CEMENTUM ROMANO

Strabone:
"mentre i Greci ebbero la reputazione di scegliere buoni siti per le loro città, dando la priorità alle bellezze dei luoghi, alle difese naturali, agli alberi ed al suolo fertile, i Romani ebbero lungimiranza nelle questioni che i Greci trascurarono, come la costruzione di strade pavimentate ed acquedotti e cloache che potessero trascinare via la sporcizia della città nel Tevere. Hanno costruito strade che corrono diritte per tutto il paese, tagliando colline e costruendo terrapieni attraverso le vallate, e di tale larghezza che i loro carri possono trasportare il carico di un battello; e le cloache, coperte da una volta in blocchi di pietra tagliata, lasciano in taluni punti spazio sufficiente al passaggio di un carro carico di fieno.

E gli acquedotti conducono una tal quantità d’acqua che veri fiumi scorrono per la città e nelle sue fogne; e quasi ogni casa ha cisterne e tubature di servizio e copiose fontane, delle quali molto si è preoccupato Marco Agrippa, sebbene abbia adornato la città con molte altre strutture. 
In breve, i primi romani tennero in poco conto la bellezza di Roma in quanto erano occupati in più necessarie questioni, mentre gli ultimi romani, e particolarmente quelli del mio tempo, pur non trascurando le prime questioni, hanno riempito la città con molte magnifiche strutture. "

Il cemento è un legante dell'edilizia prodotto per macinazione fine di calcare e argilla, miscelati e cotti (clinker). Gli antichi romani inizialmente impiegavano come legante prevalentemente la calce aerea, con la quale l'indurimento del calcestruzzo avveniva con estrema lentezza, (oggi si direbbe a presa lenta) poiché il consolidamento della calce si deve alla reazione dell'idrossido di calcio con l'anidride carbonica presente nell'aria, con produzione di carbonato di calcio.

Il termine  caementum, aveva già assunto in epoca Romana il significato di legante, cioè di materiale in grado di legare altri materiali (sabbia, pietrisco ecc.) altrimenti disgregati, tipo frammenti di pietre e di laterizi (cae-do = “taglio in pezzi”) che impiegavano nella confezione dei calcestruzzi (calcis-structio = “struttura a base di calce”).

Il cemento reagisce con l’acqua formando un impasto, che, in un tempo variabile, indurisce fino a prendere la consistenza della pietra. Quando è con sabbia e ghiaia o pietrisco si chiama calcestruzzo. Il cemento romano (che a Roma si chiama comunemente malta) è composto di calce ottenuta per cottura e/o pozzolana. al cemento erano mescolati pezzi di pietra, diversa a seconda dell’uso del cemento: le pietre venivano tenute a mollo per giorni prima di essere inserite a forza nell'impasto.

A partire dal I sec. a.c. i romani iniziarono a sostituire la sabbia costituente la malta con la pozzolana (pulvis puteolana) o con il cocciopesto, sistemi a presa più rapida. La scoperta della pozzolana segnò una rivoluzione nella realizzazione di opere murarie.  Già dalla fine del III secolo a.c., l’opus caementitium era impiegato nella costruzione di acquedotti, fondazioni e mura romane, dove rappresentava l’elemento portante delle strutture. 

Nella "Lex parieti faciundo" di Puteoli (C.I 577 « X 1781, 2, 21) leggesi: "Nive maiorem caementa (= caementas) costruito, quam quae coementa arda pendat p(ondo) XV, nioe angolaria (= angulariam) altiorem (trientem semunciam) facito" 
Qui la parola, di genere femminile, sta nel significato di tegole e propriamente di quelle che si pongono agli angoli degli edifici, dette cantoni. Cf. BI 1841 p. 11. Enn. presso Non. 3, 42. Bltlmner, Techn. 3 p. 180. 

IL CEMENTO ROMANO

Un articolo di R. Lorenzi, apparso su un notiziario del 16 maggio 2009, DISCOVERY.NEWS, portava il titolo: "Le rovine Romane sopravvivono ai secoli grazie alle ceneri vulcaniche", spiegando così il segreto della lunga durata di molte opere realizzate dai romani nel mondo, soprattutto per l’uso arguto delle ceneri vulcaniche nell’impasto cementizio.

" La cenere prodotta da un vulcano in eruzione migliaia di anni fa potrebbe aver contribuito a conservare intatto un imponente complesso edilizio Romano per circa 2000 anni, a dispetto di 3 terremoti, a quanto è risultato da una ricerca presentata la settimana scorsa a Roma."

"Un’analisi ai raggi X di un pezzo di muro preso come campione dalle rovine del mercato di Traiano a Roma ha dimostrato che la malta adoperata dagli antichi Romani conteneva "stratlingite" un minerale noto per la resistenza che conferisce ai moderni impasti cementizi."

"E’ la prima volta che la presenza della "stratlingite" viene riconosciuta nelle malte dell’antichità", ha dichiarato Lucrezia Ungaro, direttore archeologo del Foro Traiano, all’inviato di Discovery News."Ciò è sorprendente e dimostra la perizia tecnica dei costruttori Romani."

Con la disposizione semicircolare di una serie di saloni su tre livelli, il complesso del Mercato di Traiano, del 113 d.c., attribuito all'architetto di origine siriana Apollodoro di Damasco, sopravvisse a tre terremoti devastanti avvenuti nel 443 d.c., nel 1349 e nel 1703..

