La tumba de una mujer noble revela nuevos secretos del hormigón altamente duradero de la antigua Roma

La Tumba de Cecilia Metella es un mausoleo ubicado a las afueras de Roma en el marcador de tres millas de la Via Appia.
Agrandar / La Tumba de Cecilia Metella es un mausoleo ubicado a las afueras de Roma en el marcador de tres millas de la Via Appia.

Entre los muchos sitios turísticos populares de Roma se encuentra un impresionante mausoleo de 2000 años a lo largo de la Via Appia conocido como el Tumba de Caecilia Metella, una mujer noble que vivió en el siglo I d.C. Lord Byron fue uno de los que se maravillaron con la estructura, incluso haciendo referencia 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, describiendo sus hallazgos en un artículo publicado en octubre en el Journal of the American Ceramic Society.

“La construcción de este monumento e hito muy innovador y robusto en la Via Appia Antica indica que [Caecilia Metella] fue tenido en gran respeto “, dijo la coautora Marie Jackson, un geofísico en el Universidad de Utah. “Y el tejido de hormigón 2050 años después refleja una presencia fuerte y resistente”.

Como hoy cemento Portland (ingrediente básico del hormigón moderno), antiguo Hormigón romano era básicamente una mezcla de mortero semilíquido y áridos. 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, lo mejor para lograr una superficie lisa y plana. Pero el agregado utilizado para hacer el hormigón romano estaba formado por piezas de piedra o ladrillos del tamaño de un puño.

En su tratado de Arquitectura (circa 30 d.C.), el arquitecto e ingeniero romano Vitruvio escribió sobre cómo construir muros de hormigón para estructuras funerarias que pudieran durar mucho tiempo sin caer en ruinas. Recomendó que las paredes tuvieran al menos dos pies de espesor, hechas de “piedra roja cuadrada o de ladrillo o lava colocados en hileras”. El agregado de ladrillo o roca volcánica debe estar unido con mortero compuesto de cal hidratada y fragmentos porosos de vidrio y cristales de erupciones volcánicas (conocido como tefra volcánica).

Muelle de Portus Cosanus, Orbetello, Italia.  Un estudio de 2017 encontró que la formación de cristales en el hormigón utilizado para construir los diques ayudó a prevenir la formación de griet as.
Agrandar / Muelle de Portus Cosanus, Orbetello, Italia. Un estudio de 2017 encontró que la formación de cristales en el hormigón utilizado para construir los diques 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 he analizado el mortero utilizado en el hormigón que forma el Mercados de Trajano, construido entre los años 100 y 110 d.C. (probablemente el centro comercial más antiguo del mundo). Estaban particularmente interesados ​​en el “pegamento” utilizado en la fase de unión del material: un hidrato de silicato de calcio-aluminio (CASH), aumentado 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 un papel analizar el hormigón de las ruinas de los diques a lo largo de la costa mediterránea de Italia, que se han mantenido durante dos milenios a pesar del duro entorno marino. Las constantes olas de agua salada que chocan contra las paredes habrían reducido hace mucho tiempo las modernas paredes de hormigón a escombros, pero las murallas romanas parecen haberse hecho más fuertes.

Jackson y sus colegas descubrieron que el secreto de esa longevidad era una receta especial, que involucraba una combinación de cristales raros y un mineral poroso. Específicamente, la exposición al agua de mar generó reacciones químicas dentro del concreto, lo que provocó 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 unieron a las rocas, impidiendo una vez más la formación y propagación de grietas que de otro modo habrían debilitado las estructuras.

Así que, naturalmente, Jackson estaba intrigado por la Tumba de Cecilia Metella, considerada como uno de los monumentos mejor conservados de la Vía Apia. Jackson visitó la tumba en junio de 2006, cuando tomó pequeñas muestras del mortero para su análisis. A pesar de que el día de su visita fue bastante cálido, recordó que una vez dentro del corredor sepulcral, el aire era muy fresco y húmedo. “La atmósfera era muy tranquila, excepto por el aleteo de las palomas en el centro abierto de la estructura circular”, Jackson dijo.

Una placa en la tumba dice
Agrandar / Una placa en la tumba dice “Para Caecilia Metella, hija de Quintus Creticus, [and wife] de Craso “.

