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Dec 02, 2023

Finalmente sabemos por qué el hormigón de la antigua Roma resistió la prueba del tiempo: ScienceAlert

Los antiguos romanos fueron maestros constructores e ingenieros, quizás los más famosos representados por los acueductos aún en funcionamiento. Y esas maravillas arquitectónicas se basan en un material de construcción único:

Los antiguos romanos fueron maestros constructores e ingenieros, quizás los más famosos representados por los acueductos aún en funcionamiento. Y esas maravillas arquitectónicas se basan en un material de construcción único: el hormigón puzolánico, un material espectacularmente 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 encuentra un importante depósito de ella- y cal. Cuando se mezclan con agua, los dos materiales pueden reaccionar para producir hormigón resistente.

Pero resulta que esa no es toda la historia. Un equipo internacional de investigadores liderado 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 humeantes eran pequeños trozos blancos de cal que se pueden encontrar en lo que por lo demás parece ser hormigón bien mezclado. La presencia de estos trozos se había atribuido anteriormente a una mala mezcla de materiales, pero eso no tenía sentido para el científico de materiales Admir Masic del MIT.

"Siempre me molestó la idea de que la presencia de estos clastos de cal se atribuyera simplemente a un bajo control de calidad", dijo Masic en un comunicado de 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 mezclado? ? Tiene que haber más de ésta 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 cáustico altamente reactivo llamado cal viva u óxido de calcio.

Mezclar cal viva con agua produce cal apagada o hidróxido de calcio: una pasta un poco menos reactiva y menos cáustica. Según la teoría, era esta cal apagada la que los antiguos romanos mezclaban con la 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 fabricó mezclando cal viva directamente con puzolana y agua a temperaturas extremadamente altas, solo o además de cal apagada, un proceso que el equipo llama "mezcla en caliente" que da como resultado los clastos de cal.

"Los beneficios de la mezcla en caliente son dobles", afirmó Masic.

"En primer lugar, cuando el hormigón en general se calienta a altas temperaturas, se permiten reacciones químicas que no serían posibles si solo se utilizara cal apagada, lo que produce compuestos asociados a las altas temperaturas que de otro modo no se formarían. En segundo lugar, este aumento de temperatura reduce significativamente el curado y el fraguado. veces ya que todas las reacciones se aceleran, lo que permite una construcción mucho más rápida".

Y tiene otra ventaja: los clastos de cal confieren al hormigón extraordinarias capacidades de autocuración.

Cuando se forman grietas en el hormigón, viajan preferentemente a 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, pegando la grieta nuevamente y evitando que se propague más.

Esto se ha observado en el hormigón de otro sitio de 2.000 años de antigüedad, la Tumba de Caecilia Metella, donde las grietas del hormigón se han rellenado con calcita. También podría explicar por qué el hormigón romano procedente de los diques construidos hace 2.000 años ha sobrevivido intacto durante milenios a pesar de los constantes embates del océano.

Entonces, el equipo probó sus hallazgos fabricando hormigón puzolánico a partir de recetas antiguas y modernas utilizando cal viva. También realizaron un hormigón de control sin cal viva y realizaron pruebas de fisuración. Efectivamente, el hormigón de cal viva agrietado se curó por completo en dos semanas, pero el hormigón de control permaneció agrietado.

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

"Es emocionante pensar en cómo estas formulaciones de hormigón más duraderas podrían ampliar no sólo la vida útil de estos materiales sino también cómo podrían mejorar la durabilidad de las formulaciones de hormigón impresas en 3D", dijo Masic.

La investigación ha sido publicada en Science Advances.

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