Ad Apollodoro, progettista apprezzato e ben retribuito, viene accreditato la maggior parte degli edifici imperiali, ivi compreso il Foro Traiano e la colonna Traiana.

"Nonostante la presenza di cemento di alta qualità non assicurasse la sua protezione contro crepe e cedimenti di fronte a un terremoto e allo scuotimento del terreno, viene dimostrata la buona resistenza dell’impasto cementizio usato nelle pareti."
ha dichiarato all’inviato di Discovery News Marie Jackson docente del Dipartimento di Storia della Università della Northern Arizona. La Jackson è stata coautrice della ricerca insieme al prof. Barry Scheetz, docente di Ingegneria Civile e Nucleare nella Pennsylvania State University, e al vulcanologo Fabrizio Marra, docente dell’Istituto Nazionale Italiano di Geofisica e Vulcanologia.

MA I ROMANI GIA' SAPEVANO

Vitruvio - II libro del De Architectura; " la pozzolana di Baia o di Cuma fa gagliarda non solo ogni specie di costruzione ma in particolare quelle che si fanno in mare sott'acqua".
Infatti grazie al comportamento della pozzolana e del cocciopesto la malta, costituita da calce aerea e pozzolana, faceva presa ed induriva anche in acqua, senza contatto con l'aria, consentendo la produzione di leganti ad alta resistenza e rapido indurimento.

Ancora Vitruvio:

"Tutte queste le costruzioni  devono rispondere ai criteri di robustezza, utilità e bellezza. La robustezza sarà assicurata scavando le fondamenta fino a farle poggiare sulla terra solida e scegliendo con giudizio e senza avarizia i materiali; l’utilità si ottiene con una disposizione giudiziosa degli spazi e senza impedimenti all’uso (cosicché il loro scopo sia debitamente servito) e quando ciascuna costruzione abbia la sua appropriata collocazione (all’interno del tessuto urbano); la bellezza è prodotta da un aspetto piacevole ed elegante dell’insieme del lavoro, e quando le dimensioni delle parti componenti siano debitamente proporzionate le une alle altre."

Dionisio di Alicarnasso:
"a mio parere le tre magnifiche opere di Roma, nelle quali la grandezza del suo impero può essere meglio apprezzata, sono gli acquedotti, le strade lastricate e la costruzione delle cloache. Io dico questo non solo pensando all’utilità di tali lavori ma anche all'imponenza dei loro costi.."



OPUS CAEMENTICIUM

L'opera cementizia: era realizzata dunque con malta e caementa. I romani cominciarono ad utilizzarla come calcestruzzo romano (calce, pozzolana e caementa), già nel III sec. a.c.; questo materiale rivoluzionò le metodologie costruttive dell’antichità in quanto consentiva la realizzazione di grossi edifici ed opere pubbliche in tempi brevi ed utilizzando un materiale di facile reperibilità, trasporto e messa in opera (in confronto all’utilizzo dell’opera quadrata).

• Malta - 1 parte di calce spenta e 3 parti di sabbia.
• Malta Idraulica: capace di indurire anche rimanendo immersa nell’acqua.  1 parte di calce spenta e 3 parti di pozzolana.
• Caementa - Pietre grezze e schegge di pietre quali scaglie di tufo e di travertino, schegge di selce, ma anche pezzi di mattoni e tegole rotte.
• Calce - si otteneva la calce viva (ossido di calcio) bruciando in fornaci aerate a 900 gradi pietre calcaree o marmo; la calce viva con aggiunta di acqua diviene calce spenta, che conservata in soluzione liquida, si dice grassello di calce, mentre conservata in polvere si dice fiore di calce. La calce viva ha un elevato potere disinfettante e negli intonaci a base di calce (spenta) non attecchiscono le muffe.  La calce viva immersa nel’acqua si spappola e diviene idrossido di calcio.

I romani prediligevano la calce pura (grassa), senza presenza di impurità argillose, e per ottenere la malta idraulica utilizzavano calce e pozzolana; per ottenere una malta impermeabile utilizzavano il cocciopesto, malta a cui aggiungevano della polvere ottenuta dalla frantumazione di materiali di argilla cotta quali tegole, mattoni, anfore; il pesto sta per materiale pestato in un mortaio. cioè i cocci, in genere di manufatti in terracotta rotti, come anfore, tegole, pentole, vasi, da cui il nome coccio-pesto.

L’opera cementizia era utilizzata per le fondamenta degli edifici o come nucleo della muratura rivestita sui lati da paramenti murari costruiti contemporaneamente al nucleo stesso secondo una tecnica di realizzazione a strati successivi.

Maestranze esperte realizzavano i paramenti per una certa altezza utilizzando delle casseformi e successivamente operai comuni versavano all’interno la malta molto fluida mescolandovi la caementa, le schegge di pietra che venivano o alla rinfusa, o in modo estremamente regolare. Quando lo strato era solidificato si procedeva allo strato successivo. 

Le cortine potevano essere in mattoni o in blocchetti di tufo o di altre pietre o anche in travertino o marmo; questi ultimi potevano venire meglio ancorati al nucleo utilizzando grappe tra le lastre o staffe di ferro affogate nel calcestruzzo; i fori che si vedono nelle opere cementizie dei monumenti romani furono praticati per sfilare le staffe di sostegno e saccheggiare i monumenti del loro rivestimento o semplicemente per ottenere il ferro degli ancoraggi, come per i buchi nei massi di travertino del Colosseo; alle volte nelle mura in opera laterizia si vedono una serie di fori disposti su file regolari, per incastrarvi i pali dell’impalcatura durante la costruzione e successivamente nell'eventualità di lavori di restauro. I paramenti  venivano lasciati a vista o intonacati ed abbelliti con affreschi, stucchi, fregi, mosaici, paste vitree e marmi.



