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La tumba de Caecilia Metella todavía está notablemente intacta después de casi 2000 años desde que se completó. Crédito: Tyler Bell.
Uno de los mayores problemas de ingeniería del mundo es el hormigón. La infraestructura crítica construida sobre los puentes, carreteras, represas y edificios del siglo pasado ahora se está desmoronando ante nuestros ojos. Se estima que reparar y reconstruir esta infraestructura deteriorada cuesta billones de dólares solo en los Estados Unidos.
Cuando los refuerzos de acero se introdujeron en el hormigón en el siglo XIX, en ese momento se aclamó con razón como un gran paso adelante en la innovación. Agregar barras de acero al concreto acelera el tiempo de construcción, usa menos concreto y permite la ingeniería de estructuras largas en voladizo, como puentes de millas de largo y rascacielos altos. Estos primeros ingenieros que introdujeron estos proyectos pensaron que las estructuras de hormigón armado durarían al menos 1000 años. En realidad, ahora sabemos que su vida útil es de entre 50 y 100 años.
El concreto fue desarrollado originalmente por los antiguos romanos, cuyas técnicas de construcción se perdieron con la caída del imperio y no se reinventaron hasta 1824 cuando un inglés llamado Joseph Aspdin descubrió el cemento Portland al quemar tiza y arcilla finamente molidas en un horno hasta que se eliminó el dióxido de carbono. .
Sin embargo, la durabilidad de los dos tipos de hormigón es muy diferente. Muchos magníficos edificios romanos, como el Panteón, siguen en pie orgullosos hasta el día de hoy después de casi 2000 años.
En un nuevo estudio, los científicos describen otro ejemplo que sirve como testimonio de la artesanía del hormigón romano, ilustrando el caso de una gran tumba cilíndrica que sirve como lugar de descanso final para la mujer noble del siglo I Caecilia Metella.
Las investigaciones realizadas por geólogos y geofísicos de la Universidad de Utah muestran que el hormigón de las tumbas es de una calidad y durabilidad particularmente altas, incluso para los estándares romanos, superando al de las tumbas de sus contemporáneos masculinos.
El secreto es el tipo particular de agregado volcánico que usan los artesanos romanos y un poco de suerte debido a la interacción química fortuita del agua de lluvia y el agua subterránea con estos agregados.
El hormigón que sobrevivió a un imperio
La tumba de Caecilia se encuentra al borde de la Vía Apia, la famosa vía romana antigua que conectaba Roma con Brindisi, en el sureste. La estructura es monumental para su época, mide 70 pies (21 metros) de altura y 100 pies (29 metros) de diámetro. Consiste en una torre en forma de tambor sobre una base cuadrada.
Fue erigido alrededor del año 30 a. C., lo que significa que Cecilia debió fallecer cuando Roma aún era una República. Solo unos años más tarde, en el 27 a. C., Octavio Augusto, sobrino de Julio César, se autoproclamó emperador, abriendo una nueva era para Roma.
Su imponente tumba es digna de su estatus. Hija de un rico noble, se casó con un miembro de la familia de Marcus Crassus, probablemente el hombre más rico del mundo en ese momento (y uno de los más ricos de la historia, en términos relativos) y el tercer miembro de la famosa alianza triunvirato con César y Pompeyo.
Marie Jackson, profesora asociada de investigación de geología y geofísica en la Universidad de Utah, visitó la tumba por primera vez en 2006 con un permiso de arqueólogos italianos para recolectar una pequeña muestra de mortero para su análisis. Cuando llegó al sitio, quedó atónita por las paredes de mampostería de ladrillo casi perfectamente conservadas y el afloramiento de roca volcánica saturada de agua en la subestructura.
