În încercarea de a construi mai bine pentru viitor, unii caută răspunsuri în trecutul îndepărtat.

Constructorii antici din întreaga lume au creat structuri care sunt încă în picioare și astăzi, mii de ani mai târziu - de la inginerii romani care au turnat bariere maritime groase de beton, la zidarii mayași care au realizat sculpturi în ghips pentru zeii lor, la constructorii chinezi care au ridicat ziduri împotriva invadatorilor, scrie apnews.com.

Cu toate acestea, zeci de structuri mai recente își privesc deja data de expirare: Betonul care alcătuiește mare parte din lumea noastră modernă are o durată de viață de aproximativ 50-100 de ani.

Un număr din ce în ce mai mare de oameni de știință studiază materiale din epoci demult apuse - ciopârțind bucăți de clădiri, studiind texte istorice, preparând rețete de imitație - în speranța de a descoperi cum au rezistat timp de milenii.

Această inginerie inversă a scos la iveală o listă surprinzătoare de ingrediente care au fost amestecate în clădirile vechi - materiale precum coaja de copac, cenușă vulcanică, orez, bere și chiar urină. Aceste adaosuri neașteptate ar putea fi cheia unor proprietăți destul de impresionante, cum ar fi capacitatea de a deveni mai puternice în timp și de a "vindeca" fisurile atunci când se formează.

Descoperirea modului de a copia aceste caracteristici ar putea avea un impact real în prezent: În timp ce betonul nostru modern are puterea de a susține zgârie-nori masivi și infrastructuri grele, nu poate concura cu rezistența acestor materiale antice.

Și, având în vedere amenințările tot mai mari ale schimbărilor climatice, există un apel din ce în ce mai mare pentru a face construcțiile mai durabile. Un raport recent al ONU estimează că mediul construit este responsabil pentru mai mult de o treime din emisiile globale de CO2 - iar producția de ciment reprezintă peste 7% din aceste emisii.

"Dacă se îmbunătățesc proprietățile materialului folosind... rețete tradiționale ale mayașilor sau ale chinezilor antici, se poate produce un material care poate fi folosit în construcțiile moderne într-un mod mult mai durabil", a declarat Carlos Rodriguez-Navarro, cercetător în domeniul patrimoniului cultural la Universitatea din Granada, Spania.

Era betonul roman antic mai bun decât cel de astăzi?

Mulți cercetători au apelat la romani pentru inspirație. Începând din jurul anului 200 î.Hr., arhitecții Imperiului Roman au construit structuri impresionante din beton care au trecut testul timpului - de la cupola înaltă a Panteonului până la apeductele robuste care transportă apa și astăzi.

Chiar și în porturi, unde apa de mare lovește structurile de veacuri, veți găsi beton "practic așa cum era când a fost turnat acum 2.000 de ani", a declarat John Oleson, arheolog la Universitatea Victoria din Canada.

Cea mai mare parte a betonului modern începe cu ciment Portland, o pulbere obținută prin încălzirea calcarului și a argilei la temperaturi foarte ridicate și prin măcinarea lor. Acest ciment este amestecat cu apă pentru a crea o pastă reactivă din punct de vedere chimic. Apoi, se adaugă bucăți de material, cum ar fi piatră și pietriș, iar pasta de ciment le leagă într-o masă de beton.

Conform înregistrărilor unor arhitecți antici precum Vitruvius, procesul roman era similar. Constructorii antici amestecau materiale precum calcarul ars și nisipul vulcanic cu apă și pietriș, creând reacții chimice pentru a lega totul împreună.

Acum, oamenii de știință cred că au descoperit un motiv cheie pentru care unele tipuri de beton roman au susținut structuri timp de mii de ani: Materialul antic are o putere neobișnuită de a se repara singur. Cum anume nu este încă clar, dar oamenii de știință încep să găsească indicii.

Într-un studiu publicat la începutul acestui an, Admir Masic, inginer civil și de mediu la Massachusetts Institute of Technology, a propus că această putere provine de la bucățile de var care sunt împânzite în materialul roman în loc să fie amestecate uniform. Cercetătorii obișnuiau să creadă că aceste bucăți erau un semn că romanii nu își amestecau suficient de bine materialele.

În schimb, după ce au analizat mostre de beton din Privernum - un oraș antic de lângă Roma - oamenii de știință au descoperit că bucățile ar putea alimenta capacitățile de "autovindecare" ale materialului. Atunci când se formează fisuri, apa este capabilă să se infiltreze în beton, a explicat Masic. Această apă activează buzunarele de var rămase, declanșând noi reacții chimice care pot umple secțiunile deteriorate.

Marie Jackson, geolog la Universitatea din Utah, are o părere diferită. Cercetările ei au descoperit că cheia ar putea fi în materialele vulcanice specifice folosite de romani.

