updated 10:04 AM CEST, Sep 23, 2017

El agua de mar hacía casi indestructible el hormigón romano

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hormigón romano y su resistencia por el agua de mar

¿Por qué el mortero moderno se desmorona, pero el hormigón romano dura milenios?

El hormigón moderno - utilizado en todo, desde caminos hasta edificios y puentes - puede descomponerse en tan sólo 50 años. Pero miles de años después de que el Imperio Romano se desmoronara, sus estructuras de hormigón se mantienen en pie.

Ahora, los científicos finalmente han descubierto por qué: un ingrediente especial que hace que el cemento crezca más fuerte - no más débil - con el tiempo.

Los científicos comenzaron su búsqueda con una antigua receta de mortero, establecida por el ingeniero romano Marcus Vitruvius en el 30 a.C. Consistía en una mezcla de cenizas volcánicas, cal y agua de mar, mezcladas con rocas volcánicas y extendidas en moldes de madera que luego se sumergieron en más agua de mar (La combinación produce una denominada reacción puzolánica, por el nombre de la ciudad de Pozzuoli, en la bahía de Nápoles). Otra arena volcánica naturalmente reactiva común usada para la fabricación del hormigón se llama harena fossicia. Se piensa que los romanos pudieron haber conseguido la idea para esta mezcla después de observar los depósitos de ceniza volcánica cementados naturalmente llamados toba.

Después de la caída del imperio romano, se perdió la receta para hacer hormigón y no fue reinventado uno de igual valor hasta 1824 cuando un inglés llamado Joseph Aspdin descubrió el cemento Portland quemando en un horno tiza finamente molida y arcilla hasta que era eliminado el dióxido de carbono. Fue nombrado cemento "Portland" porque se parecía a las piedras de construcción de alta calidad que se encuentran en Portland, Inglaterra.

Sin embargo, la antigua receta romana del hormigón es muy diferente a la moderna. La mayoría del hormigón moderno es una mezcla de cemento Portland - piedra caliza, arenisca, ceniza, tiza, hierro y arcilla, entre otros ingredientes, calentado para formar un material vítreo que es finamente molido - mezclado con los llamados "agregados". Estos agregados, generalmente arena o piedra triturada, no están destinados a reaccionar químicamente porque, si lo hacen, pueden causar expansiones no deseadas en el hormigón. Estos son materiales tales como arena o piedra triturada que no están destinados a reaccionar químicamente. Si se producen reacciones en estos agregados, pueden causar expansiones no deseadas en el hormigón que lo rompe.

La historia contiene muchas referencias a la durabilidad del hormigón romano, incluyendo esta críptica nota escrita en el 79 a.C., que describe el hormigón expuesto al agua de mar como: "una sola masa de piedra, inexpugnable a las olas y cada día más fuerte".

¿Qué significaba?

Al tobermorite al microscopioPara descubrirlo, los investigadores estudiaron los núcleos perforados de un puerto romano de la bahía de Pozzuoli cerca de Nápoles, Italia. Cuando lo analizaron, encontraron que el agua de mar había disuelto los componentes de la ceniza volcánica, permitiendo que crecieran nuevos minerales vinculantes.

En una década, se había formado en el hormigón un mineral hidrotermal muy raro llamado tobermorita de aluminio (Al-tobermorita).

La Al-tobermorita, conocida desde hace mucho tiempo por dar al hormigón romano su resistencia, se puede hacer en el laboratorio, pero es muy difícil incorporarla en el hormigón. Para que se forme Al-tobermorita, se necesita una temperatura muy alta. "Nadie ha producido tobermorita a 20 grados Celsius", ¡Oh, excepto los romanos!, dice la geóloga y autora principal del estudio Marie Jackson de la Universidad de Utah, cuyo interés por el hormigón romano fue provocado por un año sabático en Roma, donde estudió las tobas y los depósitos de cenizas volcánicas.

Pero los investigadores encontraron que cuando el agua de mar se filtra a través de una matriz de cemento, reacciona con cenizas volcánicas y cristales para formar Al-tobermorita y un mineral poroso llamado phillipsita, escriben hoy en American Mineralogist.

¿Así que en el corto plazo va a ver muelles y rompeolas más fuertes?

Debido a que ambos minerales llevan siglos para fortalecer el hormigón, los científicos modernos todavía están trabajando en la recreación de una versión moderna del cemento romano.

Tamura, Jackson y StanLa industria del hormigón está valorada en 50.000 millones de dólares en 2015 sólo en los Estados Unidos. Ese año se hicieron 80 millones de toneladas de cemento Portland o aproximadamente el peso de cerca de 90 puentes Golden Gate o 12 presas Hoover. Dada la durabilidad del hormigón romano y las substanciales emisiones de dióxido de carbono resultantes de la fabricación de cemento Portland, ¿por qué no lo hacemos más como los romanos?

No es nada fácil, dice Jackson. Los romanos tuvieron la suerte de encontrar cenizas volcánicas en sus alrededores. Además, los ingredientes para su receta de hormigón pueden no ser adaptados en cualquier parte del mundo. Observaron que la ceniza volcánica creaba cementos para producir la toba. No tenemos esas rocas en muchas partes del mundo, así que tendríamos que hacer sustituciones", dijo Jackson.

Además, el hormigón romano toma tiempo para desarrollar la fuerza con el agua de mar y presenta una menor resistencia a la compresión que el cemento Portland típico.

Sin embargo, Jackson está trabajando estrechamente con sus colegas para hacer una receta alternativa basada en materiales locales del oeste de Estados Unidos, incluyendo el agua de mar de Berkeley, California. Jackson también está liderando un proyecto de perforación científica para estudiar la producción de tobermorita y otros minerales relacionados en el volcán Surtsey en Islandia. El pensamiento es este tipo de cemento podría ser muy útil en algunas aplicaciones de nicho. Por ejemplo, el cemento romano podría ser muy útil para un proyecto de laguna de marea que se construirá en Swansea, Reino Unido, destinado a aprovechar la energía de las mareas. Para recuperar el costo de construcción, la laguna tendría que operar durante 120 años. "Se puede imaginar que, con la forma en que construimos ahora, sería una masa de acero corrosivo para ese momento". A menos que esté hecho de hormigón romano.

"Creo que la gente realmente no sabe cómo pensar en un material que no tiene refuerzo de acero", dijo Jackson.

Artículo científico: Phillipsite and Al-tobermorite mineral cements produced through low-temperature water-rock reactions in Roman marine concrete


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