Глава III. Польза, прочность и красота
У римских строителей было крылатое выражение, приписываемое Витрувию: "utilitas, firmitas, venustas" - польза, прочность, красота! И, если судить по качеству возводимых ими сооружений, их долговечности и архитектуре, то можно сказать, что этот лозунг полностью воплощался в жизнь. В значительной степени этому способствовал римский бетон.
Настоящая глава посвящена конкретным видам капитального строительства из римского бетона, в частности строительству дорог, акведуков, терм, водопроводов, жилых и общественных зданий, храмов, мостов и гидротехнических сооружений.
Все дороги ведут в Рим
Дорог строитель чудотворный,
Народ Траяна! Твой завет,
Спокойный, строгий и упорный,
В гранит и мрамор здесь одет.
В. Брюсов
Дороги прославили Древний Рим. Дороги - это торговые пути, пути сообщения, которые способствовали развитию Древнего Рима, его культуры и цивилизации. По ним перевозили награбленную в завоеванных странах добычу, перегоняли тысячи рабов.
В начале II в. во времена Траяна существовало уже около 100 тыс. километров государственных дорог, преимущественно с твердым покрытием. Они были хорошо обустроены и содержались в отличном эксплуатационном состоянии. На основных дорогах Рима через каждую римскую милю (примерно 1,5 км.) устанавливались дорожные знаки. Предусматривались станционные дома-гостиницы и ремонтные службы. Все это способствовало их большой пропускной способности. Так, по свидетельству современников, император Август мог в течение светового дня проезжать по римским дорогам 185 км, а Тиберий за сутки покрывал расстояние в 350 км. При четкой работе всех служб и быстрой смене лошадей в среднем удавалось проезжать до 300 км в день.
Вероятно, большинство дорог Древнего Рима строилось в соответствии с требованиями первых "технических условий", так называемых "12 таблиц", разработанных еще в 450 г. до н. э. Согласно этому документу дороги по ширине делились на следующие части (полосы): семита (semita) или пешеходная полоса шириной 30 см, итер (iter) - полоса для всадников и пешеходов шириной не более 92 см; актус (aktus) - полоса для одноупряжных повозок и экипажей шириной 1,22 см и двухполосная виа - (via) - основная проезжая часть шириной около 244 см. Таким образом, если считать, что семита, итер и актус проходили с обеих сторон дороги, то общая их ширина с учетом двойной виа составляла, приблизительно от 7 до 10 м. В более поздние времена империи этим размерам перестали строго следовать.
Первой стратегической дорогой римлян считалась Аппиева, проложенная в 312 г. до н. э. цензором Аппием Клавдием Крассом. Это была наиболее широкая мощеная дорога, соединившая Рим с Капуей. Именно вдоль нее были распяты на крестах 6 тыс. рабов, восставших под предводительством Спартака. Длина Аппиевой дороги составляла 540 км, а ширина 7...8 м. Как и большинство крупных дорог Древнего Рима, она, невзирая на рельеф местности была на большей части прямая, как луч. Аналогичной была "виа Фламиниа" - Великая Северная дорога, построенная приблизительно в 220 г. до н. э. Это была, пожалуй, самая длинная по протяженности дорога, которая шла от Рима к северу Италии через Альпы и далее - по берегу Адриатического моря в Византию. Считается, что до конца I в. до н. э. почти весь Италийский полуостров был пересечен дорогами, ведущими в Рим.
В то время в римских городах была распространена прямоугольная координатная сетка расположения домов с длинными и прямыми улицами. Это не значит, что все улицы были такие. Внутри кварталов улицы, наоборот, были узкими и кривыми, но главные улицы отличались от них. Они нередко имели ширину 12 м, а в отдельных городах, как, например, в Кельне, расстояние между фронтонами зданий достигало 32 м. Основная дорога там с учетом тротуаров имела ширину 22 м, а без учета тротуаров 11-14 м.
В пределах города на дорогах обязательно устраивался тротуар шириной от 0,5 до 2,4 м, который отделялся от проезжей части бордюрным камнем высотой около 45 см. Основание таких дорог обычно дренировалось при помощи специальных водостоков и кюветов, а их поверхность всегда была приподнята над уровнем земли и имела небольшой уклон к периферии.
Общая толщина римских дорог составляла от 80 до 130 см, хотя отдельные из них достигали 240 см. Как правило, дороги были многослойными, из четырех-пяти слоев, со средними слоями из бетона, хотя абсолютной уверенности в этом нет. Нижний слой многих дорог представлял собой основание из каменных плит толщиной 20-30 см, которые укладывались на хорошо уплотненное земляное полотно через растворную стяжку, с последующим выравниванием их песком. Второй слой толщиной 23 см состоял из бетона (битого камня, уложенного в раствор). Третий слой толщиной тоже 23 см был из мелкогравийного бетона. Оба бетонных слоя тщательно утрамбовывались. Это была самая сложная и изнуряющая часть работы, которую выполняли в основном рабы и иногда воинские подразделения. Последний, верхний слой дороги покрывался большими каменными блоками площадью 0,6-0,9 м² и толщиной около 13 см (рис. 21). Считается, что большая часть Аппиевой дороги сооружена именно так.
Рис. 21. Профиль римской дороги с гравийным (а) и каменным (б) покрытиями (по Легеру) 1 - подстилающий слой; 2 - каменные плиты; 3;4 - бетон; 5 - каменные плиты; 6 - крупный гравий или щебень
Таким образом, поданным ряда исследователей, занимавшихся изучением римских дорог, можно констатировать, что обязательным элементом римских дорог являлся слой бетона толщиной около 30 см, который укладывался между каменными плитами основания и каменной брусчаткой верхнего покрытия. На рис. 22 показано сечение одной из таких дорог с покрытием из каменной брусчатки или гравелистого бетона.
Французский инженер М. Флере еще в начале XIX в. описал устройство римской дороги с гравийным покрытием. Грунт, по его сведениям, вырывался на глубину до четырех футов (120 см), после чего дно траншеи тщательно уплотнялось окованными деревянными трамбовками. На дно заливалась известково-песчаная постель толщиной в один дюйм (2,5 см), на которую укладывался слой плоских широких камней. Поверх этих камней снова заливали слой раствора и хорошо уплотняли. Следующий слой толщиной 9-10 дюймов (23-25 см) состоял из бетона, где крупным заполнителем были камни булыжника и гравия. Помимо них использовали также черепицу и каменные обломки разрушенных зданий. Выше этого слоя укладывался новый слой бетона на более мелких камнях, толщина которого составляла около одного фута (30 см). Последний верхний слой толщиной три-три с половиной фута (90-105 см) состоял из крупного гравия или щебня, который особенно тщательно утрамбовывался в течение нескольких дней.
Более дешевые дороги состояли из каменной засыпки толщиной 13 см, перемешанного слоя грунта, известняка и песка толщиной 46 см, слоя уплотненного грунта толщиной около 46 см. и верхнего слоя из булыжника и битого камня. Были и другие разновидности дорог. Так, в Лондоне сохранилась древнеримская дорога с толщиной дорожной одежды 230 см, сделанная полностью из бетона с покрытием из белых черепичных плит. Интересно, что вся бетонная масса дороги заключена между каменными подпорными стенками (рис. 22).
Рис. 22. Лондонская бетонная дорога с черепичным покрытием (по Кирби).
В римских дорогах была тщательно продуманная система дренажа, поэтому толстая масса бетона при. отрицательных температурах не растрескивалась. Дорожное покрытие не имело температурных швов и было пригодным в основном для мягкого итальянского климата. В северных провинциях Римской империи уже можно было наблюдать трещинообразование, поэтому в более поздний период империи римляне почти прекратили строить дороги с применением бетона.
Рис. 23. Греческие геодезические инструменты, используемые римлянами (по Стоуну). а - грома, предназначалась для съхемки местности, построения прямых углов и линий; б - диоптра, более точный прибор по сравнению с громой, дополнительно снабжен водяным уровнем.
Трасса римских дорог размечалась с помощью двух параллельно натянутых веревок, которые определяли ее ширину. Прямолинейность обеспечивалась с помощью прибора "грома" (рис. 23), хотя чаще для этой цели пользовались более простым, но эффективным способом - с помощью дыма от далеко расположенного костра и какой-либо промежуточной точки.
Так, например, римские дороги в Англии не отклонялись от своей оси более чем на 1/2 - 1/4 мили на каждые 20-30 миль длины.
На строительство дорог сгонялось большое количество рабов. Привлекались также воинские части и свободное население. Громадный объем каменных материалов добывался и перерабатывался вручную. При этом большие камни раскаляли на кострах, а затем обливали холодной водой.
Большинство римских дорог эксплуатировалось еще в XIX в., а отдельные сохранились до наших дней. Интересно, что римлянам был известен природный асфальт и даже в сочетании с песком и битым камнем, но они не использовали его для одежды верхнего покрытия дорог.
