Лабораторная работа № 3 Строительные материалы Древнего Рима

1. В мире существовала ещё одна древняя цивилизация, достигшая небывалых успехов в строительстве и внёсшая неоценимый вклад в развитие и совершенствование архитектуры. Рим – древняя столица Римской империи. Каким образом геология помогла римлянам совершить прорыв в архитектуре?

Рим, сочетающий в себе старину и современную элегантность, был основан в 753 году до н. э. на берегу реки Тибр. Несмотря на то, что древняя империя давно уже не существует, в Риме сохранились впечатляющие постройки, напоминающие о былом величии.

На первый взгляд, кажется, что римляне строили все свои сооружения из кирпичей. Траянов рынок – просто торжество кирпича. Он построен в период правления императора Траяна приблизительно в 114 году н.э. Ровные кирпичи, из которых построено это складское помещение, сделаны из глины, добывавшейся по берегам Тибра. Практичные римские строители придумали, как делать кирпичи прочными и долговечными. Их обжигали в специальных печах, превращая в превосходный и надёжный строительный материал.

Но не глина и не ил позволили римлянам совершить настоящий прорыв в строительстве. Египтяне применяли осадочные породы типа известняка и песчаника, греки первыми использовали мрамор, а римляне пошли ещё дальше. Помимо кирпичей, они создали необычное вещество, которым скрепляли кирпичи и каменные блоки. Это вещество появилось благодаря геологическим процессам, происходившим буквально под ногами у римлян.

2. Принято считать вулканическую активность лишь природным катаклизмом, который разрушает города, дома и даже уничтожает цивилизацию, вместо того, чтобы способствовать её развитию. Мы на самой вершине горы Везувий, с которой виден Неаполитанский залив. Вулкан действующий, но в данный момент он, к счастью, спит. Однако в 79 году н. э. произошло сильное извержение, жертвами которого стали города Геркуланум и Помпеи. За несколько минут извержения Везувия погибли тысячи людей. Их тела буквально испарились от высокой температуры, остались только скелеты. Груды тел остались лежать там, где их засыпал вулканический пепел.

Задолго до гибели Помпеи извержения вулканов в этом регионе происходили довольно часто. Вулканы невольно способствовали появлению нового строительного материала. Среди вулканических выбросов было вещество, которое навсегда изменило ход развития строительства в Древнем Риме.

Извержение происходит, когда магма, или расплавленные горные породы, выходит из глубины на поверхность. Этот процесс имеет различную степень интенсивности, но всегда сопровождается так называемым эффектом сжатого газа. Газ в основном состоит из сжатого водяного пара, образовавшегося при нагревании воды. Как в пивной банке, пузырьки газа находятся в жидкости, в нашем случае – в магме. Если газ выходит раньше магмы, то она поднимается на поверхность постепенно и разливается в виде расплавленной горной породы. Но если газ остаётся в магме, то давление возрастает. Когда расплавленная порода выходит на поверхность, газ мгновенно расширяется, разрывая магму на мельчайшие частицы. В результате образуется облако вулканического пепла. Вулканический пепел – это мельчайшие частицы горной породы.

Древнеримские строители решили найти пеплу практическое применение. При строительстве зданий применялся раствор, состоящий из смеси извести и песка. Римляне попробовали смешать известь с вулканическим пеплом и получили любопытный результат. Они создали не боящийся сырости строительный раствор необыкновенной силы.

Так уж получилось, что взрыв, образовавший вулканический пепел, наделил его частицы особыми химическими свойствами. Когда римляне смешали известь и пепел, то два вещества вступили в реакцию, образовав сильную и необратимую связь. Так появился цемент.

3. Но пепел сыграл ещё одну важную роль. Он стал ключевым ингредиентом в уникальной для того времени технологии. Раствор из вулканического пепла и обожжённой извести смешали со щебнем. В результате появился материал, о котором египтяне и греки могли только мечтать, – бетон. Римский бетон имел превосходные свойства: он был прочным и водостойким. Бетон застывал даже под водой и был незаменим при строительстве акведуков и терм. Римляне также создали надёжный метод строительства, при котором кирпичи скреплялись водостойким бетоном.

Из бетона могли изготовлять блоки самых разных форм и очертаний. Так римляне пришли к строительству арок. У египтян и греков уже встречались арки, но их использовали при строительстве подвалов и канализации. Римляне первыми поняли ценность наземных арочных конструкций и возвели великое сооружение – Колизей.