LA POZZOLANA

È un piroclastite prodotto da eruzioni vulcaniche, costituito da sabbie e pomici a granulometria variabile, le cui cave più note si trovano a Pozzuoli, nel territorio tra Cuma ed il promontorio di Minerva, da cui deriva il nome poi attribuitole.
Ne vennero scoperte le grandi potenzialità a partire dal III sec. a.c., utilizzata anzitutto in sostituzione della sabbia, ma i romani si accorsero che unita alla calce aveva proprietà cementizie ed idrauliche, il che rese possibile la costruzione di ponti sui fiumi e di porti utilizzando fondamenta cementizie immerse nell’acqua.

POZZOLANA

Per reperire la cenere per fare il cemento, gli antichi romani si rivolsero ai materiali eruttati dai Colli Albani circa 456.000 anni fa. L'area contiene tre tipi di depositi di pozzolana, conosciuti come Pozzolane Rosse, Pozzolane Nere e Pozzolanelle.

Vitruvio: "Di queste, i tipi che fanno uno scricchiolio, che grattano e raspano fastidiosamente quando vengono vigorosamente strofinate tra le mani, sono i migliori."
Infatti le Pozzolane Rosse, le polveri vulcaniche usate nei Mercati Traiani, crepitano se strofinate tra le mani.

Vitruvio, De Architectura II.VI 1: "C’é una specie di sabbia che, naturalmente, possiede straordinarie qualità. ... Se mescolata con calce e caementa (pietrisco), indurisce altrettanto bene sott'acqua come nelle ordinarie costruzioni."
La pozzolana non era reperibile in ogni parte dell’impero romano; a Roma esistono numerosissime zone da cui veniva scavata e che hanno lasciato complicati sistemi di gallerie, spesso oggi utilizzate come fungaie (per esempio al parco di Tor Fiscale) o dimenticate sotto i palazzi e le strade della periferia. La miglior pozzolana è quella di color rosso, mentre quelle grigie e nere hanno minori proprietà pozzolaniche.



LA SABBIA  (harena)

Vitruvio nel De Architectura II, IV scrive:
"Nelle costruzioni in opera cementizia è di primaria importanza che la sabbia sia idonea alla miscelazione con la calce, e che non sia mescolata con terra.... e quella che sfregata nella mano emetta uno stridore è da considerarsi ottima.... Ma se non è disponibile una cava di sabbia allora si utilizzerà quella di fiume o anche della ghiaia setacciata. Anche quella di mare può essere utilizzata; questa tuttavia asciuga molto lentamente e, costruendo un muro, il lavoro dovrà essere interrotto di tanto in tanto, ed un tal tipo di muro non sarà adatto a sostenere volte. 
Inoltre quando sabbia di mare venga impiegata nelle mura e queste siano destinate ad essere successivamente intonacate, l’efflorescenza salina deteriorerà l’intonaco. Ma la sabbia di cava usata nelle murature asciuga rapidamente, lo strato di stucco è permanente e le mura possono sostenere volte. Sto' parlando di sabbia di cava appena estratta. Se questa rimane a lungo inutilizzata ed esposta al sole, alla luna ed alla pioggia questa diviene terrosa."

METODO DI COSTRUZIONE DI UN PONTE ROMANO

FONDAMENTA NELL'ACQUA

La scoperta delle proprietà idrauliche che la pozzolana conferisce all'opera cementizia migliorò molto la costruzione di porti e ponti. Nel "De Architectura" V.XII Vitruvio spiega la realizzazione di fondamenta immerse nell'acqua di mare o dei fiumi secondo una di tre possibili tecniche che sono sostanzialmente le medesime che esistono ancora oggi:


Cassaforma allagata

OPUS QUADRATUM

Si costruisce una cassaforma che funzioni da diga con pile di assi di quercia tenute insieme da catene e assi trasversali che vengono saldamente ancorate al fondo; quindi si pulisce e si livella il fondale che rimane internamente alla cassaforma e si riempie lo spazio interno fin sopra il livello dell’acqua con la malta, realizzata con due parti di pozzolana ed una parte di calce mescolate con acqua, e con pietrame (caementa); si osservi che al momento in cui si versa l'opera cementizia la cassaforma è allagata dall'acqua.


Cassaforma stagna

Se non si può reperire la pozzolana allora occorrerà realizzare una cassaforma a doppia parete avendo cura di collegare saldamente le due pareti; l’intercapedine interna viene quindi riempita di alghe ed argilla ben pressate; quindi si ancora la cassaforma al fondo e la si vuota dell’acqua utilizzando pompe a vite o ruote ad acqua; si procede quindi utilizzando la normale sabbia in luogo della pozzolana.


Blocchi prefabbricati

Se tuttavia la violenza delle onde o della corrente impedisce di realizzare la diga allora si costruiscono all’estremità della terra ferma delle solide fondamenta realizzando una banchina a strapiombo sull'acqua; la banchina viene quindi circondata con degli argini di legno che rimangano sopra il livello dell’acqua e che avanzino frontalmente nell'acqua; lo spazio racchiuso dagli argini viene quindi riempito di sabbia fin sopra il livello delle acque; sopra la base di sabbia viene quindi realizzato un pilone in calcestruzzo largo quanto più possibile e che dovrà restare ad asciugare per due mesi; passato tale tempo vengono rimosse le pareti e l’acqua dilavando la sabbia che sostiene il masso lo farà quindi adagiare sul fondo; eseguendo ripetutamente tale procedura si potrà ottenere un avanzamento della terra ferma nell'acqua.



