Con el tiempo, el hormigón se agrieta y se desmorona. Bueno, la mayoría del hormigón se agrieta y se desmorona. Las estructuras construidas en la antigua Roma siguen en pie y muestran una durabilidad notable a pesar de las condiciones que devastarían el hormigón moderno.
Una de estas estructuras es la gran tumba cilíndrica de la noble del siglo I a.C. Cecilia Metella. Una nueva investigación muestra que la calidad del concreto de su tumba puede exceder la de sus monumentos masculinos contemporáneos debido al agregado volcánico que eligieron los constructores y a las interacciones químicas inusuales con la lluvia y el agua subterránea con ese agregado durante dos milenios. /P> 
La construcción de este innovador y robusto monumento y punto de referencia en la Via Appia indica que fue tenido en gran respeto , dice Marie Jackson, profesora asociada de investigación de geología y geofísica en la Universidad de Utah, y el tejido de hormigón 2.050 años después refleja una presencia fuerte y resistente . La investigación fue publicada en el Journal of the American Ceramic Society .
¿Quién era Cecilia Metella?
La tumba de Cecilia Metella es un hito en la antigua calzada romana conocida como Vía Apia. Consiste en una torre en forma de tambor que se asienta sobre una base cuadrada, en total unos 21 metros de alto y 29 metros de diámetro. Construida alrededor del año 30 a.C., en la transición de la República Romana al Imperio Romano liderada por el emperador Augusto, la tumba se considera uno de los monumentos mejor conservados de la Vía Apia (en el siglo XIV se construyó un castillo anexo a la tumba). .
La propia Cecilia era miembro de una familia adinerada, hija de un cónsul romano. Era nuera de Marco Licinio Craso, un general y estadista romano que formó una famosa alianza de triunvirato con Julio César y Pompeyo.
No se sabe mucho más sobre la vida de Cecilia, pero la perdurable magnitud de su tumba ha atraído la atención de los visitantes durante siglos, incluido Lord Byron, quien escribió sobre la tumba en La peregrinación de Childe Harold. a principios del siglo XIX. Después de describir la estructura similar a una fortaleza, Byron pregunta:
Jackson visitó la tumba en 2006 con la arqueóloga de la Dottoressa Lisa Gianmichele y con un permiso de la Soprintendenza Archeologia di Roma para recolectar pequeñas muestras del mortero para su análisis. Era un día muy caluroso en junio , dice, pero cuando bajamos las escaleras hacia el corredor sepulcral el aire se volvió muy fresco y húmedo . Observó los muros de mampostería de ladrillo compactos, cohesivos y casi perfectamente conservados, y el afloramiento de roca volcánica casi saturada de agua en la subestructura. El ambiente era muy tranquilo , añade, excepto por el aleteo de las palomas en el centro abierto de la estructura circular .
¿Qué es el hormigón romano?
Antes de entrar en detalles, orientémonos en la terminología del hormigón. Si caminas por cualquier acera, verás que el hormigón está hecho de un agregado (arenas y gravas de roca) y un aglutinante de cemento. El cemento de una acera moderna probablemente sea cemento Portland, que se produce calentando minerales de piedra caliza y arcilla en un horno y añadiendo una pequeña cantidad de yeso.
La tumba es un ejemplo de las refinadas tecnologías de construcción de hormigón de la Roma republicana tardía que no contienen cemento. Estas tecnologías fueron descritas por el arquitecto Vitruvio durante la construcción de la tumba de Cecilia Metella. La construcción de gruesos muros de ladrillos o agregados de roca volcánica unidos con mortero elaborado con cal hidratada y tefra volcánica (fragmentos de vidrio poroso y cristales provenientes de erupciones explosivas), daría lugar a estructuras que durante un largo período de tiempo no colapsar .
Las palabras de Vitruvio son ciertas gracias a las numerosas estructuras romanas que aún se mantienen en pie hoy en día, como los mercados de Trajano (construidos entre el 100 y el 110 d. C., más de un siglo después de la tumba) y estructuras como muelles y rompeolas, que Jackson y sus colegas han construido. también estudiado.
Sin embargo, lo que los antiguos romanos no podían saber es cómo los cristales del mineral leucita rico en potasio en el agregado de tefra volcánica se disolverían con el tiempo para remodelar y reorganizar beneficiosamente la cohesión del hormigón.
Para comprender la estructura mineral del hormigón, Jackson se asoció con los investigadores Linda Seymour y Admir Masic del Instituto Tecnológico de Massachusetts y Nobumichi Tamura del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. Profundizaron en la microestructura del hormigón con una serie de potentes herramientas científicas.
Muestras como las de mortero antiguo son muy heterogéneas y complejas, ya que están formadas por una mezcla de diferentes fases cristalinas con tamaños de grano que van desde unos pocos micrómetros hasta unos pocos nanómetros dice Tamura.
