Opus caementicium

Panteão de Roma.

Opus caementicium, também chamado de cimento romano, é uma técnica de construção civil utilizada pelos antigos romanos a partir do final da República Romana até a decadência do Império Romano. As pedras eram unidas com cimento e, na maioria dos casos, a estrutura das construções era revestida, a fim de se tornar mais atraente, do ponto de vista estético.

Resistência à erosão

Exemplo de opus caementicium em um túmulo na Via Ápia, em Roma.

O segredo da resistência do concreto romano só foi desvendado em 2017, conforme pesquisa publicada no periódico científico American Mineralogist. Diferentemente do concreto contemporâneo, baseado em cimento Portland e que erode com o tempo, os romanos criaram um concreto semelhante a uma rocha que se beneficia da troca química com a água do mar: em vez de erodir, parece se tornar ainda mais forte com a exposição ao meio ambiente e sobretudo em presença de água do mar. Isso explica por que as barragens marítimas construídas na Roma Antiga, que continham uma mistura de cal e cinza vulcânica para manter as rochas unidas, resistiram ao tempo e à erosão. Segundo os pesquisadores, o material vulcânico reagiu com a água do mar, fortalecendo a construção. Testes com amostras de barragens e marinas romanas, mostraram que o concreto romano contém tobermorita aluminosa, substância que se cristalizava na cal, à medida que a mistura romana se aquecia, em contato com a água do mar. Um novo estudo apontou uma significativa quantidade de tobermorita crescendo dentro da composição do concreto, em conjunto com um mineral poroso chamado phillipsita (uma zeólita), fortalecendo o concreto e prevenindo o surgimento de rachaduras. O processo atual para fazer cimento tem um alto custo ambiental, sendo responsável por 5% das emissões globais de CO₂. A fórmula romana seria muito menos agressiva ao meio ambiente.

Formas

Existem várias formas de aplicação do opus caementicium:

• opus incertum
• opus quasi reticulatum
• opus reticulatum
• opus mixtum
• opus latericium ou opus testaceum
• opus vittatum ou opus listatum
• opus sectile

Referências históricas

Exemplo de opus caementicium em um túmulo na antiga Via Ápia em Roma. A cobertura original foi removida.

Vitrúvio, escrevendo por volta de 25 a.C. em seus Dez Livros de Arquitetura, distinguiu tipos de materiais apropriados para a preparação de argamassas de cal. Para argamassas estruturais, ele recomendou pozolana (pulvis puteolanus em latim), a areia vulcânica dos leitos de Pozzuoli, que são de cor marrom-amarelo-acinzentada naquela área ao redor de Nápoles, e marrom-avermelhada perto de Roma. Vitrúvio especifica uma proporção de 1 parte de cal para 3 partes de pozolana para argamassa usada em edifícios e uma proporção de 1:2 para trabalhos subaquáticos.

Os romanos usaram pela primeira vez concreto hidráulico em estruturas subaquáticas costeiras, provavelmente nos portos ao redor de Baiae antes do final do século 2 a.C. O porto de Caesarea é um exemplo (22-15 a.C.) do uso da tecnologia subaquática de concreto romano em larga escala, para o qual enormes quantidades de pozolana foram importadas de Puteoli.

Para reconstruir Roma após o incêndio de 64 d.C., que destruiu grandes porções da cidade, o novo código de construção de Nero exigia em grande parte o concreto com cara de tijolo. Isso parece ter incentivado o desenvolvimento das indústrias de tijolos e concreto.

Propriedades do material

Estrutura cristalina da tobermorita: célula da unidade elementar.

O concreto romano, como qualquer concreto, consiste em um agregado e argamassa hidráulica, um ligante misturado com água que endurece com o tempo. A composição do agregado variou, e incluiu pedaços de rocha, telha cerâmica, clastos de cal e entulho de tijolo dos restos de edifícios anteriormente demolidos. Em Roma, o tufo prontamente disponível era frequentemente usado como um agregado.

Gesso e cal virgem foram utilizados como ligantes. As poeiras vulcânicas, chamadas pozolana, ou "areia do poço", eram favorecidas onde podiam ser obtidas. Pozzolana torna o concreto mais resistente à água salgada do que o concreto moderno. A argamassa pozolânica tinha um alto teor de alumina e sílica.

Uma pesquisa recente (2023) descobriu que os clastos de cal, anteriormente considerados um sinal de má técnica de agregação, reagem com a água infiltrando em quaisquer rachaduras. Isso produz cálcio reativo, o que permite que novos cristais de carbonato de cálcio se formem e selem novamente as rachaduras. Esses clastos de cal têm uma estrutura frágil que provavelmente foi criada em uma técnica de "mistura a quente" com cal virgem em vez da tradicional cal lascada, fazendo com que as rachaduras se movam preferencialmente através dos clastos de cal, desempenhando assim potencialmente um papel crítico no mecanismo de autocura.

