Concreto romano: o segredo do **concreto pozolânico** que ainda sustenta aquedutos e cúpulas

Os antigos romanos se destacaram como poucos em construção e engenharia - e nada simboliza melhor isso do que os aquedutos. Muitas dessas obras continuam funcionando graças a um material singular: o concreto pozolânico, uma variedade extraordinariamente durável que conferiu às estruturas romanas uma resistência fora do comum.

Um exemplo emblemático atravessa quase dois milénios praticamente intacto: o Panteão, que ainda hoje detém o recorde de maior cúpula do mundo feita de concreto sem armadura (isto é, sem reforço metálico).

Pozzolana e cal: a explicação clássica do concreto pozolânico

Durante muito tempo, as qualidades desse concreto foram atribuídas sobretudo à combinação dos seus componentes. A base é a pozzolana - uma mistura de cinzas vulcânicas, cujo nome remete à cidade italiana de Pozzuoli, onde há um depósito importante desse material - e cal. Em contacto com a água, esses ingredientes reagem e podem formar um concreto de elevada resistência.

Essa interpretação, no entanto, não explicava completamente o desempenho e a longevidade das obras romanas.

A descoberta de 2023: o que muda no concreto romano (e porquê)

Em 2023, uma equipa internacional de cientistas liderada pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) concluiu que não era apenas a composição que diferia do que se supunha: o modo de preparo também era outro.

O indício decisivo apareceu como pequenas porções brancas de cal - “nódulos” incrustados em um concreto que, à primeira vista, parecia bem homogéneo. Antes, esses fragmentos eram vistos como sinal de mistura mal feita ou de matéria-prima inferior, mas essa hipótese não convencia o cientista de materiais Admir Masic, do MIT.

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

“Se os romanos investiam tanto para produzir um material de construção excepcional, seguindo receitas detalhadas aperfeiçoadas ao longo de muitos séculos, por que colocariam tão pouco esforço em garantir um produto final bem misturado? Tem de haver algo mais nessa história.”

Como os cientistas analisaram amostras com 2 mil anos

Masic e a equipa, coordenada pela engenheira civil Linda Seymour (MIT), investigaram cuidadosamente amostras de concreto romano com cerca de 2 mil anos provenientes do sítio arqueológico de Privernum, na Itália. Para compreender melhor a origem e o papel dos nódulos de cal, os materiais foram examinados com um conjunto de técnicas avançadas, incluindo:

• microscopia eletrónica de varrimento de grande área;
• espectroscopia de raios X por dispersão de energia;
• difração de raios X em pó;
• imagiologia confocal Raman.

Cal viva, cal apagada e a “mistura a quente” no concreto pozolânico

Uma questão central era identificar que tipo de cal estava a ser usado. A explicação tradicional do concreto pozolânico pressupõe o uso de cal apagada (também chamada de cal hidratada).

O processo seria assim: primeiro, o calcário é aquecido a temperaturas elevadas para gerar cal viva (óxido de cálcio), um pó muito reativo e cáustico. Em seguida, ao adicionar água, a cal viva transforma-se em cal apagada (hidróxido de cálcio), uma pasta menos reativa e menos agressiva. Segundo a teoria clássica, era essa cal apagada que os romanos misturavam à pozzolana.

Os resultados obtidos pela equipa não se alinharam com esse cenário. A análise indicou que os nódulos encontrados não combinavam com um método baseado apenas em cal apagada. Em vez disso, o concreto romano provavelmente era produzido ao misturar cal viva diretamente com pozzolana e água, em condições de temperatura extremamente alta - por si só ou em conjunto com cal apagada. A equipa deu a esse procedimento o nome de mistura a quente, e ele explicaria a formação dos nódulos de cal.

Por que a mistura a quente melhora o desempenho do concreto romano

Segundo Masic, a mistura a quente traz duas vantagens principais:

1. Química favorecida pelo calor: ao aquecer a massa do concreto a altas temperaturas, surgem reações que não ocorreriam se apenas a cal apagada fosse usada, formando compostos associados a altas temperaturas que, de outra forma, não apareceriam.
2. Cura e pega mais rápidas: com mais calor, as reações aceleram, encurtando significativamente o tempo de endurecimento e permitindo construir mais depressa.

Além disso, há um benefício adicional ainda mais impressionante: os nódulos de cal parecem dar ao concreto uma capacidade notável de auto-reparação.

Auto-reparação: como os nódulos de cal “fecham” fissuras

Quando se formam fissuras no concreto, elas tendem a seguir em direção aos nódulos de cal, que apresentam maior área superficial do que outras partículas da matriz. Se a água infiltra pela fissura, ela reage com a cal, gerando uma solução rica em cálcio. Ao secar, essa solução endurece na forma de carbonato de cálcio, funcionando como uma “cola” mineral que sela a fissura e impede que ela avance.

Esse comportamento já havia sido observado em outro sítio arqueológico com cerca de 2 mil anos, o Túmulo de Cecília Metela, onde fissuras no concreto foram encontradas preenchidas por calcita. A mesma lógica ajuda a entender por que concretos romanos utilizados em muros marítimos e quebra-mares construídos há dois milénios conseguiram resistir por eras, apesar do impacto constante das ondas e da água do mar.

Testes com receitas antigas e modernas confirmam a hipótese

Para verificar a interpretação, a equipa produziu concreto pozolânico com receitas antigas e também com formulações modernas, usando cal viva. Em paralelo, preparou um concreto de controlo sem cal viva e submeteu ambos a ensaios de fissuração.

O resultado foi claro: o concreto com cal viva, depois de fissurado, ficou completamente cicatrizado em duas semanas, enquanto o concreto de controlo permaneceu rachado.

Um caminho mais sustentável - e promissor para concreto impresso em 3D

Agora, os investigadores trabalham para levar a tecnologia ao mercado, com o objetivo de oferecer uma alternativa mais amiga do ambiente em comparação com concretos convencionais.

“É empolgante pensar em como essas formulações mais duráveis podem não só ampliar a vida útil desses materiais, mas também melhorar a durabilidade de formulações de concreto impressas em 3D”, disse Masic.

Uma implicação prática é que concretos que durem mais tempo podem reduzir a frequência de reparos e substituições ao longo da vida de uma obra - um fator que, em projetos de infraestrutura, costuma representar grande parte do consumo total de materiais e energia ao longo de décadas.

Outra frente de interesse é a adaptação do conceito de concreto pozolânico com mistura a quente para cadeias produtivas atuais, equilibrando desempenho, custo e segurança operacional. Reproduzir um processo de alta temperatura em escala industrial exige controlo rigoroso, mas o potencial de ganho em durabilidade e redução de manutenção torna essa linha de desenvolvimento especialmente atraente.

A pesquisa foi publicada na revista Science Advances.

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