Таким образом, можно отметить достаточно мощную и прочную одежду дорог Древнего Рима, составлявшую от 0,8 до 1,3 м, а в отдельных случаях до 2,4 м. По современным понятиям дороги такого типа выполнены с чрезмерным запасом прочности. К примеру, дорожная одежда современных дорог такого типа для аналогичных климатических условий не превышает 60-70 см, включая морозозащитный слой и слой износа. Конструкция дорог, подобных Аппиевой, может быть применена для самых тяжелых эксплуатационных нагрузок нашего времени, порядка 15 т на ось автомобиля. Недаром эта одна из самых старейших дорог мира, построенная 2300 лет назад, эксплуатируется и поныне.
Римские дороги обладали рядом других достоинств: наличием в отдельных из них специального слоя износа из естественных камней; возможностью приготовления бетона непосредственно на месте работ; широким применением извести, которая ввиду большой растяжимости по сравнению с современным портландцементом дает бетоны повышенной трещиностойкости. И, конечно, одним из основных достоинств римских дорог является их большая долговечность, доказательством чего служит хорошее состояние отдельных из них в наше время. Например ремонт римских дорог в Испании проводился не чаще, чем один раз в 70-100 лет.
По конструктивным особенностям и методам строительства бетонные полы напоминают римские бетонные дороги. Древние авторы, начиная с Варрона (116-27 гг. до н. э.), оставили нам подробное описание бетонных полов, устройство которых они во многом заимствовали у греков.
В Севастополе, в Карантинной бухте, есть чудесный историко-археологический античный заповедник - Херсонес Таврический. В нем до сих пор сохранились руины городских стен с башнями, храмы, мастерские. Сохранился и античный театр, где вечером можно увидеть трагедии греческих авторов. В центральной части заповедника у фонтана находится римский бетонный пол с прекрасной мозаикой. Прошло немногим менее 2000 лет, а он после небольшой реставрации выглядит, почти как новый. Таких полов было выполнено достаточно много по всему Древнему . Риму.
В конструктивном отношении практически все римские полы, как и дороги, были многослойными, чаще всего - четырехслойными, что подтверждено археологическими раскопками. Они обычно были с хорошо утрамбованным грунтовым основанием и чередующимися, слоями бетона, раствора, различных по виду и крупности камней и верхнего покрытия в виде растворной стяжки, а чаще всего каменных плит.
По назначению римские полы, следуя терминологии древних авторов, делились на "открытые и закрытые", т. е. полы, расположенные под открытым небом и в закрытых помещениях. В свою очередь, они могли быть холодными, теплыми, водонепроницаемыми и т. п.
Открытые полы Варрон советует делать следующим образом: "...Выкапывается площадка глубиной в два фута (59 см), основание которой утрамбовывается. На это основание укладывается щебень либо мелкий дробленый кирпич, в котором заранее оставляются каналы для дренирования воды. Затем засыпается слой угля, хорошо трамбуется и покрывается бетонным слоем толщиной в 1/2 фута, состоящим из крупного песка, извести и золы..."
Витрувий в кн. VII, гл. 1, описывая примерно такой же пол, приводит более конкретные указания. "На подготовленное каменное хорошо утрамбованное грунтовое основание - пишет он, - укладывался слой крупнопористого бетона, состоящего из двух частей извести и пяти частей "старого" щебня, взятого из развалин. Уложенный бетон с помощью большой группы рабочих очень тщательно уплотнялся деревянными трамбовками посредством частых ударов. Толщина этого слоя составляла обычно не более 23 см. Поверх него укладывался второй слой, состоящий из одной части извести и трех частей толченого кирпича, толщиной 15 см. Последний, верхний слой состоял из квадратных или фигурных плиток, которые укладывались строго по уровню и линейке и затем заглаживались точильным камнем и шлифовались..."
Витрувий рассматривает еще несколько видов бетонных полов, отличающихся между собой количеством и толщиной слоев, составом бетона и материалом верхнего покрытия, среди которых обычный пол, водонепроницаемый, под открытым небом, в закрытых помещениях, который устраивался по двойному деревянному настилу или сдвоенным доскам.
Определенный интерес представляет конструкция теплого, зимнего пола с дренирующим верхним слоем, который Витрувий называет греческим. Вот как он описывает строительство такого пола: "...Выкапывают яму на два фута ниже уровня триклиния (столовой) и, утрамбовав почву, кладут слой из обожженного кирпича с таким наклоном в обе стороны, что образуется сток к отверстиям каналов. Затем, насыпав и утрамбовав слой угля, кладут массу из крупного песка, извести и золы толщиной в полфута по уровню и правилу, и, когда верхняя поверхность отшлифована камнем, то получается род черного пола, очень удобного, поскольку все, что проливается из бокалов и сплевывается, тотчас же высыхает, а находящиеся там прислужники, даже будучи босыми, не чувствуют холода от подобного рода пола..."
Давно изменилась технология изготовления полов, аналогичных римским. Давно не применяются добавки растительного происхождения, но конструктивный принцип построения многослойных полов и последовательность их исполнения остались такими же, как и два тысячелетия назад. Следует также отметить исключительную долговечность древнеримских полов, многие их которых сохранились до наших дней не только в Италии, но и во многих других странах, в том числе, и в древних городах Северного Причерноморья.
Гордость Древнего Рима
Акведуки - главное свидетельство величия Римской Империи
Фронтин
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 (рис. 24). 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 144 г. до н. э. Это уникальное для того времени гидротехническое сооружение послужило эталоном для более позднего римского строительства. В книгах древнеримских авторов водопровод Марция 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 I 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 (рис. 25), 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.
Рис. 26. Поперечный разрез двух римских водопроводов на юге Франции. а - в Лионе; б - в Нимесе (Понт-дю-Гар); 1 - фундамент; 2 - бетон с глиняными черепками; 3 - бутовая кладка; 4 - слой штукатурки; 5 - земляное покрытие.
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. На рис. 26 показаны два поперечных разреза римских водоводов, обнаруженных на территории.Франции. 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.
Потребители вод
Хоть и малы эти бани,
но зданье их сладостно взору.
Так же, как роза в садах,
как и фиалок букет.
Палатинская эпиграмма
Основными потребителями вод в городах Древнего Рима были общественные бани-термы, фонтаны, канализационные системы и специальные хранилища-цистерны, сооружение которых также велось из бетона.
Бани были известны очень давно. Гораздо раньше, чем в Риме, ими пользовались на Ближнем Востоке, в Дрейней Греции и других частях мира. Однако, если все древние народы предназначение бань видели только в мытье и очищении тела, то в Древнем Риме они стали своеобразной частью общественной жизни общества.
Термы в Риме превратились в своего рода развлекательные и спортивные учреждения, клубы, где находились не только банные помещения и бассейны, но и библиотеки, гимнастические классы, комнаты для философских и литературных дискуссий, лавки с товарами, сады и нередко - небольшие стадионы. Это был целый комплекс зданий, насчитывавший от 15 до 20 помещений и размещавшийся на площади в 10-14 га.
В Риме функционировало огромное количество терм, из них только мелких насчитывалось до 800. Самые большие и роскошные термы были построены императорами. Это термы Нерона (64 г.), Веспасиана (68 г.), Тита (75 г.), Траяна (110 г.), Адриана (120 г.), Коммода (188 г.), Каракаллы (217 г.), Александра Севера (230 г.), Аврелиана (272 г.), Диоклетиана (295 г.) и Константина (324 г.). Правда, большинство из них не сохранились и известны лишь по названиям.
Можно сказать, что к I в. н. э. уже сложилось типовое здание терм. В конструктивном отношении оно состояло из массивного, чаще всего бетонного фундамента и бетонных стен с наружной и внутренней каменной облицовкой и перекрытий в виде бетонных сводов или куполов. Помимо этого термы включали большую систему водоснабжения и канализации, многие элементы которой были сделаны из бетона. Из бетона же обычно были выполнены бассейны для плавания, а также различные емкости для хранения воды.
Помещения для мытья состояли из горячей (кальдарий), теплой (тепидарий) и холодной (фригидарий) бань, а также специально оборудованной парной, где температура и влажность пара регулировалась с помощью перекрываемого люком светового окна, расположенного в центре купольного перекрытия. Заслуживает внимания система отопления римских терм, применявшаяся также для обогрева жилых помещений. Она называлась "гипокауст" (hypokaust) и была построена по принципу обогрева пола помещения или его стен. Из отопительной камеры горячий воздух проходил под перекрытием пола, расположенным на каменных или бетонных столбиках. Для обогрева стен этот же горячий воздух направлялся к отверстиям в стенах, сделанных в полых кирпичах, называемых "тубули" (tubuli) или к керамическим трубам, смонтированным в стене. С помощью жара подпольных печей производилось нагревание воды бассейнов, предназначенных для купания.
Одними из первых обнаружены термы при раскопках в Помпеях. Они датируются II в. до н. э. Примерно в 70-х гг. до н. э. были сооружены термы в Риме при форуме. Для нас они интересны тем, что арки в них выполнены из бетона.
