L’Uomo e la pietra artificiale: l’illusione dell’eternità

C’è del magico nel raccogliere un sasso dalla terra, demolirlo con il fuoco, modellarlo con l’acqua e con l’ingegno dell’uomo per riottenere con l’aiuto dell’aria un solido duro come la pietra iniziale.
(Tratto da “Sulla Natura” di Empedocle 492-432 a.C.)

La pietra è stata il materiale più utilizzato dall’uomo per la costruzione delle proprie dimore ma anche delle proprie tombe e dei luoghi di culto, tanto che tra loro si è creato un’ unione quasi sacrale, con la pietra normalmente identificata come l’espressione dell’eternità e del divino.
La conseguenza naturale di questo rapporto è stata la ricerca, da parte dell’uomo, del come produrre
artificialmente questo elemento, sia per identificare il costruttore con la divinità, sia per superare le problematiche derivanti dalla carenza di strumenti atti a tagliare, sagomare e trasportare, anche per chilometri, le enormi masse richieste per la realizzazione di grandi strutture. In sostanza, l’uomo ha cercato di individuare sostanze leganti che potessero contribuire all’assemblaggio di elementi lapidei di diversa dimensione, rendendo stabile la loro unione creando, di conseguenza, la pietra artificiale.

I leganti proto-polimerici e le Piramidi d’Egitto
Nel 1889 a Sehel vicino all’isola di Elefantina, a nord di Assuan, venne rinvenuta una stele, conosciuta con il
nome di Stele della Carestia, che sembrerebbe custodire al suo interno un importantissimo segreto, che potrebbe rivoluzionare le conoscenze sull’antica tecnologia egizia. Ciò che incuriosì maggiormente alcuni egittologi si trova nella terza parte della stele, nella quale vengono chiamate in causa due delle più importanti figure che caratterizzarono l’antico Egitto, lo scriba Imhotep, custode dell’antica sapienza egiziana ed il dio Khnum, il protettore dei vasai e l’artefice della pietrificazione, quindi della agglomerazione artificiale della pietra e del calcestruzzo (ancora oggi chi opera nel comparto della produzione di questo materiale, ha particolarmente bisogno di un Santo Protettore).

A sinistra Stele della Carestia; a destra rappresentazione di Knuhm

Le istruzioni per la costruzione di templi ed edifici fornite ad Imhotep dal dio Knuhm non menzionano,
nemmeno una volta, l’utilizzo di blocchi di granito ma quello di minerali per la costruzione in loco di pietre
che “dai tempi antichi nessuno ha più utilizzato per costruire i templi degli dei…”. L’interpretazione della Stele della Carestia effettuata da Davidotis ha cercato di spiegare come il faraone che costruì la grande piramide di Cheope, nel 2.650 a.C., fosse stato istruito per la costruzione di pietre (ARI-KAT, in egiziano) attraverso un procedimento che oggi potremmo definire di geopolimerizzazione, termine con il quale si identifica un processo chimico di aggregazione di minerali, il cui risultato riproduce fedelmente e chimicamente una roccia partendo dai suoi costituenti base. In questo caso il legante è costituito da una miscela di carbonato di sodio (il Natron impiegato anche per i processi di mummificazione) e di silicati idrati (il Mafkat), questi secondi con funzione di catalizzatore (come dice Filiberto Finzi nella prefazione del libro Note sul Calcestruzzo Oggi, siamo di fronte ad un proto-legante di miscela, precursore degli attuali CEM II, ecc), il tutto miscelato con acqua. Gli studi di Guy Demortier confermano le teorie di Davidotis, tanto che lo stesso così descrive il processo produttivo: un nitrato di sodio naturalmente cristallizzato, è stato mescolato con ghiaia di calcare ed acqua per dare vita ad un proto-calcestruzzo, che veniva colato in una cassaforma per la prefabbricazione dei blocchi. Quindi, tra le altre cose, assistiamo alla messa a punto di un primo processo di produzione industrializzata di elementi prefabbricati in situ.

