Posts tagged ‘Marie Jackson’

El agua de mar refuerza el antiguo hormigón romano

El agua de mar que se ha filtrado durante siglos a través del hormigón romano ha favorecido el desarrollo de minerales entrelazados que le han proporcionado al hormigón una cohesión añadida

Perforando una estructura marina. Un investigador perfora una estructura marina de época romana en Portus Cosanus, en la Toscana, en el año 2003. La perforación fue realizada con permiso de la Superintendencia de Arqueología de la Toscana. FOTO: J.P. OLESON / THE UNIVERSITY OF UTAH

Fuente: ALEC FORSSMANN  |  NATIONAL GEOGRAPHIC
12 de septiembre de 2017

Las modernas estructuras marinas de hormigón se desmoronan a lo largo de las décadas, mientras que numerosos muelles y espigones romanos de 2.000 años de antigüedad siguen perdurando y de hecho son más sólidos que cuando se construyeron. Alrededor del año 79 d.C., el autor romano Plinio el Viejo escribió en su Naturalis historia que las estructuras de hormigón de los puertos, expuestas al constante embate de las olas de agua salada, se convierten “en una única masa de piedra, inexpugnable para las olas y cada día más fuerte“. El misterio de esta capacidad de resistencia ha sido desentrañado: el agua de mar que se filtra a través del hormigón favorece el desarrollo de minerales entrelazados que le proporcionan al hormigón una cohesión añadida, según explica la Universidad de Utah. El estudio ha sido publicado en American Mineralogist.

El hormigón romano consistía en una mezcla de ceniza volcánica, cal y agua de mar, un mortero con un agregado de trozos de roca volcánica. La combinación de ceniza, agua y cal viva producía la denominada reacción puzolánica (debe su nombre al municipio napolitano de Pozzuoli) y con este conglomerado de hormigón se erigieron edificios como el Panteón, el Mercado de Trajano y diferentes estructuras marinas. La interrelación de minerales entre el mortero y el agregado ha evitado la formación de fisuras longitudinales a lo largo de los siglos, mientras que con el cemento Portland las superficies de los agregados no reactivos (que son inertes, que no producen reacción) no hacen más que propagar las fisuras.

Los investigadores, entre ellos la geóloga Marie Jackson, han concluido lo siguiente: que el agua de mar se filtra en el hormigón de los muelles y espigones romanos, disolviendo componentes de la ceniza volcánica y permitiendo el desarrollo de nuevos minerales procedentes de los fluidos filtrados altamente alcalinos, particularmente la tobermorita aluminosa y la phillipsita. Esta tobermorita aluminosa tiene una composición rica en silíceo, similar a los cristales que se forman en las rocas volcánicas. Los cristales tienen formas laminares que refuerzan la matriz cementante y las placas entrelazadas incrementan la resistencia del hormigón ante una fractura por fragilidad. “Se trata de un sistema que se desarrolla en un intercambio químico abierto con el agua de mar“, destaca Jackson.

Imagen microscópica. Imagen microscópica que muestra el material grumoso y aglomerante de calcio, aluminio, silicato e hidrato que se forma al mezclarse la ceniza volcánica, la cal y el agua de mar. Se aprecian los cristales de tobermorita aluminosa aparecidos en la matriz de cementación. “C-A-S-H” corresponde a “calcium-aluminum-silicate-hydrate”. FOTO: COURTESY OF MARIE JACKSON / THE UNIVERSITY OF UTAH

 

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12 septiembre 2017 at 1:42 pm Deja un comentario

Descubierto el ingrediente secreto que explica la fuerza del hormigón de la antigua Roma

Científicos buscan la receta que usaban los romanos para construir sus puertos, algunos aún en pie

Extracción de muestras de un muelle del ‘Portus Cosanus’ en la costa toscana, construido hace más de 2.000 años. J. P. OLESON

Fuente: MIGUEL ÁNGEL CRIADO  |  EL PAÍS
3 de julio de 2017

“¿Quién se admirará bastante de la parte arruinada de ella [la Tierra] y por esto llamado polvo en las colinas de Puteoli para oponerse al reflujo del mar, y sumergido de inmediato se hace una piedra irrompible por las olas y más fuerte cada día…?” Así describía Plinio el Viejo las maravillas del hormigón romano en el año 79 de nuestra era. Durante siglos, Roma construyó sus puertos con una combinación de caemento, cal viva y materiales volcánicos que la ingeniería moderna tardó siglos en igualar. Ahora, geólogos e ingenieros buscan en los restos de los puertos romanos la fórmula exacta para el hormigón del futuro.

El hormigón moderno empieza a deteriorarse nada más echarlo al mar. La reacción con el agua salina le hace perder alcalinidad y carbonatarse. Hasta que dejó de usarse el hormigón armado, la química dictaba que, en unas décadas, lo que parecía sólida roca se disolvería como un azucarillo. Sin embargo, con todos los avatares de la historia y hasta de la orografía, aún quedan espigones, rompeolas o muelles de los puertos construidos por los ingenieros romanos hace 2.000 años.