Во времена Римской Республики курортным местом для высшей аристократии считался городок Байи, расположенный в живописной местности на берегу залива Поццуоли, который привлекал к себе приезжих источниками горячей минеральной воды и горячих газов. Там находились виллы Цезаря, Цицерона, Помпея и других знатных людей Древнего Рима. Там же сооружены несколько крупных и роскошных терм. Среди них выделяются две. Это почти полностью сохранившееся, круглое в плане сооружение диаметром 21,5 м с перекрытием в виде полусферы. По своей конструкции это здание напоминает римский Пантеон, вероятно, являясь его предшественником. Несмотря на свое утилитарное назначение, термы эти названы "храм Меркурия". Здание терм построено в середине I в. до н. э. частично из бетона. Второе здание терм построено позже первого, но по. конструкций и архитектурной форме напоминает его. Оно названо "храмом Дианы". Купол его в основном сделан из римского бетона и достигает в диаметре 29 м. Интересно, что часть купола выполнена из бетона на легком заполнителе, структура бетона по высоте купола не постоянна. В нижней его части, у основания, уложен более тяжелый бетон с крупным заполнителем в. виде известняка и битого кирпича, а выше применен легкий бетон из пористого вулканического туфа. Несомненно, для того времени это являлось интересным инженерным решением. Сверху весь купол был покрыт строительным раствором толщиной 10 см.
Следует отметить, что именно в термах получили наибольшее распространение каменные и главным образом бетонные купольные своды. Это, вероятно, было вызвано тем, что плоские деревянные перекрытия из-за повышенной влажности в термах быстро выходили из строя.
Большие термы с бетонным куполом диаметром 30 м были построены в начале II в. н. э. на вилле императора Адриана в Тиволи. Частично они сохранились до наших дней.
В 217 г. императором Каракаллой были торжественно освящены громадные термы, названные его именем. Это был целый комплекс зданий общей площадью более 15 га, на которой мог бы разместиться небольшой римский город (рис. 27). Вот как описывал эти термы один из современников: "Он (Каракалла) оставил необыкновенные термы, носящие его имя, в которых солнечную залу архитекторы считают неподражаемой, так как говорят, что в ней вверху были устроены решетки из бронзы или меди, которым был доверен весь свод. Зала была так обширна, что ученые-механики отрицают возможность такого устройства". Отдельные залы й помещения терм отличались необыкновенным убранством, вмещая одновременно более 1600 человек. Фундаменты, часть стен, куполов и отдельные бассейны этих терм были выполнены из бетона.
Стены бассейнов были облицованы туфовыми блоками толщиной 15 см. Сами блоки были подогнаны друг к другу почти без заметных стыков и держались у стены за счет раствора с высоким содержанием цемянки, которая способствовала водонепроницаемости раствора и более быстрому его схватыванию.
Рис. 27. Термы Каракаллы, реконструкция.
Интересны с инженерной точки зрения термы в Трире, построенные в первой половине II в. н. э. Один из фасадов этих терм украшен скульптурным изображением амазонок. Это прекрасная копия Фидия, которая сегодня украшает рейнский музей в Трире. Стены терм сделаны из римского бетона с облицовкой природным камнем и кирпичом. Особого внимания заслуживают в них два отапливаемых плавательных бассейна размером 22 X 14 м каждый. Они установлены на опоры из кирпича, которые, в свою очередь, стоят на бетонном полу. Пол, как показали исследования западногерманских ученых, до сегодняшнего дня отличается большой водонепроницаемостью и огнестойкостью.
Там же в Трире в конце III в. н. э. начались работы по сооружению императорских терм. Еще и сегодня сохранились руины огромного кальдария и разветвленная система обслуживания и обогрева терм. По данным западногерманского исследователя X. О. Лампрехта, чрезвычайно массивные стены тщательно облицовывались обработанными блоками известняка, за которые ранее укладывался литой бетон, состоящий из конгломерата каменных обломков и раствора. Через 3-4 слоя камней, на равном расстоянии укладывался выравнивающей слой из кирпича. Все ответственные элементы (здания), такие, как арки, опоры, проемы дверей, окон и. каминов выполнены в кирпичной кладке. Своды погребов и обходных путей отливались (из бетона) с помощью переставных деревянных форм.
И все же самыми вместительными термами за все существование Древнего Рима считались термы, построенные при императоре Диоклетиане, сооружение которых началось в 298 г. По средневековой легенде среди строителей этих терм насчитывалось 40 тыс. христиан, приговоренных к каторжным работам. В 305 году термы были закончены. По своему конструктивному исполнению и используемым строительным материалам они очень близко напоминали термы Каракаллы, только вместимость их почти в два раза превышала вместимость терм Каракаллы. Большинство ответственных строительных элементов этих терм выполнены из бетона (рис. 28).
Помимо терм много воды в городах требовала система канализации. Примерно в 500 г. до н. э. в Риме была построена знаменитая "клоака Максима". Это был громадный по тем временам тоннель, выполненный из каменных блоков шириной более трех и высотой до четырех метров. Такие размеры коллектора позволили инспекторам и ремонтным рабочим свободно плавать в нем на лодках.
Канализационные системы известны и по другим городам Древнего Рима. В Кельне были раскопаны три главных коллектора из десяти. Один из них выполнен из туфовых блоков, а два других - из бетона с внутренней облицовкой из крупно-обломочного песчаника. Ширина их в свету составляла около 1,5 м, а общая ширина - 3,85 м при высоте до 2,45 м.
Большое количество воды "забирали" для себя так называемые дома "личного пользования" - "форики" или общественные туалеты. Надо сказать, что они во многом отличались от современных, начиная от богатого внутреннего убранства и кончая самим отношением римлян к этим заведениям. Сиденья выполнялись из мрамора с декорированными подлокотниками в виде дельфинов. Над сиденьями нередко устраивались ниши со статуями богов или алтарь богини Фортуны. Отсутствие туалетной бумаги компенсировалось проточной водой и фонтанчиками воды, озонирующими воздух. Люди там, как писали очевидцы, встречались, обменивались новостями и приглашениями на обед, что никого не удивляло. Когда в Поццуоли в XIX в., археологи раскопали одно из таких сооружений, имевших форму и размеры красивого павильона, то по ошибке причислили его к храму. Предполагается, что форика с источником водоснабжения имелась на первом этаже каждого римского дома. Вероятно, было обнаружено, что римский бетон хорошо сопротивляется действию фекалий, так как часть канализационных каналов и резервуаров выполнена из бетона. Многие улицы имели ливневую канализацию.
Система римской канализации не имела себе равной почти до середины XIX в. Так, в 1842 г. Британская Королевская комиссия, ознакомившись с канализацией Рима, пришла к выводу, что сооружения римлян были более гигиеничны, чем аналогичные в Англии.
Одновременно с водопроводами, а возможно, и раньше, появились цистерны - емкости для хранения воды или другой жидкости. Они, как правило, располагались в подвалах домов; имели грушевидную форму, на дне которой устраивался небольшой уклон к центру, где размещался отстойник. Размеры таких цистерн были довольно внушительны: высота 5-8 м, нижний диаметр 4-5 м, верхний 0,8 м. Стены их устраивались из камня или бетона с последующей штукатуркой толщиной от 5 до 15 см. Сама штукатурка была многослойной. Приготавливалась она для первого слоя на тощей воздушной извести, а для последующих слоев - на сильногидравлическом вяжущем. При этом применялся раствор состава 1:3 (известь:песок). Витрувий напоминал, что "...поверхность их (цистерн) должна быть хорошо оштукатурена. Строительный материал должен быть безупречен и следует очень тщательно производить работы по герметизации".
Водонепроницаемость цистерн достигалась также за счет специальной обмазки известковым раствором, в котором известь смешивалась с оливковым маслом или другими органическими веществами. Плиний описывает также "мальту" для покрытия поверхностей, которая, отвердевая, становилась тверже камня. Она состояла из извести, погашенной в вине, свиного сала и винных ягод.
Уже при Витрувий цистерны начинают делать из бетона. Для этого, как пишет Витрувий, ... "заготавливают самый чистый и жесткий песок, выламывают базальтовый щебень кусками не тяжелее одного фунта и замешивают в твориле крепкую известь, так чтобы на 5 частей песку было две части извести. Рвы для этих цестерн до уровня будущей их глубины утрамбовывают деревянными, окованными железом бабами. Когда стены утрамбованы, всю землю из середины выкидывают до самого низа стены. Дно утрамбовывают." (кн. VIII, гл. VI). Начиная с I в. н. э. большинство цистерн изготавливаются полностью из бетона.
Инженерные сооружения
В город прибудем, высокие стены его окружают;
Гавань его с двух сторон огибает глубокая;
Вход же в гавань стеснен кораблями, которыми справа и слева
Берег уставлен, и каждый из них на стоянке особой.
Гомер
Древний Рим славился не только храмами и дворцами, но и портами, гаванями, мостами, тоннелями и т. д.
В период становления и во времена Республики (III - I в. до н. э.) Древний Рим проводил завоевательную политику, главным образом с помощью сухопутных войск. Военно-морской флот был слабым и развивался медленно. Это и обусловливало длительные сроки строительства портов, причалов, волнорезов, маяков и других подобных сооружений. Однако впоследствии все меняется. Захват большого количества заморских владений и развивающаяся торговля требовали расширения сети гидротехнических сооружений. В конце республиканского периода, в первые два века Империи (I-II в. н. э.) закладывается строительство новых портов и гаваней, разворачиваются работы по всей прибрежной полосе итальянского "сапога".
