YouTube

Artigos Recentes

Antigos Romanos nos ensinando a fazer concreto!



           Quem trabalha com construção civil deve conhecer bem as limitações do nosso moderno concreto. Em sua composição normalmente é usado pasta de água e cimento Portland - um fino pó feito principalmente de calcário e barro -, componentes que, quando misturados, são utilizados para segurar pequenas pedras. Porém, em apenas algumas décadas - geralmente em torno de 50 anos - o concreto moderno entra em fase de degradação, a qual é acelerada caso esteja em ambientes marinhos, por estar exposto às águas salinas e ataque das ondas. Só que esse problema de durabilidade não encontra espaço no poderoso concreto feito na Roma Antiga - apesar da menor versatilidade e limitações no tempo de preparação.

          As paredes construídas de concreto dos Antigos Romanos, em grandiosos projetos de portos, resistiram ao ambiente marinho e contínuo ataque de ondas por mais de 2 mil anos! Diversos trabalhos científicos já foram feitos descrevendo e tentando decifrar os segredos do cimento romano há décadas e nesta semana um estudo publicado no periódico American Mineralogist (Ref.1) descobriu a peça chave que explica o poder desse concreto!


         "Uma massa rochosa única, impermeável às ondas e a cada dia mais forte."

                - Gaius Plinius Secundus (23-79 a.C., cientista e autor Romano), em uma nota descrevendo o concreto dos Antigos Romanos; essas palavras, por muito tempo, eram um mistério em seu significado


     O CONCRETO DA ROMA ANTIGA

            Em menos de uma década (23 até 15 a.C.), construtores locais e Romanos trabalhando para o Rei Herodes da Judeia construíram o maior porto artificial já feito no mar aberto até então. A escala e a complexidade desse projeto, junto com a rapidez da sua execução, são impressionantes mesmo se julgados pelos padrões modernos de construção. A obra está entre os mais magníficos projetos de engenharia da Era Augustiana.


          Chamado de Sebastos (o equivalente Grego para Augustus), o porto de Palestina Cesareia, também conhecido em Grego como Cesareia sobre o Mar, foi fundado em uma praia de areia instável sem nenhuma característica física de suporte. O local foi escolhido primariamente por razões políticas, não porque a natureza favorecia a construção de um porto. Uma vez que a decisão real foi feita, ficou a cargo dos construtores do Rei Herodes executarem os seus desejos, mesmo eles enfrentando desafios de design e engenharia nunca antes encarados por engenheiros de portos no Mediterrâneo. Mas muitos dos obstáculos foram vencidos com a poderosa receita do concreto hidráulico Romano, e as estruturas bases de Palestina Cesareia continuam em grande parte ainda preservadas (na imagem de capa deste artigo, temos uma visão artística de como era o porto quando foi finalizado).

            Outro exemplo magnífico é o Panteão em Roma, feito com estruturas desse concreto não reforçado. Com a sua cúpula de 43,4 metros, construída por Agripa entre algo em torno de 118 e 125 d.C., sua infraestrutura  permaneceu resistente ao tempo por quase 2 mil anos com somente alguns ínfimos reparos (em grande parte também devido a certas características estruturais no projeto). E até hoje continua em uso, mesmo tendo sido danificado pelo fogo durante o reino de Trajano (53-117 d.C., nome original Marcus Ulpius Trajanus, primeiro imperador de Roma não italiano que expandiu seu império a leste e foi notório pelo seu extensivo programa de construção) e exaustivo roubo de telhas, adornos de mármore e vigas mestres de bronze nos séculos que se seguiram.
           O que os Antigos Romanos faziam era um concreto que assumia a consistência de verdadeiras rochas sintéticas, aliás, sendo até mais duro do que diversas rochas naturais após séculos de exposição às adversidades, especialmente quando em contato com as águas marinhas. Muito o que nós sabemos sobre os materiais e métodos de construção dos Antigos Romanos é oriundo do engenheiro e arquiteto Romano Marcus Vitruvius Pollio (ou Vitruvius), este o qual escreveu Os Dez Livros sobre Arquitetura entre os anos de 30 e 20 a.C. Neste trabalho único, Vitruvius reúne diversas informações de especificação, guias de construção e princípios de design.

           Enquanto Vitruvious estava escrevendo, o concreto ainda estava sendo usado de forma escassa, por ser uma inovação tecnológica relativamente recente. A estrutura de concreto mais antiga já datada vem de 121 a.C. e era de má qualidade, algo que veio mudar drasticamente nas décadas seguintes. Muitas das estruturas posteriores foram descritas em detalhe e esquematizadas por Andrea Palladio no Os Quatro Livros da Arquitetura, publicado em 1570 e traduzido para o inglês em 1738 por Isaac Ware.


