Descubren el gran secreto de por qué el hormigón romano aguanta siglos en pie

Durante años se había creído que la clave de la durabilidad del hormigón romano se basaba en una ceniza volcánica. Sin embargo, un nuevo estudia apunta a otro ingrediente de su composición

Un equipo de científicos ha examinado el hormigón que usaban los antiguos romanos y cree haber dado con clave para que sus acueductos, edificios y puertos hayan aguantado en pie cientos de años: la cal viva.

Los investigadores llevan décadas intentando descifrar el secreto de ese antiguo material de construcción ultraduradero, sobre todo en estructuras que soportaban condiciones especialmente duras, como muelles, alcantarillas y diques, o las construidas en lugares sísmicamente activos.

Un nuevo estudio que publica Science Advances firmado por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad de Harvard y laboratorios de Italia y Suiza ha descubriendo antiguas estrategias de fabricación de hormigón que incorporaban varias funcionalidades clave.

Durante años, se había creído que la clave de la durabilidad de ese hormigón se basaba en un ingrediente, el material puzolánico, una ceniza volcánica de la zona de Pozzuoli, en la bahía de Nápoles (Italia), a la que se referían los relatos de arquitectos e historiadores de la época.

Sin embargo, esas muestras antiguas también contienen pequeños y distintivos rasgos de minerales blancos brillantes a escala milimétrica, que desde hace tiempo se reconocen como un componente omnipresente de los hormigones romanos.

Estos trozos blancos, a menudo denominados "clastos de cal", proceden de la cal, otro componente clave de la antigua mezcla de hormigón.

Dichos restos hasta ahora se habían considerado una mera evidencia de mezclas descuidadas o materias primas de mala calidad, explica el MIT en un comunicado.

Sin embargo, el nuevo estudio sugiere que esos diminutos clastos de cal le dieron al hormigón una capacidad de autorreparación hasta ahora desconocida.

Uno de los firmantes de la investigación Admir Masic, del MIT, destacó que si "los romanos pusieron tanto empeño en fabricar un material de construcción excepcional, ¿por qué iban a poner tan poco empeño en garantizar la producción de un producto final bien mezclado?", por eso creía que tenía que haber algún motivo.


Tras una caracterización más detallada de los clastos calcáreos, utilizando técnicas de imagen multiescala de alta resolución y de mapeo químico, los investigadores obtuvieron nuevos conocimientos sobre la funcionalidad potencial de estos clastos calcáreos.

Históricamente, se había supuesto que cuando la cal se incorporaba al hormigón romano, primero se combinaba con agua para formar un material pastoso altamente reactivo en un proceso conocido como apagado, pero ese proceso, por sí solo, no podía explicar la presencia de los clastos de cal.

Por eso, el equipo se preguntó si era posible que los romanos hubieran usado cal viva, que es una forma más reactiva de ese material. Estudiando muestras de hormigón antiguo determinaron que las partículas blancas estaban formadas, efectivamente, por diversas formas de carbonato cálcico.

Un examen espectroscópico proporcionó indicios de que se habían formado a temperaturas extremas, como cabría esperar de la reacción exotérmica producida por el uso de cal viva en lugar de, o además de, la cal apagada en la mezcla.

La mezcla en caliente, según el equipo, fue en realidad "la clave de la naturaleza superdurable" del hormigón debido a dos factores explicó Masic.

Por una parte, cuando el hormigón en su conjunto se calienta a altas temperaturas, permite una química que no sería posible si solo se utilizara cal apagada, produciendo compuestos asociados a esas temperaturas que de otro modo no se formarían.

Además, el aumento de temperatura reduce significativamente los tiempos de curado y fraguado, ya que todas las reacciones se aceleran, lo que permite una construcción mucho más rápida.

El equipo decidió probar que esa era el mecanismo responsable de la durabilidad del hormigón romano, para lo que produjo muestras de mezclado en caliente que incorporaban formulaciones antiguas y modernas, las agrietó e hizo correr agua por ellas.

Tras dos semanas, esas aberturas se habían curado por completo y el agua ya no podía fluir, sin embargo, un trozo idéntico de hormigón fabricado sin cal viva nunca se curó y el agua siguió fluyendo por la muestra.

Masic consideró que "es emocionante pensar en cómo estas fórmulas de hormigón más duraderas podrían ampliar no solo la vida útil de estos materiales, sino también cómo podría mejorar la durabilidad de las fórmulas de hormigón impresas en 3D".

¿Conocías del hormigón romano?

La tecnología ya se encuentra presente en todos los ámbitos de la sociedad y, por supuesto, también en la construcción. Una nueva era de materiales y procesos se abre ante nosotros, con impresoras 3D levantando paredes y con la posibilidad de que cualquier persona se aventure a construir un cohete espacial en casa, por ejemplo. Sin embargo, a continuación te queremos hablar de un ingrediente novedoso para fabricar un hormigón fuerte como pocos.

Del bar a la obra: así es este nuevo tipo de hormigón

Gracias a la información publicada en la página web de la Universidad Real Instituto de Tecnología de Melbourne, hemos conocido cómo ingenieros australianos han conseguido matar dos pájaros de un tiro: aprovechar un desecho que acababa en la basura habitualmente y fortalecer el hormigón. Gracias al uso de los residuos del café, una de las bebidas más populares alrededor del mundo, el equipo de ingenieros liderado por el doctor Rajeev Roychand aseguran que su hormigón es hasta un 30% más resistente de lo habitual.