OPUS RETICULATUM 

A partire dal 210 a.c. venne usata l’opera incerta (opus incertum), in cui le pietre hanno forma e disposizione irregolari; nel II sec. a.c. si migliorò progressivamente la qualità estetica dell’opus giungendo all'opera quasi reticolata in cui ancora doveva essere affinata la tecnica dei tufelli regolari (come il Sepolcro Fortunati 25 - parco delle tombe di via Latina).

OPUS RETICOLATUM

L’opus reticulatum venne usato all’inizio del I sec. a.c. ed ebbe la massima diffusione e qualità sotto Augusto; consisteva nel realizzare un’opera cementizia la cui superficie veniva rivestita di tufelli, blocchetti di pietra (generalmente tufo) a forma piramidale tronca e a base quadrata che rimanevano infissi nell'opera cementizia ancora fresca dal lato della cima tronca e tutti in diagonale, ottenendo così il motivo "reticolato". Le dimensioni del lato di un cubilia (tufello) erano alquanto variabili, da circa 10 cm o poco meno, a più grandi.

Le mura potevano quindi venire intonacate a calce e decorate da stucchi e marmi o lasciate con pietra a vista; dal momento che si sono trovate numerose murature in opera reticolata intonacate ci si chiede perché mai realizzare un’opera così complessa per poi nasconderla con l’intonaco, ma forse l'intonaco fu una moda successiva.

Vitruvio però avverte:
"I differenti tipi di muro sono l’opera reticolata, che è quella comunemente oggi usata, e l’opera incerta che era in uso nei tempi antichi. L’opera reticolata è la più elegante ma la sua costruzione tende a fendersi facilmente, perché il letto delle giunture è instabile; al contrario le pietre dell’opera incerta, che giacciono l’una sull'altra in corsi casuali cementati tra loro, formano muri che, sebbene non altrettanto belli, sono più solidi del reticolato."


Opera Mista (opus mixtum)

OPUS MIXTUM

A partire dall’epoca Augustea con la diffusione del mattone si perfezionò l’opera reticolata utilizzando fasce orizzontali di mattoni alternate a tratti in opera reticolata; questo irrobustiva la struttura ed ovviava al problema delle fenditure oblique dell’opera reticolata. (come nella Villa delle Vignacce - Parco degli Acquedotti)

Nel periodo dei Flavi tale tecnica si affinerà ulteriormente con l’utilizzo di ammorsature laterali in mattoni.

L’opera quasi reticolata, come del resto l’opus mixtum non sono citati da Vitruvio, ma vennero aggiunti dagli archoelogi per una maggiore distinzione.


Opera Laterizia (opus testaceum e opus latericium)

Utilizzata a partire dal periodo Augusteo e per tutto il periodo Imperiale, consisteva di mattoni di argilla cotti al sole nell'opus latericium e cotti in fornace nell'opus testaceum e con opera laterizia si fa generalmente riferimento ad entrambe le tipologie.

OPUS MLATERICIUM

Nel libro II del De Architectura Vitruvio scrive che i mattoni dovevano essere prodotti in primavera o in autunno affinché si asciugassero con la giusta velocità; asciugando troppo in fretta si creerebbe un differenziale di umidità tra la superficie e l’interno che porterebbe alla rottura del mattone; inoltre asciugando diminuiscono il volume e necessitano quindi di una stagionatura di due anni.

Esisterebbero inoltre tre tipologie di mattoni derivate dalla architettura ellenica: didoron, pentadoron e tetradoron rispettivamente lunghi due, cinque e quattro palmi (un palmo = circa 7,5 cm); ogni misura era accompagnata da mattoni lunghi la metà, in modo da poter agevolmente disporre i mattoni in maniera sfalsata per maggiore solidità.

I mattoni cotti al sole erano più economici ma più fragili agli agenti atmosferici. Inoltre potevano essere di forma triangolare per aumentare la presa tra la cortina ed il nucleo in opera cementizia, disponendoli con i vertici verso l’interno del muro e colando tra le due file di mattoni il cementizio. Il laterizio poteva essere successivamente intonacato o ricoperto con stucchi e marmi.

OPUS VITTATUM

Si cominciò in seguito a costruire edifici espressamente pensati per rimanere coi mattoni a vista; il primo grande edificio del genere furono i Mercati Traianei, in epoca Antonina si diffonde il laterizio policromo, ottenendo diverse colorazioni del mattone a seconda della temperatura e della qualità di argilla usata (come il sepolcro di Annia Regilla ed il sepolcro Barberini).


Opera Listata (opus vittatum)

Nasce verso la fine del II sec. d.c. con i due paramenti che rivestono il nucleo realizzati con blocchetti di tufo a parallelepipedi (tufelli) alternati ad uno o più corsi di mattoni. (come nel quadriportico del Mausoleo di Romolo - Appia Antica - IV sec. d.c.). L'alternanza poteva essere di una sola fila di mattoni ed una sola fila di tufelli. Vi vennero aggiunte anche ammorsature laterali in mattoni sugli spigoli di mura, porte e finestre, come Villa dei Sette Bassi - metà II sec. d.c. - Parco degli Acquedotti.