I leganti prodotti industrialmente
Più di attualità è la storia dei leganti artificialmente fabbricati, cioè di quei prodotti che, partendo all’argilla e passando al calcare cotto con il fuoco, sino ai moderni cementi, costituiscono la fondamentale colla utilizzata per assemblare lo scheletro rigido del conglomerato cementizio, sia esso la malta o il calcestruzzo.
Si suppone che la scoperta della calce da parte dell’uomo preistorico, sia stata contemporanea alla scoperta di altri leganti naturali, quali l’argilla ed il gesso, ed antecedente alla scoperta dei metalli a causa delle più basse temperature a cui avviene la sua cottura.
Si può ragionevolmente supporre che la scoperta avvenne casualmente (circa 12.000 anni a.C.) notando che, in alcune aree geografiche, ponendo alcune pietre intorno al fuoco queste, a contatto con il fuoco stesso, modificavano la loro struttura trasformandosi in polvere che successivamente, se unita all’acqua, formava un impasto plastico il quale, asciugandosi successivamente, perdeva la sua plasticità e ritornava ad avere la rigidità della pietra originaria (leggi Empedocle da Akragas).
Il più antico manufatto ufficialmente classificabile come realizzato con un calcestruzzo di pietra calcarea legata con calce aerea è, “UDITE…UDITE”, il pavimento di un deposito di strumenti di selce scoperto ad Yiftah, nella Galilea Meridionale, datato 7.000 anni a.C., che presenta una superficie compatta, con elevata durezza superficiale (giusto come per molti pavimenti moderni definiti…a correre!).
Nei secoli la tecnologia di produzione delle calci andò affinandosi sino all’era romana, era nella quale si ebbero i primi veri riferimenti bibliografici su questo legante. In particolare Marco Vitruvio Pollione, in De Architettura, scritta nel XIII anno a.C., tratta moltissimi aspetti della produzione e dell‘utilizzo della calce ed è sorprendente come alcune note, contenute nel testo, trovino ancora riscontro nella vita quotidiana dei produttori od utilizzatori della calce oggi. Per esempio, al riguardo della preparazione del grassello Vituvio scrive “Quando verrà fatta la macerazione e diligentemente preparata per l’opera, si prenda un’ascia e come si fende la legna, così si faccia alla calce macerata nella vasca; se con l’ascia si incontrano sassolini non sarà ben macerata, se si estrarrà fuori il ferro asciutto e netto, indicherà essere la calce magra e secca, se poi rimarrà attaccata intorno al ferro a guisa di glutine, indicherà essere grassa e ben macerata e sarà ciò prova più che sufficiente per crederla ben macerata”.

La lavorazione del grassello di calce


 

 

 

 

Anche Plinio il Vecchio riprende le esperienze di Vitruvio, di cui era un estimatore, approfondendo nel suo libro “Naturalis Historiae” alcuni aspetti specifici relativi alle modalità costruttive dei fornax calcaria (forni da calce) basandosi su quanto era stato stabilito in quei tempi dalla corporazione dei “calcis cocitores” (cuocitori di calce) in Roma.

Fornax calcaria

 

 

 

 

 

 

 

