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Sebbene il calcestruzzo sembri comune nella vita moderna, questo materiale da costruzione ha una storia ed un’evoluzione millenaria.Si potrebbe quasi affermare che il calcestruzzo è antico esattamente come la necessità dell’uomo di costruire edifici ed infrastrutture.
Questo articolo ripercorre la storia del calcestruzzo, la sua nascita e il ruolo che ha avuto nella realizzazione delle grandi città e degli edifici monumentali del mondo.
10.000 a.C.: la prima struttura calcarea
Il calcare, spesso chiamato anche "lime", ha un ruolo iniziale nella storia del calcestruzzo come ingrediente di base del cemento, ed è stato utilizzato per millenni. Anticipando di 6.000 anni un altro enorme tempio in pietra, Stonehenge, il Göbekli Tepe (‘collina panciuta’ in turco) nell'odierna Turchia è stata la prima struttura calcarea conosciuta. Il calcare costituiva i pilastri a forma di T di questo tempio, che furono costruiti e scolpiti da uomini che non avevano ancora sviluppato utensili in metallo o persino la ceramica.
In assenza di prove a sostegno dell'idea che sulla cima del Göbekli Tepe vivessero delle persone, gli archeologi lo considerano un luogo di culto storicamente significativo, la prima "cattedrale su una collina" dell'umanità. Le persone che crearono e utilizzarono la struttura erano probabilmente abitanti della Mezzaluna Fertile, un'area mite e coltivabile che si estende dal Golfo Persico fino agli odierni Libano, Israele, Giordania ed Egitto.
Proprio come questo evento segna un passo avanti nell'evoluzione dell'umanità, anche il calcestruzzo ha continuato a evolversi.
6500 a.C.: cisterne nel deserto siriano
Le prime strutture costruite con materiali simili al cemento , furono cisterne sotterranee segrete per immagazzinare l'acqua, costruite dai commercianti nabatei o beduini che svilupparono un piccolo impero nelle oasi desertiche della Siria meridionale e della Giordania settentrionale. Alcune di queste cisterne esistono ancora oggi in quelle aree.
5600 a.C.: Pavimenti pre-calcestruzzo
Nell'ex Jugoslavia, nella zona di Lepenski Vir, lungo il Danubio, a metà degli anni '60 sono state trovate delle capanne con pavimenti in cemento risalenti al 5600 a.C. Il cemento di calce utilizzato probabilmente proveniva da un deposito a monte ed era mescolato con sabbia, ghiaia e acqua per assomigliare alle miscele di cemento dei nostri tempi.
3000 a.C.: gli antichi egizi usavano fango e paglia per legare i mattoni
Uno dei primi predecessori del calcestruzzo era un materiale da costruzione creato dagli antichi Egizi da fango e paglia. Usavano questo per legare i mattoni da usare in edilizia. Un altro agente legante usato in quel periodo era la malta fatta di gesso e calce. Di fatto, potrebbe essere la prima forma embrionale di malta fibrorinforzata.
2500 a.C.: Materiali simili al cemento utilizzati nella costruzione delle Grandi Piramidi
Il 2500 a.C. segna il successivo grande progresso nella storia del calcestruzzo. Alcune fonti riportano che una malta di gesso bruciata o un materiale simil-calcestruzzo a base di calce furono usati per costruire la Grande Piramide di Giza. La prima illustrazione conosciuta dell'uso del calcestruzzo in Egitto risale al 1950 a.C. circa: si tratta di un affresco su un muro di Tebe.
1000 a.C.: vengono costruite tombe greche
Alcuni archeologi teorizzano che l'introduzione del cemento nella società abbia contribuito a creare le prime comunità stabili di persone. Le tombe del Peloponneso in Grecia, costruite oltre 3.000 anni fa, lo dimostrano. Seppellire i morti, per non parlare della costruzione di tombe per loro, dimostra che la civiltà stava iniziando a formarsi e a ruotare attorno a un'area stabile, un cambiamento rispetto allo stile di vita dei cacciatori-raccoglitori nomadi.
