Científicos intentan hallar el secreto de la durabilidad de las construcciones mayas y romanas

En la búsqueda por construir mejor para el futuro, algunos están mirando hacia el pasado.

Los constructores antiguos en diversas partes del mundo crearon estructuras que aún están de pie en la actualidad, miles de años después, desde los ingenieros romanos que vaciaron barreras de concreto espeso para contener al mar, a los albañiles mayas que elaboraron esculturas de yeso en honor de sus dioses, y los constructores chinos que erigieron murallas contra invasores.

Gran cantidad de estructuras más recientes ya están cerca de sus fechas de expiración: el concreto que forma gran parte de nuestro mundo moderno tiene un tiempo de vida que oscila entre 50 y 100 años.

Un número creciente de científicos han estado estudiando materiales utilizados en épocas muy antiguas —retirando pequeños trozos de construcciones, examinando textos históricos, mezclando fórmulas para copiar las antiguas— con la esperanza de descubrir cómo es que han podido resistir durante milenios.

Esta ingeniería inversa ha hallado una lista sorprendente de ingredientes que fueron mezclados para erigir las construcciones antiguas, materiales como corteza de árbol, ceniza volcánica, arroz, cerveza e incluso orina. Estos complementos inesperados podrían ser cruciales para algunas propiedades bastante impresionantes, como la capacidad de fortalecerse con el paso del tiempo y “sanar” grietas cuando se forman.

El dilucidar cómo copiar esas características podría tener impactos reales en la actualidad: aunque nuestro concreto moderno tiene la fortaleza para sostener rascacielos masivos e infraestructura pesada, no puede competir con la resistencia de estos materiales antiguos. 

Y ante la creciente amenaza del cambio climático, se incrementan las exhortaciones a hacer que la construcción sea más sostenible. Un informe reciente de las Naciones Unidas calcula que el ambiente de la construcción es responsable de más de una tercera parte de las emisiones globales de CO2, y la producción de cemento por sí sola genera más del 7% de dichas emisiones.

“Si mejoras las propiedades del material al utilizar... recetas tradicionales del pueblo maya o de los chinos antiguos, puedes producir material que puede ser usado en construcciones modernas de una forma mucho más sostenible", dijo Carlos Rodríguez Navarro, investigador de herencia cultural en la Universidad de Granada, en España.

¿El concreto antiguo de los romanos es mejor que el actual?

Muchos investigadores han recurrido a los romanos para inspirarse. A partir de aproximadamente 200 a.C., los arquitectos romanos estaban construyendo estructuras de concreto impresionantes que han resistido el paso del tiempo, desde el elevado domo del Panteón a los robustos acueductos que aún transportan agua en la actualidad.

Incluso en los puertos, donde el agua del mar ha estado azotando las estructuras durante siglos, se puede hallar concreto “prácticamente tal y como estaba cuando fue vaciado hace 2,000 años”, dijo John Oleson, arqueólogo de la Universidad de Victoria en Canadá.

La mayor parte del concreto moderno inicia con el cemento Portland, un polvo fabricado al calentar piedra caliza y arcilla a temperaturas súper elevadas y pulverizarlas. Ese cemento se mezcla con agua para crear una pasta químicamente reactiva. Entonces se le añaden trozos de material como piedra y grava, y la pasta de cemento las une en una masa de concreto.

Según registros de arquitectos antiguos como Vitruvio, el proceso romano era similar. Los constructores antiguos mezclaron materiales como piedra caliza quemada y arena volcánica con agua y grava, creando reacciones químicas para unir todo. 

Ahora, los científicos creen que han hallado una razón crucial por la que el concreto romano ha sostenido estructuras durante miles de años: el material antiguo tiene un poder inusual para repararse a sí mismo. Aún se desconoce exactamente cómo lo logra, pero los científicos están empezando a hallar pistas.

En un estudio publicado este año, Admir Masic, un ingeniero civil y ambiental del Instituto de Tecnología de Massachusetts, propuso que este poder proviene de trozos de cal que fueron colocados aquí y allá en todo el material romano, en lugar de ser mezclados uniformemente. Los investigadores solían pensar que estos trozos eran un indicio de que los romanos no estaban mezclando sus materiales lo suficientemente bien.

Más bien, después de analizar muestras de concreto de Privernum —una ciudad antigua afuera de Roma—, los científicos hallaron que los trozos podían estimular las capacidades del material para “autorrepararse”. Cuando se forman grietas, el agua puede filtrarse al interior del concreto, explicó Masic. Esa agua activa los trozos de cal que fueron colocados allí, desatando nuevas reacciones químicas que pueden rellenar las secciones dañadas.

Marie Jackson, geóloga de la Universidad de Utah, tiene un punto de vista distinto. Su investigación ha hallado que la clave podría estar en los materiales volcánicos específicos utilizados por los romanos.

