Nel 2017 un team guidato da Marie Jackson (Università dello Utah) ha pubblicato su American Mineralogist l'analisi di carote estratte dai moli portuali romani di Cesarea Marittima e Portus: strutture immerse in acqua di mare da quasi duemila anni, nella condizione più aggressiva possibile per un legante cementizio. Il risultato non è che il calcestruzzo romano abbia semplicemente "resistito" — è che è diventato più resistente nel tempo, non più debole. La chiave è un minerale che nei cls moderni non si forma quasi mai: la tobermorite alluminosa.
Non si "gettava": si posava a strati
Una prima differenza, spesso trascurata, riguarda il modo di mettere in opera il materiale. Il calcestruzzo moderno è un impasto fluido che si versa nei casseri e si vibra. L'opus caementicium romano era invece costruito a strati: si stendeva un letto di malta di calce e pozzolana, vi si disponevano a mano pezzi di pietra o di mattone grandi quanto un pugno, i caementa, e si batteva il tutto con pestelli per compattarlo, prima di passare allo strato successivo. Nelle murature, questo nucleo era contenuto tra due paramenti di mattoni o di piccoli blocchi di pietra che facevano da cassaforma permanente. L'impasto conteneva pochissima acqua, e la battitura eliminava gran parte dei vuoti: due condizioni che, ancora oggi, sono tra i fattori più importanti per la durabilità di qualsiasi calcestruzzo.
Anche la scelta degli aggregati era deliberata. Nella cupola del Pantheon i costruttori usarono materiali sempre più leggeri man mano che si saliva: pezzi di travertino e di tufo nelle parti basse, poi mattoni frantumati, e verso la sommità pomice e scorie vulcaniche, in modo da ridurre il peso proprio dove la cupola si fa più sottile e più delicata. Vitruvio, nel secondo libro del suo trattato, descrive con ammirazione la "polvere" di Pozzuoli, capace di indurire anche sott'acqua, e questa proprietà spiega perché i Romani la trasportassero via nave per costruire porti lontani, come quello di Cesarea Marittima, sulla costa dell'odierna Israele.
Per le opere in mare i Romani svilupparono una tecnica specifica. A Cesarea, il porto costruito da Erode il Grande alla fine del I secolo a.C., grandi casseri di legno venivano calati sul fondale e riempiti direttamente sott'acqua con malta di calce e pozzolana e pietrame: l'impasto faceva presa immerso, senza bisogno di prosciugare l'area. All'inizio degli anni Duemila un gruppo di archeologi e ingegneri ha ricostruito un blocco di questo tipo nel porto di Brindisi, usando materiali e metodi il più possibile vicini a quelli antichi, proprio per studiare come il calcestruzzo si comporta nei primi anni di immersione.
La chimica: pozzolana contro clinker
Il calcestruzzo Portland moderno si basa sull'idratazione del clinker — silicati di calcio cotti a 1.450°C — che produce silicato di calcio idrato (C-S-H), una fase relativamente stabile ma chimicamente "chiusa": una volta formata, non evolve più in modo significativo. L'opus caementicium romano segue una strada diversa. Il legante non è clinker ma calce mescolata con pozzolana, una cenere vulcanica ricca di silice e allumina reattive: per le opere marittime si usava quella del golfo di Pozzuoli, nei Campi Flegrei, da cui il nome; per gli edifici di Roma, le ceneri dei vulcani dei Colli Albani, a pochi chilometri dalla città. La reazione pozzolanica tra calce e pozzolana è più lenta della presa Portland — richiede settimane, non ore — ma produce fasi cristalline che continuano a trasformarsi per secoli.
Quando l'acqua di mare filtra nelle microfratture del calcestruzzo romano, non lo degrada: innesca la crescita di cristalli di tobermorite alluminosa e phillipsite direttamente all'interno delle fessure, rinforzando la matrice invece di corroderla. È una forma di auto-riparazione chimica passiva che non richiede alcun intervento umano. Nei calcestruzzi Portland moderni l'acqua di mare fa l'esatto opposto: veicola cloruri che attaccano l'armatura d'acciaio, l'unico punto debole di un sistema altrimenti duraturo.
Nel 2023 un gruppo di ricerca del MIT guidato da Admir Masic ha aggiunto un secondo meccanismo. Analizzando campioni di calcestruzzo romano, i ricercatori hanno osservato piccoli grumi bianchi di calce, rimasti non mescolati, che a lungo erano stati interpretati come segno di una lavorazione poco accurata. La loro ipotesi è che i Romani mescolassero almeno in parte la calce viva direttamente con la pozzolana e l'acqua, una tecnica chiamata miscelazione a caldo, perché la reazione della calce viva con l'acqua sviluppa calore. I grumi che ne risultano funzionerebbero come riserve di calcio: quando una fessura li raggiunge e vi penetra l'acqua, il calcio si scioglie e ricristallizza come carbonato di calcio, sigillando la fessura. Nei test di laboratorio, campioni preparati in questo modo hanno richiuso fessure in poche settimane.
Questi risultati vanno letti con cautela. I campioni studiati provengono da un numero limitato di edifici, le condizioni di duemila anni fa non si possono riprodurre del tutto, e le strutture romane che vediamo oggi sono quelle sopravvissute: molte altre sono crollate o sono state demolite, e non entrano nelle statistiche. Ma il quadro generale è chiaro: la durabilità del calcestruzzo romano non dipende da un segreto perduto, ma da una combinazione di chimica pozzolanica, di un materiale non armato e di strutture massicce che lavorano quasi solo a compressione.
