Римские водопроводы (акведуки)
Эти слова принадлежат Сексту Юлию Фронтину (кон. I — нач. II в. н. э.), крупному государственному деятелю Древнего Рима, который был дважды консулом, удачно воевал в Британии и на старости лет получил титул «водного смотрителя». Заняв такой высокий пост, Фронтин, досконально изучивший все технико-экономические вопросы, связанные со строительством и эксплуатацией водопроводов, написал книгу «Водопроводы города Рима», которая имела большое значение не только в эпоху Римской империи, но и в последующие века. Многие строительные элементы в римских водопроводах были выполнены из бетона.
Вода у греков и римлян, как и у многих более древних народов, считалась чем-то божественным, одним из основных элементов мироздания. Вероятно, это поверие пришло с Ближнего Востока, где пресная вода всегда была большой ценностью. Там же на Ближнем Востоке задолго до возникновения древнеримского государства для сбора воды строились дамбы, плотины и каменные водоводы. В VII в. до н. э. близ древней Ниневии был выстроен большой водовод длиной 40 км. Для переброски его через долину реки ассирийцы построили каменный мост (акведук) с пятью сводчатыми арками, каждая пролетом 2,74 м. На протяжении 900 м он представлял собой открытый канал, проложенный в искусственном каменном ложе, шириной около 2,3 м. Возможно, это был один из первых акведуков, построенных людьми.
В Древнем Риме водопроводы начали строить в конце VI в. до н. э. Первый большой водопровод в Риме соорудил Аппий Клавдий, известный строитель Аппиевой дороги. Это событие произошло в 312 г. до н. э., в один и тот же год с открытием первой стратегической дороги. Относительно небольшой по протяженности водопровод длиной 16,5 км большей частью проходил под землей, начинаясь за городом от родника в каменоломнях и заканчивался у Тибра, по соседству с гаванью, куда бойкие подрядчики привозили из Египта мраморные и гранитные блоки. Его так и называли — Аппиевым.
Большинство водопроводов, как, впрочем, и храмов, театров, дорог и других ответственных и уникальных сооружений, получили свое название по имени своих строителей, точнее людей, которые финансировали строительство и отвечали за него. Ими обычно являлись высокопоставленные государственные цензоры, преторы, эдилы, а нередко консулы и сами императоры.
В 272 г. до н. э. был заложен второй водопровод в Риме, который был закончен через два года. Он снабжал столицу водой из речки Анио, расположенной в 70 км от города.
Водоснабжение Рима затруднялось из-за сильно пересеченной местности, так как город расположен на семи холмах, окруженных плоской территорией Кампании. Водоснабжение осуществлялось с помощью водоводов, которые в пределах города располагались на акведуках — специальных сооружениях в виде мостов. Водовод проходил поверху акведука и представлял собой канал в виде желоба, выполненный из камня, кирпича или бетона. При подходе водопровода к городу устраивались водонапорные башни, которые по принципу действия напоминали современные водонапорные сооружения, хотя и отличались от них распределительными системами для воды.
Третий водопровод в Риме — аква Марция — построен в 44 г. до н. э. Это уникальное для того времени гидротехническое сооружение послужило эталоном для более позднего римского строительства. В книгах древнеримских авторов водопровод Марчия упоминается как значительная веха великих дней Республики. Особенно на трассе водопровода выделялся грандиозный акведук, поднявшийся почти на 60 м над уровнем Тибра. Общая протяженность водопровода достигала 91,3 км, из которой надземная часть составляла 11,82 км, а суточный дебит подаваемой воды равнялся 200 тыс. м3. Построен он был из красивого природного камня руками рабов — пленных греков и карфагенян.
Его водопропускное русло имело ширину 1,37—1,68 м, а высоту 2,44—2,75 м. К сожалению, этот водопровод с его замечательной аркадой акведука дошел до нас в жалких развалинах, тем более, что сам акведук несколько раз перестраивался. Так через 17 лет после окончания строительства по нему был проложен акведук Тэпула, а еще через 100 лет — акведук Джулия, где в качестве строительного материала уже были использованы кирпич и бетон.
Во времена императора Августа, когда в стране развернулись большие Строительные работы, во главе их становится друг и зять императора — полководец Марк Випсаний Агриппа. Ему приписывается строительство многих сооружений, включая храмы, термы и водопроводы.
По словам Фронтина, Агриппа был первым куратором водопроводов. Он обучал своих рабов «водопроводному делу» и создал из них специальную «водяную команду», реорганизованную впоследствии в «водяное ведомство». В конце 1 в. в «водяную команду» входило много самых разных специалистов: инженеры-гидравлики, ремонтники, эксплуатационники. В нее входили и так называемые «виллики» (villici)—управители, «кастелларии» (castellarii)— наблюдатели за водохранилищами и водонапорными башнями, инспекторы-мостовики, нивелировщики и т. д.
Часть из них постоянно находилась за пределами города для проведения ремонтных работ, а часть несла свою службу у водопроводных башен и больших фонтанов. За умышленную порчу водопроводной сети и подключение без разрешения магистрата к городской системе водоснабжения на виновного налагался огромный штраф. Недаром Фронтин упоминает о «водяных ворах», так называемых «сверлильщиках», которые тайком, ночью подкапывались к водопропускным трубам или каналам и подсоединялись к ним для забора воды.
Предполагается, что именно Агриппа начиная с 19 г. до н. э. был куратором строительства одного из самых красивых акведуков в мире — Понт-дю-Гара, расположенного на юге Франции. Этот акведук лежал на пути следования водопровода Вирго (Virgo) к городу Ниму, одному из южных городов Галии — римской колонии. Глядя на этот акведук, поражаешься его красоте и величественности. Построен он в долине реки Гордон и покоится на трехъярусной каменной аркаде, выполненной из местного золотисто-коричневого известняка. Из этого камня вытесывались громадные блоки массой до 6 т, которые укладывались друг на друга без раствора, «насухо». Максимальная высота акведука 50 м, длина — 269 м. Предполагается, что внутренняя часть опор акведука сделана из римского бетона.
