O segredo do betão romano pozolânico com 2.000 anos

Os antigos romanos eram exímios construtores e engenheiros, sendo os aquedutos talvez o exemplo mais célebre dessa capacidade. Estas maravilhas, muitas das quais continuam a funcionar, dependem de um material de construção singular: o betão pozolânico, extraordinariamente durável e responsável pela notável resistência das estruturas romanas.

Ainda hoje, uma das suas obras - o Panteão, que permanece intacto quase 2.000 anos depois - detém o recorde da maior cúpula do mundo feita de betão não armado.

Betão pozolânico romano: ingredientes e técnicas

As qualidades deste betão têm sido, em geral, explicadas pelos seus componentes: a pozolana, uma mistura de cinza vulcânica cujo nome deriva da cidade italiana de Pozzuoli, onde existe um importante depósito desse material, e a cal. Em contacto com a água, estes dois elementos podem reagir e formar um betão resistente.

Contudo, esta explicação não era completa. Em 2023, uma equipa internacional de investigadores, liderada pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT), concluiu que tanto os materiais como as técnicas usadas na mistura diferiam ligeiramente do que se pensava.

As principais pistas eram pequenos fragmentos brancos de cal, visíveis num betão que, de resto, parece estar bem homogeneizado. Até então, a existência destes pedaços era atribuída a uma mistura deficiente ou a materiais de fraca qualidade, uma justificação que não convencia Admir Masic, cientista de materiais do MIT.

“A ideia de que a presença destes grumos de cal era simplesmente atribuída a um fraco controlo de qualidade sempre me incomodou”, afirmou Masic em janeiro de 2023.

“Se os romanos se esforçaram tanto para criar um material de construção excecional, seguindo todas as receitas detalhadas que tinham sido aperfeiçoadas ao longo de muitos séculos, porque haveriam de dedicar tão pouco esforço a garantir a produção de um produto final bem misturado? Tem de haver mais nesta história.”

Masic e a equipa, dirigida pela engenheira civil do MIT Linda Seymour, analisaram minuciosamente amostras de betão romano com 2.000 anos, recolhidas no sítio arqueológico de Privernum, em Itália. Para compreender melhor os grumos de cal, as amostras foram submetidas a microscopia eletrónica de varrimento de grande área e a espectroscopia de raios X por dispersão de energia, difração de raios X em pó e imagiologia Raman confocal.

Uma das questões centrais dizia respeito ao tipo de cal utilizado. A explicação convencional para o betão pozolânico estabelece que era usada cal apagada. Primeiro, o calcário é aquecido a temperaturas elevadas, produzindo um pó cáustico muito reativo chamado cal viva, ou óxido de cálcio.

Ao misturar cal viva com água obtém-se cal apagada, ou hidróxido de cálcio: uma pasta menos reativa e menos cáustica. Segundo a teoria, era esta cal apagada que os antigos romanos combinavam com a pozolana.

A mistura a quente e os grumos de cal

No entanto, a análise da equipa indica que os grumos de cal presentes nas amostras não correspondem a esse processo. Em vez disso, o betão romano terá provavelmente sido produzido através da mistura direta de cal viva com pozolana e água a temperaturas extremamente altas, isoladamente ou juntamente com cal apagada. A equipa designou este método por “mistura a quente”, processo que origina os grumos de cal.

“Os benefícios da mistura a quente são duplos”, explicou Masic.

“Em primeiro lugar, quando o betão no seu conjunto é aquecido a temperaturas elevadas, permite reações químicas que não seriam possíveis usando apenas cal apagada, produzindo compostos associados a altas temperaturas que, de outro modo, não se formariam. Em segundo lugar, esta temperatura mais elevada reduz significativamente os tempos de cura e de presa, uma vez que todas as reações são aceleradas, permitindo uma construção muito mais rápida.”

O processo proporciona ainda outra vantagem: os grumos de cal conferem ao betão uma capacidade notável de autorreparação.

Quando surgem fissuras no betão, estas tendem a avançar em direção aos grumos de cal, que têm uma área de superfície maior do que as restantes partículas da matriz. Ao penetrar na fissura, a água reage com a cal e cria uma solução rica em cálcio, que seca e endurece sob a forma de carbonato de cálcio, voltando a unir a fenda e impedindo que esta se alastre.

Este fenómeno foi observado em betão de outro local com 2.000 anos, o Túmulo de Cecília Metela, onde as fissuras foram preenchidas com calcite. Também poderá explicar como o betão romano de paredões marítimos construídos há 2.000 anos se manteve intacto durante milénios, apesar do embate constante do oceano.

A autorreparação do betão romano posta à prova

Por isso, a equipa testou as conclusões produzindo betão pozolânico segundo receitas antigas e modernas, usando cal viva. Criou também um betão de controlo sem cal viva e realizou testes de fissuração. Tal como previsto, o betão com cal viva que apresentava fissuras recuperou totalmente no espaço de duas semanas, enquanto o betão de controlo continuou fissurado.

A equipa está agora a trabalhar na comercialização deste betão como uma alternativa mais amiga do ambiente aos betões atualmente utilizados.

“É entusiasmante pensar na forma como estas formulações de betão mais duráveis poderão não só prolongar a vida útil destes materiais, mas também melhorar a durabilidade das formulações de betão impressas em 3D”, afirmou Masic.

A investigação foi publicada na revista Science Advances.

Uma versão deste artigo foi publicada pela primeira vez em janeiro de 2023.