NUOVO STUDIO SULLA DURABILITA’ DEL CALCESTRUZZO ROMANO

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Il moderno calcestruzzo inizia il suo periodo di decadimento già dopo alcuni decenni di vita ma, curiosamente, non è così per molte strutture ed edifici romani che, ad oggi, mostrano ancora una notevole durabilità nonostante le condizioni ambientali, fisiche e climatiche.

Una struttura particolare è il meraviglioso Mausoleo della nobildonna Caecilia Metella, datato al I secolo a.C.. Una nuova ricerca multidisciplinare condotta da ricercatori del MIT, pubblicata sul Journal of the American Ceramic Society, mostra che la qualità del conglomerato cementizio della tomba può superare, in consistenza strutturale, quella dei monumenti contemporanei e simili sia per l’aggregato vulcanico scelto dai costruttori nella miscela del conglomerato, sia per le insolite interazioni chimiche tra la pioggia e acque sotterranee che si sono accumulate nell’arco di due millenni.

Admir Masic, docente associato di ingegneria civile e ambientale al MIT, e Marie Jackson, docente associato di geologia e geofisica all’Università dello Utah, hanno collaborato per comprendere la composizione minerale dell’antica struttura in calcestruzzo.

Per Masic è fondamentale individuare i processi di formazione che hanno coinvolto i materiali antichi per informare i ricercatori di nuovi modi per creare moderni materiali da costruzione durevoli e sostenibili: il Mausoleo di Caecilia Metella è una delle strutture più antiche ancora in piedi e offre spunti che possano ispirare la tecnica costruttiva moderna.

Situato sull’Appia antica. tra il secondo e il terzo miglio, sul ciglio di una collinetta, il Mausoleo di Caecilia Metella è costituito da una base quadrangolare alta m 7 che sorregge un corpo cilindrico dall’altezza di m 11 e dal diametro di m 29,50. Il cilindro era quasi sicuramente sormontato da un tetto a cono, ancora esistente nell’XI secolo, quando un atto designa il sepolcro come monumentum peczutum. Oggi la tomba è considerata uno dei monumenti meglio conservati della Via Appia.

Nulla si sa di Caecilia Metella oltre quanto ci dice di lei l’iscrizione, che la designa come moglie di Crasso, probabilmente un figlio del triumviro dell’anno 60 a. C., sul suo monumento sepolcrale.

La tomba è un esempio delle raffinate tecnologie di costruzione in calcestruzzo nella Roma tardo repubblicana. Le tecnologie furono descritte anche da Vitruvio proprio mentre il mausoleo era in costruzione: spesse pareti di blocchi litici e fittili legati con malta a base di calce e tephra vulcanica, i frammenti di materiali piroclastici prodotti durante un’eruzione vulcanica, avrebbero comportato, secondo Vitruvio, strutture che in un lungo lasso di tempo non sarebbero cadute in rovina.

Quello che gli antichi romani non potevano sapere, però, è come i cristalli di leucite, ricco di potassio, nell’aggregato vulcanico si dissolvessero nel tempo per rimodellare e riorganizzare beneficamente l’interfaccia del conglomerato cementizio legante, migliorando la coesione del calcestruzzo.

Masic ribadisce che è fondamentale concentrarsi sulla progettazione di calcestruzzi moderni per fornire una strategia efficace per migliorare la durabilità dei materiali da costruzione di oggi sfruttando le conoscenze romane, per fornire una una strategia sostenibile e per migliorare la longevità delle soluzioni moderne costruttive.

Gli studi condotti attraverso gli strumenti di ricerca hanno aggiunto nuove fondamentali conoscenze: la microscopia elettronica a scansione ha mostrato le microstrutture dei blocchi di malta su scala micron; la spettrometria a raggi X a dispersione di energia ha identificato gli elementi che compongono ciascuno di questi elementi costitutivi. Tutte queste informazioni, secondo i ricercatori, hanno consentito di esplorare rapidamente diverse aree della malta e individuare gli elementi costitutivi, nonostante i campioni di ricerca siano solo della larghezza di un capello.

Nelle spesse mura di calcestruzzo del mausoleo di Cecilia Metella, una malta che contiene tephra vulcanico lega grandi blocchi litici, fittili e aggregati lavici. È simile alla malta usata, 120 anni dopo, nei Mercati di Traiano ma il legante della malta dei Mercati di Traiano è costituito da un aggregante chiamato CASH (calcio-alluminio-silicato-idrato), un insieme a cristalli di un minerale chiamato stratlingite.

Il tephra che i romani hanno usato per il Mausoleo di Cecilia Metella era più abbondante di leucite, ricca di potassio. Inoltre, secoli di acqua piovana e sotterranea che filtravano attraverso le pareti della tomba e ristagnavano,dissolvevano la leucite rilasciando il potassio nella malta. Nel calcestruzzo moderno, un’abbondanza di potassio creerebbe anomale espansioni che causerebbero microfessurazioni ed eventuale deterioramento della struttura.

Nel mausoleo, invece, il potassio si è dissolto e ha riconfigurato la fase legante del CASH!

I ricercatori confermano che la diffrazione dei raggi X e le tecniche di spettroscopia Raman hanno permesso di esplorare come sia cambiata la malta: è stato possibile notare come il CASH era intatto dopo oltre due millenni anni e, in alcuni casi, si sia scisso in diversi domini creando una diversa morfologia chimica. La diffrazione dei raggi X, in particolare, ha permesso un’analisi specifica dei domini fino alla loro struttura atomica e all’assunzione di una natura nanocristallina.

I domini rimodellati hanno evidentemente creato robusti componenti di coesione nel calcestruzzo e nel mausoleo, a differenza dei Mercati di Traiano, si è formata poca stratlingite.

Gli studi, dunque, hanno evidenziato che le zone interfacciali nell’antico cemento romano del mausoleo appiense siano in continua evoluzione attraverso rimodellamenti a lungo termine: questi processi di rimodellamento rinforzano le zone interfacciali e potenzialmente contribuiscono a migliorare le prestazioni meccaniche e la resistenza al cedimento del materiale antico…

 

Spero non sia difficile da comprendere…

 

Tradotto e rielaborato da Daniele Mancini

Per ulteriori info: Massachusetts Institute of Technology

Conglomerato cementizio romano

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