Гавани были призваны защищать корабли от неприятеля и от разрушительного действия морских штормов. Они во многом походили друг на друга. Обычно гавани представляли собой водный бассейн, защищенный со стороны моря естественными или чаще искусственными ограждениями - молами и волноломами. Молы представляли собой как бы две вытянутые руки, охватывавшие всю акваторию порта. На уровне входа в гавань, чуть дальше в море устраивался третий мол.
Рис. 29. Римский сквозной мост-мол в Поццуоли.
Подводная часть молов и волноломов обычно устраивалась в виде каменной насыпки, надводная - нз тесаного камня, а средняя сооружалась из бетона. Иногда в приливных портах (Остия, Антиум, Поццуоли и др.) в целях свободного входа и выхода воды оградительные сооружения возводились в виде арочных мостов-молов (рис. 29).
Много полезных советов по поводу строительства портов и гаваней дает Витрувий. Так, по экономическим соображениям, он требует начинать возводить такие сооружения с выбора места, чтобы по возможности избегать строительства искусственных молов. При этом он обращает особое внимание на устройство входа в гавань, который должен быть с мощными крепостными строениями и обязательно с цепью, перегораживающей вход кораблям противника.
В период Республики ведущим портом Италии становится город Путеол.[1] Позднее, на рубеже двух эр, значение его падает и переходит к новому городу - воротам Рима - Остии,[2] расположенной в одной миле от устья Тибра. Акватория порта представляла собой громадный по тем временам бассейн размером 760 X 970 м, окруженный молами шириной по 48 м каждый. Римский историк Светоний пишет, что "гавань в Остии соорудил (Клавдий), проведя справа и слева рукава, а у входа в самом глубоком месте выстроил мол. Чтобы придать ему более солидное основание, он предварительно затопил корабль, на котором был привезен в Рим большой обелиск из Египта, потом, набив сваи, он построил на них высочайшую башню по образцу Фарозского маяка в Александрии, дабы по его огням корабли направляли свой бег ночью".
Впоследствии в зоне порта произошло постепенное обмеление из-за наносного ила Тибра, поэтому император Траян в период с 100 по 106 г. строит практически новую, еще большую по размерам гавань, названную его именем. Она включает в себя шестиугольный док-бассейн площадью 322 тыс. м². и примыкающий к ней канал.
На территории порта и гавани произведены громадные по объему строительные работы. По оценкам специалистов там было переработано 2,4 млн. м³ грунта и возведено 550 тыс. м³ строительных конструкций из римского бетона, включая 1970 м подпорных стенок для набережной.
Витрувий в своем трактате (кн. V, гл. 12) описывает три способа производства работ при сооружении бетонных молов и подобных им конструкций. Это способ подводного бетонирования, способ сооружения крупногабаритных бетонных элементов и способ ряжевой перемычки.
По первому способу "...в спокойно воде, - пишет Витрувий, - где хотели вывести мол, место окружалось шпунтовой стенкой из вбитых в дно моря дубовых свай с заложенными в их пазы крепкими досками". После устройства такого ограждения "...на небольших судах подвозили заранее перемешанный раствор, составленный в пропорции 1:2 (известь : песок из района Кум)[3] и битые камни. В раствор добавляли камни, и всю массу высыпали на место укладки с помощью ящика без дна..." На рис. 30 показано строительство бетонного мола.
В местах, где море было неспокойно и где этот способ был неприменим, римляне пользовались другим способом - изготовлением крупногабаритных бетонных элементов на берегу моря. На берегу устраивалась деревянная платформа, одна из частей которой делалась строго горизонтальной, а другая - наклонной. Эта наклонная часть платформы обшивалась до уровня горизонтальной платформы досками и в образовавшееся пространство засыпался песок, с тем чтобы получилась большая общая горизонтальная поверхность. На этой поверхности с помощью деревянной или чаще каменной опалубки формовали из римского бетона любой требуемый элемент - большой прямоугольный блок или тетрапод и оставляли их для последующего твердения и набора прочности на два месяца. Затем по истечении указанного срока доски, удерживавшие песчаную засыпку, разбирали, песок высыпался, а готовый бетонный элемент плавно "сходил" в море, где его с помощью "силы волн" устанавливали на нужное место (рис. 31).
Рис. 30. Строительство бетонного мола методом подводного бетонирования (по Белидору).
Есть сведения, что в период правления императора Калигулы (37-41 гг. н. э.) в Неаполе был сооружен большой причал из бетонных блоков, изготовленных на берегу. Если это было действительно так, то можно считать, что в порту Калигулы 1950 лет назад впервые в мировой строительное практике были изготовлены и использованы крупногабаритные массивные сборные бетонные блоки.
Рис. 32. Строительство бетонного мола с помощью ряжевой перемычки
В местах, где не было пуццоланы, римляне при изготовлении молов и волноломов применяли третий способ - с помощью "ряжевой перемычки". Для этого они, как пишет Витрувий, огораживали место строительства двойной стеной ("ряжевой перемычкой") из свай и шпунтовых досок (рис. 32). Образовавшийся промежуток между досками заполняли глиной, которую забрасывали в воду в травяных мешках и затем плотно утрамбовывали. "Окружив таким образом часть моря водонепроницаемой перемычкой из двух стенок с глиняным заполнением, они удаляли воду с помощью гидравлических машин, осушали это место,-вырывали для фундамента ров до материка и возводили бетонный массив (мола) или стену из камня на обыкновенном известковом растворе".
Был и еще один очень простой, но более дорогой способ сооружения больших молов и маяков, о котором уже упоминалось раньше - это затапливание старых кораблей. Для этого отслужившие свой век суда доставлялись к месту будущего строительства, заполнялись камнями или бетоном и затапливались. В наше время археологами были не раз обнаружены останки таких затопленных кораблей, например в Остии и других местах.
Наиболее сохранившийся античный мол из монолитного римского бетона существует в испанском городе Ампуриасе. Сохранились остатки волнолома с руинами маяка и полуразрушенными складами в Лептис Магна (Ливия). Ряд подобных гидротехнических сооружений "уцелел" в городе Сиде (южная Турция).
Крайне любопытны в смысле долговечности бетона сооружения старой итальянской гавани Чивита-Веккия. Она расположена на открытом побережье и все ее портовые сооружения находятся под защитой бетонного мола. Этот бетонный мол, как обычно, с каменной облицовкой, построенный в период 75-78 гг. н. э., имеет длину 85 м, ширину 6 м и высоту 7 м. Несмотря на то, что он изо дня в день подвергается действию соленых морских волн, против которых современный портландцемент без специальной защиты бессилен, он не только простоял более 1900 лет, но и в большинстве своем сохранился. Недаром исследователи разных стран пытаются на его примере изучать долговечность современного гидротехнического бетона.
Мосты и тоннели относятся к наиболее сложным и ответственным инженерным сооружениям. Однако при их строительстве римляне также использовали бетон. Уже один этот факт показывает, какое большое доверие приобрел этот материал в то время.
Мосты, как любые строительные системы, прошли очень длинный путь развития, начгиная от перекинутого над пропастью ствола дерева, и до громадных железобетонных исполинов, переброшенных сегодня через многокилометровые препятствия. В римской истории мост из-за сложности возведения считался чем-то символическим, поэтому даже высшие священнослужители, а впоследствии и римские папы носили дополнительный титул "роntifех maximus", т. е. высший, заслуженный мостостроитель, опекун мостов.
Особую сложность при строительстве мостов представляло возведение сухих фундаментов и опор. Примерно с I в. н. э. их начинают строить в основном из бетона с каменной облицовкой, хотя есть примеры и более раннего использования бетона в мостостроении. Предполагают, что бетон был использован в опорах известного акведука Понт-дю-Гар, построенного в конце I в. до н. э. При низком уровне воды в реках были обнаружены остатки бетонных фундаментов римских мостов в Италии, ФРГ и на территории Австрии.
В 101-103 гг. по приказу императора Траяна известным древнеримским инженером-строителем Аполлодором Дамасским был возведен мост через Дунай. Общая длина моста составляла 1071 м, он имел 20 бетонно-каменных опор и деревянные пролетные строения. По своим размерам мост являлся одним из крупнейших инженерных сооружений того времени (рис. 33).
К сожалению, описание моста, сделанного Аполлодором, было утрачено и напоминанием о нем служат оставшиеся бетонные опоры, которые показываются из Дуная при падении уровня его вод. Свидетельством существования моста служит медаль, выбитая Траяном в честь окончания его строительства, барельеф колонны Траяна в Риме, а также небольшие заметки очевидцев.
По всем этим документам можно сделать вывод о том, что мост был арочный. У Прокопия и Диона Каасия (примерно 220 г. н. э.) можно найти незначительные сведения о применявшихся при его строительстве материалах. Так, по описанию Диона Кассия, мост Траяна через Истр, как тогда называли Дунай, состоял из "...20 быков, сделанных из тесаных камней, высота их 150 футов (45 м), не считая фундаментов, толщиной 60 футов (18 м). Эти были расположены друг от друга на расстоянии 170 футов (51 м), соединены арками..."