Perché non costruiamo più così
Se il cemento romano è così duraturo, perché è scomparso per oltre mille anni e perché non lo usiamo oggi? Le risposte sono meno romantiche della chimica. Primo: le pozzolane naturali di qualità sono risorse geograficamente localizzate, non disponibile ovunque nel mondo con la stessa qualità — il Portland è standardizzabile e producibile ovunque ci sia calcare. Secondo: l'opus caementicium romano non ha resistenza a trazione e non può essere armato — va bene per cupole e moli in compressione pura, non per solai, sbalzi o strutture snelle che il cemento armato rende possibili. Terzo: i tempi di presa lenti (settimane) sono incompatibili con i ritmi di cantiere industriali. Il Pantheon ha impiegato anni a essere gettato, strato su strato, con aggregati selezionati per densità decrescente dalla base alla sommità della cupola — un processo lontanissimo dal getto in una giornata di un solaio moderno.
Il punto non è "tornare indietro". È che la ricerca sui cementi a basso impatto (si veda l'approfondimento sui geopolimeri e cementi a basso carbonio) guarda esplicitamente alla chimica pozzolanica romana come modello: leganti alluminosilicati attivati che formano fasi durevoli senza passare per la cottura ad alta temperatura del clinker. La differenza è che oggi si può ingegnerizzare la reattività della pozzolana o dei suoi sostituti industriali (ceneri volanti, loppa d'altoforno) invece di dipendere da un giacimento vulcanico specifico.
Una parte della lezione romana, in realtà, è già entrata nella pratica corrente, anche se pochi lo sanno. La norma europea sui cementi comuni, la EN 197-1, prevede tra gli altri i cementi pozzolanici, indicati con la sigla CEM IV, in cui una parte del clinker è sostituita da pozzolane naturali o da ceneri volanti, e i cementi d'altoforno, CEM III, in cui la sostituzione avviene con la loppa, un sottoprodotto della produzione dell'acciaio. In Italia i cementi pozzolanici sono stati a lungo molto diffusi, proprio grazie alla disponibilità di pozzolane vulcaniche. Questi cementi induriscono più lentamente di un Portland puro, ma producono calcestruzzi più resistenti all'attacco dei solfati e dell'acqua di mare, e hanno un'impronta di carbonio più bassa perché contengono meno clinker.
Per le opere marittime, i cementi d'altoforno e pozzolanici sono spesso la scelta raccomandata proprio per queste ragioni. Il prezzo da pagare è una maggiore attenzione in cantiere: la maturazione lenta richiede di mantenere il getto umido più a lungo e di rispettare tempi di disarmo adeguati, soprattutto con il freddo. È, in fondo, la stessa pazienza che il calcestruzzo romano richiedeva, tradotta nelle regole di un cantiere industriale.
Il vero paragone: strutture comparabili
Un confronto onesto richiede di non paragonare mele con pere. Il Pantheon non deve sopportare cicli di carico da traffico, non ha armatura da proteggere dalla corrosione, e la sua massa (spessore della cupola fino a 6 metri alla base) è sovradimensionata rispetto a qualsiasi criterio economico moderno. Le strutture in c.a. che oggi mostrano segni di degrado dopo 50-60 anni — viadotti, parcheggi multipiano, edifici costieri — falliscono quasi sempre per lo stesso motivo: copriferro insufficiente, w/c troppo alto, classe di esposizione sottostimata in fase di progetto. Non è che "il cemento moderno duri meno per natura" — è che si costruisce a margini di sicurezza e di costo molto più stretti, e la manutenzione preventiva viene spesso rimandata. Un c.a. progettato secondo le classi di esposizione EN 1992-1-1 con copriferro corretto (si veda l'approfondimento su patologie e diagnostica del calcestruzzo) ha una vita utile di progetto di 100 anni anche in ambiente marino — circa un ventesimo dell'età attuale del Pantheon, ma comunque il doppio dei cinquant'anni di vita utile di progetto di un edificio ordinario.
Le regole per ottenere un calcestruzzo armato durevole in ambiente marino sono oggi ben codificate. La norma EN 206 definisce classi di esposizione specifiche, dalla XS1, per le strutture vicine alla costa esposte all'aria salmastra, alla XS3, per le zone di marea e di spruzzi, e per ciascuna fissa un rapporto acqua/cemento massimo, un contenuto minimo di cemento e una classe di resistenza minima. L'Eurocodice 2 stabilisce il copriferro, cioè lo spessore di calcestruzzo che protegge le armature, che in queste classi supera normalmente i quattro centimetri. Il crollo del ponte Morandi a Genova, nel 2018, ha riportato al centro del dibattito pubblico un fatto noto agli ingegneri: la corrosione delle armature, nascosta dentro il calcestruzzo, può procedere per decenni senza segni evidenti, e la durata di una struttura dipende tanto dal progetto quanto dalle ispezioni e dalla manutenzione.
Dove vedere il calcestruzzo romano
Il Pantheon resta l'esempio più impressionante: una cupola di circa 43 metri di diametro in calcestruzzo non armato, ancora integra e in uso dopo quasi diciannove secoli. Ma per capire come il materiale è fatto conviene guardare le rovine, dove il calcestruzzo è esposto in sezione. Ai Mercati di Traiano, a Roma, si vedono i nuclei di calcestruzzo racchiusi tra i paramenti di mattoni e le volte a crociera; a Ostia Antica, nei muri parzialmente crollati, si distinguono bene gli strati di malta e i caementa. Nel golfo di Pozzuoli, il Parco archeologico sommerso di Baia permette di osservare, con una barca dal fondo trasparente o con un'immersione, i resti di ville e strutture portuali romane oggi sott'acqua per effetto del bradisismo: è il luogo migliore per vedere il materiale descritto in questo articolo nell'ambiente per cui era stato pensato.