“Contrariamente a los fundamentos del hormigón moderno basado en el cemento, los romanos crearon un hormigón que mejora con el intercambio químico abierto con el agua de mar”, explica la geóloga de la Universidad de Utah (EE UU), Marie Jackson, que lleva años buscando la fórmula del hormigón romano. Tanto entonces como ahora se usa un aglomerante. En la actualidad, la base es el cemento tipo Portland, compuesto por calizas y arcillas calentadas a más de 1.500º. Los romanos recurrían en especial a la cal viva, óxido de calcio. Como aglomerado, hoy se usan arenas y gravillas. Entonces, escombros de todo tipo.

Los romanos usaban cal como aglomerante y materiales volcánicos como aglomerado

Pero la clave está en el aliño. Antes de ellos, la construcción en las sociedades más avanzadas de entonces, como la griega, usaban una argamasa calcárea que al secar hacía de aglomerante. Ya fuera por casualidad, cercanía geográfica o ensayo y error descubrieron que los materiales volcánicos que usaban reaccionaban con el agua como lo hace hoy el cemento Portland. De hecho, como escribió Plinio el Viejo, aquel hormigón mejoraba con la exposición al agua marina.

Jackson y un grupo de colegas han usado tecnologías muy avanzadas para analizar muestras tomadas del interior de la estructura de dos puertos romanos y un espigón construidos entre el siglo I antes de nuestra era y el siglo I de esta. Las escanearon con microscopio electrónico, con el sincrotón que tiene el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (EE UU) y la técnica de espectroscopia Raman. Las piedras revelaron todos sus secretos.

“Pudimos identificar los diferentes minerales y las enigmáticamente complejas secuencias de cristalización a escala microscópica”, cuenta Jackson. Según los resultados de su investigación, publicada en la revista especializada, American Mineralogist, la cal, expuesta al agua marina, reaccionó con las cenizas volcánicas usadas en la mezcla de forma muy rápida. Pero lo que han comprobado también es que, tras agotarse la cal, se inició una segunda fase mucho más lenta.

Hormigón procedente de un espigón de la bahía de Nápoles de hace 2.000 años visto al microscopio electrónico. MARIE JACKSON

Ahora los protagonistas son dos minerales que ni habían sido descubiertos en tiempos de los romanos, la tobermorita y la phillipsita. En el hormigón marino romano, estos minerales forman finas fibras y placas que lo hacen más resistente y menos susceptible a la fractura. La tobermorita fue descubierta en el siglo XIX. En estado natural ha sido detectada en emisiones de algunos volcanes islandeses y, de forma artificial, también ha aparecido como subproducto de la reacción del hormigón usado en los cementerios nucleares con la roca.

Tanto la tobermorita como la phillipsita se usan hoy para elaborar los cementos especiales con los que hacer el hormigón masa (sin armazón) con el que se levantan los puertos actuales. El problema es que hay que quemar el mineral a muy alta temperatura. “Nadie ha creado tobermorita a 20º, excepto los romanos”, comenta Jackson.

Los puertos romanos se construían con las mismas cenizas volcánicas de la región de la actual Nápoles

Para el profesor de ingeniería de la construcción de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV), Víctor Yepes, “el hormigón romano era mejor que el mal hormigón actual pero no superior al buen hormigón”. Sí reconoce que los romanos encontraron en la naturaleza unos materiales que la ciencia moderna tardaría siglos en igualar con el descubrimiento del cemento Portland.

Yepes también reconoce que los materiales volcánicos usados por los romanos son más ecológicos. La industria del cemento es responsable del 5% de las emisiones de CO2 que están detrás del cambio climático. Hasta llegar al hormigón hay que obtener el clinker (el polvo base del cemento) en grandes hornos que emiten doblemente: con la energía que necesitan para calentar las materias primas a más de 1.500º y como subproducto del propio cemento. Además, usan las cenizas de siderúrgicas y centrales termoeléctricas alimentadas con carbón como los romanos usaban las del Vesubio, alimentando sus propias emisiones.

Si se pudiera recrear la reacción fría del hormigón marino romano, la aportación de la industria cementera al calentamiento global se reduciría de forma significativa. En eso trabajan Jackson y otros, como el Departamento de Energía de EE UU. Aunque se han realizado experimentos en condiciones similares, usando agua de la bahía de San Francisco, y materiales volcánicos del oeste de EE UU, el hormigón obtenido aún no tiene las características del romano. Desvelados todos los ingredientes de la fórmula del hormigón romano gracias a la tecnología moderna, Jackson reconoce que lo que no han resuelto es “la preparación de las materias primas y los procedimiento”.