Теофил (прибл. IV в. н. э.) указывал, что для возведения фундаментов и опор моста применялись большие короба, которые "...заливались смесью крупных камней и цемента..." Таким образом, можно предположить, что опоры моста выполнены из бетона, заливавшегося в большие деревянные короба по методу "опускного колодца" или в опалубку, образованную каменной кладкой, т. е. по первому способу, описанному Витрувием.
Исследования опор моста, выполненные уже в наше время, показали, что использованный в бетоне цемент,с современных позиций можно отнести к романцементу, полученному путем обжига местных мергелистых пород. Это уже второй случай, подтверждающий применение в качестве вяжущего вещества в римских бетонах романцемента. В зерновом составе бетона обнаружено, что ⅓ его занимал песок и ⅔ крупный заполнитель. При этом общее весовое соотношение материалов в бетоне было следующим: 1 : 2,1 : 2,6 (цемент : песок : битый кирпич). Количество цемента на 1 м³ бетона составляло примерно 300 кг. Прочность бетона на сжатие в возрасте более 1830 лет (испытания проведены в 1935 г.) составила 30,5 МПа. Разрушение проезжей части моста, видимо, произошло не вследствие низкого качества бетона, а скорее из-за конструктивных особенностей моста - низкорасположенного от воды основания, деревянных пролетных строений и т. п., хотя есть предположение, что император Адриан отдал приказ уничтожить его, опасаясь наступления варваров.
Можно отметить также мост св. Ангела, построенный в Риме из камня и бетона в 134 г. Мост переброшен через Тибр и ведет к мавзолею императора Адриана. Он имеет восемь арок, три средние из них имеют пролет по 18 м. В настоящее время итальянскими инженерами исследуется бетон этого моста. Семь из девяти сохранившихся опор моста в Трире, построенного в 140 г., сделаны из римского бетона, облицованного базальтовыми квадрами. По свидетельству современных исследователей, на сегодня по всей территории бывшего древнеримского государства известно более 1000 мостов, значительная часть которых выполнена с бетонными опорами.
Bo II - I вв. до н. э. потребность римлян в дорогах настолько возросла, что удовлетворять ее пришлось не только за счет строительства мостов, но и тоннелей. До наших дней сохранились развалины нескольких древнеримских тоннелей, часть из которых выполнена с применением бетона.
В конце I в. до н. э. римский архитектор Коккеус получил от императора Агриппы срочный заказ на строительство сразу нескольких тоннелей. Один из них, названный впоследствии "грот Коккеус", был длиной в километр. Как и дороги, он был строго прямолинеен, имел две полосы движения и шесть вентиляционных шахт, через которые осуществлялась подача свежего воздуха, а заодно и освещения тоннеля. Глубина заложения этого тоннеля составляла 30 м. В дальнейшем Коккеус построил еще несколько тоннелей, хотя и меньшей длины. Предполагают, что в последних из них бетон использовался при возведении внутренней отделки со специальной трехслойной штукатуркой в качестве гидроизоляции. Позднее, во времена Клавдия (I в. н. э.), была осуществлена проходка очень большого гидротехнического тоннеля, предназначенного для спуска вод Фуцинского озера в реку. Общая длина тоннеля составляла более 5600 м, а перепад высот 8,4 м. Часть строительных элементов этого тоннеля была также выполнена с применением римского бетона.
Это был самый длинный искусственный подземный тоннель до 1876 г., до тех пор пока не был сооружен тоннель Мон-Сени (Mont Cenis). Причем тоннель Клавдия функционировал до 1875 г., после чего на его месте был построен новый.
С падением Римской империи (в начале V в. н. э.) дороги перестали строиться и постепенно приходили в негодность. Вместе с ними на длительное время прекратилось и строительство инженерных сооружений.
[1] Современное название — Поццуоли.
[2] Остия — город, получивший свое название от слова «ostium» — вход.
[3] Туфовый песок, придающий раствору гидравлические свойства.
Домусы, инсулы и их оборона
Готово, отделано здание дома.
Отлично по линейке.
И хвалят все строителя,
Берут себе в пример.
Плавт
Домусы и инсулы - богатые особняки и многоквартирные жилые дома.
Жара и шум старых италийских городов, особенно республиканского периода, привели к своеобразной планировке римских домусов - их внутреннему замкнутому расположению. Обязательным элементом такого особняка становится атрий или атриум - закрытый внутренний двор с бассейном, куда выходят остальные помещения дома. Уже в I в. до н. э. атриум превратился в самую парадную и официальную комнату-залу. В ней принимают посетителей, ведутся деловые разговоры.
Строительство домусов обязательно увязывалось с окружающим ландшафтом.
Противоположностью домуса была инсула - доходный многоквартирный жилой дом. Инсулы стали появляться, когда население города перевалило за 1 млн. человек и нужда в жилых помещениях стала катастрофической.
К сожалению, в самом Риме и от инсул, и от домусов сохранились лишь жалкие развалины (рис. 34). Однако при их изучении можно ориентироваться на другие древнеримские города - Помпеи, Геркуланум и главным образом - на Остию, где под многометровым слоем тибрского ила остались "законсервированными" на века все существовавшие в те времена жилые постройки.
Развалины этих городов дают много интересных сведений по истории древнеримского строительства. Бетон как строительный материал, широко применявшийся в самых разнообразных видах капитального строительства Древнего Рима, не мог не коснуться жилых построек. В первую очередь он применялся при сооружении подземных частей зданий и возведении стен. Здесь он конкурировал с природным камнем, в значительной степени вытесняя его. С конца II в. до н. э. естественный камень выполняет второстепенную роль - применяется в качестве опалубки-облицовки.
Немалая часть оснований и фундаментов жилых домов в Помпеях, Геркулануме и особеннб Остии выполнена из римского бетона (рис. 35). При этом сами фундаменты были хотя и массивные, но мелкого заложения, развитые в ширину. Строительство их велось или с применением опалубки (каменцой, деревянной) или без нее, непосредственно в вырытую траншею с плотными бортами. На место будущего фундамента забрасывались в хаотическом порядке камни разного размера (до 20 см) и проливались известковым раствором.
Строительство стен велось только с применением каменной опалубки. О видах такой опалубки и способах бетонирования в ней довольно подробно было сказано выше, поэтому остановимся только на отдельных деталях и особенностях возведения бетонных стен. Так, по Витрувию, толщина стен зданий равнялась 1,5 ступням, т. е. примерно 40 см. Вероятно, это была средняя величина и в зависимости от типа сооружения, его назначения и этажности менялась в меньшую или большую сторону.
Вначале возводилась каменная опалубка. Возводили ее квалифицированные рабочие, которые стояли на подмостях с обеих сторон стены, укладывая тесаные камни в строго определенной последовательности. Другие, неквалифицированные строители, занимались приготовлением раствора, перетаскиванием его в корзинах на верхние этажи здания и укладкой смеси с последующим трамбованием ее между двумя рядами опалубки.
В Помпеях и Геркулануме жилые дома среднего сословия были высотой в два, реже три этажа, т. е. не более 10 м, в Остии инсулы были 3-4 -этажными, а в Риме, где, по словам очевидцев, была большая проблема с жильем, где, как писал Ювенал, "дорога и квартира хотя бы дрянная, и пропитанье рабов, и самая скромная пища" - высота инсул достигала 21 м, хотя после нескольких крупных пожаров она была ограничена 18 м. При высоте этажа приблизительно 3 м инсулы состояли из 4-5 этажей, а в отдельных случаях - до 7-8. Представляется, что при достаточной прочности бетона принципиальных трудностей в строительстве 5-7 -этажных римских инсул не должно было возникнуть.
Рис. 35. План древнеримского жилого комплекса в Остии, построенного приблизительно в 128 г. н. э.
Можно отметить ряд интересных особенностей в строительстве инсул. Так, по данным немецкого исследователя X. О. Лампрехта, после завершения строительства стен их наружная и внутренняя поверхности штукатурились, покрывались грунтовкой и разрисовывались.
Следует сказать о самой штукатурке, точнее, о ее качестве. Обычно штукатурка для отделки стен зданий делалась многослойной, при этом в зависимости от назначения помещения общее количество слоев штукатурки доходило до 9 с толщиной каждого слоя от 18,5 до 74 мм. Каждый слой штукатурного раствора принимался с определенным соотношением извести, песка и воды и нередко с применением различных добавок. Так, для имитации стены под мрамор в последние слои штукатурки добавляли мраморный песок с пылью и тщательно шлифовали. Недаром, как писал Витрувий, глядя на такую штукатурку, можно было видеть собственное отражение не хуже, чем в зеркале. По рекомендации Витрувия, "для комнат первого этажа, в местах, где угрожает сырость, в нижний слой штукатурки, находящийся на расстоянии 0,9 м от пола вместо песка использовать толченые глиняные черепки", т. е. искусственную пуццолановую добавку - цемянку.