O concreto e, em particular, a argamassa hidráulica responsável por sua coesão, foi um tipo de cerâmica estrutural cuja utilidade derivou em grande parte de sua plasticidade reológica no estado pastoso. A fixação e endurecimento de cimentos hidráulicos derivados da hidratação de materiais e a subsequente interação química e física destes produtos de hidratação. Isso diferia da fixação das argamassas de cal lascadas, os cimentos mais comuns do mundo pré-romano. Uma vez assentado, o concreto romano exibiu pouca plasticidade, embora tenha mantido alguma resistência às tensões de tração.

A configuração de cimentos pozolânicos tem muito em comum com a configuração de sua contraparte moderna, o cimento Portland. A alta composição de sílica dos cimentos pozolana romanos é muito próxima à do cimento moderno, ao qual foram adicionadas escória de alto-forno, cinzas volantes ou sílica ativa.

Entende-se que a resistência e longevidade do concreto "marinho" romano se beneficia de uma reação da água do mar com uma mistura de cinzas vulcânicas e cal virgem para criar um cristal raro chamado tobermorita, que pode resistir à fratura. À medida que a água do mar percolava dentro das pequenas rachaduras no concreto romano, ela reagia com a phillipsite naturalmente encontrada na rocha vulcânica e criava cristais de tobermorita aluminosos. O resultado é um candidato a "o material de construção mais durável da história da humanidade". Em contraste, o concreto moderno exposto à água salgada se deteriora em décadas.

O concreto romano no túmulo de Caecilia Metella é outra variação maior em potássio que desencadeou mudanças que "reforçam as zonas interfaciais e potencialmente contribuem para melhorar o desempenho mecânico".

Tecnologia sísmica

Outra vista do Panteão em Roma, incluindo a cúpula de concreto.

Para um ambiente tão propenso a terremotos como a península Itálica, interrupções e construções internas dentro de paredes e cúpulas criaram descontinuidades na massa de concreto. Partes do edifício podiam então mudar ligeiramente quando havia movimento da terra para acomodar tais tensões, aumentando a resistência geral da estrutura. Foi nesse sentido que tijolos e concreto foram flexíveis. Pode ter sido precisamente por esta razão que, embora muitos edifícios tenham sofrido graves rachaduras de várias causas, eles continuam de pé até hoje.

Outra tecnologia utilizada para melhorar a resistência e estabilidade do concreto foi sua gradação em cúpulas. Um exemplo é o Panteão, onde o agregado da região superior da cúpula consiste em camadas alternadas de tufo leve e pedra-pomes, dando ao concreto uma densidade de 1 350 quilogramas por metro cúbico (84 lb/ft). A fundação da estrutura usou travertino como agregado, tendo uma densidade muito maior de 2 200 quilogramas por metro cúbico (140 lb/ft).

Uso moderno

Os estudos científicos do concreto romano desde 2010 têm atraído a atenção da mídia e da indústria. Devido à sua durabilidade incomum, longevidade e menor pegada ambiental, corporações e municípios estão começando a explorar o uso de concreto de estilo romano na América do Norte. Isso envolve a substituição das cinzas vulcânicas por cinzas volantes de carvão que têm propriedades semelhantes. Os defensores dizem que o concreto feito com cinza volante pode custar até 60% menos porque requer menos cimento. Ele também tem uma pegada ambiental reduzida devido à sua temperatura de cozimento mais baixa e vida útil muito mais longa. Exemplos utilizáveis de concreto romano exposto a ambientes marinhos agressivos foram encontrados com 2000 anos de idade com pouco ou nenhum desgaste. Em 2013, a Universidade da Califórnia em Berkeley publicou um artigo que descreveu pela primeira vez o mecanismo pelo qual o composto supraestável cálcio-alumínio-silicato-hidrato liga o material.  Durante a sua produção, menos dióxido de carbono é libertado para a atmosfera do que qualquer processo de produção de concreto moderno. Não é por acaso que as paredes dos edifícios romanos são mais espessas do que as dos edifícios modernos. No entanto, o concreto romano ainda estava ganhando sua resistência por várias décadas após a construção ter sido concluída.

Ver também

• Concreto
• Tijolo romano

Ligações externas

• Hunt, Katie (6 de janeiro de 2023). «Why Roman concrete outlasts its modern counterpart». CNN. Consultado em 7 de janeiro de 2023 
• Preuss, Paul (4 de junho de 2013). «Roman Seawater Concrete Holds the Secret to Cutting Carbon Emissions». Berkeley Lab News Center. Consultado em 7 de janeiro de 2023 
• Wayman, Erin (16 de novembro de 2011). «The Secrets of Ancient Rome's Buildings». Smithsonian Magazine. Consultado em 7 de janeiro de 2023