IL CEMENTO NEI PAVIMENTI


Il Cocciopesto (Coccio Pisto)

è un aggregato  adatto a impermeabilizzare e rendere idraulica la malta di calce (come lo strato laterale del condotto dell’Acqua Marcia nel parco degli Acquedotti). Si ottiene mescolando una parte di calce, due parti di sabbia o pozzolana ed una parte di polvere ottenuta pestando coppi, tegole e vasi di terracotta fino ad ottenere la desiderata granulometria. Era utilizzato per impermeabilizzare cisterne per l’acqua, piscine termali, gli spechi degli acquedotti e per realizzare pavimenti.


Il Signino (Opus Signinum)

OPUS SIGNINUM

Il cocciopesto utilizzato nella pavimentazione venne chiamato Signino; fu il tipo di pavimento più utilizzato dal III sec. a.c. fino al I sec. d.c. con la massima diffusione in epoca tardo repubblicana, perchè era economico,  impermeabile e durevole; consentiva una buona pulizia.

In seguito venne impreziosito inserendo nello strato di cocciopesto delle tessere bianche e nere o policrome disposte a formare disegni geometrici, con fasce, cornici e riquadrature dei diversi spazi abitativi; si ottenevano anche semplici decorazioni spargendo schegge irregolari di marmo o di pietre bianche o colorate ottenendo così un effetto puntinato; normalmente sullo sfondo rossastro del signino venivano utilizzate tessere bianche o bianche e nere per realizzare le figure geometriche; l’uso delle tessere colorate rimase limitato per i costi; le tessere e le schegge non coprivano in modo uniforme il pavimento, lasciando ampi tratti visibili di signino.

I Romani lo chiamarono signino dal nome della città di Signia, oggi Segni, grosso centro di produzione laterizia famoso soprattutto per la fabbricazione di tegole.


Opus Vermiculatum

Descritto da Lucilio come formato da tasselli marmorei oblunghi come vermi; venne poi chiamato Opus Museum da cui si origina la parola mosaico.

OPUS SECTILE

Opus Sectile

consisteva di sottili fette di marmo, chiamate "crustae" da Plinio e "sectilia" da Vitruvio, di vari colori e molteplici forme tagliate a misura ed incastrate tra loro a realizzare un intarsio marmoreo di disegni geometrici ed anche figurativi anche molto complessi; ovviamente sia il lavoro che i costi erano enormi.


Il solaio

Nel De Architectura VII.I Vitruvio spiega la costruzione di un solaio:
"... Se il pavimento poggia direttamente sulla terra, il suolo deve essere esaminato, ad accertare che sia dappertutto solido, e quindi sopra questo sarà steso uno strato di pietrame. Ma se in qualche parte questo risulta soffice, dovrà essere prima solidificato."

Il solaio veniva quindi realizzato utilizzando legno di quercia; sopra questo si stendeva della felce o della paglia in modo da evitare che la calce venisse a contatto col legno.

"Quindi, sopra questo disporre la base, composta di pietre di dimensione non inferiore a quelle che possano essere contenute in una mano. Dopo che la base è stesa, su questa viene posato il pavimento; mescolare pietre frantumate (pietrisco - ghiaietta) nella proporzione, se queste sono nuove, di tre parti per una parte di calce; se queste provengono da vecchio materiale riutilizzato, si utilizzeranno cinque parti di pietrame con due parti di calce. Successivamente si disponga la mistura di pietra frantumata e calce e, con l’aiuto di numerosi uomini, si batta ripetutamente e lungamente con spatole di legno per solidificarlo, e dovrà avere uno spessore di non meno di tre quarti di piede quando sarà terminato (circa 7 cm).
Su questo si dispone il nucleo, consistente di tegole e ceramiche frantumate e calce nella proporzione di tre parti ad una, formando uno strato di non meno di sei pollici. Sopra il nucleo, il pavimento, sia che sia fatto in pavimenta sectilia (pavimento suddiviso in fette di varia forma) sia che sia fatto con tessere, dovrebbe essere steso accuratamente, utilizzando regolo e livella.
... se [il pavimento] consiste di sectilia, allora ovali, o triangoli, o quadrati, o esagoni, non devono essere attaccati su differenti livelli, ma devono essere tutti collegati insieme sullo stesso piano.
Se questo è realizzato in tessere, tutti gli spigoli devono essere a livello...
L’opera testacea spicata Tiburtina, richiede un’attenta rifinitura, senza che siano lasciati vuoti o creste. Quando la lucidatura sia finita, intendendo il processo di levigatura e pulizia, setacciare polvere di marmo sopra questo, e stendere uno strato di calce e sabbia (a riempimento degli spazi tra i mattoni)"

OPUS SPICATUM

Pavimento in laterizio

Nel I sec. d.c. il laterizio soppianterà il signino nella realizzazione dei pavimenti.


Opera spicata (opus spicatum)

Utilizzata nelle pavimentazioni e raramente nelle murature; i mattoni rettangolari venivano disposti a spina di pesce con intersezioni fra i mattoncini a novanta gradi. E' il tipo di pavimento maggiormente diffuso in età imperiale. I mattoni utilizzati sono di circa 10 per 2 cm per un’altezza di 5 cm, vengono cioé poggiati sul lato stretto, in verticale.

