Engenheiros descobrem por que construções da Roma Antiga duram tanto tempo

A equipe analisou amostras de concreto romano de 2 mil anos obtidas no sítio arqueológico de Privernum, na Itália. Os resultados mostraram que, na composição desta argamassa milenar, haviam partes brancas que foram identificadas como pequenos clastos de cal.

Em artigo publicado no Science Advances na sexta-feira (6), a equipe explica que anteriormente os clastos de cal eram considerados apenas mera evidência de práticas de mistura desleixadas ou matérias-primas de baixa qualidade. Porém o novo estudo sugere que esse ingrediente, na realidade, deu ao concreto uma capacidade de "cicatrização" previamente desconhecida.

“O Panteão não existiria sem o concreto como era na época romana. No entanto, é improvável que os romanos estivessem cientes desta química envolvida”, disse Admir Masic, professor de engenharia civil e ambiental do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e principal autor do artigo, ao The Guardian. Apesar de saberem que o concreto se fortalece com o tempo, o pesquisador acredita que os engenheiros da época não imaginavam quanto tempo o material duraria.

Os pesquisadores explicam que, durante muito tempo, acreditou-se que o material no concreto de edifícios como o Coliseu era cinzas vulcânicas da área de Pozzuoli, na baía de Nápoles. Esse tipo específico de cinza foi enviado para todo o vasto império romano para ser usado em construções e, em relatos de arquitetos e historiadores da época, foi descrito como um ingrediente-chave para a fabricação de concreto.

Contudo, nas amostras retiradas para o estudo também foram identificadas algumas partes brancas, indicando que, além das cinzas, clastos de cal também faziam parte da mistura. Em comunicado, Masic conta que este material não é encontrado em formulações de concreto modernas, mas estão bem presentes em materiais antigos.

“A ideia de que a presença desses clastos de cal era simplesmente atribuída ao baixo controle de qualidade sempre me incomodou”, disse o pesquisador. “Se os romanos se esforçaram tanto para fazer um excelente material de construção, porque eles se esforçariam tão pouco para garantir a produção de um produto final bem misturado?”, completa.

O concreto é um material constituído por cimento, água, areia e pedra ou brita. A mistura pode também conter aditivos químicos, com a finalidade de melhorar ou modificar suas propriedades básicas.

Durante os estudos, a equipe determinou que, no concreto romano, havia o uso da cal em sua forma mais pura: a cal viva, também chamada de óxido de cálcio – a forma seca de calcário, mais reativa e perigosa. As inclusões eram realizadas em várias formas de carbonato de cálcio em altas temperaturas e pouca água, processo conhecido como “mistura quente”.

Durante o processo de mistura quente, os clastos de cal desenvolvem uma arquitetura caracteristicamente rachada e quebradiça, criando uma fonte de cálcio facilmente fraturada, que, como a equipe propôs, poderia fornecer uma funcionalidade de "cicatrização". Utilizar cal viva ao invés de misturar o material com água e submetê-lo a altas temperaturas foi a chave torná-lo durável.

“Os benefícios da mistura quente são duplos”, afirma Masic. “Primeiro, quando o concreto é aquecido a altas temperaturas, ele permite processos químicos que não seriam possíveis se você usasse apenas cal apagada [cal misturado com água], produzindo compostos associados a altas temperaturas que, de outra forma, não se formariam. Em segundo lugar, esse aumento de temperatura reduz significativamente o tempo da cal cicatrizar, pois todas as reações são aceleradas, permitindo uma construção muito mais rápida”.

Para testar a hipótese, a equipe produziu amostras de concreto utilizando o processo de mistura quente que incorporava formulações antigas e modernas, rachando-as deliberadamente e as expuseram à água corrente por um período de 30 dias.

Depois de duas semanas, a água não conseguia passar pelo concreto feito com o método romano, ao passo que passava direto pelo pedaço de concreto feito sem cal viva. Isso indicou que os clastos de cal podem se dissolver em rachaduras e recristalizar após a exposição à água, daí o processo de "auto-cicatrização".

“Abordagens de inspiração romana, baseadas em mistura quente, podem ser uma maneira econômica de fazer nossa infraestrutura durar mais por meio dos mecanismos de autocorreção que ilustramos neste estudo”, aponta o pesquisador.

Por meio da vida útil estendida e do desenvolvimento de formas de concreto mais leves, ele espera que esses esforços possam ajudar a reduzir o impacto ambiental da produção de cimento, que atualmente responde por cerca de 8% das emissões globais de gases de efeito estufa.