Отопление в домах производилось различными способами, но чаще всего для этой цели использовали бронзовые переносные печи, сделанные в виде красивых чаш или ваз. В качестве топлива обычно применяли древесный уголь. Были и стационарные отопительные системы по типу используемых в термах. В этом случае в бетонных стенах домов оставлялись каналы, а под полом жилого помещения - незаполненное пространство. По ним проходил горячий газ, поднимавшийся снизу и обогревавший помещение.
Домусы и инсулы находились в черте города, а каждый город того времени требовал обязательной защиты от врагов. Даже Рим несколько раз за свою историю подвергался разрушению и поэтому нуждался в хорошо продуманной оборонительной системе.
Особенно большой размах получает фортификационное строительство с середины периода империи. В начале I в. н. э. закончен первый большой участок укрепленной линии, соединявший Рейн с Дунаем между Кельном и Регенсбургом. При Адриане (II в. н. э.) была создана вторая мощная оборонительная линия в Англии. Однако темпы фортификационного строительства резко возросли с конца II, начала III вв., когда на границах Римской империи стало неспокойно от нападений варваров.
Городские оборонительные стены того периода в основном строили из бетона. Ядро стен возводилось из бетона, а опалубка-облицовка из кирпича или чаще - из природного камня. При этом для более прочного соединения каменной облицовки с бетонным ядром стены между ними укладывались анкеры - обожженные деревянные балки, чаще - из масляничного дерева. В массивных толстых стенах их ядро засыпалось грунтом, за ним с обеих сторон находилась бетонная часть стены толщиной примерно 50-70 см с каждой стороны и далее - слой облицовки из естественного камня.
Фундамент стен имел несколько большую ширину, чем сама стена, а по глубине доходил до плотного грунта. В отдельных случаях рекомендовалось делать основание стен в виде свайного ростверка. К примеру, стена Вампуриас в Испании, известная как стена Цезаря, была закончена в 44 г. до н. э. и включала в себя три слоя: среднего, самого мощного, выполненного из римского бетона, с помощью, как предполагают, передвижной деревянной опалубки, и двух отдельно пристроенных слоен из естественного камня. Верхняя наружная часть стены заканчивалась каменными зубцами.
Сохранились руины римских фортификационных сооружений из бетона на территории ФРГ. В районе Зальбурга - массивная каменная стена из бетона для гарнизона римского лагеря и городская стена в Кельне, построенная в период между 51 и 69 г. Она имеет ширину 2,4 м и высоту над фундаментом 7,8 м. Ядро стены бетонное, а в качестве каменной оболочки использованы базальтовые блоки и блоки из крупнообломочного местного песчаника. Фундамент стены шириной 3 м заглублен в землю на 3 м. Раньше стена окружала полностью город и имела девять ворот и 19 башен диаметром 9-9,2 м.
Можно отметить ряд крупных военных крепостей в Англии, в которых размещались римские гарнизоны. Развалины отдельных из них сохранились до наших дней. Так, на рис. 36-37 показаны стены и угловые башни римской крепости близ Ярмута, которая была сооружена примерно в 230-280 гг. н. э. Крепость представляет собой прямоугольник со сторонами 195 X 91 м. Высота стен до 4,5 м, ширина - 2,4 м, а ширина основания стен 3,3 м. По углам крепости расположены круглые башни, на которых, вероятно, находились баллисты или другие камнеметальные орудия.
Сооружение стен, как видно из рисунка, велось обычным методом послойной укладки раствора и крупного камня с последующим трамбованием. Укладка бетона производилась в каменную опалубку-облицовку, которая в небольшом количестве сохранилась на западной стене крепости. После того как римляне покинули крепость, она превратилась в монастырь, а затем в норманский замок. Сохранившиеся стены этой крепости, часть которых выходит из находящегося рядом болота, являются еще одним подтверждением долговечности римского бетона.
Большее впечатление оставляют каменные руины оборонительных стен в Риме. Вечный город в свое время был опоясан двумя кольцами стен. Предполагают, что первым их создателем был римский царь Сервий Тулий (VI в. до н. э.). Толщина каменных стен, тянувшихся на 11 км, составляла четыре, а высота - десять метров. Площадь окруженной части города была примерно 426 га. Через восемь веков император Аврелиан в 271 г. начал сооружать новую городскую стену с бетонным заполнением. Она имела длину 19. км, и окружала городскую территорию площадью 1380 га. Впоследствии эта стена еще несколько раз надстраивалась и усиливалась и в конечном варианте включала помимо самой стены 383 башни, 5 ворот и 7020 зубцов.
Пантеон - храм всех богов (О сводчатых зданиях и сооружениях)
Из серых камней, выведенных строго,
Являли церкви мощь свободных сил.
В них дух столетий смело воплотил
И веру в гений свой, и веру в бога.
В. Брюсов
После завоевания Карфагена и покорения Греции Рим становится самым могущественным и грозным государством Древнего мира. Одновременно растут потребности в строительстве храмов и дворцов. Лучше всего такому типу зданий отвечали здания сводчатого типа. Есть сведения, что за много веков до римлян, своды, купола и стрельчатые арки применяли более древние народы, однако только в Древнем Риме их усовершенствовали до такой степени, что они остались непревзойденными до середины XIX в.
Римлянам были знакомы такие виды сводов, как цилиндрический, крестовый, коробовый и сферический (полуциркульный) - купольный. При этом наибольшее предпочтение они отдавали последнему. В конструктивном отношении большинство римских сводов делилось на каркасные и бескаркасные, т. е. в первом случае свод держался за счет каменного или, чаще, кирпичного скелета, а во втором - за счет прочности монолитного бетона. Однако, несмотря на то что с момента строительства первых бетонных сводов и куполов прошло более 2000 лет, ученые не могут совершенно определенно ответить на вопрос, какова конструкция римского свода и как он возводился. И эта загадка является очередным римским секретом.
Вопрос, действительно, сложный и интересный. Дело в том, что в большинстве обследованных римских сводов и куполов отчетливо видны кирпичные арки, которые образуют на их поверхности разнообразный, а порой причудливый рисунок. Чаще всего арки меридионально замыкают купол здания или строго поднимаются вверх до светового окна, но порой они вдруг обрываются, не дойдя до верха конструкции или закругляются и поворачивают вниз. Есть своды, у которых вообще отсутствует кирпичный каркас, а сам свод, точнее, вся его бетонная часть, как бы поддерживается дополнительной тонкой оболочкой, образованной из одного-двух рядов тонкого кирпича, уложенного плашмя.
Все эти особенности римских бетонных сводов и главным образом купольных или полуциркульных породили самые различные гипотезы, объясняющие их внутреннее строение. В результате конструкцию бетонных сводов стали условно подразделять на каркасную и бескаркасную, хотя наличие кирпичных арок во втором случае также не отвергается.
Для того чтобы приблизиться к истине, следует выслушать мнение двух сторон. Противники каркасной гипотезы утверждают, что кирпичные арки купола являются не несущим, а декоративным элементом. В доказательство они приводят данные о том, что заглубление кирпичных ребер-арок в бетон было совсем незначительным не более чем на 13-15 см при общей толщине свода-купола от 40 см и выше. К примеру, толщина купола Пантеона в верхней, самой тонкой части - 1,4 м, а у опорного кольца - 6 м. Уорд Перкинс, директор античного института в Риме, пишет по этому поводу следующее: "...при более детальном рассмотрении сводов находящиеся в нем кирпичные арки не несут никакой нагрузки. Они возводились одновременно с укладкой бетона и использовались лишь для того, чтобы добиться заданной кривизны свода и разделить массу жидкого бетона на более мелкие сектора, удобные для работы..."
Главным "идеологом" каркасной гипотезы сводов до сих пор является французский инженер, архитектор и исследователь Огюст Шуази (1841-1909). Более чем сто лет назад вышла его книга "Строительное искусство древних римлян", где весьма убедительно высказываются предположения относительно приоритета кирпичного каркаса в римских бетонных куполах. Там же приводится очень правдоподобное описание реконструкции сводов и куполов и примерный ход работ по их возведению.
Точка зрения Шуази представляется вполне убедительной, и вот почему. Возведение бетонных сводов, а тем более куполов с большими пролетами требовало чрезвычайно прочных и сложных по исполнению кружал и такой же деревянной опалубки, с поддерживающими их строительными лесами. Можно представить, сколько потребовалось бы древесины для сооружения временной опалубки, например при строительстве купола Пантеона, масса которого по нашим расчетам составила более 19 тыс. т. И все же главная причина использования кирпичного каркаса в сводах и куполах заключалась не в дефицитности леса, как считает Шуази. В наше время лесные дубравы окружают Рим со всех сторон и надо думать, что 2000 лет назад их было не меньше, чем сегодня. Причина, вероятно, заключается в том, что даже небольшая деформация кружал и опалубки должна была бы вызвать появление трещин в монолитном бетоне купола и затем привести к катастрофе. Видимо, такие примеры были, и это натолкнуло римских инженеров на мысль выкладывать вначале по деревянным кружалам кирпичные арки, образующие временно несущий каркас свода и уже затем в его промежутки укладывать бетонную смесь.
