¿Por qué el hormigón romano era tan duradero? Los científicos dicen que podría curarse a sí mismo

Los científicos de materiales han trabajado 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 Los científicos progresan Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts y la Universidad de Harvard, asistidos por expertos de laboratorios alemanes y suizos, han revelado lo que creen que es el hecho clave que explica por qué el hormigón romano era de tan alta calidad.

Índice
  1. El legado de la arquitectura romana
  2. Cómo los romanos manipularon la química para producir el hormigón más duradero de la historia
  3. ¿Se podría utilizar el hormigón romano hoy en día? Los científicos quieren saber

El legado de la arquitectura romana

Entre sus mayores logros, los antiguos romanos perfeccionaron el arte de la construcción a gran escala. Sus arquitectos e ingenieros construyeron una intrincada y extensa red 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 una perspectiva histórica, pero desde una perspectiva práctica, lo que los romanos sabían podría eventualmente ayudar a mejorar las metodologías de fabricación de hormigón incluso hoy.

En busca de respuestas, los investigadores han invertido una gran cantidad de tiempo y energía en el estudio de las estructuras romanas de hormigón, analizando de cerca las muestras en un esfuerzo 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 intacto 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)

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 este estudio encontraron que un mortero increíblemente fuerte hecho de cal hidratada y vidrio volcánico fue el principal factor que permitió que la tumba permaneciera intacta desde su construcción inicial durante los últimos días de la República romana.

Ahora, con un nuevo grupo de expertos, Masic y Seymour han hecho otro descubrimiento importante sobre las técnicas de construcción romanas con hormigón que ayuda a explicar la increíble durabilidad de sus estructuras. Y curiosamente, una vez más, un material único a base de cal demostró haber marcado 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 incrustada en el hormigón romano era la razón principal de su durabilidad. El tipo de ceniza en cuestión se conocía como ceniza puzolánica porque provenía de erupciones que habían ocurrido alrededor de la ciudad de Pozzuoli en la Bahía de Nápoles. Esta ceniza específica fue muy utilizada en proyectos de construcción en todo el Imperio Romano, buscada por su dureza y dureza. robusto composición química.

Pero esa ceniza volcánica no fue del todo responsable de la durabilidad del hormigón romano, según descubrieron los científicos del MIT y sus colegas. Durante un examen en profundidad de varias muestras, los investigadores descubrieron que las antiguas metodologías de fabricación de hormigón incluían lo que ellos llaman "características clave de autocuración".

Esta terminología se refiere a pequeños trozos de minerales blancos brillantes llamados "clastos de cal" que se pueden encontrar en abundancia en el hormigón romano.

Una pieza ampliada de hormigón romano compuesta de cal, arena volcánica y roca (Wikimedia Commons)

Pieza agrandada de hormigón romano compuesta de cal, arena volcánica y roca ( Wikimedia Commons )

Anteriormente, se suponía que estos grumos 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 la idea y se dispuso a demostrar que no era cierto.

“Desde que comencé a trabajar con hormigón de la antigua Roma, siempre me han fascinado estas características”, explica. “La idea de que la presencia de estos clastos de caliza se atribuye simplemente a un control de calidad deficiente siempre me ha preocupado. Si los romanos pusieron tanto esfuerzo en hacer un material de construcción excepcional, siguiendo todas las recetas detalladas que habían sido optimizadas durante muchos siglos, ¿por qué habrían puesto tan poco esfuerzo en asegurar la producción de un producto final bien mezclado? Tenía que haber más en esta historia.

Y de hecho los hubo. Los científicos utilizaron imágenes de alta resolución y técnicas de mapeo químico desarrolladas en el MIT para examinar los clastos de cal a nivel molecular. Cuando lo hicieron, encontraron signos reveladores de que los clastos habían sido sometidos a altas temperaturas, que cuando se aplica a la piedra caliza produce una sustancia conocida como cal viva.

La cal viva se creó intencionalmente como un ingrediente adicional en el concreto, según descubrieron los científicos, y no era un contaminante no deseado en absoluto.

"Los beneficios de la mezcla en caliente son dobles", señaló Masic. "Primero, cuando todo el concreto se calienta a altas temperaturas, permite químicas que no serían posibles si solo estuviera usando concreto apagado. [cold mixed] cal, produciendo compuestos asociados a alta temperatura que de otro modo no se formarían. En segundo lugar, este aumento de la temperatura reduce drásticamente 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 causaba que el concreto se agrietara, la fuerza se transmitía a los clastos de cal, que luego también comenzaban a agrietarse. Increíblemente, los clastos de cal desmoronados reaccionarían con el agua que ingresa al concreto a través de las grietas, creando una solución saturada de calcio que se endurecería para llenar cualquier grieta en el concreto y reaccionaría con los materiales puzolánicos para agregar una resistencia adicional a los bloques.

En otras palabras, los clastos de cal automáticamente "curaban" el concreto cada vez que las fuerzas de la naturaleza amenazaban 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./Oficina de noticias del MIT)

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./ Redacción del MIT )

Para probar sus hallazgos sobre las capacidades de autocuración de los clastos de cal, los investigadores produjeron muestras de hormigón termofusible utilizando fórmulas romanas y modernas para la fabricación de hormigón. Luego rompieron las diversas muestras a propósito y vertieron agua a través de las grietas para ver qué pasaba.

Como era de esperar, después de no más de dos semanas, los bloques de hormigón agrietados del Imperio Romano se curaron por completo y ya no eran vulnerables a la penetración del agua. Por el contrario, los especímenes fabricados con mezclas de hormigón moderno permanecieron agrietados y se habrían deteriorado aún más si hubieran estado sujetos a un flujo continuo de agua.

¿Se podría utilizar el hormigón romano hoy en día? Los científicos quieren saber

Entusiasmados con los resultados de sus pruebas, los científicos ahora buscan socios para financiar la comercialización del hormigón de estilo romano, que ofrece claras ventajas sobre la mayoría de las versiones modernas.

"Es emocionante pensar en cómo estas formulaciones de concreto más duraderas no solo podrían extender 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 formulaciones de concreto que potencialmente podrían reducir el impacto de la producción de cemento en el clima global (la fabricación de cemento actualmente representa alrededor del 8% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero). Masic señala que un concreto más duradero podría ayudar a reducir ese porcentaje, ya que las estructuras de bloques de cemento que duraron 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 área grande 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. La izquierda; El sitio arqueológico de Privernum, Italia, donde se tomó la muestra. Fuente: Masic et al./ Redacción del MIT

Por Nathan Falde

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