Finalmente sabemos cómo el hormigón romano antiguo podía durar miles de años: ScienceAlert

Los antiguos romanos eran maestros de la construcción y la ingeniería, quizás los más famosos representados por los acueductos. Y esas maravillas aún funcionales se basan en un material de construcción único: el cemento puzolánico, un hormigón extraordinariamente duradero que dio a las estructuras romanas su increíble resistencia.

Incluso hoy, una de sus estructuras, el Panteón, todavía intacto y con casi 2.000 años de antigüedad, ostenta el récord de ser la cúpula de hormigón no reforzado más grande del mundo.

Las propiedades de este hormigón se han atribuido generalmente a sus ingredientes: puzolana, una mezcla de ceniza volcánica -llamada así por la ciudad italiana de Pozzuoli, donde se ubica un importante yacimiento- y cal. Cuando se mezclan con agua, los dos materiales pueden reaccionar para producir hormigón resistente.

Pero esto, al parecer, no es toda la historia. En 2023, un equipo internacional de investigadores dirigido por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) descubrió que no sólo los materiales son ligeramente diferentes de lo que podríamos haber pensado, sino que las técnicas utilizadas para mezclarlos también eran diferentes.

Las pruebas irrefutables eran pequeños trozos blancos de cal que se pueden encontrar en lo que de otro modo parecería hormigón bien mezclado. La presencia de estas piezas se había atribuido anteriormente a una mala mezcla o a materiales de calidad inferior, pero eso no tenía sentido para el científico de materiales Admir Masic del MIT.

“Siempre me ha molestado la idea de que la presencia de estos clastos de cal se atribuya simplemente a un control de calidad deficiente”, masic dijo en enero de 2023.

«Si los romanos pusieron tanto esfuerzo en crear un material de construcción excepcional, siguiendo todas las recetas detalladas que se habían optimizado a lo largo de muchos siglos, ¿por qué pondrían tan poco esfuerzo en garantizar la producción de un producto final bien combinado? Es otra cosa en esta historia.»

Masic y el equipo, dirigido por la ingeniera civil del MIT Linda Seymour, estudiaron cuidadosamente muestras de hormigón romano de 2.000 años de antigüedad del sitio arqueológico de Privernum en Italia. Estas muestras se sometieron a microscopía electrónica de barrido de área grande y espectroscopia de rayos X de dispersión de energía, difracción de rayos X en polvo e imágenes Raman confocales para obtener una mejor comprensión de los clastos de cal.

Una de las preguntas en mente era la naturaleza de la cal utilizada. La comprensión estándar del hormigón puzolánico es que utiliza cal apagada. Primero, la piedra caliza se calienta a altas temperaturas para producir un polvo altamente reactivo llamado cáustico. cal vivau óxido de calcio.

Mezclando cal viva con agua se obtiene cal apagada o hidróxido de calcio: una pasta un poco menos reactiva y menos cáustica. Según la teoría, era precisamente esta cal apagada la que los antiguos romanos mezclaban con puzolana.

Según el análisis del equipo, los clastos de cal en sus muestras no son consistentes con este método. Más bien, el hormigón romano probablemente se produjo mezclando cal viva directamente con puzolana y agua a temperaturas extremadamente altas, ya sea sola o además de cal apagada, un proceso que el equipo llama «mezcla en caliente» que da como resultado clastos de cal.

“Los beneficios de la mezcla en caliente son dobles” masic dijo.

«En primer lugar, cuando todo el hormigón se calienta a altas temperaturas, se permiten sustancias químicas que no serían posibles si solo se utilizara cal apagada, produciendo compuestos asociados con altas temperaturas que de otro modo no se formarían. En segundo lugar, este aumento de temperatura reduce los tiempos de polimerización y fraguado». significativamente ya que todas las reacciones se aceleran, lo que permite una construcción mucho más rápida».

Y tiene una ventaja adicional: los clastos de cal confieren al hormigón una notable capacidad de autocuración.

Cuando se forman grietas en el hormigón, se dirigen preferentemente hacia los clastos de cal, que tienen una superficie mayor que otras partículas de la matriz. Cuando el agua entra en la grieta, reacciona con la cal para formar una solución rica en calcio que se seca y endurece como carbonato de calcio, volviendo a pegar la grieta y evitando que se ensanche más.

Este se observó en hormigón de otro sitio de 2.000 años de antigüedad, la Tumba de Cecilia Metella, donde las grietas del hormigón se han rellenado con calcita. También puede explicar por qué el hormigón romano de las represas construidas hace 2.000 años ha sobrevivido intacto durante milenios a pesar de los constantes embates del océano.

Por ello, el equipo puso a prueba sus hallazgos produciendo hormigón puzolánico según recetas antiguas y modernas utilizando cal viva. También elaboraron un hormigón de control sin cal viva y realizaron pruebas de fisuración. Como era de esperar, el hormigón de cal viva agrietado se curó completamente en dos semanas, pero el hormigón de control permaneció agrietado.

El equipo ahora está trabajando en comercializar el hormigón como una alternativa más respetuosa con el medio ambiente que los hormigones actuales.

«Es emocionante pensar en cómo estas formulaciones de concreto más duraderas podrían ampliar no solo la vida útil de estos materiales, sino también cómo podrían mejorar la durabilidad de las formulaciones de concreto impresas en 3D». masic dijo.

La investigación fue publicada en Avances en la ciencia.

Una versión de este artículo se publicó por primera vez en enero de 2023.