   COMPOSIÇÃO DO CONCRETO ROMANO

           Soluções pré-Romanas para a construção de portos geralmente incluíam cascalho ou pedras retangulares polidas quebra-ondas e quebra-mares rochosos. Apesar desses métodos continuarem a ser utilizados ao longo da Era Romana, outra técnica foi introduzida que revolucionou o design de portos e outras estruturas marítimas: o uso de concreto hidráulico. Este material, o qual poderia ser colocado e ajustado debaixo d´água, começou a usado na estrutura de portos em algum ponto do segundo século a.C. Arquitetos e engenheiros Romanos estavam finalmente livres para criar projetos no mar ou ao longo das praias que antes seriam bem difíceis, ou mesmo impossíveis, de serem concretizados.

            O ingrediente ativo que reagia com a cal para formar a variante hidráulica foi a pozolana - ou cinza vulcânica - e fez o que nós hoje chamamos de concreto pozolânico. Por acidente ou a partir de observações na formação de rochas vulcânicas, os construtores Romanos descobriram que quando areia de cinza vulcânica oriunda de pedreiras ao redor da Baía de Pozzuoli era misturada com cal, dava-se origem a uma argamassa bem dura que poderia ser depositada e curada debaixo da água. Contido dentro de espaços de preenchimento adequados e depositado em camadas com grandes pedaços de pedra ou rochas vulcânicas (formadas por deposição de cinzas vulcânicas) agregados, esse concreto forma uma sólida massa que provou-se resistente à ferocidade do mar por milênios. O concreto Romano, à base do cimento pozolânico também permitiu a construção dos magníficos e duráveis aquedutos que conduziam água fresca para Roma.

- Continua após o anúncio -



          Ao contrário das argamassas de cal comuns feitas com cal hidratada e areia (silício) inerte que reage com dióxido de carbono no ar para ser reformado em calcário - a qual já vinha sendo usada na Ásia e no Egito Antigo há muito mais tempo -, argamassas pozolânicas são feitas com um componente aluminossilicato altamente reativo (pedras-pomes ou cinza vulcânica) que quando misturado com cal gera produtos que assumem a forma de géis, bastões, fibras e pratos que fortalecem e ligam todos os materiais juntos.

          Aliás, Vitruvius recomendava que quando visava-se construir estruturas de concreto no mar, a matéria-prima pozolânica deveria ser idealmente retirada das regiões ao redor da Baía de Pozzuoli, no norte de Nápoles. E os Antigos Romanos faziam questão de viajarem milhares de quilômetros com carregamentos desses materiais exigidos para as suas construções e garantir o uso da nova tecnologia de engenharia. Na construção da Palestina Cesareia, por exemplo, análises químicas de 1991 revelaram que a pozolana tinha sido transportada por embarcações da Baía de Nápoles, distante 2000 km do local de construção.

       "Existe um tipo de pó que por causas naturais produz fantásticos resultados. É encontrado nas vizinhanças de Baiae e em cidades que circundam Monte Vesuvius. Essa substância, quando misturada com cal e cascalho, não apenas fortalece construções diversas, mas também garante que pilares construídos no mar se tornem extremamente duros e resistentes."

                                        - Vitruvius, se referindo à argamassa pozolânica

 
            Mas qual o segredo por trás desse concreto desenvolvido pelos Antigos Romanos, o qual resistia invejosamente às investidas do mar?


       SEGREDOS REVELADOS

             Analisando a microestrutura do concreto Romano do Portus Cosanus, Orbetello, Itália, a partir de técnicas analíticas envolvendo o raio-X, pesquisadores publicaram esta semana um estudo detalhando as características físico-químicas que permitiram o sucesso da argamassa superpoderosa, especialmente em áreas marítimas.

Cientista retirando amostras de concreto no na plataforma do Portus Cosanus, Orbetello, Itália Romano foi analisado no Advanced Light Source, um síncrotron de raio-X no Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley, Califórnia, EUA

           Basicamente, as características únicas da argamassa pozolânica em ambiente marinho são devidas a um processo de ciclagem mineral autigênica, a qual envolve a reação de componentes da cinza vulcânica; produção de fluídos alcalinos em microambientes; precipitação de novos minerais, principalmente filipsita nessas microestruturas; e evolução de processos químicos nos poros estruturais gerando a cristalização de Al-tobermorita (alumínio-tobermorita) em estruturas subaéreas e submarinas.