Канал водовода сверху перекрыт каменными плитами во избежание засорения и испарения воды, а также воздействия на нее ультрафиолета солнечных лучей, из-за которых, как предостерегал Витрувий, в воде начинается быстрый рост водорослей. Водовод имеет прямоугольное сечение из камня, оштукатуренное внутри крупнозернистым раствором с добавлением пуццоланы.
Группа американских ученых на основании детальных обследований основных конструктивных элементов акведука Понт-дю-Гар, пришла к выводу о том, что римские инженеры почти 2000 лет назад умели рассчитывать строительные конструкции, пользуясь для этого абаками и восковыми таблицами. При этом американцы утверждают, что многие сооружения римлян запроектированы с учетом так называемых дополнительных, т. е. возможных в будущем нагрузок. Трудно согласиться с таким утверждением. Любой расчет конструкции или материала требует обязательного знания напряжений, возникающих в зависимости от различного сочетания нагрузок. Без этого невозможно рассчитать строительную конструкцию и назначить поперечное сечение всех ее элементов. Лишь в 20-е годы XIX в. Анри Навье (1785—1836) впервые в мире ввел понятие «напряжение» и создал рассчетный математический аппарат сопротивления материалов, который позволял решать большинство задач, опираясь на полученные опытным путем допускаемые напряжения. До того момента строительство развивалось главным образом эмпирическим путем, и даже блестящие работы Галилея, Гука, Мариотта, Кулона и других ученых XVII—XVIII вв. лишь подготовили почву для возникновения методов расчета.
Не следует забывать, что сооружений, подобных Понт-дю-Гару было немного. Большинство же других, в том числе Пантеон, совершенно не походили на них в конструктивном отношении. Это были массивные, тяжелые здания с большим запасом прочности, напряжения в которых были в 5—50 раз меньше фактического предела прочности используемых материалов на сжатие и растяжение.
Во времена императора Клавдия (41—45 гг.) для снабжения Рима водой строится очередной водопровод с большим каменным акведуком. По мнению ряда исследователей, это был последний акведук, выполненный из природного камня. Впоследствии подобные сооружения изготавливались только из бетона и кирпича.
Обычно часть трассы водопровода вблизи и в самом городе проходила над поверхностью земли, что объяснялось необходимостью ее разводки. Крупнейшей аркадой акведука была так называемая аркада Палатинского ответвления, построенная при Нероне. Она достигала почти 20 м высоты и состояла более чем из 200 арок пролетом 7,75 м и толщиной несущих столбов 2,3—2,4 м. Почти вся она была сделана из бетона.
Разводка воды по отдельным домам и другим сооружениям осуществлялась с помощью водоводов, в основном под землей.
Водоводы представляли собой свинцовые и керамические трубы или траншеи в виде каналов. Размеры труб были строго стандартизированы и выпускались в специализированных мастерских.
Фронтин разработал стандартные размеры водопроводных труб для 25 диаметров, хотя использовали только 15.
По свидетельству Витрувия, самая большая свинцовая труба имела длину окружности 100 дюймов (порядка 60 см в диаметре).
Днища и стены каналов водоводов делались или бетонными со слоем штукатурки, или каменными, а крыша — из плоских каменных плит или плит, уложенных в два ската. Со времени Нерона покрытия каналов в основном выполняли в виде бетонного цилиндрического свода. Размеры просвета канала часто делались таким образом, чтобы обеспечить человеку возможность проходить по нему, почти не сгибаясь. Высота сечения колебалась в пределах 1,5—3-м, а ширина составляла 0,6—1,2 м.
В 80—90 гг. для водоснабжения римской колонии Агриппина, из которой впоследствии возник Кельн, был построен водопровод протяженностью 80 км. Предполагают, что он работал до 475 г. Стены и основание его выполнены из бетона, а свод, который по предположению сделан несколько позже канала, представляет собой бутобетонную кладку.
Немецкие исследователи Гамблах и Грюн утверждают, что в качестве вяжущего вещества для бетона этого водовода использовалась не воздушная известь с добавкой трасса, как предполагалось до них, а сильногидравлическая известь, полученная из близлежащих месторождений известняка в районе Эйфеля. При этом в качестве гидравлической добавки использовалась кирпичная пыль.
Впоследствии в Кельне во II в. н. э. был сооружен водопровод длиной 100 км. Нижняя часть его канала выполнена из бетона с растворной штукатуркой, а перекрытие — из природного камня, «посаженного» на раствор.
Интересно, что римлянами были разработаны бетонные трубы, которые по оценкам современных специалистов могли выдерживать более высокие давления жидкости, чем керамические или свинцовые. Прототипом им служили трубы из естественного камня с выдолбленными в средней части отверстиями. Бетонные трубы снаружи имели квадратную форму с размером сторон 21 см, а внутренний диаметр труб составлял 6—8 см. Трубы изготавливались в виде отдельных звеньев длиной около 95 см и соединялись между собой «стык в стык» с последующей зачеканкой стыка раствором и бетоном. Такие трубы были обнаружены западногерманскими археологами в Тунисе, в районе Карфагена и других местах бывшей Римской империи.
Всего в Риме насчитывалось 11 водопроводов общей протяженностью более 500 км. Потребление воды в городе составляло около 561 тыс. м3 в день. Рим был самым обеспеченным водой городом в мире. На душу населения в нем приходилось около 500 л. Некоторые ученые даже считают, что потребление воды достигало 800—1000 л.