¿Por qué el concreto romano era tan duradero?
Los científicos de materiales han estado trabajando con arqueólogos e historiadores durante muchos años, tratando de descubrir los fascinantes secretos de las tecnologías y técnicas de fabricación de hormigón del Imperio Romano, que permitieron a los romanos construir algunos de los monumentos más perdurables que el mundo haya visto jamás. En un nuevo estudio publicado en Science Advances, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts y la Universidad de Harvard, asistidos por expertos de laboratorios de Alemania y Suiza, han revelado lo que creen que es el hecho clave que explica por qué el hormigón romano era de tan alta calidad.
El legado de la arquitectura romana
Entre sus mayores logros, los antiguos romanos perfeccionaron el arte de construir a gran escala. Sus arquitectos e ingenieros construyeron una red compleja y extensa de caminos, acueductos, puentes, puertos, estadios y edificios públicos que han sobrevivido en gran parte hasta nuestros días.
Las fórmulas de hormigón romanas son un tema fascinante desde un punto de vista histórico, pero desde una perspectiva práctica, lo que los romanos sabían posiblemente podría ayudar a mejorar las metodologías de fabricación de hormigón incluso hoy.
En busca de respuestas, los investigadores han invertido mucho tiempo y energía estudiando las estructuras romanas de hormigón, analizando de cerca las muestras en un intento por identificar sus ingredientes más esenciales. El equipo de científicos responsable de los últimos hallazgos incluye al profesor de ingeniería civil y ambiental del MIT, Admir Masic, y a la exestudiante de doctorado del MIT, Linda Seymour, quienes participaron en un estudio histórico de 2021 de la tumba romana de 2053 años de antigüedad de una mujer noble llamada Caecilia. Metella, que se ha mantenido prácticamente intacta a pesar del inmenso paso del tiempo.
El interior de la tumba de Caecilia Metella en la Vía Apia ha resistido la prueba del tiempo gracias a los secretos del hormigón romano. (Lalupa / CC BY-SA 3.0 )
Masic, Seymour y los otros científicos que participaron en ese estudio encontraron que un mortero increíblemente fuerte hecho de cal hidratada y vidrio volcánico fue el factor principal que permitió que la tumba permaneciera intacta desde su construcción inicial durante los últimos días de la República romana.
Ahora, junto con un nuevo grupo de expertos, Masic y Seymour han hecho otro descubrimiento importante sobre las técnicas de construcción de hormigón romano que ayuda a explicar la sorprendente vida útil de sus estructuras. Y curiosamente, una vez más se ha demostrado que un material único hecho de cal marcó la diferencia decisiva.
Cómo los romanos manipularon la química para producir el hormigón más duradero de la historia
Durante mucho tiempo, los investigadores estaban convencidos de que un tipo especial de ceniza volcánica incluida en el hormigón romano era la razón principal de su durabilidad. El tipo de ceniza en cuestión se conocía como ceniza puzolánica, ya que procedía de erupciones que habían ocurrido alrededor de la ciudad de Pozzuoli en la Bahía de Nápoles. Esta ceniza específica se usó ampliamente en proyectos de construcción en todo el Imperio Romano, siendo buscada debido a su composición química dura y resistente.
Pero esta ceniza volcánica no fue del todo responsable de la durabilidad del hormigón romano, según han revelado los científicos del MIT y sus colegas. Durante un examen exhaustivo de varias muestras, los investigadores descubrieron que las antiguas metodologías de fabricación de hormigón incluían lo que denominan "funcionalidades clave de autorreparación".
A lo que se refiere esta terminología son pequeños trozos de mineral de color blanco brillante conocidos como "clastos de cal" que se pueden encontrar en abundancia en el hormigón romano.
Una pieza ampliada de hormigón romano que consta de cal, arena volcánica y roca (Wikimedia Commons)
Anteriormente, se suponía que estos trozos de cal endurecida eran contaminantes que no desempeñaban un papel esencial en la fórmula del hormigón. Pero Admir Masic siempre se había mostrado escéptico ante esta idea y se dispuso a demostrar que no era cierto.
“Desde que comencé a trabajar con concreto romano antiguo, siempre me han fascinado estas características”, explicó. “Siempre me molestó la idea de que la presencia de estos clastos de cal se atribuyera simplemente a un bajo control de calidad. Si los romanos pusieron tanto esfuerzo en hacer un excelente material de construcción, siguiendo todas las recetas detalladas que habían sido optimizadas a lo largo de muchos siglos, ¿por qué pusieron tan poco esfuerzo en asegurar la producción de un producto final bien mezclado? ¿producto? Tenía que haber más en esta historia”.
