Металлургия и время - Том 1

Большой бассейн Римских терм, г. Бат (Bath), Великобритания

Устройство римских терм, гравюра XVI в.

Глава 7

своды. На определённом расстоянии друг от друга делались отверстия для вентиляции, чтобы вода оставалась чистой и свежей.

Надземные каменные водопроводы имели гидроизоляцию из водонепроницаемой замазки (она состояла из извести и измельченной терракоты) и отверстия сверху для доступа

воздуха. Там, где это было возможно, жёлоб водопровода лежал в земле, но мог и подниматься на фундамент из каменной кладки. Арки акведуков образовывали один или несколько ярусов, что позволяло сооружать водопроводы через реки в виде мостов и прокладывать по ним дороги. На крутых склонах устраивались вертикальные участки, похожие на небольшие водопады.

При подходе водопровода к городу сооружались водонапорные башни с распределительными системами

для воды (castellum), откуда вода поступала в водопроводную сеть из

Акведук в г. Сеговия, Испания

Глава 7

свинцовых или глиняных труб к местам общественного и частного потребления или в следующие водораспределительные башни и в водохранилища (lacus). Также водопровод включал закрытые водоотстойные резервуары (piscina).

Основное количество воды распределялось между тремя категориями: императорскими парками и дворцами, общественными учреждениями (термы, сады, амфитеатры, склады, рынки) и большими фонтанами. Фонтанов в Риме было множество: Проперций писал, что «по всему городу раздается тихий плеск воды». Они устраивались на перекрёстках улиц и служили для обеспечения водой жителей домов, не имевших водоснабжения, в основном, многоквартирных, т.е. выполняли функцию уличных водопроводных колонок в современных деревнях и небольших городках.

Для оптимального распределения воды между группами потребителей была организована оригинальная система, описываемая Марком Витрувием Поллио, автором известного римского трактата об архитектуре и строительном деле, так: «При входе воды в город делают водоподъёмную башню и соединённый с этою башней тройной бассейн, а из башни проводят три одинакового размера трубы внутрь баков, соединённых так, чтобы излишек воды из крайних выливался в средний бак. Из среднего ведут трубы во все вместилища и водомёты (фонтаны), из второго – в бани, для доставления городу ежегодного дохода, из третьего – в частные дома, чтобы

у населения не было недостатка в воде; таким образом, частные лица не смогут отводить воды, которая с самого начала распределяется по особым категориям. Такое распределение мною и установлено для того, чтобы обыватели, проводящие в свои дома собственные водопроводы, обеспечивали их податями через откупщиков».

Строительство водопроводов в Древнем Риме осуществлялось на общественные средства, но, прежде всего, на средства, полученные в результате победоносных войн. Так, водопровод Aqua Anio был построен на средства, полученные в результате разгрома Пирра, а Aqua Marcia – на средства, полученные после взятия Коринфа. Затраты на эксплуатацию водопроводов покрывались за счёт специальных налогов на бани и каналы.

Акведуки

Водоснабжение Рима затруднялось из-за сильно пересечённой местности, так как город расположен на семи холмах, окруженных равнинами Кампаньи. Водоснабжение осуществлялось с помощью водоводов, которые в пределах города располагались на акведуках (от лат. aqua – вода и ducere – вести) – специальных сооружениях в виде мостов. Водовод проходил по верху акведука и представлял собой канал в виде жёлоба, выполненный из камня, кирпича или бетона.

Стоит отметить, что римляне не были здесь первопроходцами. В VII в. до н. э. около Ниневии – древней столицы Ассирии – был выстроен большой водовод

длиной 40 км. Для переброски его через долину реки ассирийцы построили каменный акведук с пятью сводчатыми арками, каждая пролётом 2,74 м. На протяжении 900 м он представлял собой открытый канал шириной около 2,3 м, проложенный в искусственном каменном ложе. Возможно, это был один из первых акведуков, построенных людьми. Сооружали акведуки и в Древней Греции. Самым выдающимся акведуком Геродот считал акведук на острове Самос. Этот акведук историк включил в список чудес света. В Новом Свете акведуки появились существенно позже: обнаруженные в конце 2009 г. в мексиканском городе Паленке акведук и водопровод майя были построены около 750 г. В 2010 г. в Перу был обнаружен водопровод инков.

Для прокладки водопровода через ущелья или крутые низины римляне применяли два различных способа: либо строили мост-акведук с небольшим уклоном в сторону стока, либо использовали принцип сифона, согласно которому вода в трубе должна всегда возвращаться к своему первоначальному уровню. Мосты иногда представляли собой настоящие архитектурные шедевры. Например, через долину реки Гар к городу Ниму (Франция) проведён водопровод длиной почти 50 км, в состав которого входит перекинутый через реку трёхъярусный акведук максимальной высотой 50 м и длиной 269 м. Он сооружён из громадных каменных блоков массой до 6 т, которые укладывались друг на друга без раствора, «насухо». Внутренняя часть опор сделана из римского бетона. Поражает точность сооружения: уклон его составляет лишь 34 см на километр и общее падение высоты на протяжении 50 км составило всего 17 м. Через Пон- дю-Гар проходило 20 тыс. м3 воды в день. Самый длинный римский акведук был построен во II в. для обеспечения водой Карфагена (современный Тунис), его длина составляла 141 км.

