Muchas estructuras romanas siguen en pie en la actualidad, lo que demuestra una durabilidad muy superior a la del hormigón moderno.
Por ejemplo, la gran tumba cilíndrica de la noble del siglo I Caecilia Metella es una de las estructuras duraderas más antiguas.
A continuación, se analiza cómo esto puede inspirar la creación de construcciones modernas más sostenibles y resistentes.
El hormigón suele empezar a agrietarse y desmoronarse tras unas pocas décadas de vida; sin embargo, curiosamente, no ha sido así en muchas estructuras romanas. Estas siguen en pie y muestran una notable durabilidad a pesar de unas condiciones que destruirían el hormigón moderno.
Una estructura en particular es la gran tumba cilíndrica de la noble del siglo I Caecilia Metella. Nueva investigación de científicos del MIT y colegas, publicada en la Journal of the American Ceramic Society muestra que la calidad del hormigón de su tumba podría superar la de los monumentos de sus contemporáneos masculinos, debido al agregado volcánico elegido por los constructores y a las inusuales interacciones químicas con la lluvia y las aguas subterráneas que se han acumulado a lo largo de dos milenios.
Los coautores principales del estudio, Admir Masic, profesor asociado de ingeniería civil y medioambiental en el MIT, y Marie Jackson, profesora asociada de investigación en geología y geofísica en la Universidad de Utah, se unieron para comprender la composición mineral de la antigua estructura de hormigón.
«Comprender la formación y los procesos de los materiales antiguos puede orientar a los investigadores hacia nuevas formas de crear materiales de construcción duraderos y sostenibles para el futuro», afirma Masic. «La tumba de Caecilia Metella es una de las estructuras más antiguas que siguen en pie y ofrece conocimientos que pueden inspirar la construcción moderna».
Un hormigón curiosamente cohesionado
Situada en una antigua calzada romana conocida también como Vía Apia, la tumba de Caecilia Metella es un hito de la Via Appia Antica. Consta de una torre de planta circular que se alza sobre una base cuadrada, con una altura total de unos 70 pies (21 metros) y un diámetro de 100 pies (29 m). Construida hacia el 30 a. C., en la transición de la República romana al Imperio romano, encabezado por el emperador Augusto, en el 27 a. C., la tumba se considera uno de los monumentos mejor conservados de la Vía Apia.
La propia Caecilia pertenecía a una familia aristocrática. Se casó con la familia de Marco Craso, que formó una famosa alianza con Julio César y Pompeyo.
«La construcción de este monumento y hito tan innovador y robusto en la Via Appia Antica indica que se la tenía en gran estima», afirma Jackson, «y el tejido de hormigón, 2.050 años después, refleja una presencia fuerte y resistente».
La tumba es un ejemplo de las técnicas refinadas de construcción con hormigón en la Roma de finales de la República. Estas técnicas fueron descritas por el arquitecto Vitruvio mientras se construía la Tumba de Caecilia Metella. La edificación de muros gruesos de ladrillo basto o de agregado de roca volcánica, unidos con mortero elaborado con cal y tefra volcánica (fragmentos porosos de vidrio y cristales procedentes de erupciones explosivas), daría lugar a estructuras que «con el paso del tiempo no caen en ruinas».
Las palabras de Vitruvio se confirman con las numerosas estructuras romanas que hoy siguen en pie, entre ellas los Mercados de Trajano (construidos entre los años 100 y 110 d. C., más de un siglo después de la tumba) y estructuras marinas como muelles y rompeolas.
Sin embargo, lo que los antiguos romanos no podían saber es que los cristales del mineral leucita, rico en potasio, presente en el agregado volcánico, se disolverían con el tiempo para remodelar y reorganizar de forma beneficiosa la interfaz entre los agregados volcánicos y la matriz aglutinante cementicia, mejorando la cohesión del hormigón.
