MIT revela como o concreto romano pozolânico se autocura há 2,000 anos

Os antigos romanos dominavam a arte de construir e de engenhar obras públicas, e poucos exemplos são tão conhecidos quanto os aquedutos. Muitas dessas estruturas, que continuam a funcionar, dependem de um material de construção singular: o concreto pozolânico, uma mistura extraordinariamente durável que ajudou a dar às obras romanas a sua famosa resistência.

Ainda hoje, um dos maiores feitos dessa tradição - o Panteão, em Roma, preservado e com quase 2,000 anos - mantém o recorde de maior cúpula do mundo feita de concreto sem armadura.

O que é o concreto pozolânico romano

Durante muito tempo, as características impressionantes desse concreto foram explicadas sobretudo pelos seus componentes. A base seria a pozzolana - uma cinza vulcânica cujo nome vem da cidade italiana de Pozzuoli, onde existe um depósito importante - combinada com cal. Em contacto com água, esses ingredientes reagem e formam um concreto resistente e duradouro.

Só que essa explicação não fechava a conta por completo. Em 2023, uma equipa internacional liderada por cientistas do Massachusetts Institute of Technology (MIT) concluiu que tanto os materiais presentes no concreto romano quanto a forma de os misturar diferiam do que se imaginava.

E, desde esses resultados de 2023, a avaliação das matérias-primas e das exigências energéticas da receita antiga também tem apontado caminhos para melhorar o cimento moderno.

Assista ao vídeo abaixo para um resumo da investigação liderada pelo MIT:

A descoberta do MIT em 2023: grumos de cal e “mistura a quente”

As pistas decisivas estavam em pequenos pedaços brancos de cal no meio de um concreto, no restante, bem homogéneo. Antes, a existência desses grumos era atribuída a falhas de mistura ou a matérias-primas de pior qualidade.

Para o cientista de materiais Admir Masic, do MIT, essa interpretação não parecia plausível.

"If the Romans put so much effort into making an outstanding construction material, following all of the detailed recipes that had been optimized over the course of many centuries, why would they put so little effort into ensuring the production of a well-mixed final product?" Masic said in January 2023.

"There has to be more to this story."

Masic e a equipa, liderada pela engenheira civil do MIT Linda Seymour, analisaram com cuidado amostras de concreto romano com 2,000 anos, recolhidas no sítio arqueológico de Privernum, em Itália.

Para compreender melhor os grumos de cal, as amostras passaram por microscopia eletrônica de varrimento de grande área, espectroscopia de raios X por dispersão de energia, difração de raios X em pó e imagem confocal Raman.

Uma questão central era identificar que tipo de cal havia sido usado. A visão mais comum sobre o concreto pozolânico assume o uso de cal hidratada. Nesse modelo, primeiro o calcário é aquecido a temperaturas elevadas para gerar um pó muito reativo e cáustico, a chamada cal viva (óxido de cálcio).

Quando a cal viva é misturada com água, forma-se a cal hidratada (hidróxido de cálcio), uma pasta um pouco menos reativa e menos cáustica. Em teoria, seria essa cal hidratada que os romanos misturavam com a pozzolana.

A análise da equipa, porém, indicou que os grumos de cal observados não combinam com esse processo. A hipótese mais provável é que o concreto romano tenha sido produzido ao misturar cal viva diretamente com pozzolana e água, sob temperaturas extremamente altas - um método que o grupo chamou de “mistura a quente” e que acaba por gerar esses grumos.

"The benefits of hot mixing are twofold," Masic said.

"First, when the overall concrete is heated to high temperatures, it allows chemistries that are not possible if you only used slaked lime, producing high-temperature-associated compounds that would not otherwise form. Second, this increased temperature significantly reduces curing and setting times since all the reactions are accelerated, allowing for much faster construction."

Como os grumos de cal ajudam o concreto a “cicatrizar”

Além disso, esses grumos de cal parecem dar ao material uma capacidade notável de autocura.

Quando surgem fissuras, elas tendem a propagar-se em direcção aos grumos de cal, que têm maior área superficial do que outras partículas da matriz. Se a água entrar na fissura, reage com a cal e cria uma solução rica em cálcio; ao secar, essa solução endurece como carbonato de cálcio, “colando” a fenda e travando a sua expansão.

Esse fenómeno já foi visto em concreto de outro local com 2,000 anos, o Túmulo de Cecília Metela, onde fendas aparecem preenchidas por calcita. A mesma lógica pode ajudar a entender por que o concreto romano usado em paredões marítimos construídos há 2,000 anos se manteve inteiro por milénios, apesar do impacto constante do oceano.

A equipa também realizou testes de fissuração em concreto pozolânico feito com receitas antigas e modernas à base de cal viva, além de um concreto de controlo sem cal viva. Como esperado, o concreto com cal viva recuperou-se das fissuras em duas semanas, enquanto o concreto de controlo continuou rachado.

Os investigadores trabalham para levar essa formulação ao mercado como uma alternativa mais amigável ao ambiente em comparação com as misturas actuais.

"It's exciting to think about how these more durable concrete formulations could expand not only the service life of these materials, but also how it could improve the durability of 3D-printed concrete formulations," Masic said.

Comparação com cimento Portland e implicações em 2025

Mais recentemente, num estudo de 2025, engenheiros compararam as necessidades de matérias-primas e de energia do concreto ao estilo romano com as do cimento Portland moderno. A conclusão foi que, embora as misturas ao estilo romano exijam mais água e um maior gasto energético inicial, a vida útil mais longa pode torná-las mais sustentáveis ao longo do tempo.

A pesquisa foi publicada em Science Advances.

Uma versão anterior deste artigo foi publicada em janeiro de 2023.