Vitruvio chiama saxum caementitium un blocco costituito da rottami di pietra legati con calce e sempre da un termine romanico, il calcis structio che significa “struttura a base di calce”, nacque il moderno nome calcestruzzo. Attraverso l’influenza romana nei confronti di altre popolazioni, si svilupparono altri termini oggi d’attualità, vedi l’inglese concrete dal concretum corpus ex elementis che definisce un “corpo composto da elementi diversi”.
Ancora Vitruvio, che è colui che più tecnicamente descrive questi materiali ed è il più importante punto di riferimento delle conoscenze tecnologiche all’inizio dell’era cristiana, ci parla della scoperta delle proprietà idrauliche delle miscele di calce e sabbia vulcanica. Particolarmente significativi sono alcuni passi tratti dal Cap.VI° del libro II° di De Architectura: evvi ancora un altro genere di arena che produce effetti meravigliosi. Si trova nei dintorni di Baja e nei territori dè municipi, che sono intorno al Vesuvio; mescolata in somma di calce e pietre frantumate (in latino caementum) fa gagliarda non solo ogni specie di costruzione ma particolarmente quelle che si fanno sott’acqua. Perciò venendosi a mescolare insieme queste tre cose, le quali sono state tutte alla stessa maniera formate dalla violenza del fuoco, ricevendo di botto l’umido fanno presa e, indurite dallo stesso umido, si rassodano tanto che non può scioglierle né l’onda né qualunque impeto d’acqua.
Attraverso le citazioni di Vitruvio, possiamo ricavare alcune ricette consigliate per la realizzazione di miscele idonee per specifici impieghi:
• per blocchi portanti, legare pezzi di pietra dal volume inferiore a quello della mano, con due parti di pozzolana ed una di calce;
• per pavimenti, legare tre parti di frantumi di mattone (nelle ville) o di pietra (nei depositi), con due parti di pozzolana ed una di calce.
È interessante notare, dalla lettura del testo, il rapporto praticamente fisso tra pozzolana e calce (per il legante) ed il fatto che si raccomandasse di costipare attentamente i conglomerati, tanto che anche Plinio consigliava di battere con mazze di ferro i fianchi dell’opera, per ottenere un ottimale rifluimento della boiacca sulle superfici, in particolare nella costruzione delle cisterne (l’importanza della qualità dello strato corticale per l’impermeabilità dell’opera).
Durante il Medio Evo si ebbe un’evidente involuzione, per quanto concerne la tecnologia dei materiali e tale declino è spiegabile in vari modi:
• l’impossibilità, causa il periodo di oscurantesimo (con il concreto rischio di denuncia per stregoneria), di tramandare i segreti del mestiere, con conseguente perdita della conoscenza degli accorgimenti da utilizzare (accidenti...si trattava di pratiche alchemiche e di alchimisti);
• Il decadimento dell’arte della cottura della calce a seguito dell’utilizzo di forni non idonei;
• l’utilizzo di sabbie non lavate e quindi impure;
• l’abbandono dell’aggiunta di polvere di mattoni e/o di pozzolana.
Solo con il Periodo Umanistico e con l’avvento dell’Era della Chimica, si ritornò alla scoperta delle antiche conoscenze e furono realizzate le prime evoluzioni tecnologiche (vedi Nomenclatura Chimica di Lavoiser, nato a Parigi nel 1743).
La rinnovata conoscenza scientifica e la pratica relativa alla buona produzione della calce portò, nel 1755, alla prima scoperta relativa ai cementi moderni ad opera del Prof. J. Black di Glasgow.
Fu solo nel XIX° secolo che si scoprì che per diventare idrauliche, le calci dovevano provenire da calcari contenenti un 6 ÷ 8% di argilla ed essere cotte a temperature superiori a quelle necessarie per ottenere le calci aeree (oltre 850 °C).
Dalla scoperta delle proprietà idrauliche delle calci a matrice argillosa, un certo Parker brevettò il primo cemento veramente moderno, attraverso un processo consistente nel ridurre in polvere certi prodotti di
pietra o materiali argillosi, chiamati noduli di argilla, e nel mettere in opera questa polvere con acqua, in
modo da formare una malta o un calcestruzzo (concrete) più resistente e più duro di ogni malta o calcestruzzo (concrete) attualmente preparato per mezzo artificiale.
Successivamente, l’evoluzione del legante cementizio è stata continua, dal perfezionamento dei processi di
selezione dei calcari a cura di Joseph Aspdin, all’intuizione di Isaac Charles Johnson, che nel 1844 riuscì a produrre un legante paragonabile all’odierno cemento Portland, portando la materia prima fino ad incipiente vetrificazione. Con successivi perfezionamenti nella produzione del legante cementizio, solo per quanto concerne i quantitativi dei suoi costituenti e delle granulometrie, siamo giunti, ai nostri giorni, alla produzione di un materiale che, secondo una classificazione chimico – mineralogica, è definibile come:
un eterogeneo sistema di aggregati minerali inorganici solidi, suddivisi e granulometricamente assortiti, normalmente plutonici (feldspato-silicei o ferro-magnesiaci) o sedimentari, calcarei in origine, immerso in una matrice composita di polibasici alcalini e alcaloidi silicatici sintetizzati, sospesi in una soluzione acquosa e in co-precipitata dispersione con altri ossidi anfoteri. Solo con la messa a punto dei moderni leganti cementizi e attraverso l’evoluzione della comprensione del funzionamento del calcestruzzo con le armature diffuse (avvenuta nell’800, con la rivoluzione industriale), l’uomo ha potuto progettare e realizzare strutture caratterizzate da forme snelle, a volte ardite.

Strutture di calcestruzzo nuove e Degrado per aggressione ambientale


Solo con l’impiego diffuso del c.a. e con il peggioramento dell’aggressività dell’ambiente, l’uomo ha preso coscienza che non ci troviamo di fronte a quella che era ritenuta la pietra artificiale non degradabile, bensì ad un materiale vivo e modificabile, anche negativamente, dall’ambiente nel quale vive. Questo gli ha fatto comprendere che l’eternità della pietra artificiale è pura illusione e che il suo vero obiettivo è far si che questo materiale per la costruzione, non più sacrale, duri il più a lungo il possibile e che è suo compito assumere tutte le precauzioni atte a raggiungere, nel modo più economico, questo risultato (la progettazione della Vita Nominale, come richiesto dalle Norme Tecniche per le Costruzioni).

Bibliografia
• Di Pietro S., Ghersi A., Peretti A., La continuità storica nell’invenzione tecnologica e teorica del cemento armato.
• Forum Italiano Calce: Storia della calce.
• Davidotis J., Il calcestruzzo dei Faraoni, Edizioni Profondo Rosso.
• Baccarini E., Il cemento dei Faraoni, Funfactory
• Zambetti G. F., Note sul Calcestruzzo Oggi, Edizioni 31 per ATE.