Los antiguos romanos eran maestros de la construcción y la ingeniería, quizás los más famosos representados por los acueductos. Y estas maravillas aún funcionales se basan en un material de construcción único: el hormigón puzolánico, un hormigón espectacularmente duradero que dio a las estructuras romanas su increíble fuerza.

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 la misma– y cal. Cuando se mezclan con agua, los dos materiales pueden reaccionar para producir hormigón resistente.

Pero resulta que esto no es toda la historia. En 2023, un equipo internacional de investigadores dirigido por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) descubrió que no sólo los materiales son ligeramente diferentes de lo que pensábamos, sino que las técnicas utilizadas para mezclarlos también eran diferentes.

Las pruebas irrefutables eran pequeños trozos blancos de cal que se pueden encontrar en lo que parece ser hormigón bien mezclado. La presencia de estos trozos se había atribuido anteriormente a una mala mezcla o materiales, pero eso no tenía sentido para el científico de materiales del MIT, Admir Masic.

“Siempre me ha molestado la idea de que la presencia de estos clastos de piedra caliza se atribuya simplemente a un control de calidad deficiente”. masic dijo en enero de 2023.

“Si los romanos se esforzaron tanto en producir un material de construcción excelente, 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 en esta 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 vivau óxido de calcio.

Al mezclar cal viva con agua se 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 puzolana.

Según el análisis del equipo, los clastos de cal en sus muestras no son consistentes con este método. En cambio, el hormigón romano probablemente se fabricó mezclando cal viva directamente con puzolana y agua a temperaturas extremadamente altas, ya sea sola o además de cal apagada, un proceso que el equipo llama «mezcla en caliente» que da como resultado clastos de cal.

«Los beneficios de la mezcla en caliente son dobles», masic dijo.

«En primer lugar, cuando todo el hormigón se calienta a altas temperaturas, se permiten reacciones químicas que no serían posibles si solo se utilizara cal apagada, produciendo compuestos asociados con altas temperaturas que de otro modo no se formarían. En segundo lugar, este aumento de temperatura reduce significativamente la curación. y acelera los tiempos, ya que todas las reacciones se aceleran, lo que permite una construcción mucho más rápida».

Y tiene otro beneficio: los clastos de cal confieren al hormigón notables capacidades de autocuración.

Cuando se forman grietas en el hormigón, viajan 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.

Eso ha sido observado en hormigón de otro sitio de 2.000 años de antigüedad, la Tumba de Cecilia Metela, donde las grietas del hormigón se rellenaron con calcita. También podría explicar por qué el hormigón romano de los diques construidos hace 2.000 años ha sobrevivido intacto durante milenios, a pesar de los constantes ataques 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 concreto más duraderas podrían ampliar no sólo la vida útil de estos materiales, sino también cómo podrían mejorar la durabilidad de las formulaciones de concreto impresas en 3D». masic dijo.

La investigación fue publicada en Avances científicos.

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