I romani iniziarono a costruire cemento oltre 2000 anni fa, ma non era proprio come il cemento di oggi. Avevano una formula diversa, che ha portato a una sostanza che non era forte come il prodotto moderno. Eppure strutture come il Pantheon e il Colosseo sono sopravvissute per secoli, spesso con poca o nessuna manutenzione. Geologi, archeologi e ingegneri stanno studiando le proprietà dell'antico calcestruzzo romano per risolvere il mistero della sua longevità.
“Il calcestruzzo romano è. . . considerevolmente più debole dei calcestruzzi moderni. È circa dieci volte più debole ”, afferma Renato Perucchio, ingegnere meccanico all'Università di Rochester a New York. "Ciò che si presume che questo materiale abbia è una resistenza fenomenale nel tempo."
Tale resistenza, o durabilità contro gli elementi, può essere dovuta a uno degli ingredienti chiave del calcestruzzo: la cenere vulcanica. Il calcestruzzo moderno è un mix di cemento a base calce, acqua, sabbia e cosiddetti aggregati come ghiaia fine. La formula del calcestruzzo romano inizia anche con il calcare: i costruttori lo hanno bruciato per produrre calce viva e quindi hanno aggiunto acqua per creare una pasta. Successivamente si mescolarono in cenere vulcanica - di solito tre parti di cenere vulcanica e una parte di calce, secondo gli scritti di Vitruvio, un architetto e ingegnere del I secolo a.C. La cenere vulcanica ha reagito con la pasta di calce per creare un mortaio resistente che è stato combinato con grossi pezzi di mattoni o rocce vulcaniche chiamati tufo, e quindi impacchettato in posizione per formare strutture come pareti o volte.
All'inizio del II secolo a.C., i romani stavano già usando questo calcestruzzo in progetti di costruzione su larga scala, suggerendo che la loro sperimentazione con il materiale da costruzione iniziò anche prima. Altre antiche società come i Greci probabilmente usavano anche malte a base di calce (nell'antica Cina, il riso appiccicoso veniva aggiunto per aumentare la forza). Ma combinare una malta con un aggregato come il mattone per rendere concreto era probabilmente un'invenzione romana, dice Perucchio.
Nei primi calcestruzzi, i romani estraevano la cenere da una varietà di antichi depositi vulcanici. Ma i costruttori divennero esigenti nel periodo in cui Augusto divenne il primo imperatore romano, nel 27 a.C. A quel tempo, Augusto iniziò un vasto programma in tutta la città per riparare vecchi monumenti ed erigerne di nuovi, e i costruttori usarono esclusivamente cenere vulcanica da un deposito chiamato Pozzolane Rosse, un flusso di cenere che è scoppiato 456.000 anni fa dal vulcano Alban Hills, 12 miglia a sud-est di Roma.
Il Pantheon, un tempio per gli dei, fu completato nel 128 d.C. La cupola del tempio è ancora la più grande cupola in cemento non armato del mondo. (Guido Bergmann / Bundesregierung-Pool via Getty Images) 
Il Colosseo, inaugurato nell'80 d.C., ospitò 50.000 persone e ospitò giochi di gladiatori, caccia rituali di animali, sfilate ed esecuzioni. (Tiziana Fabi / AFP / Getty Images) 
La tomba di Cecilia Metella, figlia di un console romano. Questo dagherrotipo del 1841 è una delle prime fotografie conosciute d'Italia. (SSPL / Getty Images) 
La cupola del Tempio di Venere e Roma, un tempio dedicato a due dee e inaugurato dall'imperatore Adriano nel 135 d.C. (Tiziana Fabi / AFP / Getty Images) "L'imperatore Augusto era la forza motrice dietro la sistematizzazione, la standardizzazione delle miscele di malte con Pozzolane Rosse", afferma Marie Jackson, geologa e ingegnere di ricerca presso l'Università della California a Berkeley. I costruttori romani probabilmente hanno favorito il deposito di cenere a causa della durabilità del calcestruzzo realizzato con esso, aggiunge. "Questo era il segreto dei calcestruzzi che erano materiali molto ben legati, coerenti e robusti."
Jackson e i suoi colleghi hanno studiato la composizione chimica dei calcestruzzi realizzati con Pozzolane Rosse. L'esclusivo mix di minerali della cenere sembra aver aiutato il calcestruzzo a resistere a degrado e danni chimici.
I romani favorirono un'altra specifica cenere vulcanica quando costruirono strutture portuali in cemento che furono sommerse nelle acque salate del Mediterraneo. Il Pulvis Puteolanus è stato estratto dai depositi vicino al Golfo di Napoli. "I romani spedirono migliaia e migliaia di tonnellate di quella cenere vulcanica intorno al Mediterraneo per costruire porti dalla costa italiana ad Israele, ad Alessandria, in Egitto, a Pompei, in Turchia", afferma Jackson.
L'acqua di mare è molto dannosa per il cemento moderno. Ma nel calcestruzzo romano, il Pulvis Puteolanus "svolge effettivamente un ruolo nel mitigare il deterioramento quando l'acqua scorre attraverso di esso", afferma Jackson. Sebbene il meccanismo esatto sia sconosciuto, sembra che le reazioni chimiche tra la pasta di calce, la cenere vulcanica e l'acqua di mare abbiano creato strutture microscopiche all'interno del calcestruzzo che hanno intrappolato molecole come cloruri e solfati che danneggiano il calcestruzzo oggi.
Nonostante il successo del calcestruzzo romano, l'uso del materiale è scomparso insieme all'Impero romano. Raramente furono costruite strutture in calcestruzzo durante il Medioevo, suggerendo che la cenere vulcanica non era l'unico segreto della durabilità del calcestruzzo romano, dice Perucchio. "Questi progetti veramente grandi potevano essere realizzati solo con la burocrazia appropriata, con l'organizzazione adeguata che l'impero romano avrebbe fornito."
Erin Wayman è assistente alla redazione di Smithsonian e scrive il blog di Hominid Hunting.