Solamente Australia produce 75 millones de kilogramos de desechos de café al año, que habitualmente acaban en el vertedero. Sin embargo, la cifra global es mucho más alarmante, con 10.000 millones de kilogramos de residuos de café tirados a la basura. El profesor Roychand afirma que:

   El desecho de material orgánico es un reto medioambiental, ya que emite grandes cantidades de gases de efecto invernadero, incluyendo metano y dióxido de carbono, lo que contribuye al cambio climático.

Su investigación, publicada en la revista científica Journal of Cleaner Production, muestra cómo el café puede ser un ingrediente muy útil para fabricar el hormigón sostenible del siglo XXI. Para ello han comenzado experimentado con residuos obtenidos de cafeterías de Melbourne, los cuales han sido calentados a dos temperaturas diferentes para la experimentación, a 350ºC o 500ºC, con el fin de obtener el denominado biocarbón.

Habitualmente, al cemento se le agrega un ingrediente adicional, que suele ser un tipo de arena, pero en esta ocasión se le ha añadido una parte del biocarbón producido a partir de los restos de café. El resultado final, del hormigón que tenía el 15% de la arena reemplazada por el biocarbón fabricado a 350ºC, fue que éste tenía una resistencia un 29,3% superior al del hormigón con el 100% de la arena habitual. El profesor Jie Li, participante en la investigación, afirma que:

Existen retos a largo plazo en mantener el suministro sostenible de arena, debido a la naturaleza finita de los recursos y el impacto medioambiental de la minería de arena. Con un aproximamiento a la economía circular, podremos eliminar los desechos orgánicos de los vertederos y también preservar nuestros recursos naturales como la arena.

Por que bueno es saberlo.

----> Ingenieros fabrican un hormigón 30 veces más resistente… gracias al café

Es difícil concebir el mundo actual sin el hormigón, pero también es cierto que su producción nos acarrea ciertas barreras o problemas, especialmente las grandes emisiones de CO2 que genera. En la Universidad de Drexel, en Estados Unidos, un grupo de científicos ha decidido abordar otro desafío crucial asociado a este material: su mantenimiento. Y es que en esta universidad, un grupo de investigación ha desarrollado una especia de aditivo que permite la creación de hormigón que podríamos denominar «autorreparable», que podríamos decir que tiene un efecto muy similar a cuando nuestra piel se corta y regenera por si sola para curar esa herida.

BioFiber: el aditivo transformador

El aditivo que mencionábamos antes, denominado BioFiber, consiste en una fibra central rodeada por una vaina de hidrogel que contiene «esporas bacterianas latentes» y está recubierta por una capa exterior polimérica. La esencia de BioFiber es su capacidad para actuar como una especie de cura para las estructuras de hormigón, ya que cuando se produce una grieta en el hormigón y se rompe la BioFiber, el agua penetra y se activa el hidrogel, haciendo que las bacterias produzcan carbonato de calcio. lo que haría que este compuesto sellara la grieta y reparara el daño en el hormigón de manera autónoma.

Este proceso, que como otros grandes avances se ha inspirado en la naturaleza, tiene tres componentes clave en las biofibras: un núcleo diseñado para soportar cargas, una vaina de hidrogel cargada con endosporas y un revestimiento de polímero diseñado para responder a los daños. Los investigadores sostienen que BioFiber le da al hormigón tres habilidades esenciales: autocuración, control del crecimiento de grietas y capacidad de respuesta ante los daños.
El objetivo es la regeneración autónoma

La meta de BioFiber es dotar al hormigón de capacidades de regeneración autónoma, mejorando así la sostenibilidad y eficiencia de las estructuras de hormigón. Al permitir que columnas, pistas, paredes, y demás componentes se reparen a sí mismos, el nuevo aditivo extiende la vida útil de estas estructuras y reduce la necesidad de reparaciones periódicas, lo que a su vez genera no solo ahorros significativos, sino que evitaría una mayor producto de este material.

Además de reducir costes que acarrearía ese mantenimiento, los investigadores de Drexel argumentan que esta innovación conducirá a una menor demanda de materiales, una generación de residuos más baja y una disminución de las emisiones contaminantes asociadas al transporte para realizar reparaciones.

El éxito de la tecnología BioFiber se le atribuye a la exploración de la interacción entre la ciencia de los materiales, la microbiología y los procesos de fabricación. Mohammad Houshmand, el doctorando líder del equipo, destaca la importancia de este enfoque multidisciplinario para garantizar el éxito de la tecnología, ya que al realizar esta combinación han logrado avanzar significativamente en la creación de un hormigón que llegue a autoregenerarse.

Carreras por la autoregeneración del hormigón

El equipo de Houshmand no es el único que persigue el sueño de crear un hormigón con capacidades autoregeneradoras. La agencia de investigación avanzada DARPA, del Departamento de Defensa de EE. UU., tiene un programa llamado BRACE que también busca desarrollar un hormigón autorreparable. Aunque con un enfoque diferente, inspirándose en los sistemas vasculares humanos y las redes de hongos, la idea es proporcionar una red de transporte para la regeneración profunda del material.

Este ambicioso esfuerzo de crear un hormigón que se autorepare abre la puerta a una revolución en la construcción. La combinación de innovaciones como BioFiber y otros enfoques similares puede transformar la forma en que construimos y mantenemos nuestras estructuras, allanando el camino hacia un futuro más sostenible y eficiente en la construcción.

Porque bueno es saberlo.