IL DECLINO

Il Medioevo vide un diffuso e graduale declino del livello qualitativo delle malte. Nella composizione delle malte erano impiegate sabbie sempre più impure ed entrò in disuso l’impiego della pozzolana e del cocciopesto. La conseguenza fu un generale decadimento della qualità della calce e un’applicazione di altre tecniche costruttive. Si abbandonò il mattone tornando alla pietra, lavorata e non, si incrementò invece l'uso del legno e della terra battuta soprattutto per le mura.

Nella seconda metà del 1700 il culto archeologico per le rovine della classicità aveva portato con sé anche quello per i cementi di età romana. Il fatto che a distanza di tanti secoli gran parte delle costruzioni realizzate con quelle malte a base di calce idraulica risultavano ancora notevolmente resistenti e ben conservate (anche nelle regioni più lontane dell’Impero in condizioni climatiche ben più estreme di quelle in cui si estraeva la pozzolana di origine vulcanica), stimolò il dibattito scientifico europeo che in quegli anni andava concentrandosi attorno alla chimica del flogisto (teoria del XVII secolo sulla combustione dei materiali).

Ma fu nel XIX sec. che si ripresero i criteri romani di composizione del cemento, si che i palazzi ottocenteschi usufruirono di un ottimo cemento, che un secolo dopo scadeva di nuovo per ragioni economiche e di speculazione edilizia. A tutt'oggi il cemento edile  lascia molto a desiderare nell'edilizia commerciale.

ETTORE DE RUGGIERO

CAEMENTA

Nelle parieti faciundo di Puteoli (CI 577 «X 1781, 2, 21) leggesi: Nive maiorem caementa (= caementas) struito, quam quae coementa arda pendat pondo XV, nioe angolaria (= angulariam) altiorem (trien- tem semunciam) facito. Qui la parola, di genere femminile, sta nel significato di tegole e propriamente di quelle che si pongono agli angoli degli edifici, dette cantoni. Cf. BI 1841 p. 11. Enn. presso Non. 3, 42. Bltlmner, Techn. 3 p. 180. 

CAEMENTICIUS

Nelle costruzioni murali dicesi di quelle composte non di massi quadrangolari o simili, ma di pietre rozze e scheggiate, che sono appunto il caementum (Vi- truv. 2, 4. 7. 8, 7, 6 cf. Cic. Mil. 27. Liv. 21, 11 etc.). Così appunto in alcune lapidi, come C. n 3434 (= I 1477) : M. Puupius M, il{iher- tas)\ (seguono altri nove nomi) mag{istri) pilas II et fundamento caement(icia) faci[und{a) co]eravéfiunty, 

 — IX 3138 (=1 1279): L. Statius Cn, /.Chilo (seguono altri quattro nomi) magistri Laverneis murum caementicium, portam, porticum, templum Bonae Deae pagi decreto faciundum\ curarunt etc; 

— VII 269: Impieratore Caesare L. Septimio Severo' Pio Pertinacie Augusto . . . valium cum bracchio caementicium cohors VI Nerviorum sub cura fecit etc. 

— Una lapide di Catina (C. X 7042) ha: Rogo vos domini paucis diebus sustineatis causa utilitatis caementorum quo citius in usum vestrum possit esse. Cf. Bltimner, Technol. 2 p. 12; 3 p. 146. 

 CAEMENTARIUS

- In una lapide frammentata urbana (NS. 1888 p. 492=BM. 1888p.390) si legge: Locus Ce[lerini quem comparabet a .... fossore et cementario. Il eh. De Rossi, che la dà così supplita (Bull. d*arch. cristi 1887 p. 73) osserva:  

" Il venditore del locus per la prima volta sembra un caementarius, cioè muratore. Ciò non deve farci punto meravigliare. Già nella Roma sotterranea tomo m p 552 ho identificato i fossores con gli structores nei cimiteri. E la riunione dei due mestieri era in special modo necessaria nei sepolcreti all'aperto cielo, quale doveva essere quello, donde proviene il grande lastrone di marmo del sepolcro venduto dal caementarius. Nel sistema dei sepolcreti sub dio, il fossore doveva prima scavare la fossa, poi costruirla d'opera muraria {caementitia). Egli è adunque naturale che sia stato chiamato fossor et caementarius, o cavatore e murarore ". 

Cf. Bltlmner, Techn. 3 p. 7. 146. Duplicarius caementarius. — Non ricorre che in una sola iscrizione di un classiario della flotta di Misennm (C. X 3414) : Z). M. L. Mi Valentis dupliciarii caementari ex classe praetoria Misensij natione Syri vixit etc. 

(Ettore De Ruggero)

I SEGRETI DEL CEMENTO ROMANO

Fonte: Il Fatto Storico
Quotidiano di Storia e Archeologia - LUGLIO 26, 2013

I segreti chimici del cemento di un molo romano, che ha trascorso gli ultimi 2.000 anni sommerso nel Mar Mediterraneo, sono stati scoperti da un team internazionale di ricercatori. 

L’analisi dei campioni ha spiegato perché il miglior cemento romano era superiore al più moderno calcestruzzo in termini di durata, perché la sua produzione era meno dannosa per l’ambiente, e di come questi miglioramenti potrebbero essere adottati nel mondo moderno. 

 “Non è che il calcestruzzo moderno non sia buono – è così buono che ne utilizziamo 19 miliardi di tonnellate di un anno”, dice Paulo Monteiro del Lawrence Berkeley National Laboratory. 