600 a.C.: indurimento del calcestruzzo sott'acqua
I Greci scoprirono una reazione chimica che cambiò il modo in cui il calcestruzzo poteva essere utilizzato. Mescolando una pozzolana naturale trovata sull'isola di Santorini, che conteneva calce con alluminosilicati, crearono un calcestruzzo che si sarebbe indurito sott'acqua oltre che in aria; utilizzarono questo materiale per creare rivestimenti protettivi su strutture fatte di mattoni non cotti.
I Greci crearono anche un predecessore del calcestruzzo che consisteva in pietre frantumate con una malta di calce e sabbia per legare. Ma questa miscela non era abbastanza forte da essere usata per scopi edilizi.
300 a.C.: Inizia la costruzione della Grande Muraglia Cinese
Il 300 a.C. segna l'inizio della costruzione della Grande Muraglia Cinese. Ha continuato a essere costruita e migliorata nel corso di molti anni e dinastie.
200 a.C.: i Romani usarono la cenere vulcanica per creare il cemento
Intorno al 200 a.C., i Romani scoprirono una reazione chimica simile a quella dei Greci quando mescolarono cenere vulcanica pozzolanica con calce. La silice, l'allumina e l'ossido di ferro nella cenere reagirono con l'idrossido di calcio nella calce formando un calcestruzzo più robusto. Questo calcestruzzo migliorato poteva anche resistere quando immerso in acqua, cosa che i precedenti materiali da costruzione, come l'intonaco fatto di calce e sabbia, non potevano sopportare.
2 a.C.: viene sviluppato il calcestruzzo romano
Sebbene l'uso della malta composta da sabbia, calce e acqua, come agente legante fosse già presente nell'antica muratura a quel tempo, i Romani la innovarono attraverso l'uso della sabbia vulcanica italiana, o "pozzolana".
Quando i costruttori romani aggiunsero la pozzolana alla loro miscela di malta al posto della normale sabbia (e dell'acqua di mare, che sembra aumentare la resistenza del calcestruzzo nel tempo, invece dell'acqua dolce), si resero conto che la malta risultante era significativamente più forte e durevole; poteva anche solidificarsi sott'acqua, cosa che non era possibile con i materiali precedenti.
Sebbene il cemento non fosse considerato esteticamente gradevole e i Romani spesso lo ricoprivano con mattoni e tegole, cambiò completamente le possibilità strutturali dell'architettura romana, dando inizio a una rivoluzione architettonica. Poiché il cemento manteneva le forme degli stampi, i costruttori potevano essere molto più creativi nei loro progetti. Molte di queste strutture erano così resistenti che sono ancora in piedi oggi.
70 d.C.–80 d.C.: viene costruito il Colosseo
Il Colosseo di Roma fu costruito su un lago artificiale, a fianco del palazzo dell'imperatore Nerone (che governò dal 54 al 68 d.C.). Il Colosseo fu costruito per volontà dell'imperatore Vespasiano (che governò dal 69 al 79 d.C.), che voleva costruire il più grande teatro del mondo. Originariamente chiamato Anfiteatro Flavio, divenne noto come Colosseo durante il Medioevo.
Il Colosseo contiene più di 50.000 posti a sedere e 76 ingressi ad arco, corrispondenti ai posti a sedere. Circa un terzo della struttura è ancora in piedi oggi.
118 d.C.–128 d.C.: Il Pantheon fu costruito utilizzando cemento non armato
Il Pantheon di Roma , che presto festeggerà il suo 1900° compleanno, è più robusto che mai. La cupola in cemento armato non rinforzato del tempio era due volte più larga e alta di qualsiasi cupola mai creata all'epoca, con un'estensione di 143 piedi e il suo famoso "oculus" al centro. Il suo peso gigantesco è sostenuto da muri in cemento incredibilmente spessi e otto volte a botte, tutte rinforzate con mattoni, ma senza alcun supporto interno.