Рис. 38. Кирпичные арки-решетки с радиальными швами (по Шуази)
Рис. 39. Одинарные и сдвоенные кирпичные арки (по Шуази)
Рассмотрим отдельные конструкции римских бетонных сводов и куполов, придерживаясь сначала мнения Шуази. Разберем устройство куполов с кирпичными каркасами.
Своды с кирпичными каркасами римляне изготавливали трех типов: в виде кирпичных арок с радиальными швами, кирпичных решеток и в виде отдельно стоящих арок из кирпича.
Каркасы в виде арок с радиальными швами выполнялись обычно из двух видов кирпичей: прямоугольных, размером 59 X 15 X 4,5 см и квадратных (59 X 59 X 4,5 см). Из прямоугольных кирпичей выкладывались параллельные арки, которые связывались между собой квадратными кирпичами (рис. 38). Полученные таким образом кирпичные решетки заполнялись бетонной смесью, точнее - слоями раствора и щебня, как при возведении стен. Впоследствии римляне отказались от такой конструкции и перешли от цельного решетчатого каркаса к отдельно стоящим, скрытым в кладке одинарным или сдвоенным арочным рёбрам (рис. 39).
Широкое распространение в античных сводах получили настилы из кирпича или черепицы. С их помощью перекрывали не только простые цилиндрические своды, но и своды самой сложной конфигурации. Они достаточно разносторонне применялись в сводах, перекрывающих обширные залы, как, например, в термах Каракаллы, а также в узких галереях водопроводов.
Изготовление сводчатых настилов происходило следующим образом. По выпуклой поверхности деревянной опалубки укладывался ряд крупных квадратных кирпичей с размерами сторон в два римских фута (59 см) и толщиной от 4 до 5 см. Эти большие кирпичи образовывали как бы сплошную тонкую оболочку по всей выпуклой поверхности опалубки. Такой настил мог быть одинарным, но чаще всего на него дополнительно укладывались кирпичи меньшего размера со стороной порядка 20 см (рис. 40, 41). При этом определенное количество кирпичей было поставлено на ребро в толще второго настила, образуя как бы анкерные выступы для лучшего сцепления с бетонной смесью. Применяя такой настил из кирпича, который Шуази называл каркасом, античные строители, вероятно, преследовали две цели: во-первых, предоставить бетонной кладке свода сплошную и прочную опорную поверхность, а во-вторых, обеспечить надежную связь между этим настилом-каркасом и бетонной смесью. Однако такая конструкция сводов применялась обычно при пролете, не превышающем 20 м.
Большой интерес в конструктивном отношении представляют сферические или, как их чаще называют, полуциркульные купола на круглом в плане основании. Из них только бетонные практически не вызывают горизонтального распора после окончательного набора прочности. Это очень важное достоинство бетонных куполов по сравнению с куполами, выполненными из других материалов.
Рис. 40. Одинарный и двойной сводчатые настилы (по Шуази).
Рис. 41. Конструкция двойного сводчатого настила перекрытия одного из залов терм Каракаллы (по Шуази).
Рассмотрим более подробно конструкцию и строительство таких куполов на примере Пантеона, так как именно в Пантеоне нашла наивысшее выражение инженерная и архитектурная мысль античного Рима.
Первый Пантеон построил по распоряжению императора Августа Агриппа. Однако в 110 г. н. э. старый Пантеон сгорел и на его месте примерно в 115 г. начато строительство нового храма. Через десять лет новый Пантеон был закончен. К сожалению, имя строителя этого уникального сооружения осталось неизвестным, однако особенности творчества Аполлодора Дамасского позволяют считать, что именно, по его проекту было создано это величайшее сооружение.
Рис. 42. Рим. Пантеон. Интерьер.
Рис. 43. Поперечный разрез купола Пантеона.
Рис. 44. Конструкция внутреннего каркаса ⅛ части купола Пантеона (по Пиранези).
Почти все здание Пантеона (рис. 42) возведено из бетона. Бетонный фундамент сделан на заполнителе из битого кирпича и плотного туфа. Мощные бетонные стены толщиной 6 м с наружной стороны облицованы кирпичом, а с внутренней - оштукатурены. Его бетонный полусферический купол имеет внутренний диаметр 43,2 м. До середины XIX в. это оставалось рекордом для сооружений подобного типа (рис. 43). Однако единого мнения о конструкции каркаса нет. Как утверждает Шуази, ссылаясь на Пиранези,[1] каркас купола выполнен из кирпичных, пересекающихся между собой арок, промежутки между которыми заполнены бетоном. По сведениям других исследователей, бетонный купол сделан монолитным, без применения кирпичного каркаса.
Рис. 45. Порядок возведения кирпичного каркаса верхней части купола Пантеона (по Шуази ).
По предположению Шуази, кирпичный каркас купола (рис. 44) состоит из 8 основных меридиональных арок С, опирающихся на разгрузочные арки В, 8 промежуточных арок е и двух концентрических колец: основного, верхнего E, образующего световой проем, и дополнительного S, расположенного несколько ниже основного и предназначенного для усиления верхнего кольца.
Порядок возведения купола осуществлялся в два приема. Вначале, на первом этапе строительства, выкладывались меридиональные С и промежуточные е кирпичные арки (см. рис. 44, 45). Затем концы арок С соединялись между собой небольшими арочками О - О, по вершинам которых выкладывалось основное кирпичное кольцо Е диаметром 8,92 м. Так постепенно росла кирпичная паутина будущего купола.
Для сравнения разберем противоположное Шуази мнение других исследователей по устройству купола Пантеона. Основываясь на том, что кирпичный каркас выше второго снизу ряда кессонов[2] не обнаружен, они утверждают, что купол Пантеона, начиная со второго нижнего ряда кессонов, полностью отлит из бетона и лишь его нижняя часть армирована кирпичными арками (рис. 46).
По их мнению, 9/10 частей переходной части здания от ротонды к портику и самой ротонды также состоит из бетона. Купол сооружен с помощью громадной полусферической опалубки, на которую горизонтальными слоями заливался бетон. Как технологически это выполнялось, установить трудно. И это является очередной римской загадкой.
Рис. 46. Поперечный и продольный разрезы Пантеона.
Шуази предполагает, что укладку бетона начинали, как и при возведении стен, с растворного слоя, на который набрасывался слой крупного заполнителя. Большинство других авторов подчеркивают наличие горизонтальных чередующихся слоев крупного заполнителя и раствора, который заливали в деревянную опалубку.
Опалубка поддерживалась кружалами, которые опирались на большое количество деревянных стоек. Для устройства кессонов на опалубке были установлены деревянные формы, которые отливались одновременно с куполом. Пять рядов кессонов на куполе Пантеона облегчают его вес примерно на 1/6 часть, а их перспективное сокращение создает большой эффект высоты.
Следует выделить ряд других особенностей в конструкции римских сводов и куполов. Во-первых, это обязательнее уменьшение толщины оболочки по направлению от основания к световому окну. Например, в Пантеоне при толщине основания купола 6 м толщина поперечного сечения у светового окна всего 1,4 м. Второе - это уменьшение плотности бетона в зависимости от высоты купола. Так, в том же куполе Пантеона четко прослеживаются два вида бетона на крупном заполнителе из туфа и пемзы, которые специально для этой цели доставлялись с Везувия. При бетонировании сводов и куполов в них закладывались керамические емкости в виде амфор, горшков или труб. При этом трубы также изготавливались из обожженной глины диаметром от 60 до 90 мм и длиной 200-250 мм. Иногда они имели форму конуса. Следует напомнить, что подобные конструкции сводов и куполов возводились намного раньше Пантеона и первые из них, как, например, храм Меркурия, были возведены в середине I в. до н. э. Однако Пантеон как бы собрал воедино все лучшее, что было создано до него.
В заключение следует отметить еще один важный инженерный аспект античного строительства, а именно - запас прочности, с которым римские инженеры подходили к возведению своих сооружений и к определению формы их поперечного сечения. Пользуясь безмоментной теорией расчета оболочек, автором совместно с Б. М. Зиновьевым были рассчитаны вертикальные сжимающие и кольцевые - растягивающие напряжения в нижней зоне опорного кольца купола Пантеона. Принимая плотность пемзотуфобетона равной в среднем 800 кг/м³, собственная масса купола составила порядка 19,7 тыс. т., что соответствует сжимающему напряжению - 0,4 МПа в нижней части купола. Кольцевое растягивающее усилие там же составило около 5 т, т. е. всего 0,012 МПа.
Принимая прочность на сжатие известково-пуццоланового пемзотуфобетона 2-3 МПа, а на растяжение 0,5-1 МПа, можно сказать, что римские строители обеспечили запас прочности в одном из главных конструктивных элементов купола - опорном кольце - примерно в 5 раз на сжатие и более чем в 40 раз на растяжение.
