Un sitio de construcción que data de hace casi 2.000 años, hasta la supuesta desaparición de Pompeya en el año 79 d.C., ha revelado nueva evidencia del secreto detrás del concreto ultraduradero de la Antigua Roma.
El año pasado, bajo la ceniza volcánica que enterró Pompeya, los arqueólogos descubrieron un sitio de construcción completamente intacto: una rara instantánea de una construcción romana congelada en el tiempo.
Ese sitio incluye montones de materiales cuidadosamente organizados, incluidos los ingredientes utilizados para mezclar el famoso y duradero concreto detrás de monumentos como el Panteón, cuya vasta cúpula no reforzada ha permanecido en pie durante milenios.
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Un nuevo análisis revela que el secreto es una técnica que el científico de materiales Admir Masic del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) llama “mezcla en caliente”.
Se trata de mezclar directamente los ingredientes del hormigón: una mezcla de ceniza volcánica llamada puzolana, junto con cal viva, que reacciona con el agua para generar un calor intenso en el interior de la mezcla.
“Los beneficios de la mezcla en caliente son dobles”, dijo Masic allá por 2023, cuando descubrió la técnica por primera vez a través de la experimentación.
“En primer lugar, cuando el hormigón en general se calienta a altas temperaturas, permite procesos químicos que no son posibles si solo se usara cal apagada, produciendo compuestos asociados a altas temperaturas que de otro modo no se formarían. En segundo lugar, este aumento de temperatura reduce significativamente los tiempos de curado y fraguado ya que todas las reacciones se aceleran, lo que permite una construcción mucho más rápida”.
Un tercer beneficio, y crucial, es que los trozos o clastos de cal supervivientes confieren al hormigón una notable capacidad de autocuración. Esta podría ser una de las principales razones por las que los antiguos monumentos romanos siguen en pie mientras otras civilizaciones se han desmoronado.
Cuando se forman grietas en el hormigón, se propagan 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, pegando la grieta nuevamente y evitando que se propague más.
“Está la importancia histórica de este material, y luego está la importancia científica y tecnológica de comprenderlo”, dice Masic. “Este material puede curarse a sí mismo durante miles de años, es reactivo y muy dinámico. Ha sobrevivido a terremotos y volcanes. Ha resistido bajo el mar y sobrevivido a la degradación de los elementos”.
Aunque la técnica de mezcla en caliente ofrecía soluciones a los enigmas que planteaba el hormigón romano, planteó uno nuevo: la receta no coincidía con la descripción de cómo fabricar el material de construcción en el tratado De arquitectoura del año 1 a.C. del arquitecto Vitruvio.
El método de Vitruvio implicaba mezclar primero la cal con agua en un proceso conocido como apagado, antes de mezclar la cal apagada con la puzolana. Sin embargo, este proceso no produce los clastos de cal observados en muestras reales de hormigón romano.
Este desajuste ha desconcertado a los científicos durante mucho tiempo. Los escritos de Vitruvio representan los documentos más completos que se conservan sobre la arquitectura y la construcción romanas. Describe una técnica llamada opus caementicium para construir muros, pero las muestras físicas de edificios antiguos contradecían sus instrucciones.
Los materiales de Pompeya aclaran el misterio. Masic y su equipo utilizaron análisis de isótopos en cinco de las pilas secas de materiales, identificando puzolana hecha de piedra pómez y ceniza lítica, cal viva e incluso clastos de cal.
Lo más revelador es que estos ingredientes secos estaban premezclados: una prueba irrefutable arqueológica.
Bajo el microscopio, las muestras de mortero de las paredes revelaron firmas inconfundibles de mezcla en caliente: clastos de cal fracturados, bordes de reacción ricos en calcio que crecieron hasta convertirse en partículas de ceniza volcánica y pequeños cristales de calcita y aragonito formándose dentro de vesículas de piedra pómez.
La espectroscopia Raman confirmó las transformaciones minerales, mientras que el análisis de isótopos mostró las vías químicas de la carbonatación a lo largo del tiempo.
“A través de estos estudios de isótopos estables, pudimos seguir estas reacciones críticas de carbonatación a lo largo del tiempo, lo que nos permitió distinguir la cal mezclada en caliente de la cal apagada descrita originalmente por Vitruvio”, dice Masic.
“Estos resultados revelaron que los romanos preparaban su material aglutinante tomando piedra caliza calcinada (cal viva), moliendo [it] hasta cierto tamaño, mezclándolo en seco con ceniza volcánica y, finalmente, añadiendo agua para crear una matriz cementante”.
Esto no significa necesariamente que Vitruvio estuviera equivocado (puede que haya descrito un método alternativo para fabricar hormigón o que su trabajo haya sido malinterpretado), pero sí indica que la forma más duradera del material tuvo que surgir de la técnica de mezclado en caliente.
Los investigadores creen que esta es información que puede incorporarse a la forma en que fabricamos hormigón, muchos siglos después de la caída del Imperio Romano, dejando sus monumentos en pie como un recordatorio no sólo de su grandeza sino también del ingenio de su gente.
El hormigón moderno es uno de los materiales de construcción más utilizados en el mundo. También carece notablemente de durabilidad, y a menudo se desmorona en décadas bajo estrés ambiental. Producirlo también es terrible para el medio ambiente, ya que requiere un enorme costo de recursos y contribuye a las emisiones de gases de efecto invernadero.
Simplemente mejorar la durabilidad del hormigón tiene el potencial de hacerlo significativamente más sostenible.
“No queremos copiar completamente el hormigón romano de hoy. Sólo queremos traducir algunas frases de este libro de conocimientos a nuestras prácticas de construcción modernas”, dice Masic, que ha fundado una empresa llamada DMAT para hacer precisamente eso.
“La forma en que estos poros de los ingredientes volcánicos pueden llenarse mediante la recristalización es un proceso de ensueño que queremos traducir a nuestros materiales modernos. Queremos materiales que se regeneren solos”.
La investigación ha sido publicada en Nature Communications.