«Centrarse en el diseño de hormigones modernos con zonas interfaciales que se refuerzan constantemente podría ofrecernos otra estrategia para mejorar la durabilidad de los materiales de construcción modernos», afirma Masic. «Hacerlo mediante la integración de la “sabiduría romana”, probada por el tiempo, constituye una estrategia sostenible que podría mejorar la longevidad de nuestras soluciones modernas en órdenes de magnitud».
Linda Seymour ’14, doctora ’21, que participó en este estudio como estudiante de doctorado en el laboratorio de Masic en el MIT, investigó la microestructura del hormigón con herramientas científicas.
«Cada una de las herramientas que utilizamos aportó una pista sobre los procesos del mortero», explica Seymour. La microscopía electrónica de barrido mostró las microestructuras de los bloques de construcción del mortero a escala micrométrica. La espectrometría de rayos X por dispersión de energía mostró los elementos que componen cada uno de esos bloques. «Esta información permite explorar rápidamente distintas zonas del mortero, y pudimos identificar los bloques de construcción relacionados con nuestras preguntas», afirma. Según añade, el truco consiste en acertar con precisión en el mismo bloque de construcción con cada instrumento, cuando ese objetivo tiene apenas el grosor de un cabello.
La ciencia detrás de una sustancia singularmente resistente
En los gruesos muros de hormigón de la tumba de Caecilia Metella, un mortero que contiene tefra volcánica une grandes trozos de ladrillo y de agregado de lava. Es similar al mortero utilizado en los Mercados de Trajano 120 años después. El pegamento del mortero de los Mercados de Trajano consiste en un bloque de construcción denominado fase aglutinante C-A-S-H (silicato de calcio, aluminio e hidrato), junto con cristales de un mineral llamado estratlingita.
Pero la tefra que utilizaron los romanos para el mortero de la tumba de Caecilia Metella contenía una mayor proporción de leucita rica en potasio. Durante siglos, el agua de lluvia y el agua subterránea que se filtró por los muros de la tumba disolvieron la leucita y liberaron el potasio en el mortero. En el hormigón moderno, una abundancia de potasio generaría geles expansivos que provocarían microfisuras y, finalmente, el deterioro de la estructura.
En la tumba, sin embargo, el potasio se disolvió y reconfiguró la fase aglutinante C-A-S-H.
«Las técnicas de difracción de rayos X y espectroscopia Raman nos permitieron explorar cómo había cambiado el mortero», afirma Seymour. «Vimos dominios C-A-S-H que seguían intactos tras 2.050 años y otros que se estaban dividiendo, eran filamentosos o presentaban una morfología distinta. La difracción de rayos X, en particular, permitió analizar los dominios filamentosos hasta su estructura atómica. Vemos que estos dominios filamentosos adoptan una naturaleza nanocristalina», afirma.
Los dominios remodelados «evidentemente crean componentes robustos de cohesión en el hormigón», afirma Jackson. En estas estructuras, a diferencia de los Mercados de Trajano, se forma muy poca estratlingita.
Stefano Roascio, el arqueólogo a cargo de la tumba, señala que el estudio tiene gran relevancia para comprender otras estructuras de hormigón antiguas e históricas que emplean el agregado Pozzolane Rosse.
«La interfaz entre los agregados y el mortero de cualquier hormigón es fundamental para la durabilidad de la estructura», afirma Masic. «En el hormigón moderno, las reacciones álcali-sílice que forman geles expansivos pueden comprometer las interfaces incluso del hormigón más endurecido».
«Resulta que las zonas interfaciales del hormigón romano antiguo de la tumba de Caecilia Metella evolucionan constantemente mediante una remodelación a largo plazo», afirma Masic. «Estos procesos de remodelación refuerzan las zonas interfaciales y podrían contribuir a un mejor rendimiento mecánico y a una mayor resistencia al fallo del material antiguo».
Además de Masic, Seymour y Jackson, otros coautores del estudio son Nobumichi Tamura, científico sénior del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. La investigación está financiada, en parte, por el programa ARPA-e del Departamento de Energía de los Estados Unidos.