Gli ingegneri di oggi non oserebbero costruire una cupola non rinforzata di quelle dimensioni, e potrebbero non conoscere mai il segreto della stabilità duratura del Pantheon. Sappiamo che gli ingegneri dell'imperatore Adriano modificarono le ricette del calcestruzzo, utilizzando più cenere vulcanica che roccia per rendere la cupola più leggera, e più aggregati di roccia nelle pareti per un rinforzo più pesante. Ma quando l'Impero Romano cadde nel 476 d.C., l'inedita ricetta romana per il calcestruzzo andò perduta.
300 d.C.–500 d.C.: architettura romana
La cenere vulcanica trovata vicino a Pompei e al Vesuvio è stata usata per addensare una miscela di calcare cotto, rocce macinate, sabbia e acqua, consentendo ai Romani di costruire rampe, terrazze e le strade che alla fine collegarono l'intero impero. Versare la miscela in stampi ha presto permesso ai costruttori di creare volte e cupole, così come gli archi degli acquedotti e degli stabilimenti balneari iconici dell'impero. Il calcestruzzo romano ha resistito a terremoti, fulmini, onde marine che si infrangono e migliaia di anni di intemperie.
1500 d.C.: il tentativo di ponte in cemento di Giovanni Giocondo nel periodo rinascimentale
Allo stesso modo, Frà Giovanni Giocondo da Verona , un frate italiano formatosi in architettura e archeologia, cercò e riuscì a emulare il cemento di cemento; Il fatto che fosse idraulico, o in grado di indurirsi sott'acqua, fu il suo indizio per provare a mescolare calce con pozzolana, qualcosa che lesse nell'opera di Vitruvio De Architectura.
Il primo tentativo di Giocondo di usare il cemento fu nel Pont Notre-Dame Bridge. Sebbene abbia retto per un po' e sia rimasto l'unico tentativo di costruzione in cemento durante il Rinascimento, alla fine fu demolito perché non riusciva a sostenere il peso delle case costruite sopra.
1700 d.C.: Scoperta del trass
Un muratore di Andernach, in Germania, provò a mescolare la cenere vulcanica chiamata trass con la malta di calce. Il materiale risultante era resistente all'acqua e molto tenace, e la reazione a catena innescata dalla scoperta avrebbe portato alla creazione del cemento moderno.
Nel XVII secolo, gli olandesi (che erano già esperti di costruzioni in acqua) vendettero il trass a Francia e Gran Bretagna per l'uso in edifici che richiedevano proprietà impermeabili. I due paesi rivali iniziarono immediatamente a competere per creare i propri materiali da costruzione idraulici.
1759: John Smeaton sviluppò la ‘calce idraulica’
Il primo utilizzo di successo del calcestruzzo fu quello di John Smeaton nella sua ricostruzione del faro di Eddystone. Riscoprì la calce idraulica, il primo tipo di calcestruzzo mai inventato, mentre si preparava a costruire il faro, usandolo per la sua capacità di resistere sott'acqua.
Nel frattempo, e più di 1.000 anni dopo che i segreti del calcestruzzo erano andati perduti, Smeaton riscoprì come produrre il cemento. In poco tempo, i produttori iniziarono a commercializzare la sua scoperta come "cemento romano". E il faro di Eddystone rimase in piedi per quasi 118 anni (dal 1759 al 1877), sopravvivendo alle rocce che si erodevano sotto di esso.
1824: Joseph Aspdin brevetta il cemento Portland
Joseph Aspdin creò il suo cemento Portland brevettato quando riscaldò insieme argilla e calcare e poi li lasciò raffreddare. Ciò portò all'uso di forni a pozzo verticale nella produzione del cemento, che sarebbero stati in seguito sostituiti da forni rotanti .
1843: Il tunnel del Tamigi fu la prima applicazione su larga scala del cemento Portland
La costruzione del tunnel del Tamigi, guidata da William Aspdin, figlio di Joseph Aspdin, dall'ingegnere civile Isambard Kingdom Brunel e dal padre di Brunel, utilizzò il cemento Portland nella sua prima applicazione su larga scala. Questo importante progetto ingegneristico incontrò molti problemi durante la sua costruzione, ma fu completato e aperto al pubblico nel 1843.