 

3 julio 2017 at 8:24 pm Deja un comentario

El hormigón romano era mejor que el actual (y menos contaminante)

Descubren su composición química

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Los restos de un antiguo dique romano sumergido en el mar Mediterráneo, en la bahía de Pozzuoli, cerca de Nápoles, ha proporcionado al equipo científico de la Universidad de Berkeley liderado por el profesor Paulo Monteiro las muestras que han permitido a los investigadores analizar, por primera vez, la composición del hormigón que usaba la extinta civilización en sus construcciones, un material que han comparado con el actual para extraer conclusiones significativas.

La primera, que se trataba de una mezcla mucho más resistente, con altas condiciones para durar en el tiempo. Además, la forma en que los romanos fabricaban su hormigón es mucho más ecológica que los procesos mediante los cuales se fabrica en la actualidad el material, cuya base principal es el cemento Portland.

Más allá de la curiosidad histórica del hallazgo, la investigación supone un avance notable. La aplicación real del estudio podría mejorar de forma significativa la calidad de uno de los materiales de construcción por excelencia en la actualidad, y no sólo en términos de su composición sino también en el ámbito ecológico. Según los datos ofrecidos por los científicos en el comunicado mediante la que han difundido su investigación, el 7% de las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera provienen de la fabricación de este tipo de cemento.

Una composición perfecta

El problema del cemento Portland, según los investigadores, es que en su proceso de fabricación se libera una gran cantidad de dióxido de carbono al calentarse, a más de 1.400 grados centígrados -a través de la quema de combustibles fósiles en la mayoría de los casos, aunque las organizaciones ecologistas tratan de evitarlo- uno de los principales componentes químicos de la mezcla, el carbonato de calcio. Sin ir más lejos, el jueves se llevó a cabo una manifestación en sede del Parlamento navarro contra la incineración en la planta de Cementos Portland en la localidad de Olazti.

Las principales diferencias del hormigón romano, en cuanto se refiere al proceso de combustión, es que su mezcla incluye una cantidad menor de cal y requiere una menor cantidad de combustible, además a una temperatura también inferior, rondando los 900 grados centígrados.

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En lo referente a la mezcla, su ingrediente estrella -no secreto-, que ya se utiliza hoy en día, aunque hasta ahora no se había podido conocer su comportamiento a largo plazo, como en las estructuras romanas, son las rocas y cenizas volcánicas, cuyos resultados en las obras de ingeniería en contacto con el agua marina han sorprendido a los investigadores. De hecho, ésa es la parte más relevante de su estudio: la reacción química del hormigón romano en contacto con el mar crea una estructura de enlaces de una gran resistencia.

En ese sentido, los científicos han destacado que las construcciones modernas basadas en hormigón comienzan a dar señales de desgaste a partir de los 50 años, y que están concebidas para durar alrededor de un siglo y medio, un periodo que resulta ridículo en comparación con algunas obras de ingeniería levantadas durante el Imperio Romano, que han resistido miles de años de agresiones químicas, en entornos “tan agresivos como los marinos”, ha explicado la profesora Marie Jackson, parte integrante de la investigación.

Puzolana, el sustituto del cemento Portland

Históricamente, se considera a Marcus Vitruvius Pollio, autor del tratado sobre arquitectura De architectura libri decem, como el padre del hormigón sobre el que se construyó el Imperio Romano. Las obras de ingeniería civil de la civilización que dominó Occidente han trascendido la historia, convirtiéndose en ejemplo de admiración para las generaciones posteriores. El hormigón también forma parte de esa leyenda dorada. “Se trata de uno de los materiales de construcción más duraderos, y no nació por accidente. El transporte era básico para la estabilidad política, económica y militar para el Imperio Romano, por lo que la construcción de puertos duraderos era fundamental”, añade la profesora Jackson.

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En las recetas del propio Vitruvius, y también de Plinio el Viejo, para fabricar el mejor hormigón, existen referencias a las cenizas volcánicas abundantes en la región del golfo de Nápoles, cerca de la localidad de Pozzuoli. El hecho de que no se trata de un componente misterioso lo demuestra que se está utilizando en algunas mezclas actuales, en sustitución parcial del cemento Portland.

El problema es que las cenizas volcánicas no abundan en el planeta, por lo que la vía romana no sería efectiva, simplemente por la escasez de la materia prima, para sustituir la exigente, en términos cuantitativos producción actual de cemento Portland. No obstante, los científicos han comprobado que el mineral de nombre puzolana, en este caso muy abundante en el mundo, posee propiedades similares a las cenizas volcánicas. Según las estimaciones de los investigadores, su utilización en los procesos de fabricación del hormigón podría cubrir el 40% de la demanda de cemento Portland en el mundo. No es casualidad que la principal fuente de financiación de esta investigación proceda de Arabia Saudita, donde existen grandes excedente de puzolana.

Fuente: David Pérez | El Confidencial

7 junio 2013 at 7:08 am 2 comentarios


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