- Continua após o anúncio -



           O mineral silicato filipsita encontrado pelos pesquisadores, comum em rochas vulcânicas, são a base para a formação de cristais de Al-tobermorita no concreto Romano, um raro mineral hidrotermal na crosta terrestre. Esse mineral especial, pelo o que os resultados indicam, estava crescendo da filipsita quando as águas marinhas o atingiam e interagiam com o concreto, tornando-o mais alcalino e permitindo a cristalização, a partir de trocas iônicas com os componentes da mistura marinha. À medida que a tobermorita vai crescendo, ano após ano, ela vai fortalecendo o concreto, porque a estrutura dos seus cristais permitem que o material se flexione ao invés de se partir quando estressado. Além disso, a precipitação de filipsita e Al-tobermorita em contato com água marinha refina os espaços porosos, otimiza as ligações entre as pedras misturadas e sequestra cátions alcalinos (principalmente sódio e potássio) - já o concreto de cimento Portland libera cátions alcalinos de pedras agregadas, geralmente produzindo géis expansivos de sílica-álcali que atualmente degradam as estruturas de concreto ao redor do mundo. Isso explica as observações de Pliny ("... mais fortes a cada dia.").


             A Al-tobermorita dificilmente ocorre na natureza, e sua cristalização somente tem sido observada em locais como o Vulcão Surtsey, na Islândia. Apesar de ser possível produzi-lo em laboratório, não existe ainda um processo de síntese à temperatura ambiente, como observado no concreto Romano (apesar de levar muitos anos nesse último). E por isso desvendar o segredo desse concreto foi tão importante, porque pode nos guiar para a busca de materiais parecidos para a produção de um concreto com tais propriedades encontradas nos portos da Antiga Roma ou dar pistas de como sintetizar Al-tobermorita à temperatura ambiente, e de um modo mais acelerado, para ser incorporado nas atuais argamassas. Isso poderia resolver os problemas de infraestrutura atuais, especialmente em construções em áreas marítimas.

           Marie Jackson (imagem ao lado), líder do time responsável pelo novo estudo e uma geologista na Universidade de Utah, em Salt Lake City, há um bom tempo vem trabalhando para recriar a receita do concreto Romano em laboratório. Ela é também uma consultora para uma companhia de cimento em Nevada que está usando cinza vulcânica do oeste dos EUA para formular o superconcreto.

           "Eu não estou dizendo que este seria o concreto para ser usado em todas as obras de infraestrutura", disse Jacson, lembrando que muitas estruturas em obras modernas precisam de concretos de endurecimento muito mais rápido do que o Romano. "Mas para materiais que visam o ambiente marinho, nós podemos formular misturas com cal e cinza vulcânica do jeito que os Antigos Romanos faziam."

            Até descobrirmos todos os segredos e estratégias de uso na cristalização da Al-tobermorita, ou de minerais similares, imitar os Antigos Romanos na arte de fazer concreto não parece ser uma má ideia no momento.

CURIOSIDADES:

  • As primeiras estruturas similares ao concreto foram construídas pelos comerciantes da Nabataea ou Beduínos que ocuparam e controlaram uma série de oásis e desenvolveram um pequeno império nas regiões do sul da Síria e norte da Jordânia ao redor do ano de 6500 a.C. Mais tarde eles descobriram cimento que endurecia debaixo d´água. Essa primeira forma de concreto para as construções foi um dos motivos para esses povos sobreviverem tão bem nos desertos na época, especialmente nos projetos de cisternas subterrâneas à prova d´água. No Egito, a partir do ano em torno de 3000 a.C., e na China, materiais também similares ao concreto foram desenvolvidos, e foram parte essenciais para grandes construções, como a Muralha da China e as Pirâmides.
  • A tecnologia de fazer concreto foi praticamente perdida por quase 1000 anos durante a Idade Média após a queda do Império Romano em 476 d.C.! Entender a engenharia por trás do Panteão, então, nem em sonhos. Apenas no ano de 1414 que manuscritos descrevendo as técnicas para se fazer o cimento pozolânico foram encontrados, reascendendo o interesse em se construir com concreto. 
  • Após a queda do Império, diversas outras tecnologias e conhecimentos de engenharia e arquitetura foram perdidos, sendo que até o século XV, os habitantes de Roma não tinham construído canais que rivalizassem com os aquedutos da Roma Antiga feitos há mais de mil anos. Aliás, a maioria dos Romanos nessa época nem mesmo sabiam para que serviam os aquedutos, com muitos acreditando que a Acqua Claudia era usada para importar óleo de oliva de Nápoles. 




Artigos Recomendados:

REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS

  1. http://ammin.geoscienceworld.org/content/gsammin/102/7/1435.full.pdf 
  2. https://web.uvic.ca/~jpoleson/ROMACONS/Caesarea2005.htm 
  3. http://engagedscholarship.csuohio.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1039&context=encee_facpub
  4. https://mediterranee.revues.org/1952
  5. http://www.nature.com/news/seawater-is-the-secret-to-long-lasting-roman-concrete-1.22231
  6. http://news.berkeley.edu/2013/06/04/roman-concrete/
  7. http://www.sciencemag.org/news/2017/07/why-modern-mortar-crumbles-roman-concrete-lasts-millennia