Строительство Колизея было завершено в 80-ом году н. э. во время правления императора Тита. Колизей вмещал более 5 тысяч зрителей. Именно здесь проводились знаменитые бои гладиаторов. Люди дрались между собою, иногда на них натравливали диких животных. Арка являлась основным несущим элементом римского Колизея. Арка – отличная конструкция, потому что она эффективно распределяет нагрузку. Обе стороны арки давят друг на друга. Нагрузка, действующая на арку, не давит на центр арки, а распределяется вдоль обеих сторон арки в направлении земли. В отличие от колонн, перемычек и поперечных балок, в арке отсутствует напряжение. Значит, арка в состоянии выдержать гораздо больший вес и при этом перекрыть сравнительно длинный пролёт.

4. Наземные арочные конструкции в сочетании с бетоном позволили римлянам создать шедевры архитектуры. Это Пантеон – главный храм Древнего Рима. Храм сохранился до наших дней почти в том же виде, каким его создали древние римляне. Пантеон построили в 25-ом году до н. э. во времена императора Августа. Слово «Пантеон» в переводе означает «храм всех богов». Пантеон является апофеозом римского зодчества. Внешне кажется, что он похож на прямоугольный греческий храм, но если войти внутрь, то можно увидеть, какой прорыв совершили римляне в архитектуре.

Римские строители возвели здание с гигантским куполом. Диаметр купола этого храма составляет 43 метра. Пантеон имел самый большой арочный купол в древнем мире, но и сейчас, когда прошло около двух тысяч лет, мало что может сравниться с этим великолепием. В центре крыши находится широкое отверстие, через которое в храм проникал дневной свет. Любого посетителя удивляет прежде всего то, что огромный купол словно парит в воздухе без всякой поддержки. В отличие от греческих храмов или египетских залов, заставленных колоннами, здание Пантеона имеет обширное внутреннее пространство, свободное от элементов, поддерживающих сводчатую крышу. Купол, венчающий здание, имеет чёткую форму полушария. Его основная тяжесть сконцентрирована на кольце из сводчатых кирпичей вокруг отверстия. В центре конструкции отсутствует какое-либо напряжение. Нагрузка не давит на центр купола, а распределена по всей поверхности купола в направлении основания. Купол поддерживается также многочисленными арками, сооружёнными в нижней части конструкции.

Здание производит сильное впечатление. Но не нужно забывать, что римляне заимствовали архитектурное решение у природы. Яйцо – по сути, два купола, соединённые вместе. Довольно прочная конструкция. Диаметр купола Пантеона в 30 раз больше его толщины, что сопоставимо с яичной скорлупой. Пантеон – это действительно гигантское яйцо. Прочность этой конструкции зависит от характера строительного материала, но в данном случае это не только вулканический пепел.

5. Вулканы Апеннинского полуострова обеспечили римлян различным строительным материалом. Строители смешивали цемент с продуктами деятельности вулканов и получали бетон. Основание здания, элементы его фундамента изготовлялись из особо прочных горных пород. Римляне использовали базальт. Он вытекал в виде лавы из вулкана во время извержения и затем застывал. Очень плотный и долговечный материал! Средние секции купола изготовлялись из более лёгкого материала. Римляне использовали камень, который называется вулканическим туфом. Он действительно имеет небольшой вес, поскольку представляет собой спрессованный пепел. Применение особого цемента позволило строителям максимально снизить вес верхней части купола. В состав цемента входила пемза – вулканическая порода, образующаяся при вспучивании и быстром застывании лавы. По сути, это камень, заполненный воздушными пузырьками. Пемза не тонет в воде.

Благодаря вулканам древние римляне получили изумительный материал для постройки уникальных зданий. Пантеон по праву является одним из величайших достижений римской архитектуры и строительства.

Древние монументальные сооружения каждой страны имеют неповторимые отчётливые формы. Конструкции зданий в большой степени определялись традициями и религиями, присущими той или другой цивилизации. Формы и стиль древних сооружений были также обоснованы географией государства, в котором велось строительство. За много миллионов лет до появления человека природа припасла для будущих стран Средиземноморья щедрый подарок. Жители древнего мира получили отличные строительные материалы. Воспользовавшись доступным строительным материалом, цивилизации оставили после себя великолепные творения, которыми мы восхищаемся по сей день.