Constructorii adunau roci vulcanice rămase în urma erupțiilor pentru a le amesteca în beton. Acest material reactiv în mod natural se schimbă în timp pe măsură ce interacționează cu elementele, a spus Jackson, permițându-i să etanșeze fisurile care se dezvoltă.

Capacitatea de a continua să se adapteze în timp "este cu adevărat geniul acestui material", a spus Jackson. "Betonul a fost atât de bine proiectat încât se susține singur".

Suc de copac pentru a face sculpturi la fel de rezistente ca scoicile de mare

La Copan, un sit mayaș din Honduras, sculpturile și templele complicate din var rămân intacte chiar și după mai mult de 1.000 de ani de expunere la un mediu cald și umed. Și, potrivit unui studiu publicat la începutul acestui an, secretul longevității acestor structuri ar putea sta în copacii care răsar printre ele.

Cercetătorii de aici au avut o legătură vie cu creatorii structurilor: Ei s-au întâlnit cu zidari locali din Honduras care și-au urmărit descendența până la constructorii mayași, a explicat Rodriguez-Navarro, care a lucrat la acest studiu.

Zidarii au sugerat folosirea în amestecul de var a extractelor din copacii locali chukum și jiote. Când cercetătorii au testat rețeta - colectarea scoarței, punerea bucăților în apă și adăugarea "sucului" de copac rezultat în material - au descoperit că tencuiala rezultată era deosebit de rezistentă la daune fizice și chimice.

Atunci când cercetătorii au făcut un zoom , au văzut că bucățile de material organic din sucul de copac au fost încorporate în structura moleculară a tencuielii. În acest fel, tencuiala mayașă a fost capabilă să imite structurile naturale rezistente, cum ar fi scoicile și spinii de arici de mare - și să împrumute o parte din duritatea lor, a spus Rodriguez-Navarro.

Studiile au găsit tot felul de materiale naturale amestecate în structurile de demult: extracte de fructe, lapte, caș de brânză, bere, chiar și bălegar și urină. Mortarul care ține împreună unele dintre cele mai faimoase structuri din China - inclusiv Marele Zid și Orașul Interzis - include urme de amidon din orez lipicios.

Noroc sau îndemânare?

Este posibil ca unii dintre acești constructori antici să fi fost pur și simplu norocoși, a declarat Cecilia Pesce, cercetător în domeniul materialelor la Universitatea Sheffield din Anglia. Ei aruncau aproape orice în amestecurile lor, atâta timp cât era ieftin și disponibil - iar cele care nu au funcționat s-au prăbușit de mult timp.

"Puneau tot felul de lucruri în construcții", a spus Pesce. "Iar acum, avem doar clădirile care au supraviețuit. Așa că este ca un proces de selecție naturală".

Dar unele materiale par să arate mai multă intenție , cum ar fi în India, unde constructorii au realizat amestecuri de materiale locale pentru a obține proprietăți diferite, a declarat Thirumalini Selvaraj, inginer civil și profesor la Institutul de Tehnologie Vellore din India.

Potrivit cercetărilor lui Selvaraj, în zonele umede din India, constructorii au folosit plante locale care ajută structurile să facă față umezelii. De-a lungul coastei, aceștia au adăugat jaggery, un zahăr nerafinat, care poate ajuta la protejarea împotriva deteriorării de sare. Iar în zonele cu risc mai mare de cutremur, au folosit "cărămizi plutitoare" superușoare, făcute din coji de orez.

"Ei cunosc regiunea, cunosc starea solului, cunosc clima", a spus Selvaraj. "Așa că ei proiectează un material în funcție de acestea".

Vechii romani... zgârie-nori?

Constructorii de astăzi nu pot copia pur și simplu rețetele antice. Chiar dacă betonul roman a durat mult timp, nu putea să reziste la sarcini grele: "Nu puteai construi un zgârie-nori modern cu betonul roman", a spus Oleson. "S-ar prăbuși când ai ajunge la al treilea etaj".

În schimb, cercetătorii încearcă să preia unele dintre specialitățile materialului antic și să le adauge în amestecurile moderne. Masic face parte dintr-un startup care încearcă să construiască noi proiecte folosind beton "autovindecător" de inspirație romană. Iar Jackson colaborează cu Army Corps of Engineers pentru a proiecta structuri din beton care pot rezista bine în apa de mare - precum cele din porturile romane - pentru a ajuta la protejarea coastelor de creșterea nivelului mării.

Nu trebuie să facem lucrurile să reziste atât de mult timp ca romanii pentru a avea un impact, a spus Masic. Dacă adăugăm 50 sau 100 de ani la durata de viață a betonului, "vom avea nevoie de mai puține demolări, de mai puțină întreținere și de mai puține materiale pe termen lung".