Carole Raddato / CC BY-SA 2.0

Casi nada se sabe sobre Cecilia Metella, la mujer noble cuyos restos fueron enterrados una vez en la tumba, aparte de que era hija de un cónsul romano. Quintus Caecilius Metellus Creticus. Ella se casó Marcus Licinius Craso, Cuyo Padre (del mismo nombre) fue parte de la Primer triunvirato, junto con Julio César y Pompeyo el Grande. Probablemente fue su hijo, también llamado Marcus Licinius Craso, porque ¿por qué facilitar a los historiadores el seguimiento de la genealogía familiar?, quien ordenó la construcción del mausoleo, probablemente construido a veces entre el 30 y el 10 a. C.

Un sarcófago de mármol ubicado en el Palazzo Farnese es supuestamente de la Tumba de Caecilia Metella, pero probablemente no era de la noble, ya que data de entre 180 y 190 d.C. Además, la cremación era una costumbre funeraria más común en el momento de la muerte de la dama, por lo que los historiadores creen que la cella de la tumba probablemente alguna vez tuvo una urna funeraria, en lugar de una especie de sarcófago.

Es la estructura de la tumba en sí lo que es de mayor interés para científicos como Jackson y sus colegas. El mausoleo está encaramado en lo alto de una colina. Hay una rotonda cilíndrica encima de un podio cuadrado, con un castillo adjunto en la parte trasera que se construyó en algún momento del siglo XIV. El exterior tiene una placa con la inscripción “A Caecilia Metella, hija de Quintus Creticus [and wife] de Craso “.

Lava sobre tefra volcánica en la subestructura de la tumba.
Agrandar / Lava sobre tefra volcánica en la subestructura de la tumba.

Marie Jackson

La base está construida en parte sobre roca de toba (ceniza volcánica que ha sido compactada bajo presión) y roca de lava de un antiguo flujo que una vez cubrió el área hace unos 260.000 años. El podio y la rotonda están compuestos por varias capas de hormigón grueso, rodeadas por bloques de travertino como marco mientras las capas de hormigón se forman y endurecen. Las paredes de la torre tienen 24 pies de espesor. Originalmente habría habido un montículo de tierra cónico en la parte superior, pero luego fue reemplazado por almenas medievales.

Para observar más de cerca la microestructura del mortero de la tumba, Jackson se asoció con sus colegas del . Linda Seymour y Admir Masic, así como con Nobumichi Tamura de Lawrence Berkeley Lab. Tamura analizó las muestras en el Fuente de luz avanzada, lo que les ayudó a identificar tanto los diferentes minerales contenidos en las muestras como su orientación. La línea de haz de ALS produce potentes haces de rayos X del tamaño de una micra, que pueden penetrar a través de todo el espesor de las muestras, según Tamura. El equipo también tomó imágenes de las muestras con microscopía electrónica de barrido.

Descubrieron que el mortero de la tumba era similar al utilizado en las paredes de la Mercados de Trajano: tefra volcánica de la Pozzolane Rosse flujo piroclástico, uniendo grandes trozos de ladrillo y agregado 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, el agua de lluvia y el agua subterránea se filtraron a través de las paredes de la tumba, lo que disolvió la leucita y liberó el potasio. Esto sería un desastre en el hormigón moderno, produciendo microfisuras y un grave deterioro de la estructura.

Eso obviamente no sucedió con la tumba. ¿Pero por qué? Jackson et al. determinó que el potasio en el mortero se disolvía a su vez y reconfiguraba efectivamente la fase de unión de CASH. Algunas partes permanecieron intactas incluso después de más de 2000 años, mientras que otras áreas parecían más tenues y mostraban algunos signos de división. De hecho, la estructura se parecía un poco 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 zonas interfaciales 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 refuerzan las zonas interfaciales y potencialmente contribuyen a mejorar el rendimiento mecánico y la resistencia a fallas del material antiguo”.

Cuanto más aprendan los científicos sobre la combinación precisa de minerales y compuestos utilizados en el hormigón romano, más cerca estaremos de poder reproducir esas cualidades en el hormigón actual, como encontrar un sustituto apropiado (como cenizas volantes de carbón) para la roca volcánica extremadamente rara. los romanos usaban. Esto podría reducir la emisión de energía de la producción de hormigón hasta en un 85 por ciento y mejorar significativamente la vida útil de las estructuras modernas de hormigón.

“Centrarnos en diseñar hormigones modernos con zonas interfaciales que se refuerzan constantemente podría proporcionarnos otra estrategia para mejorar la durabilidad de los materiales de construcción modernos”, dijo Masic. “Hacer esto a través de la integración de la ‘sabiduría romana’ probada en el tiempo proporciona 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 (Acerca de los DOI).

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