1849: Joseph Monier inventa il cemento armato
Joseph Monier sperimentò con successo il getto di calcestruzzo su una rete di acciaio. (Il calcestruzzo e l'acciaio si espandono a una velocità simile quando si riscaldano, il che li rende un abbinamento perfetto). Monier brevettò diverse varianti della sua invenzione per l'uso con vagoni letto ferroviari, solette edili e tubi.
Ciò segnò l'invenzione del calcestruzzo armato , per il quale Joseph Monier avrebbe ricevuto un brevetto nel 1867. Il calcestruzzo da solo è fatto mescolando insieme cemento, acqua e aggregati. Il calcestruzzo armato combina questo con l'acciaio per una maggiore resistenza alla trazione e durata.
Anni 1880: Brevetto dell'acciaio precompresso
Il processo di precompressione dell'acciaio è stato brevettato per rendere il calcestruzzo più resistente e consentire agli ingegneri di utilizzare meno acciaio e calcestruzzo.
1886: Viene creato il primo forno rotante che sostituisce i forni a pozzo verticale
Il primo forno rotante fu creato per essere utilizzato nella produzione di cemento. I produttori volevano sostituire i forni a pozzo verticale perché erano economicamente poco efficienti e la qualità del prodotto non era uniforme.
1889: Ernest Ransome brevetta il cemento armato utilizzato nella costruzione del più antico ponte in calcestruzzo ancora esistente
L'ingegnere californiano Ernest Ransome iniziò a testare calcestruzzo e barre di ferro da due pollici per vedere se i materiali si sarebbero legati. Quando ciò avvenne, Ransome fece un ulteriore passo avanti torcendo le barre di ferro per creare un'armatura attorno alla quale poteva "costruire" il cls in qualsiasi forma desiderata, un esperimento che funzionò, di conseguenza, l'Alvord Lake Bridge è il più antico ponte sopravvissuto realizzato in cemento armato.
Oggi chiamiamo questo sistema barra di rinforzo, o tondino di ferro, sebbene gli ingegneri moderni utilizzino tipicamente l'acciaio al posto del ferro, e il nuovo sistema di Ransome sarebbe stato utilizzato all'inizio del XX secolo per edifici commerciali, strade, ponti e persino i primi grattacieli. Il famoso architetto Frank Lloyd Wright iniziò a implementare la tecnologia del calcestruzzo con tondino di ferro nell'architettura moderna. Alcuni degli edifici più famosi di Wright, tra cui Unity Temple a Oak Park, Illinois, considerato il primo edificio moderno al mondo, e Fallingwater a Mill Run, Pennsylvania, la sua opera più celebrata, erano realizzati in cemento armato.
1891: Prima strada in cemento in America – Bellefontaine, Ohio
Nel 1891, un uomo di nome George Bartholomew costruì la prima strada in cemento in America a Bellefontaine, Ohio.
1899: Il ponte in cemento armato più famoso: il ponte sul fiume Vienne
Il ponte sul fiume Vienne a Chatellerault, in Francia, costruito nel 1899, è uno dei ponti in cemento armato più famosi al mondo.
1903: Primo grattacielo in cemento armato – The Ingalls Building, Cincinnati
A Cincinnati nel 1903, il sistema di Ransome rese possibile il primo grattacielo in cemento, l' Ingalls Building di 16 piani . Quell'altezza da torcicollo rese il grattacielo una delle più grandi imprese ingegneristiche del suo tempo.
1913: Prima fornitura di calcestruzzo preconfezionato – Baltimora
Il calcestruzzo " preconfezionato " era sconosciuto prima della sua prima consegna a Baltimora, nel 1913. Avere il calcestruzzo miscelato in un unico posto (un impianto centrale) e poi consegnato tramite camion per l'uso in un cantiere è stata una rivoluzione per l'industria del calcestruzzo, grazie all’invenzione delle autobetoniere.
1915: Calcestruzzo colorato – LM Scofield
La prima azienda che ha creato il colore per il calcestruzzo è stata LM Scofield. Fondata da Lynn Mason Scofield, l'azienda ha prodotto prodotti come indurenti colorati, cera colorata, pitture, sigillanti e tinte chimiche.