“Il problema è che la produzione di cemento “Portland” conta per il 7% del diossido di carbonio che l’industria diffonde nell’aria”. (Lawrence Berkeley National Laboratory) (Lawrence Berkeley National Laboratory) 

 “A metà del XX secolo, le strutture in calcestruzzo erano progettate per durare 50 anni, e molte di loro sono limitate nel tempo”, dice Monteiro. “Ora progettiamo edifici per durare da 100 a 120 anni”. 

"Eppure le installazioni portuali romane sono sopravvissute 2.000 anni a onde e attacchi chimici". (Lawrence Berkeley National Laboratory)

Il segreto?

Per produrre il moderno cemento Portland è necessario riscaldare una miscela di calcare e argille a 1.450 gradi Celsius. 

I Romani, invece, ottenevano calce viva bruciando pietra calcarea a 900˚ C o meno, il che richiede molta meno energia del Portland. Una volta “spenta” con l’acqua, la mescolavano con la cenere vulcanica (pozzolana): la malta che ne risultava veniva ancora mescolata col tufo vulcanico e poi posta in forme di legno. 

L’acqua di mare immediatamente innescava una reazione chimica a caldo. 

La calce veniva idratata – incorporando molecole di acqua nella sua struttura – e reagiva con la cenere per cementare l’intera miscela insieme. 

A differenza del Portland, il campione esaminato, proveniente dal porto di Baia, nel Golfo di Napoli, conteneva alluminio e meno silicio. E la composizione calcio-alluminio-silicato-idrato è un legante eccezionalmente stabile. 

 Le descrizioni della cenere vulcanica sono sopravvissute dai tempi antichi. Già Vitruvio e più tardi Plinio il Vecchio scrissero che il miglior cemento marittimo era fatto con la cenere dalle regioni vulcaniche del golfo di Napoli, in particolare dai siti nei pressi dell’odierna Pozzuoli. 

(Lawrence Berkeley National Laboratory)



DALL’ANTICA ROMA METODI DI COSTRUZIONE SOSTENIBILI 
(Fonte: virtuousitaly)

Gli antichi romani avevano indubbie capacità nel campo delle costruzioni, ne è dimostrazione la grande quantità di edifici che a distanza di duemila anni sono ancora in piedi. A quel tempo vi era la consapevolezza che gli edifici, una volta costruiti non sarebbero mai crollati, a meno di imprevedibili e devastanti terremoti. Questa convinzione era legata soprattutto all'eccellente qualità delle malte impiegate che oggi sono state studiate per carpirne i segreti.

Un team di scienziati Europei e Statunitensi ha condotto uno studio sul cemento romano, in particolare quello impiegato per la costruzione dei porti che ancora oggi resiste alle condizioni di forte aggressività delle acque marine, ed ha scoperto che la mistura di roccia vulcanica (o cenere) e calce impiegata per produrlo rendeva la malta molto resistente e particolarmente solida a contatto con l’acqua. 

Queste caratteristiche, normali per l’epoca, sono difficilmente raggiungibili con i cementi che utilizziamo oggi, ma la scoperta più curiosa è legata al processo di produzione del cemento romano. Per produrre cemento, oggi viene emessa una grande quantità di anidride carbonica (circa il 7% delle emissioni totali a livello globale), mentre seguendo la “ricetta” romana non vi è alcuna emissione in atmosfera, tanto che si può parlare, del cemento romano come di un prodotto estremamente sostenibile.

I risultati di questa ricerca dovrebbero far riflettere sulle potenzialità delle tecniche costruttive dei nostri antenati che sicuramente si distinguevano per la qualità delle costruzioni e a quanto pare anche per la sostenibilità. Iniziare ad impiegare di nuovo quelle tecniche potrebbe portare all'utilizzo di materiali migliori dal punto di vista tecnico e ciò potrebbe rappresentare una sfida, oltre che per l’industria, anche per la compatibilità ambientale del settore delle costruzioni.

PORTO ROMANO DI ORBETELLO

RIVELATO IL SEGRETO DI COME IL CALCESTRUZZO ROMANO SOPRAVVISSE ALLE ONDE E ALLE MAREE PER 2.000 ANNI

Il mistero degli ingegneri moderni. Perché i pilastri romani di 2.000 anni sopravvivono fino ad oggi, ma i muri moderni in cemento incorporati con l'acciaio sgretolano in decine di anni? Anche Plinio il Vecchio, scrivendo nella sua Naturalis Historia del 79 d.c., notò che le strutture in calcestruzzo nei porti antichi "diventano una singola massa di pietra impenetrabili alle onde e ogni giorno più forti", nonostante siano costantemente colpite da acqua di mare.

Ora gli scienziati negli Stati Uniti pensano di aver trovato la risposta e potrebbe infine portare a difese moderne dal mare. Hanno scoperto che quando l'acqua salata si mescola con la cenere vulcanica e la calce utilizzata dai costruttori romani, porta alla crescita di minerali interbloccanti, che portano una concretezza quasi impenetrabile al calcestruzzo.

"Stiamo esaminando un sistema che è contrario a tutto ciò che si vuole nel calcestruzzo cementizio", ha dichiarato Prof. Marie Jackson, professore di ricerca geologica e geofisica dell'Università degli Utah che ha condotto lo studio "Stiamo esaminando un sistema che prospera nello scambio chimico aperto con l'acqua di mare".

