle sue caratteristiche", afferma Admir Masic, professore di Ingegneria Civile e Ambientale al MIT e uno degli autori dello studio. "Non troviamo queste caratteristiche nelle moderne formulazioni di calcestruzzo. Quindi perché sono presenti in questi materiali antichi?", aggiunge.
Cemento con "capacità di autoriparazione"
Il lettore potrebbe pensare che i Romani siano giunti a questa formula attraverso una miscelazione approssimativa. Tuttavia, la scienza smentisce questa ipotesi. Questa nuova ricerca sostiene che i clasti di calce che i Romani aggiungevano al loro calcestruzzo gli conferivano una notevole "capacità di autoriparazione" fino ad allora sconosciuta. Inoltre, lungi dall'essere una semplice fortuna, il loro calcestruzzo era il risultato di secoli di ottimizzazione. "Se i Romani si sono impegnati così tanto nella creazione di un materiale da costruzione eccezionale, seguendo ricette dettagliate perfezionate nel corso dei secoli, perché si sono impegnati così poco per garantire la produzione di un calcestruzzo ben miscelato?", si chiede Masic.
In realtà, la questione è ancora più complessa. Il professore del MIT e gli altri ricercatori coinvolti in questo studio si sono proposti di utilizzare tecniche di imaging ad alta risoluzione e multiscala, nonché di mappatura chimica, per analizzare questo antico cemento in modo più approfondito. Grazie a questi metodi, hanno ottenuto nuove scoperte relative alla potenziale funzionalità dei clasti di calce utilizzati dai Romani.
Tradizionalmente si riteneva che la calce incorporata nel calcestruzzo romano fosse premiscelata con acqua per formare un materiale pastoso altamente reattivo. Tuttavia, questo processo da solo non poteva spiegare la presenza di clasti di calce. Pertanto, studiando nuovi campioni di calcestruzzo antico, i ricercatori hanno concluso che le inclusioni bianche contenevano diverse forme di carbonato di silicio. "L'esame spettroscopico ha fornito indizi sul fatto che queste si fossero formate a temperature estreme, come ci si aspetterebbe dalla reazione esotermica prodotta dall'uso di calce viva al posto della calce spenta, o in aggiunta ad essa, nella miscela.".
In altre parole, la miscelazione a caldo dei vari ingredienti del calcestruzzo romano era fondamentale per creare una massa super resistente e duratura. "I vantaggi della miscelazione a caldo sono duplici", spiega Masic. "In primo luogo, la miscelazione ad alte temperature consente processi chimici impossibili se si utilizza solo calce spenta, producendo composti associati a queste alte temperature che altrimenti non si formerebbero. In secondo luogo, questo aumento di temperatura riduce significativamente i tempi di stagionatura e presa, poiché tutte le reazioni vengono accelerate, consentendo una costruzione molto più rapida", sottolinea l'esperto.
Ma non è tutto. La scoperta principale dello studio, pubblicato oggi su Science Advances, indica che questo materiale era in grado di rigenerarsi o "autoripararsi". "Durante il processo di miscelazione a caldo, i clasti di calce sviluppano una caratteristica architettura di nanoparticelle fragili che crea una fonte di calcio facilmente fratturabile e reattiva". I ricercatori hanno scoperto che questa fonte di calcio conferiva al calcestruzzo la capacità di rigenerarsi in caso di frattura.
"Questo materiale può reagire con l'acqua, creando una soluzione satura di calcio che può ricristallizzare come carbonato di calcio e riempire rapidamente la fessura, oppure reagire con materiali pozzolanici per rinforzare ulteriormente il materiale composito.".
Secondo gli scienziati, queste reazioni si sono verificate spontaneamente, riparando automaticamente le crepe prima che potessero propagarsi all'interno della struttura. Per dimostrare le loro scoperte, i ricercatori hanno creato il cemento nello stesso modo in cui lo facevano i Romani: a caldo, poi lo hanno rotto e hanno fatto scorrere acqua attraverso le crepe. Hanno potuto verificare che, "nel giro di due settimane", il calcestruzzo si rigenerava e l'acqua smetteva di infiltrarsi. In seguito a questa scoperta, il team guidato da Masic ha già annunciato di essere al lavoro per commercializzare questo calcestruzzo modificato, in modo che possa essere utilizzato nei moderni progetti di costruzione.