[1] Дж. Б. Пиранези (1720—1778 гг.), итальянский гравер, во время капитального ремонта Пантеона, когда с внутренней стороны купола была отбита штукатурка, воспользовался этим и зарисовал все детали купола. Рис. 45 и 46, взятые из книги О. Шуази, точно воспроизводят рисунок Пиранези, на котором изображена конструкция внутреннего каркаса ⅛ части купола.
[2] Квадратные или многоугольные углубления на потолке или внутренней поверхности арки, свода. Играют конструктивную и декоративную роль.
Хлеба и зрелищ
Римский народ сдержан теперь
И о двух лишь вещах беспокойно мечтает,
Хлеба и зрелищ...
Ювенал
Римские зрелищные сооружения, включая театры, стадионы и ипподромы (гипподромы), ведут начало из Греции. Считается, что театры в Риме основал "римский грек" Ливии Андроник, который, выступая с чтением греческих трагедий Еврипида, стал приспосабливать их к римским нравам.
В 146 г. до н. э. римский консул Муммий, после разгрома цветущего Коринфа, построил в Риме первый деревянный театр. Почти сто лет спустя, в 55 г. до н. э. другой завоеватель - Помпей - пришел в восторг от греческого театра в Митилене и приказал, скопировав план театра, создать по этому же образцу каменный театр в Риме - богато украшенное сооружение, рассчитанное на 40 тыс. человек.
Театр Помпея считается одним из первых, где использован бетон с темно-красным оттенком. Это свидетельствует о том, что в середине - конце I в. до н. э. римские строители стали вводить в бетон пуццолановую добавку такого цвета.
Римский театр мало чем отличался от греческого. Основная его часть - сцена - представляла собой, кроме самой сценической площадки, двухъярусное сооружение, состоящее из непрерывно чередующихся колонн и ниш, в которых стояли статуи и бюсты (рис. 47). Вход в театр был бесплатным. И только со времен Августа, который превзошел всех своих предшественников в количестве и разнообразии организованных им зрелищ, места в зрительном зале стали строго распределяться. Так первый ряд, который назывался подиумом, был предназначен для сенаторов, иностранных гостей и отдельно для императора. Всадники, как второе высшее сословие общества, занимали 14 следующих рядов. Военные сидели отдельно от всех остальных зрителей. Школьникам и их учителям отводился свой сектор, а женщинам - места на самом верху, на галерке, причем им был запрещен доступ на состязания атлетов, которые часто выступали в театрах.
Противоположная от сцены часть театра была наклонной и полукруглой, в виде сферически расходившихся зрительных рядов. Большое внимание при строительстве театров уделялось расположению входов, расстоянию между креслами и главное - акустическим характеристикам зала. Для этого, как уже говорилось, в стены замуровывались керамические и терракотовые сосуды, типа труб диаметром до одного метра и высотой до 1,7 м. Зачастую они маскировались на сцене и были направлены своими раструбами в зрительный зал с тем, чтобы усиливать голоса актеров. О подобных "громкоговорителях"-голосниках писал еще Витрувий.
Постепенно, со временем стирались греческие "классические" формы представлений и устраивались зрелища нового римского типа. Так получают развитие цирки и амфитеатры. При этом они приобретают огромное значение в жизни Рима. Это видно хотя бы из того факта, что когда Нерон наказал город Помпеи, закрыв у них на 10 лет амфитеатр за кровопролитную драку между зрителями, для горожан наступил большой траур. Предполагают, что город откупился большим штрафом и наказание было снято. Римлян просто невозможно представить без их многочисленных зрелищных сооружений. Вот как писал Ювенал по этому поводу в своих "Сатирах": "...Если бы не было игр, то увидели бы Рим наш печальным и потрясенным, как в дни поражения консулов в Каннах..." Проведение большинства зрелищ сопровождалось, как правило, бесплатной раздачей пищи и денег тысячам зрителей. Местные власти и государство в целом пли на это, стремясь снискать расположение толпы и отвлечь массы от политической жизни страны.
В Риме было построено три цирка. Самый древний из них - Большой цирк - "Циркус максимус", был рассчитан на 250 тыс. зрителей. Кроме него был цирк Нерона и Максенция. Однако древние римские цирки не были похожи на современные и являлись скорее продолжением греческих ипподромов, предназначенных для состязаний на колесницах. Первоначально столбы, статуи и декоративные сооружения делили арену цирка на две части. Для безопасности зрителей их места обыкновенно отделялись от арены рвом. "Циркус максимус" в Риме имел очень большую длину арены - около 550 м и ширину примерно 90 м, недаром Траян обещал разместить в нем весь Рим. Он даже стал чеканить монету с изображением этого цирка.
Бетон в цирках применяли не только для устройства оснований, фундаментов и высоких стен, но особое место отводили ему при строительстве сводов, предназначенных в качестве перекрытий для многочисленных проходов и служебных помещений. При этом в цирках встречаются самые разнообразные конструкции сводчатых бетонных каркасов в виде кирпичных арок, решеток, двойных и одинарных настилов из кирпича.
Другим видом античных зрелищных сооружений с овальной ареной, вокруг которой уступами располагались места для зрителей, были амфитеатры. Для того чтобы лучше узнать, из каких строительных материалов возводились подобные сооружения и какую роль играл в них бетон, познакомимся поближе с одним из самых знаменитых амфитеатров - римским Колизеем.
В 80 г. н. э. римский император Тит из династии Флавиев торжественно открыл одно из самых замечательных сооружений Древнего Рима - Колизей, который и сегодня поражает нас своим величием и красотой. Предполагают, что и название его произошло от латинского "colosseum" - колоссальный.
Колизей, или как его называют иначе амфитеатр Флавиев (рис. 48), был предназначен для больших зрелищных представлений. Вначале в нем даже устраивались так называемые "навмахии", т. е. морские сражения, где разыгрывались настоящие битвы с участием военных кораблей. С этой целью арена могла за короткое время превратиться в озеро.
Рис. 49. Схема применения строительных материалов в одной из повторяющихся радиальных стен Колизея (по А. Г. Циресу).
А - мраморные сиденья; В - арка из травертина (известняка); С - наклонный свод из пемзобетона, поддерживающий места для зрителей; Д - столб из травертина; Е - стена из туфобетона, облицованная кирпичом; FF - столб из травертина; G - бетонная арка, облицованная кирпичом; Н - стена из туфа, К - кирпичные арки.
Сюда и стекался римский народ, требовавший хлеба и зрелищ. Здесь сражались между собой или с дикими зверями гладиаторы, здесь гибли многие тысячи первых христиан, которых отдавали на растерзание диким животным.
Что же в дальнейшем стало с Колизеем? В Средние века он был своеобразным замком аристократических семейств. Впоследствии в нем обитали различные религиозные братства, устроившие на арене церковь, а под отдельными аркадами - часовни. Были даже планы со стороны Ватикана превратить Колизей в суконную фабрику. В 1714 г. папа Климент XI устроил в нем селитряный завод, главным сырьем для которого были навоз и различные отбросы.
Однако Колизей разрушался не только от небрежности и варварского обращения с ним. В 217 г., как предполагают историки архитектуры, он был сильно поврежден, по-видимому метеоритом, вызвавшим большой пожар и разрушения. Значительные повреждения были причинены ему землетрясениями 442 и 486 гг. Но особенно он пострадал от землетрясения 1349 г. С этого времени, по-видимому, Колизей превращается в ту руину, которую он представляет сейчас.
Колизей представляет собой в плане - громадный эллипс с внутренними размерами по осям 55 X 87,5 м, наружными 157 X 186 м и высотой 47 м. Вмещал он, если верить разным источникам, от 50 до 90 тыс. человек, хотя большинство исследователей называют цифру 50 тысяч. Его центральную часть составляет овальная арена, окруженная ровной полосой мест для зрителей. Проходы между столбами, расположенными по радиусу, открываются наружу 80 монументальными арками, которые образуют 80 входов в амфитеатр - примерно по 600 человек на вход.
Общая высота здания, массивность верхней стены диктовали необходимость достаточно мощной конструкции нижележащих этажей, откуда вполне понятным становится выбор для них таких конструкций, как арка, а материала - бетон.
Бетон к тому времени применялся уже более 200 лет. К моменту строительства Колизея существовало уже несколько отработанных или, как бы сказали сегодня, - апробированных технологических способов приготовления и укладки бетонной смеси. Они довольно подробно описаны раньше. Подчеркнем лишь отдельные особенности строительства Колизея. В частности, послойный метод укладки раствора с крупными камнями размером до 12-18 см.
В конструктивных элементах Колизея встречается три вида бетона: для фундамента, приготавливаемого на щебне из высокопрочного сорта лавы; для стен на щебне из травертина, туфа и кирпичного боя и особо легкий из пемзы, предназначенный для сводов, которые не несут большой нагрузки. В общем объеме применяемых строительных материалов бетон наряду с природным камнем занимал одно из первых мест. В качестве примера на рис. 49 дана схема применения различных материалов в одной из многочисленно повторяющихся радиальных стен Колизея. По рис. 50 было приблизительно подсчитано примерное соотношение каждого материала в общем объеме стены. При этом оказалось, что бетон в стене составил около 43, туф - 24, известняк (травертин) - 22, кирпич 8 и мрамор 3%.