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Los romanos se inspiraron en rocas volcánicas para producir hormigón

Los antiguos romanos se inspiraron en una roca volcánica para la fabricación de duraderos materiales de construcción, según explican científicos de la Universidad de Stanford, Estados Unidos

coliseo-hormigon

Foto: DILIFF/WIKIMEDIA

Fuente: EUROPA PRESS  |  Noticias Mallorca.es      12/07/2015

El “hormigón natural” descubierto en el área volcánica Campos Flégreos (Campi Flegrei, en italiano), cerca de Nápoles, en Italia, es similar al hormigón romano, un compuesto legendario inventado por los romanos y que se utilizó para construir el Panteón, el Coliseo y los antiguos puertos a lo largo de todo el Mediterráneo.

“Esto implica la existencia de un proceso natural en el subsuelo de Campi Flegrei similar al que se usa para producir hormigón”, afirma Tiziana Vanorio, geofísica experimental de la Facultad de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de Stanford.

Campi Flegrei se encuentra en el centro de una gran depresión o caldera volcánica que está picada por cráteres formados durante erupciones pasadas, el último de los cuales sucedió hace casi 500 años. Ubicado dentro de esta caldera está el colorido puerto de la ciudad de Pozzuoli, que fue fundada en el año 600 aC por los griegos y llamada “Pozzuoli” por los romanos.

A partir de 1982, la tierra debajo de Pozzuoli comenzó a aumentar a un ritmo alarmante y en un lapso de dos años, la elevación superó seis pies (1,83 metros), una cantidad sin precedentes en cualquier parte del mundo. “El creciente fondo del mar dejó la bahía de Pozzuoli demasiado superficial para grandes embarcaciones”, explica Vanorio.

Para empeorar las cosas, la hinchazón del suelo fue acompañada por un enjambre de micro-terremotos. Muchos de los temblores eran demasiado pequeños para sentirse, pero cuando un terremoto de magnitud 4 sacudió Pozzuoli, los gobernantes evacuaron el centro histórico de la ciudad, de forma que Pozzuoli se convirtió en un pueblo fantasma durante la noche.

Vanorio, que entonces era un adolescente, fue uno de los aproximadamente 40.000 residentes obligados a huir de Pozzuoli y establecerse en pueblos dispersos entre Nápoles y Roma.

El evento le causó una gran impresión e inspiró a sus intereses en las ciencias de la tierra. Ahora, como profesor asistente en Stanford, decidió aplicar sus conocimientos sobre cómo las rocas en las profundidades de la Tierra responden a los cambios mecánicos y químicos para investigar cómo la tierra debajo de Pozzuoli era capaz de soportar tanta deformación antes de agrietarse y generar micro-terremotos.

“La inflamación de la tierra se produce en otras calderas como Yellowstone o Long Valley en Estados Unidos, pero nunca a este grado y, por lo general, requiere mucha menos elevación para desencadenar terremotos en otros lugares –detalla Vanorio–. En Campi Flegrei, los micro-terremotos se retrasaron durante meses a pesar de las muy grandes deformaciones del terreno”.

Para entender por qué la superficie de la caldera es capaz de soportar tan increíble tensión sin agrietarse, Vanorio y un asociado postdoctoral, Waruntorn Kanitpanyacharoen, estudiaron núcleos de roca de la región.

A principios de la década de 1980, un programa de perforación profunda sondeó el sistema geotérmico activo de Campi Flegrei a una profundidad de cerca de 2 millas (3,22 kilómetros). Cuando estos expertos analizaron las muestras de roca, descubrieron que una dura capa de roca sello situada cerca de la superficie de la caldera de Campi Flegrei es rica en puzolana o cenizas volcánicas de la región.

Los científicos también notaron que la roca sello contenía minerales tobermorita y etringita que también se encuentran en hormigón hecho por el hombre. Estos minerales habrían hecho la roca sello de Campi Flegrei más dúctil y su presencia explica por qué el suelo debajo de Pozzuoli fue capaz de resistir esa flexión significativa antes de romperse.

Las muestras de roca sello mostraron que el profundo suelo de la caldera, el “muro” que forma la depresión similar a un tazón, consistía en rocas con carbonato similare, a la piedra caliza, y que intercalado dentro de las rocas carbonatadas había un mineral en forma de aguja llamado actinolita.

“La actinolita era la clave para entender todas las otras reacciones químicas que tenían que producirse para formar el cemento natural en Campi Flegrei”, afirma Kanitpanyacharoen, que ahora está en la Universidad de Chulalongkorn, en Tailandia. A partir de la actinolita y el grafito, los científicos dedujeron que una reacción química llamada descarbonatación se estaba produciendo por debajo de Campi Flegrei.

Estos expertos creen que la combinación de calor y aguas descarbonatadas ricas en minerales que circulan por el suelo a gran profundidad es lo que provocó la formación de actinolita así como el gas dióxido de carbono. A medida que el CO2 se mezcla con el carbonato de calcio y el hidrógeno en las rocas del basamento, se desencadena una cascada química que produce varios compuestos, uno de los cuales es hidróxido de calcio.

El hidróxido de calcio, también conocido como portlandita o cal hidratada, es uno de los dos ingredientes clave en el hormigón fabricado por el hombre, incluyendo el hormigón romano. Los fluidos geotérmicos circulantes transportan esta cal de origen natural hasta menores profundidades, donde se combina con la ceniza puzolana en la roca sello para formar una roca impenetrable de tipo hormigón capaz de resistir fuerzas muy fuertes.

“Ésta es la misma reacción química que los antiguos romanos, sin saberlo, explotaron para crear su famoso hormigón, pero en Campi Flegrei ocurre de manera natural”, afirma Vanorio, quein sospecha que la inspiración para el hormigón romano vino de la observación de las interacciones entre la ceniza volcánica en Pozzuoli y el agua de mar en la región. El filósofo romano Séneca, por ejemplo, señaló que el “polvo en Puzzuoli se convierte en piedra si toca el agua”.

“Los romanos eran agudos observadores del mundo natural y finos empiristas –señala Vanorio–. Seneca, y antes de él Vitruvio, entendió que había algo especial acerca de la ceniza en Pozzuoli, y los romanos usaron la puzolana para crear su propio hormigón, aunque con una fuente diferente de cal”.

Pozzuoli fue el principal puerto comercial y militar para el Imperio Romano y era común emplear puzolana como tanque de lastre de los buques mientras negociaban con granos del Mediterráneo oriental. Como resultado de esta práctica, la ceniza volcánica de Campi Flegrei y la utilización del hormigón romano se extendió por todo el mundo antiguo. Los arqueólogos han descubierto recientemente que los muelles en Alejandría, Cesarea y Chipre están todos hechos de hormigón romano y tienen puzolana como ingrediente principal.

Curiosamente, la misma reacción química que es responsable de las propiedades únicas de roca sello de Campi Flegrei también puede desencadenar su caída. Si se produce demasiado descarbonatación, como podría suceder si una gran cantidad de agua salada, o salmuera, se inyecta en el sistema, se provocará un exceso de dióxido de carbono, metano y vapor. Como estos gases se elevan hacia la superficie, chocarían contra la capa de cemento natural, deformando la roca sello. Esto es lo que levantó Pozzuoli, en la década de 1980.

12 julio 2015 at 9:47 am 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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