Porque duram tanto as construções romanas? Mistério está resolvido

Construções dos romanos perduram após dois milénios, enquanto construções de cimento modernas desmoronaram com algumas dezenas de anos.

Uma equipa de investigadores resolveu o mistério da durabilidade do cimento utilizado pelos romanos, da qual o Panteão de Roma é prova, e a descoberta pode contribuir para a redução do impacto ambiental da produção de betão.

A "natureza super durável" do cimento utilizado pelos romanos deve-se à utilização no seu fabrico de cal viva - que ferve a muito alta temperatura quando entra em contacto com água - que produz uma capacidade de autorreparação do material, concluiu a equipa.

Restos de estradas, aquedutos, portos e edifícios construídos pelos antigos romanos ainda perduram, passados dois milénios, e algumas das estruturas em cimento continuam intactas, como é o caso do famoso Panteão de Agripa, na capital de Itália, edificado em 126 d.C., enquanto construções de cimento modernas desmoronaram com algumas dezenas de anos.

A maior cúpula de cimento não reforçada do mundo

Para ter uma ideia, a cúpula do Panteão é maior que a cúpula da Basílica de São Pedro, no Vaticano. E apesar das suas dimensões, não há há vergalhões ou qualquer outro tipo de reforço nela. Isso a torna a maior cúpula de concreto não reforçada do mundo inteiro. Para isso, o topo da parede da rotunda apresenta uma série de arcos de tijolos para aliviar as forças de stress da estrutura.

Outra curiosidade é que a cúpula mede 43 metros de diâmetro e o Panteão possui 43 metros de altura, por isso, uma esfera de 43 metros poderia ser facilmente colocada dentro do prédio. Já a abertura no alto da cúpula tem 3 metros de diâmetro.

Enigma decifrado

Após décadas em que vários investigadores tentaram decifrar o enigma do "antigo material de construção ultra durável" foram feitos progressos por uma equipa do Massachusetts Institute of Technology, da Universidade de Harvard e de laboratórios em Itália e na Suíça, indicou o MIT num comunicado.

A descoberta dos antigos processos de fabrico de cimento utilizados pelos romanos que lhe dão uma significativa "capacidade de autorreparação" foi divulgada na revista Science Advances, num artigo do professor de Engenharia Civil e Ambiental do MIT, Admir Masic, da ex-aluna de doutoramento Linda Seymour e de outros quatro investigadores.

Durante muitos anos, os cientistas pensaram que a explicação para a durabilidade do cimento antigo era a utilização na mistura de "material pozolânico, como cinzas vulcânicas da área de Pozzuoli, na baía de Nápoles, (...) distribuído por todo o vasto império romano para ser usado na construção e descrito em relatos de arquitetos e historiadores da época como um componente chave do cimento".

Mas um exame mais detalhado das amostras antigas do material revela também elementos minerais de um branco brilhante, há muito conhecidos como uma componente sempre presente no cimento dos romanos e que têm como origem a cal.

"Esses elementos fascinam-me desde que comecei a trabalhar sobre o cimento romano antigo", diz Admir Masic, citado no comunicado, adiantando que se questionava sobre o facto de não serem encontrados na composição do cimento moderno.

A caracterização daqueles fragmentos através de imagens de alta resolução e da utilização de técnicas de mapeamento químico pioneiras permitiram aos investigadores saber mais sobre a sua potencial função.

A explicação por trás dos fragmentos brancos

Masic e a sua equipa determinaram que os fragmentos brancos eram "feitos de várias formas de carbonato de cálcio (material em que a cal se transforma quando misturada com água)", tendo o exame espetroscópico fornecido "pistas de que foram formados em temperaturas extremas, como seria de esperar da reação exotérmica (com libertação de calor) produzida pelo uso de cal viva".

A conclusão foi que "a mistura a quente era na verdade a chave" para a durabilidade.

"Os benefícios da mistura a quente são duplos", diz Masic, explicando que a alta temperatura permite reações químicas particulares e compostos específicos, além de reduzir "significativamente os tempos de cura e fixação (...), permitindo uma construção muito mais rápida".

Durante o processo de mistura a quente, os fragmentos de rocha de cal desenvolvem características que, segundo os investigadores, podem facilitar a autorreparação do material ao preencherem fissuras assim que elas se começaram a formar dentro do cimento. As "reações ocorrem espontaneamente e, portanto, reparam automaticamente as brechas antes que elas se espalhem".

O derradeiro teste

Para provar a sua hipótese, a equipa produziu amostras de cimento com uma composição antiga e com uma moderna, rachou-as e fez correr água pelas brechas. Duas semanas mais tarde, as fissuras na amostra de cimento romano "estavam completamente reparadas, impedindo a água de fluir" e as da amostra feita sem cal viva nunca fecharam, continuando a água a correr.

Face aos bons resultados dos testes, a equipa "está a trabalhar para comercializar esse material de cimento modificado".

"É emocionante pensar como essas formulações de cimento mais durável podem não só aumentar a vida útil destes materiais, mas também melhorar a durabilidade das composições de cimento produzido por impressão em 3D", diz Masic.

O impacto ambiental

O investigador do MIT espera que o alargamento da vida útil e o desenvolvimento de tipos de cimento mais leves possam "ajudar a reduzir o impacto ambiental da produção" deste material, responsável atualmente "por cerca de 8% das emissões globais de gases com efeito de estufa", segundo o comunicado.

O laboratório dirigido por Masic trabalha também em outras fórmulas para conseguir um cimento que possa "absorver dióxido de carbono do ar", melhoria que, juntamente com as anteriores, "pode ajudar a reduzir o impacto climático global do cimento".