Los constructores reunían rocas volcánicas que quedaban en el paisaje después de erupciones y las mezclaban en su concreto. Este material naturalmente reactivo cambia a través del tiempo al interactuar con los elementos, dijo Jackson, lo que le permite sellar grietas que se formen.

La capacidad de seguirse adaptando con el paso del tiempo “es verdaderamente la genialidad del material”, señaló Jackson. “El concreto estaba tan bien diseñado que se da mantenimiento a sí mismo”.

Usando un “jugo” de los árboles para hacer esculturas tan fuertes como las conchas

En Copán, un sitio arqueológico maya en Honduras, intrincadas esculturas de cal y templos permanecen intactos incluso después de más de 1.000 años de estar expuestos a un ambiente cálido y húmedo. Y, de acuerdo con un estudio publicado este año, el secreto de la longevidad de estas estructuras podría estar en los árboles que brotan entre ellas.

Los investigadores aquí tenían un vínculo viviente con los creadores de las esculturas: se reunieron con albañiles locales de Honduras que rastrearon su ascendencia hasta los constructores mayas, explicó Rodríguez Navarro, que trabajó en el estudio.

Los albañiles sugirieron utilizar extractos de los árboles locales de chukum y jiote en la mezcla de cal. Cuando los investigadores probaron la receta —recolectando corteza, colocando los trozos en agua y añadiendo el “jugo” de árbol resultante al material— hallaron que el yeso con todo eso era especialmente durable frente a los daños físicos y químicos.

Cuando los científicos examinaron el proceso con detenimiento, encontraron que trozos del material orgánico del jugo de los árboles se incorporaron a la estructura molecular del yeso. De esta forma, el yeso maya tenía la capacidad de imitar a estructuras naturales robustas como las conchas marinas y las espinas de los erizos, y tomar prestado algo de su resistencia, dijo Rodríguez Navarro.

En estudios se han descubierto toda clase de materiales naturales mezclados en las estructuras creadas hace mucho tiempo: extractos de frutas, leche, cuajada de queso, cerveza, e incluso estiércol y orina. La argamasa que mantiene unidas a algunas de las estructuras más famosas de China —incluidas la Gran Muralla y la Ciudad Prohibida— incluye trazas de almidón de arroz pegajoso.

¿Suerte o habilidad?

Algunos de estos constructores de la antigüedad podrían simplemente haber tenido suerte, dijo Cecilia Pesce, científica de materiales en la Universidad de Sheffield en Inglaterra. Arrojaban prácticamente cualquier cosa a sus mezclas, siempre y cuando fuera barata y estuviera disponible, y las que no sirvieron se vinieron abajo hace mucho tiempo.

“Pondrían todo tipo de cosas en la construcción”, señaló Pesce. “Y ahora sólo tenemos las construcciones que sobrevivieron. Así, es como un proceso de selección natural”.

Pero algunos materiales parecen mostrar más intencionalidad, como en India, donde los constructores elaboraron mezclas de materiales locales para producir propiedades distintas, dijo Thirumalini Selvaraj, ingeniero civil y profesor del Instituto Vellore de Tecnología en ese país.

De acuerdo con las investigaciones de Selvaraj, en áreas húmedas de India, los constructores utilizaron hierbas locales que ayudan a las estructuras a hacerle frente a la humedad. A lo largo de la costa, añadieron azúcar moreno, el cual puede auxiliar en la protección de los daños que causa la sal. Y en áreas con mayores riesgos sísmicos, utilizaron “ladrillos flotantes” súper ligeros hechos a base de cáscara de arroz.

“Conocen la región, conocen las condiciones de la tierra, conocen el clima”, señaló Selvaraj. “Así que diseñan un material acorde a esto”.

¿Antiguos rascacielos romanos?

Los constructores de la actualidad no pueden limitarse simplemente a copiar las recetas antiguas. A pesar de que el concreto romano duraba mucho tiempo, no podía sostener cargas pesadas: “No era posible construir un rascacielos moderno con concreto romano”, dijo Oleson. “Se vendría abajo al llegar al tercer piso”.

Más bien, los investigadores intentan tomar algunas de las especialidades del material antiguo y añadirlas a las mezclas modernas. Masic forma parte de una empresa de reciente creación que intenta construir proyectos nuevos valiéndose de concreto “autorreparable”, inspirado por la experiencia de los romanos. Y Jackson está trabajando con el Cuerpo de Ingenieros del Ejército para diseñar estructuras de concreto que puedan resistir bien en el agua marina —como las que pueden verse en los puertos romanos— para ayudar a proteger las costas del incremento en el nivel del mar.

No necesitamos hacer cosas que duren tanto como las que hicieron los romanos para tener un impacto, dijo Masic. Si añadimos 50 o 100 años a la vida útil del concreto, “a la larga requeriremos menos demoliciones, menos mantenimiento y menos material”.