La tumba de los nobles revela nuevos secretos del hormigón altamente resistente de la antigua Roma


La tumba de Caecilia Metella es un mausoleo ubicado a las afueras de Roma en la Via Appia de 5 km de largo.
Agrandar / La tumba de Caecilia Metella es un mausoleo ubicado a las afueras de Roma en la Via Appia de 5 km de largo.

Entre las muchas atracciones populares de Roma se encuentra un impresionante mausoleo de 2000 años a lo largo de la Via Appia, conocido como la tumba de Caecilia Metella, una mujer noble que vivió en el siglo I d.C. Lord Byron fue uno de los que se maravilló de la estructura e incluso se refirió a ella en su poema épico. Peregrinación de Childe Harold (1812-1818). Ahora, los científicos han analizado muestras del antiguo hormigón utilizado para construir la tumba y han descrito sus resultados en un artículo publicado en el Journal of the American Ceramic Society en octubre.

“La construcción de este monumento y punto de referencia muy innovador y robusto en la Via Appia Antica apunta a esto [Caecilia Metella] es muy respetado ”, dijo la coautora Marie Jackson, geofísica de la Universidad de Utah. «Y la malla de hormigón 2050 años después refleja una presencia fuerte y resistente».

Al igual que el cemento Portland actual (un elemento básico del hormigón moderno), el hormigón romano antiguo era básicamente una mezcla de mortero semilíquido y agregado. El cemento Portland se fabrica típicamente calentando piedra caliza y arcilla (así como arenisca, ceniza, tiza y hierro) en un horno. Luego, el clinker resultante se muele hasta obtener un polvo fino con solo un toque de yeso, para crear una superficie lisa y uniforme. Pero el agregado del que se hizo el hormigón romano consistía en piezas de piedra o ladrillo del tamaño de un puño.

En su tratado de arquitectura (alrededor del 30 d.C.) el arquitecto e ingeniero romano Vitruvio escribió sobre cómo construir muros de hormigón para estructuras de tumbas que pueden durar mucho tiempo sin deteriorarse. Recomendó que las paredes tuvieran al menos dos pies de espesor, hechas de «piedra roja cuadrada o de ladrillos o capas de piedras de lava». El ladrillo o agregado de roca volcánica debe adherirse con mortero, que está compuesto de cal hidratada y fragmentos de vidrio poroso y cristales de erupciones volcánicas (conocido como phra volcánico).

Muelle Portus Cosanus, Orbetello, Italia.  Un estudio de 2017 encontró que la formación de cristales en el hormigón utilizado para construir el malecón ayudó a prevenir la formación de grietas.
Agrandar / Muelle Portus Cosanus, Orbetello, Italia. Un estudio de 2017 encontró que la formación de cristales en el hormigón utilizado para construir el malecón ayudó a prevenir la formación de grietas.

Jackson ha estado estudiando las propiedades inusuales del antiguo hormigón romano durante muchos años. Por ejemplo, ella y varios colegas han analizado el mortero utilizado para fabricar el hormigón que compone los Mercados de Trajano, que se construyeron entre los años 100 y 110 d.C. (probablemente el centro comercial más antiguo del mundo). Estaba particularmente interesada en el “pegamento” que se utiliza en la fase de unión del material: un hidrato de silicato de calcio y aluminio (CASH), enriquecido con cristales de estratlingita. Descubrieron que los cristales de estratlingita bloquearon la formación y propagación de microgrietas en el mortero, lo que podría haber provocado fracturas más grandes en las estructuras.

En 2017, Jackson fue coautor de un artículo que analizaba la forma concreta de las ruinas de los diques a lo largo de la costa mediterránea de Italia, que han existido durante dos milenios a pesar del duro entorno marino. Las constantes olas de agua salada que chocaban contra las paredes habrían hecho escombros y cenizas las modernas paredes de hormigón hace mucho tiempo, pero las murallas romanas parecen haberse vuelto más fuertes.

Jackson y sus colegas descubrieron que el secreto de esta longevidad era una receta especial que incluía una combinación de cristales raros y un mineral poroso. En particular, la exposición al agua de mar provocó reacciones químicas en el hormigón que resultaron en la formación de cristales de tobermorita de aluminio a partir de la filipsita, un mineral común que se encuentra en la ceniza volcánica. Los cristales se adhirieron a la roca y nuevamente impidieron la formación y propagación de grietas que de otro modo habrían debilitado las estructuras.

Jackson estaba naturalmente fascinado por la tumba de Caecilia Metella, que es ampliamente considerada como uno de los monumentos mejor conservados de la Via Appia. Jackson visitó la tumba en junio de 2006 cuando estaba tomando pequeñas muestras del mortero para su análisis. Aunque el día de su visita fue bastante cálido, recordó que el aire en el pasaje de la zanja era muy frío y húmedo. «La atmósfera era muy tranquila, aparte de las palomas aleteando en el centro abierto del edificio circular», dijo Jackson.

Una placa en la tumba dice
Agrandar / Una placa en la tumba dice: «A Caecilia Metella, hija de Quintus Creticus, [and wife] por Craso «.

