O concreto romano é famoso por sua durabilidade, resistindo por milhares de anos e aparentemente mais forte com o passar de cada ano. Uma nova pesquisa descobriu os processos químicos responsáveis pela resistência desse antigo material de construção, uma descoberta que pode inspirar os engenheiros modernos a reviver essa técnica esquecida.

Se essa notícia sobre o antigo concreto romano parece familiar, provavelmente é porque você está lembrando o trabalho feito pelos mesmos pesquisadores alguns anos atrás. Em 2014, uma equipe de pesquisa liderada por Marie D. Jackson, da Universidade da Califórnia em Berkeley, mostrou como a receita do concreto romano – uma mistura de cinzas vulcânicas, cal e água do mar e com um agregado de rocha vulcânica -, produzia uma reação química que resultava em um concreto super forte. Eis o problema, o time de Jackson não entendia direito como os romanos conseguiam facilitar essa complexa reação.

Em um estudo seguinte, publicado essa semana no American Mineralogist, os pesquisadores descobriram que não foram os romanos que facilitaram essa reação química, pelo menos não diretamente. Na verdade, o processo de fortalecimento foi causado pela filtração constante de água do mar corrosiva pelo concreto ao longo do tempo, o que desencadeou o crescimento de minerais raros e interligados que tornaram o material ainda mais duro.

Realmente, os antigos cais romanos e quebra-mares, alguns dos quais foram construídos há mais de 2.000 anos, são considerados mais resistentes hoje do que quando foram construídos. Estruturas de concreto marinho moderno, feitas de rochas ou cascalho misturados com água e cimento, desmoronam em algumas décadas.

Inspirados por depósitos de cinzas vulcânicas naturalmente cimentados, os romanos aprenderam como fazer concreto, e eles o fizeram ao explorar a capacidade aglutinadora do que os cientistas agora chamam de reação pozolânica. Essa reação, batizada a partir da cidade de Pozzuoli, na baía de Nápoles, faz minerais crescerem entre o agregado e a argamassa, nesse caso, uma mistura de óxidos de sílica e cal encontrados nas cinzas vulcânicas, que têm o feliz efeito de evitar rachaduras. O concreto moderno também usa um agregado de rochas, mas as partículas usadas hoje são feitas deliberadamente mantidas inertes para prevenir que as reações aconteçam. Infelizmente, esses agregados não reativos ajudam as rachaduras a crescerem e se espalhar, resultando em uma deterioração constante.

Como o trabalho anterior da equipe de Jackson revelou, a presença de um mineral raro na argamassa marinha romana, chamada tobermorita aluminosa, permite que os cristais minerais cresçam em torno das partículas de cal através da reação pozolânica. Mas isso só acontece em temperaturas relativamente altas, por isso não estava claro como os romanos conseguiram alcançar esse efeito. É difícil para os cientistas replicarem isso no laboratório hoje, e quando conseguirem, só poderão fazer em pequenas porções.

Essa imagem microscópica mostra o material aglomerado hidrato de cálcio, alumínio e sílica que forma quando a cinza vulcânica, cal e água do mar se misturam. Cristais de tobermorita cresceram dentre o aglomerado. (Imagem: M. D. Jackson et al., 2017)

Convencidos de que algo mais era responsável pelo efeito, os pesquisadores levaram amostras da tobermorita aluminosa e um mineral relacionado conhecido como philipsita para o laboratório Berkeley’s Advanced Light Source, para uma varredura com raio-x. Eles descobriram que a tobermorita aluminosa se formava dentro das partículas de pedra-pomes e poros na mistura do cimento, mas, por não conseguir recriar esse efeito em um curto período de tempo sem um calor muito alto, os pesquisadores descobriram que outra coisa deveria ser responsável.

Essa outra coisa, os pesquisadores concluíram, é o constante bater de água do mar. Ao invés de erodir o concreto, a água do mar é filtrada pelo material, dissolvendo componentes das cinzas vulcânicas. Com o passar de centenas de anos, isso permitiu que os minerais crescessem dos fluidos altamente alcalinos que vazavam. Isso resultou na proliferação de estruturas cristalinas cruzadas que aumentam a resistência do concreto a fraturas quebradiças.

Para um engenheiro de materiais trabalhando hoje em dia, esse processo representaria um completo pesadelo. Na verdade, os cientistas passam muito tempo tentando prevenir que esse tipo de coisa aconteça com materiais modernos.

“Estamos olhando para um sistema que é contrário a tudo o que queremos no concreto baseado em cimento”, disse Jackson em um comunicado de imprensa. “Estamos olhando para um sistema que prospera na troca química direta com água do mar.”

Então, por que não fazermos o que os romanos fizeram? Por um lado, a cinza vulcânica não é o recurso natural mais acessível. Mas, o mais importante, ainda não temos a receita precisa usada pelos romanos para o concreto e nem acesso a materiais de construção semelhantes.

“Os romanos tiveram a sorte no tipo de pedra com que eles tinham para trabalhar”, disse Jackson. “Eles observaram que as cinzas vulcânicas geravam cimentos para produzir a argamassa. Nós não temos essas rochas em grande parte do mundo, então precisaríamos fazer substituições.”

Jackson e outros estão atualmente trabalhando em uma receita substituta, que, se for desenvolvida, pode ser colocada em uso — incluindo uma lagoa de maré que vai ser construída em Swansea, no Reino Unido. Essa estrutura, que vai ser usada para aproveitar o poder das marés, vai precisar funcionar por 120 anos para que o custo da construção possa ser recuperado.

“Você pode imaginar que, da forma como construímos agora, seria um amontoado de aço corroído depois desse tempo”, disse Jackson. Se ao invés disso usarmos a antiga técnica romana, poderíamos construir uma estrutura que permaneceria intacta por séculos.