Jueves, 4 julio 2013

Química

Los secretos tecnológicos de un rompeolas del Imperio Romano que sigue en buen estado

Los secretos químicos que han hecho extraordinariamente duradero a un rompeolas romano de hormigón que ha pasado los últimos 2.000 años sumergido en el Mediterráneo han sido desvelados por un equipo internacional de investigadores. Además de su asombrosa longevidad, el rompeolas es una interesante muestra de un modo menos contaminante de fabricar hormigón.

El cemento Portland es lo que mantiene unido al hormigón hecho en la actualidad. Pero en su fabricación, la quema de combustible necesaria para calentar una mezcla de piedra caliza y arcillas hasta 1.450 grados centígrados (2.642 grados Fahrenheit) y la propia piedra caliza calentada (carbonato de calcio) liberan dióxido de carbono. El equipo de Marie Jackson de la Universidad de California en Berkeley y Paulo Monteiro del Laboratorio Nacional estadounidense Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) en California, ha comprobado que los romanos, en cambio, usaban mucha menos cal y lo fabricaban con piedra caliza horneada a 900 grados centígrados (1.652 grados Fahrenheit) o menos, necesitando para su fabricación mucho menos combustible que el cemento Portland.

Reducir las emisiones de gases de efecto invernadero es un poderoso incentivo para encontrar una mejor manera de elaborar el hormigón que el mundo necesita; y otro incentivo es la necesidad de edificios, puentes y otras estructuras que sean más fuertes y duren más tiempo.

A mediados del siglo XX, se diseñaron estructuras de hormigón para que duraran 50 años, y muchas de ellas ya han superado esa vida útil estimada. Ahora se diseñan construcciones para que duren de 100 a 120 años.

Sin embargo, hay infraestructuras del Imperio Romano que han sobrevivido a 2.000 años de ataques químicos y acción de las olas bajo el agua, por ejemplo ese rompeolas en el antiguo puerto de Baiae, en la región de la bahía de Nápoles. ¿Cómo lo lograron esos ingenieros de la antigüedad?

Los antiguos romanos fabricaban hormigón mezclando cal y roca volcánica. Para estructuras bajo el agua, mezclaban cal y ceniza volcánica, a fin de formar el mortero, y vertían este mortero y piedra formada de ceniza volcánica en moldes de madera. El agua de mar provocaba inmediatamente una reacción química que liberaba calor. La cal se hidrataba, incorporando moléculas de agua a su estructura, y reaccionaba con la ceniza para unir toda la mezcla.


En la imagen se exhibe una muestra interna, obtenida por perforación, del mortero usado en el antiguo puerto de Baiae. Las inclusiones amarillentas son piedra pómez, los fragmentos pétreos oscuros son lava solidificada, las áreas grises están compuestas por otros materiales cristalinos volcánicos, y los puntos blancos son cal. El recuadro es una imagen obtenida mediante microscopia electrónica de barrido de los cristales especiales que son cruciales para la calidad superior del hormigón romano inmerso en agua de mar. (Imagen: Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y Universidad de California en Berkeley)

Que este hormigón es muy bueno es algo que ya sabían algunos sabios de la antigüedad, aunque ignorasen las causas físicas y químicas exactas. Hasta nuestros días han llegado descripciones hechas en la antigüedad sobre el uso de ceniza volcánica. Primeramente Vitruvius, un ingeniero del Emperador Augusto, y más tarde Plinio el Viejo, dejaron escrito que el mejor hormigón para obras marítimas era el que estuviera hecho con cenizas de regiones volcánicas del Golfo de Nápoles.

Los sofisticados análisis realizados por el equipo de Jackson y Monteiro han revelado hasta qué punto el hormigón romano difiere de su versión moderna en varios aspectos esenciales.

La principal diferencia es el tipo de aglutinante que une a los componentes del hormigón. En el hormigón hecho con cemento Portland, se trata de un compuesto de calcio, silicatos, e hidratos. El hormigón romano produce un compuesto significativamente distinto, con aluminio agregado y que posee menos silicio. El compuesto resultante de calcio, aluminio, silicatos e hidratos es un aglutinante excepcionalmente estable.