Seymour, que participó en este estudio como estudiante de doctorado en el MIT y ahora es consultor de proyectos en la firma de ingeniería Simpson, Gumpertz &Heger, realizó análisis adicionales en las muestras.
Cada una de las herramientas que utilizamos proporcionó una pista sobre los procesos en el mortero ella dice. La microscopía electrónica de barrido mostró las microestructuras de los bloques de construcción del mortero a escala micrométrica. La espectrometría de rayos X de energía dispersiva mostró los elementos que componen cada uno de esos bloques de construcción. Esta información nos permite explorar rápidamente las diferentes zonas del mortero, y podemos seleccionar los bloques de construcción relacionados con nuestras preguntas ella explica. El truco, añade, consiste en alcanzar con precisión el mismo objetivo de bloque de construcción con cada instrumento cuando ese objetivo tiene sólo un pelo de ancho.
¿Por qué el hormigón de la tumba de Cecilia es tan único?
En los gruesos muros de hormigón de la tumba de Cecilia Metella, un mortero que contiene tefra volcánica procedente de la cercana Pozzolana Rossa El flujo piroclástico (una densa masa de tefra caliente y gases expulsados explosivamente del cercano volcán de las Montañas Albanas) une grandes trozos de ladrillos y agregados de lava. Se trata de un mortero muy similar al utilizado en los muros de los Mercados de Trajano 120 años después.
En análisis anteriores del mortero de Trajan's Markets, Jackson, Tamura y sus colegas exploraron el "pegamento" del mortero, un bloque de construcción llamado fase de unión C-A-S-H (hidrato de silicato de calcio-aluminio), junto con un mineral llamado esträtlingita. . Los cristales de strätlingita bloquean la propagación de microfisuras en el mortero, evitando que se unan y rompan la estructura del hormigón.
Pero la tefra que los romanos utilizaban para el mortero de la tumba de Cecilia Metella era más abundante en leucita, rica en potasio. Siglos de agua de lluvia y agua subterránea que se filtraron por las paredes de la tumba disolvieron la leucita y liberaron el potasio del mortero. En el hormigón moderno, esa inundación de potasio crearía geles en expansión que provocarían microfisuras y, finalmente, desconchamiento y deterioro de la estructura.
En la tumba, sin embargo, el potasio se disolvió y reconfiguró la fase de enlace C-A-S-H. Seymour dice que las técnicas de microdifracción de rayos X y espectroscopía Raman les permitieron explorar cómo había cambiado el mortero. Vimos dominios de C-A-S-H que estaban intactos después de 2050 años y algunos que estaban divididos, descoloridos o tenían una morfología diferente , dice. La microdifracción de rayos X, en particular, permitió analizar dominios difusos hasta su estructura atómica. Vemos que los dominios difusos adquieren una naturaleza nanocristalina , afirma.
Los dominios remodelados obviamente crean componentes cohesivos robustos en el concreto dice Jackson. En estas estructuras, a diferencia de los Mercados de Trajano, se forma mucha menos strätlingita. Stefano Roascio, el arqueólogo a cargo de la tumba, señala que el estudio es muy relevante para comprender otras estructuras de hormigón antiguas e históricas que utilizan el agregado de Pozzolana Rossa.
Admir Masic, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental en el MIT, dice que la interfaz entre los agregados y el mortero en cualquier concreto es fundamental para la durabilidad de la estructura. En el hormigón moderno, afirma, las reacciones que forman geles en expansión pueden comprometer las interfaces incluso del hormigón más duro.
Resulta que las antiguas interfaces romanas de hormigón de la tumba de Cecilia Metella están en constante evolución a través de remodelaciones a largo plazo , afirma. Estos procesos de remodelación refuerzan las zonas interfaciales y potencialmente contribuyen a mejorar el rendimiento mecánico y la resistencia al fallo del material antiguo .
¿Podemos recrear ese efecto hoy?
Jackson y sus colegas están trabajando para replicar algunos de los éxitos de los romanos en los hormigones modernos, específicamente en un proyecto ARPA-e del Departamento de Energía de EE. UU. para fomentar agregados beneficiosos similares en hormigones que utilizan magmas celulares diseñados en lugar de tefra de las antiguas estructuras romanas. El objetivo es que un hormigón similar al hormigón romano pueda reducir las emisiones de energía procedentes de la producción e instalación del hormigón en un 85 % y mejorar cuatro veces la vida útil de 50 años del hormigón marino moderno.
Centrarnos en el diseño de hormigones modernos con zonas interfaciales de refuerzo constante podría proporcionarnos otra estrategia para mejorar la durabilidad de los materiales de construcción modernos dice Massic. Hacerlo integrando la "sabiduría romana" probada en el tiempo proporciona una estrategia sostenible que podría mejorar la longevidad de nuestras soluciones modernas en órdenes de magnitud .