1931: Completamento del progetto in cemento armato su larga scala: la diga di Hoover
Sebbene il cemento fosse stato utilizzato per creare alcune impressionanti strutture moderne, nessuna era grande quanto la diga di Hoover . Situata tra l'Arizona e il Nevada nel Black Canyon, la diga divenne il più grande e elaborato progetto di costruzione in cemento fino a quel momento nella storia, utilizzando oltre quattro milioni di metri cubi di cemento (o cinque milioni di barili) nella sua costruzione.
1939: William Urschel crea la prima struttura in cemento stampata in 3D
Nel 1939, l'inventore William E. Urschel creò la sua " Wall Building Machine ", un'invenzione che utilizzava la tecnica della formatura a strati orizzontali per costruire strutture multipiano che contenevano un'infrastruttura autoportante; la utilizzò per costruire il primo edificio stampato in 3D in cemento, un magazzino in Indiana.
1956–1992: viene costruito il sistema autostradale interstatale degli Stati Uniti
In quegli anni, era in corso la costruzione del sistema autostradale interstatale degli Stati Uniti , completato nel 1992. Il progetto utilizzava il calcestruzzo come materiale da costruzione primario, creando strade più sicure che resistono meglio al peso e alla pressione dei veicoli. La creazione del sistema autostradale non solo rese i viaggi più sicuri e facili, ma li rese anche molto più rapidi, collegando gli Stati Uniti con un’efficienza senza precedenti.
1963: Assembly Hall presso l'Università dell'Illinois – prima cupola sportiva in cemento
Il primo palazzetto dello sport con cupola in cemento fu costruito nel campus dell'Università dell'Illinois a Champaign-Urbana nel 1963. Noto per decenni come Assembly Hall, ora si chiama State Farm Center e sembra un disco volante che può ospitare più di 16.000 persone in un perfetto cerchio di cemento.
Anni '70: Nasce il calcestruzzo fibrorinforzato
Il rinforzo in fibra, in cui vetro, carbonio, acciaio, nylon o altre fibre sintetiche vengono mescolate al calcestruzzo umido prima del getto, è stata un'innovazione che ha reso il calcestruzzo più resistente. Il calcestruzzo fibrorinforzato può essere utilizzato per rafforzare gli edifici e le caratteristiche esterne, da vialetti, lastre e marciapiedi a piscine, ponti, etc.
1992: L'edificio più alto in cemento armato - Chicago
Con i suoi 65 piani, il grattacielo di 311 South Wacker Drive a Chicago, era l'edificio in cemento armato più alto del mondo all'epoca della sua costruzione.
1998: il fumo di silice è stato utilizzato per sviluppare edifici in calcestruzzo ad alta resistenza
Il fumo di silice , un additivo pozzolanico, è stato utilizzato per creare calcestruzzo ad altissima resistenza.
1998: viene inventato il cemento verde ed ecologico
Di fronte alle crescenti preoccupazioni per l'ambiente, il dott. WG della Danimarca ha inventato il calcestruzzo verde nel 1998. Ciò che lo rende più ecologico del calcestruzzo convenzionale sono gli aggregati. Il calcestruzzo verde utilizza materiali come scorie d'altoforno, aggregati di scarti di demolizione riciclati, aggregati locali freschi e materiali di calcestruzzo riciclati, che gli conferiscono sia un percentuale di ritiro inferiore sia una migliore resistenza ai danni causati da incendi e corrosione.
2006: Il calcestruzzo auto-riparante
Nel 2006 è arrivata un'altra grande innovazione nel calcestruzzo: il calcestruzzo auto-riparante . Utilizza un compound batterico che, attivato dalla presenza di aria ed acqua, produce sostanze in grado di colmare le piccole fessurazioni formatesi nel calcestruzzo indurito.
2022: stampa 3D per l'edilizia residenziale
La stampa 3D ha fatto molta strada dai tempi della "Wall Building Machine". Basandosi sui progressi dei primi anni del XX secolo, la moderna stampa 3D combina il cemento con la struttura in legno per l'edilizia residenziale. Questi progetti ibridi sono più convenienti e producono il minimo di spreco.
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