Científicos revelan por qué el Panteón de Roma aún no se ha derrumbado

A pesar de haber sido construidas hace miles de años, algunas estructuras de hormigón en todo el mundo han resistido sorprendente y literalmente la prueba del tiempo. Lo más notable es que el Panteón de Roma se construyó alrededor de 126-128 d. C., pero es enorme, no reforzado cúpula de hormigón sigue anclando majestuosamente la ciudad. Algunos acueductos romanos antiguos aún están en uso, suministrando agua de manera constante a través de la tierra.

Así que surge naturalmente una gran pregunta: ¿Qué podría tener de especial el hormigón de 2000 años de antigüedad? ¿Y cómo podemos construir edificios de superpotencia tan duraderos como los edificios icónicos del imperio romano? El viernes, en la revista Science Advances, ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts ofrecieron una respuesta fascinante. En resumen, creen que los pequeños minerales llamados “clastos de cal” le dieron al concreto viejo una especie de capacidad de curación.

OK, eso suena anticlimático.

Pero lo realmente interesante de esto es que para añoslos científicos habían asumido que la presencia de fragmentos de cal en la antigua mezcla de hormigón era accidental, producto de una mala mezcla y falta de atención.

“La idea de que la presencia de estos clastos de cal se atribuyó simplemente a un bajo control de calidad siempre me molestó”, dijo en un comunicado Admir Masic, profesor de ingeniería civil y ambiental en el MIT y autor principal del estudio.

“Si los romanos pusieron tanto esfuerzo en hacer un material de construcción sobresaliente, siguiendo todas las recetas detalladas que habían sido optimizadas a lo largo de muchos siglos”, continuó Masic, “por qué pusieron tan poco esfuerzo en asegurar la producción de un ¿Producto final bien mezclado? Tiene que haber más en esta historia”.

La historia comienza con ceniza volcánica

Históricamente, según Masic y otros investigadores, los expertos habían asumido que el ingrediente secreto en la construcción de estructuras como el Panteón tenía que ver con una sustancia llamada material puzolánico. Curiosamente, el material puzolánico se deriva de la ceniza volcánica en el área de Pozzuoli, en la Bahía de Nápoles.

Los arquitectos de la época estaban obsesionados con este material, llegando incluso a enviarlo al imperio romano para que los trabajadores de la construcción ensamblaran propiedades cruciales.

Pero después de inspeccionar muestras de hormigón antiguo con mayor detalle, Masic observó la presencia de lo que se llama clastos de cal en el interior. Lo que es importante tener en cuenta es que los clastos de cal no son exactamente fáciles de hacer. No son un subproducto aleatorio de otros procesos químicos. Tienes que activamente cree clastos de cal si los quiere, explicó el equipo.

O más específicamente, debe mezclar el concreto con cal a temperaturas ultra altas para obtener un par de guarniciones de cal clast.

Y, efectivamente, con un poco más de análisis, el equipo encontró pruebas de una mezcla (extremadamente) caliente en las antiguas muestras de hormigón. Los romanos realmente querían los clastos de cal allí.

Además, “los beneficios de la mezcla en caliente son dobles”, dijo Masic, en términos de construcción general.

Primero, cuando el concreto se calienta a altas temperaturas, produce compuestos que no puede obtener si solo usa cal apagada, que se refiere a cal no mezclada en caliente. En segundo lugar, el aumento de la temperatura reduce significativamente lo que se conoce como “curado” y tiempos de fraguado durante la construcción de una estructura. Eso es porque el calor acelera las reacciones, y las reacciones aceleradas significan una construcción más rápida.

Además, “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.

Aquí, Masic se refiere a esas propiedades de autocuración que mencioné anteriormente.

Básicamente, durante el proceso de mezclado en caliente, los clastos de cal crean un patrón especial en el hormigón y forman lo que se conoce como fuente de calcio reactivo. Esto significa que si alguna vez se forman pequeñas grietas, esas grietas tienen una alta probabilidad de viajar a lo largo del patrón de pequeños clastos de cal. Luego, si el agua se abre camino hacia las grietas, ocurren un montón de reacciones con la fuente de calcio y, para resumir, las grietas se llenan con una versión recristalizada de la fuente de calcio misma.

Para confirmar su hipótesis, los investigadores también probaron esto.

El primer paso fue realizar el hormigón mediante amasado en caliente, asegurando la presencia de grumos de cal. Paso dos: crea un par de grietas. Paso tres: Deje correr agua a través de las grietas.

Y he aquí que, en dos semanas, descubrieron que las grietas se habían curado por completo y que el agua ya no podía fluir. (Antes de preguntar, no, la versión concreta moderna que probaron no se curó).

Sin embargo, el material misteriosamente sorprendente de la arquitectura romana probablemente va mucho más allá de la inclusión de los clastos de cal. Por ejemplo, un estudio separado del MIT, también realizado por Masic, de octubre de 2021 encontró que una tumba romana de 2050 años de antigüedad tenía mucha de esa ceniza volcánica mágica en sus paredes, y notó que había “interacciones químicas inusuales con la lluvia”. y aguas subterráneas que [accumulated] más de dos milenios” a causa de esta ceniza.

Estas interacciones aparentemente ayudaron con la cohesión del concreto. Sin embargo, ese estudio correlacionó los hallazgos con un derivado de potasio en lugar de clastos de cal en particular.

“Comprender la formación y los procesos de los materiales antiguos puede informar a los investigadores sobre nuevas formas de crear materiales de construcción sostenibles y duraderos para el futuro”, dijo Masic en un comunicado de prensa sobre el estudio de 2021. “La tumba de Caecilia Metella es una de las estructuras más antiguas que quedan en pie, y ofrece información que puede inspirar la construcción moderna”.

Por ahora, el equipo está trabajando en la comercialización del brebaje de hormigón autorreparable que acaban de hacer.