Ahora, en un nuevo estudio, Jackson se asoció con colegas del MIT y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley para acercarse a la microestructura del hormigón de las tumbas utilizando una variedad de herramientas modernas a su disposición. Estos instrumentos incluyen la línea de luz de microdifracción en la fuente de luz avanzada (ALS) que produce un haz de rayos X tipo lápiz extremadamente brillante y enérgico del tamaño de una micra que puede penetrar a través de todo el espesor de las muestras, lo que la convierte en una herramienta perfecta para dicho estudio. dijo el coautor Nobumichi Tamura del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
El concreto moderno mezcla cemento Portland, piedra caliza, arenisca, ceniza, tiza, hierro y arcilla, entre otros ingredientes, que se calientan para formar un material vítreo que se muele finamente con agregados, como arena molida o rocas. Estos agregados, generalmente arena o piedra triturada, no están destinados a reaccionar químicamente porque, si lo hacen, pueden causar expansiones no deseadas en el concreto.
En contraste, el concreto romano no usaba cemento. En cambio, harían el concreto mezclando primero ceniza volcánica, conocida como tefra, con piedra caliza y agua de mar para hacer mortero, que luego se incorpora a trozos de roca volcánica, el agregado. Anteriormente, mientras estudiaba núcleos perforados de hormigón de puerto romano, Jackson encontró un mineral excepcionalmente raro, tobermorita aluminosa (Al-tobermorita) en el mortero marino. La presencia de minerales sorprendió a todos porque es muy difícil de hacer. Para que se forme Al-tobermorita, se necesita una temperatura muy alta. Nadie ha producido tobermorita a 20 grados centígrados, dice. ¡Oh, excepto los romanos!
Más tarde, Jackson estudió la argamasa de los Mercados de Trajano y encontró un mineral llamado esttlingita, cuyos cristales bloquean la propagación de microfisuras en la argamasa, impidiendo que se unan y rompan la estructura de hormigón.
El concreto romano en realidad puede volverse más fuerte con el tiempo
Imagen de microscopía electrónica de barrido del mortero de la tumba. La fase de unión de CASH aparece de color gris, mientras que las escorias volcánicas (y los cristales de leucita) aparecen de color gris claro. Crédito: Marie Jackson.
En la tumba de Cecilia, los investigadores se encontraron con otra sorpresa. La variedad particular de tefra utilizada en la antigua estructura romana era más rica en leucita, un mineral formador de rocas del grupo de los feldespatoides. A lo largo de los siglos, el agua de lluvia y el agua subterránea se filtraron a través de las paredes de la tumba y disolvieron la leucita, liberando su potasio en el mortero. El potasio se disolvió y reaccionó con un bloque de construcción en el mortero llamado fase de unión CASH (calcio-aluminio-silicato-hidrato).
Esta remodelación condujo a una cohesión más robusta en el hormigón, a pesar de que había mucha menos estrtlingita que la vista en los Mercados de Trajano.
Resulta que las zonas interfaciales en el concreto romano antiguo de la tumba de Caecilia Metella están en constante evolución a través de la remodelación a largo plazo, dijo Admir Masic, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental en el MIT. Estos procesos de remodelación refuerzan las zonas interfaciales y contribuyen potencialmente a mejorar el rendimiento mecánico y la resistencia al fallo del material antiguo.
Si el hormigón romano es tan asombroso, ¿por qué no lo seguimos usando? Hay muchas razones por las que el material de construcción antiguo no es del todo factible para nuestras necesidades contemporáneas. Obtener el tipo de ceniza volcánica de la receta original no es posible en gran parte del mundo, que ahora usa aproximadamente 4 mil millones de toneladas de cemento cada año. El hormigón romano también carece de la resistencia a la compresión necesaria para los grandes proyectos de infraestructura modernos, entre otras cosas.
Pero eso no significa que no haya lecciones importantes que aprender del concreto romano que puedan ayudar a la próxima generación de concreto a superar las deficiencias actuales en nuestra infraestructura en ruinas. Eso es exactamente lo que Jackson y sus colegas están listos para hacer, parte de un proyecto ARPA-e en curso del Departamento de Energía de EE. UU. El objetivo es encontrar una nueva receta que pueda reducir las emisiones de energía asociadas con la producción de hormigón en un 85 % y mejorar enormemente la vida útil del material.
Los hallazgos aparecieron en el Journal of the American Ceramic Society.
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