Carole Raddato / CC BY-SA 2.0

Casi nada se sabe sobre Cecilia Metella, cuyos restos fueron enterrados una vez en la tumba, excepto que era hija del cónsul romano Quintus Caecilius Metellus Creticus. Se casó con Marco Licinio Craso, cuyo padre (del mismo nombre) pertenecía al Primer Triunvirato junto con Julio César y Pompeyo el Grande. Probablemente fue su hijo, también conocido como Marco Licinio Craso, porque ¿por qué los historiadores deberían realizar un seguimiento fácil de la genealogía familiar? – quien encargó la construcción del mausoleo, que probablemente fue a veces entre el 30 y el 10 a. C. Fue construido.

Se dice que un sarcófago de mármol en el Palazzo Farnese proviene de la tumba de Caecilia Metella, pero probablemente no era el de los nobles, ya que estaba fechado entre 180 y 190 d. C. Además, en el momento de la muerte de la dama, la cremación era una costumbre de entierro más común y, por lo tanto, los historiadores creen que la cella de la tumba probablemente contenía una urna funeraria en lugar de una especie de sarcófago.

Es la estructura de la tumba en sí lo que resulta más interesante para científicos como Jackson y sus colegas. El mausoleo está entronizado en una colina. Sobre un pedestal cuadrado hay una rotonda cilíndrica con un castillo adjunto, que fue construido en algún momento del siglo XIV. El exterior lleva una placa con la inscripción “A Caecilia Metella, hija de Quintus Creticus [and wife] de Craso «.

Lava superpone tefra volcánica en la base de la tumba.
Agrandar / Lava superpone tefra volcánica en la base de la tumba.

Marie Jackson

La base se construyó en parte sobre toba (ceniza volcánica presurizada) y roca de lava de un antiguo río que cubrió el área hace unos 260.000 años. El podio y la rotonda están formados por varias capas gruesas de hormigón enmarcadas por bloques de travertino a medida que las capas de hormigón se han formado y endurecido. Las paredes de la torre tienen 24 pies de espesor. Originalmente había un montículo cónico en la parte superior, pero luego fue reemplazado por almenas medievales.

Para examinar la microestructura del mortero más de cerca, Jackson se asoció con sus colegas del MIT Linda Seymour y Admir Masic y Nobumichi Tamura del Lawrence Berkeley Lab. Tamura analizó las muestras en la fuente de luz avanzada, lo que les ayudó a identificar tanto los diferentes minerales en las muestras como su orientación. Según Tamura, la línea de luz ALS genera poderosos rayos X del tamaño de un micrómetro que pueden penetrar todo el espesor de la muestra. El equipo también tomó imágenes de las muestras utilizando microscopía electrónica de barrido.

Descubrieron que el mortero de la tumba se parecía al de las paredes de los mercados de Trajano: tefra volcánica del arroyo piroclástico Pozzolane Rosse que mantenía juntos grandes trozos de ladrillos y agregados de lava. Sin embargo, la tefra utilizada en el mortero de la tumba contenía mucha más leucita rica en potasio. A lo largo de los siglos, la lluvia y el agua subterránea se filtraron a través de las paredes de las tumbas, disolviendo la leucita y liberando el potasio. Esto sería un desastre para el hormigón moderno, ya que crearía microgrietas y una grave degradación estructural.

Eso obviamente no le pasó a la tumba. ¿Pero por qué? Jackson et al. descubrió que el potasio se disolvió nuevamente en el mortero y reconfiguró efectivamente la fase de unión de EFECTIVO. Algunas partes permanecieron intactas incluso después de más de 2000 años, mientras que otras áreas parecían más pálidas y mostraban algunos signos de división. De hecho, la estructura era algo similar a la de los nanocristales.

Imagen de microscopio electrónico de barrido del mortero de la tumba.
Agrandar / Imagen de microscopio electrónico de barrido del mortero de la tumba.

Marie Jackson

«Resulta que las interfaces en el antiguo hormigón romano de la tumba de Caecilia Metella están en constante evolución a través de remodelaciones a largo plazo», dijo Masic. Estos procesos de remodelación fortalecen las interfaces y potencialmente contribuyen a mejorar el desempeño mecánico y la resistencia a fallas. «Del material viejo».

Cuanto más aprenden los científicos sobre la combinación exacta de minerales y compuestos en el hormigón romano, más nos acercamos a la reproducibilidad de estas propiedades en el hormigón actual, por ejemplo, la búsqueda de un sustituto adecuado (como las cenizas volantes de carbón) para las extremadamente raras. roca volcánica utilizada por los romanos. Esto podría reducir las emisiones de energía durante la producción de hormigón hasta en un 85 por ciento y mejorar significativamente la vida útil de las estructuras de hormigón modernas.

«Centrarnos en diseñar hormigones modernos con interfaces de refuerzo constante podría ofrecernos otra estrategia para mejorar la durabilidad de los materiales de construcción modernos», dijo Masic. «Esto, al integrar la probada ‘sabiduría romana’, ofrece una estrategia sostenible que podría mejorar la longevidad de nuestras soluciones modernas en órdenes de magnitud».

DOI: Revista de la Sociedad Americana de Cerámica, 2021.10.1111 / jace.18133 (a través de DOI).

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