Gli ingegneri romani realizzarono il calcestruzzo mescolando la cenere vulcanica con calce e acqua di mare e poi aggiunsero pezzi di roccia vulcanica. La combinazione di cenere, acqua e calce produce quella che si chiama reazione pozzolanica, chiamata dopo la città di Pozzuoli nella baia di Napoli, innescando la formazione di cristalli nelle lacune della miscela come esso stabilisce. La stessa reazione si verifica nella natura e si possono trovare gocce di cemento naturale chiamato "tufo" sparsi nelle zone vulcaniche, probabilmente ciò che ha dato ai romani l'idea.

I ricercatori hanno studiato i nuclei di calcestruzzo dell'antico pilastro romano Portus Cosanus a Orbetello, Italia, utilizzando i raggi X di raggi luminosi ad alta potenza e hanno scoperto che i minerali erano cresciuti nelle crepe causate dall'erosione delle maree, dimostrando che la reazione dell'acqua salata continua anche la fissazione del calcestruzzo.

La ricetta esatta per il calcestruzzo romano è stata persa, ma la squadra sta lavorando con ingegneri geologici per trovare un sostituto usando acqua di mare dalla baia di San Francisco e roccia vulcanica dagli Stati Uniti occidentali.

Se riescono, permetterà ai costruttori di costruire difese marine che durano per secoli, anche vantaggiose per il pianeta. Il cemento di Portland richiede forni a temperatura elevata contribuendo notevolmente alle emissioni di anidride carbonica e al riscaldamento globale.

"I Romani erano fortunati nel tipo di roccia che dovevano lavorare", ha aggiunto Prof Jackson. "Avevano osservato che la cenere vulcanica creava cementi per produrre il tufo. Non abbiamo queste rocce in molte parti del mondo, quindi dovrebbero essere fatte delle sostituzioni ".
La ricerca è stata pubblicata nella rivista American Mineralogist. 

RIVISTA SCIENCE ADVANCES - ADMIR MASIC

Sulla rivista Science Advances, gli ingegneri del Massachusetts Institute of Technology hanno dichiarato che piccoli minerali detti "clasti di calce" abbiano conferito al vecchio cemento romano una certa capacità curativa. Per anni gli scienziati avevano pensato che la presenza di clasti di calce nell'antico cemento fosse accidentale, per poca miscelazione o per disattenzione. Ma Admir Masic, professore di ingegneria civile e ambientale al MIT e autore principale dello studio si era già detto che i romani non avrebbero tollerato un prodotto finale non ben miscelato.

Gli esperti avevano ipotizzato che l'ingrediente segreto nella costruzione di strutture come il Pantheon avesse a che fare con il materiale pozzolanico, derivato dalla cenere vulcanica nella zona di Pozzuoli, nel Golfo di Napoli. I clasti di calce non sono un sottoprodotto casuale di altri processi chimici. Occorre mescolare il cemento con la calce a temperature altissime per ottenere un paio di guarnizioni a base di calce.

La miscelazione a caldo produce composti non ottenibili con la sola calce spenta, cioè la calce non miscelata a caldo e l'aumento di temperatura riduce la "polimerizzazione" e i tempi di presa durante la costruzione di una struttura, perché il calore accelera le reazioni. Viene da pensare a come questo calcestruzzo potrebbe non solo aumentare la durata dei materiali, ma anche la durata del calcestruzzo stampato in 3D"

Nella miscelazione a caldo, i clasti di calce creano nel calcestruzzo una fonte di calcio reattivo. Quindi se si formano minuscole crepe, e se l'acqua penetra nelle fessure, queste si riempiono di una versione ricristallizzata della fonte di calcio. Poi i ricercatori hanno testato il procedimento, realizzando il calcestruzzo mediante miscelazione a caldo, con clasti di calce. Hanno creato delle crepe e vi hanno fatto scorrere dentro l'acqua. Nel giro di due settimane, le crepe erano completamente cristallizzate e l'acqua non poteva più scorrere.

Ma uno studio separato del MIT, anch'esso condotto da Masic, dell'ottobre 2021 ha rilevato che una tomba romana di 2.050 anni fa conteneva molta di quella magica cenere vulcanica nelle sue pareti e ha notato che c'erano "insolite interazioni chimiche con la pioggia e acque sotterranee accumulate nel corso di due millenni" a causa di questa cenere. Queste interazioni avrebbero contribuito alla coesione del calcestruzzo. Tuttavia, quello studio ha correlato i risultati con un derivato del potassio piuttosto che con i clasti di calce.

"Comprendere la formazione e i processi di materiali antichi può informare i ricercatori su nuovi modi per creare materiali da costruzione durevoli e sostenibili per il futuro", ha affermato Masic "La tomba di Caecilia Metella è una delle strutture più antiche ancora in piedi, e può ancora ispirare la costruzione moderna." Per ora, il team sta lavorando alla commercializzazione della miscela di cemento autorigenerante che hanno appena realizzato.

BIBLIO

- A. M. Biraschi - Introduzione a Strabone - Geografia. L'Italia (libri V-VI) - Milano - BUR - 2000 -
- De Architectura - ed. italiana dei libri I-V, a cura di Carlo Amati, vol. 1 (1829)
- De Architectura - edizione italiana dei libri V-X, a cura di Carlo Amati, vol. 2 (1830) -
- Marco Vitruvio Pollione - De architectura, a cura di L. Migotto - 1992 -
- Pierluigi De Vecchi ed Elda Cerchiari - I tempi dell'arte, vol. I - Bompiani - Milano - 1999 -
- Ranuccio Bianchi Bandinelli e Mario Torelli - L'arte dell'antichità classica - Etruria-Roma - Torino - Utet - 1976 -