Y de hecho lo hubo. Los científicos utilizaron imágenes de alta resolución y técnicas de mapeo químico iniciadas en el MIT para examinar los clastos de cal a nivel molecular. Cuando lo hicieron, encontraron signos reveladores que mostraban que los clastos habían sido sometidos a altas temperaturas, que cuando se aplican a la piedra caliza producen una sustancia conocida como cal viva.
Los científicos descubrieron que la cal viva se creó intencionalmente como un ingrediente adicional en el concreto y no era un contaminante no deseado en absoluto.
“Los beneficios de la mezcla en caliente son dobles”, señaló Masic. “Primero, cuando el concreto en general se calienta a altas temperaturas, permite procesos químicos que no son posibles si solo se usa cal apagada [mezclada en frío], lo que produce compuestos asociados a altas temperaturas que de otro modo no se formarían. En segundo lugar, este aumento de la temperatura reduce significativamente los tiempos de curado y fraguado, ya que todas las reacciones se aceleran, lo que permite una construcción mucho más rápida”.
Como resultado del proceso de mezclado en caliente, los clastos de cal producidos eran bastante frágiles, lo suficiente como para que cuando algo hiciera que el concreto comenzara a agrietarse, la fuerza se trasladaría a los clastos de cal, que también comenzarían a agrietarse. Increíblemente, los clastos de cal que se desmoronaban luego reaccionarían con el agua que penetraba en el concreto a través de las grietas, creando una solución saturada de calcio que se endurecería para llenar todas las grietas en el concreto y reaccionaría con los materiales puzolánicos para agregar resistencia adicional. a los bloques
En otras palabras, los clastos de cal "curarían" automáticamente el concreto cada vez que las fuerzas de la naturaleza amenazaran con romperlo.
Un clasto de cal rico en calcio (en rojo), que es responsable de las propiedades únicas de autocuración de este material antiguo, es claramente visible en la región inferior del mapa elemental de área grande (Calcio: rojo, Silicio: azul, Aluminio : verde) de un fragmento de 2 cm de hormigón romano antiguo. (Masic et al./ MIT News Office)
Para probar sus conclusiones sobre las capacidades de autocuración de los clastos de cal, los investigadores produjeron muestras de hormigón de mezcla en caliente utilizando fórmulas de fabricación de hormigón tanto de la antigua Roma como de las modernas. Luego rompieron las diversas muestras a propósito y vertieron agua a través de las grietas para ver qué pasaba.
Tal como se predijo, después de no más de dos semanas, los bloques agrietados hechos de hormigón del Imperio Romano se curaron por completo y ya no eran vulnerables a la penetración del agua. Por el contrario, las muestras hechas con fórmulas modernas de concreto permanecieron agrietadas y se habrían deteriorado aún más si se hubieran sometido a un flujo continuo de agua.
¿Se podría usar el concreto romano hoy? Los científicos quieren saber
Entusiasmados con los resultados de las pruebas, los científicos ahora buscan socios para financiar la comercialización del hormigón de estilo romano, que ofrece claras ventajas a la mayoría de las versiones modernas.
“Es emocionante pensar en cómo estas formulaciones de concreto más duraderas podrían expandir no solo la vida útil de estos materiales, sino también cómo podrían mejorar la durabilidad de las formulaciones de concreto impresas en 3D”, dijo Masic.
En el laboratorio de investigación de Admir Masic en el MIT, los científicos de materiales están experimentando con nuevas fórmulas de hormigón que posiblemente podrían reducir el impacto de la producción de cemento en el clima global (la fabricación de cemento actualmente representa aproximadamente el ocho por ciento de las emisiones globales de gases de efecto invernadero). Masic señala que el hormigón de mayor duración podría ayudar a reducir este porcentaje, ya que las estructuras de bloques de cemento que duraban tanto como los acueductos romanos o los edificios públicos no necesitarían ser reparadas o reemplazadas con mucha frecuencia.
Imagen superior: Derecha; Un mapa elemental de gran área de un fragmento de 2 cm de hormigón romano antiguo que muestra un clasto de cal rico en calcio (en rojo), que es responsable de las propiedades únicas de autocuración de este material antiguo. Izquierda; El sitio arqueológico de Privernum, Italia, donde se recolectó la muestra. Fuente: Masic et al./ MIT News Office
Autor Nathan Falde
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