Сифоны и ДЮкеры

Если сооружение моста было невозможно или нецелесообразно, например, если ущелье было слишком глубоким, сооружали сифон. В этом случае применяли систему труб, которые круто спускались по одному склону ущелья и поднимались по другому. Известно более двадцати сифонных сооружений, относящихся ко времени Римской империи. Конструкцию сифона, применявшегося в Древнем Риме, правильнее называть обратным сифоном, или дюкером, так как вода в нём движется по U-образной траектории в отличие от обычного сифона, имеющего П - об-

разную форму. Поскольку вода движется по U-образной траектории, сифон начинает работать, как только она вводится в одно из его плеч. В простом U-образном сифоне вода, введённая на одном конце, поднимется до того же уровня на другом. Римские сифоны имели значительную длину, поэтому потери на трение становились за-

риМский акведук Пон-дю-гар блиЗ города ниМ, Франция. входит в сПи- сок объектов Мирового наследия, охраняеМых uneSCO

водоПровод внутри акведука Пон-дю-гар

риМский акведук около касселя, герМания

глава 7

б

2,6 км

метными, и приёмный конец приходилось устраивать на уровне несколько ниже подающего конца.

Обычно сифон начинался в точке, где водопровод, про-

ложенный в виде открытого канала из каменной кладки, достигал края ущелья, которое нужно было пересечь. В этом месте вода стекала в напорный резервуар, выложенный из кирпича и установленный поперек канала (castellum). По существу, этот резервуар был распределительным, так как сифон состоял не из одной (как в современной гидротехнике), а из нескольких (до девяти) тонких труб, уложенных параллельно друг другу. Их входные концы располагались в ряд в нижней части резервуара.

Подсоединённые к напорному резервуару трубы опускались по короткому откосу до земли и проходили по склону ущелья с заглублением примерно на 1 м. Подземная прокладка труб предотвращала их чрезмерное расширение в жаркие дни. Сифонные трубы могли прокладываться до самого дна ущелья, следуя его профилю, однако на дне часто строился невысокий мост (вентер), с тем, чтобы нижняя часть U-образного сифона была более плоской для уменьшения перепада высот. Вентер сокращал расстояние от верха до низа U-образного сифона и, следовательно, уменьшал статическое давление, однако создавал два резких перегиба (геникулус) на концах моста, из-за чего могли возникать напряжения в стыках труб при

ударе водяной струи, поэтому римляне обычно укрепляли здесь трубы массивной каменной кладкой. После второго геникулуса трубы поднимались по противоположному склону ущелья. Наверху вода поступала в приёмный резервуар, аналогичный напорному, а из него – в обычный водопровод.

Сифоны как инженерные сооружения внушают уважение уже своими размерами. Потрясающие воображение сифоны сохранились возле городов Аспендос (Турция) и Лион (Франция). Общая длина девяти сифонов в лионской водопроводной системе достигает 16,6 км. Каждый сифон состоял из девяти труб, а их общая длина достигала 150 км. Для изготовления такого количества труб требовалось 12…15 тыс. т свинца, и очевидно, что добыча и транспортировка такого огромного количества металла требовала гигантских усилий. По-видимому,

это и послужило причиной невысокой распространён-

ности в Римской империи сифонов по сравнению с каменными мостами-акведуками. Так как римляне строили только сложные сифоны, очевидно, что более широкому применению сифонов препятствовали вовсе не технические трудности. Несомненным фактом является то, что сифоны обходились римлянам намного дороже, чем мосты.

Древние греки также применяли сифоны, из которых наиболее известен исключительно большой сифон в Пергаме в Малой Азии. Он относится ко времени правления эллинского монарха Евменеса II (197–159 гг. до н. э.) и состоит из одной трубы длиной 3 км, спускающейся на очень большую глубину – 190 м. Вода в сифоне создавала статическое давление примерно 19 атм. В течение

Распределительный бассейн (castellum) акведука в Ниме, Франция:

схема и современный вид

ФрагМент каМенного водоПровода г. эребуни (царство урарту)

глава 7

Деревянные трубы водопровода XVII в. в Коломенском

вдиаметре). Днища и стены каналов водоводов делались или бетонными со слоем штукатурки, или каменными, а крыша – из плоских каменных плит или плит, уложенных

вдва ската. Со времени Нерона покрытия каналов в основном выполняли в виде бетонного цилиндрического свода. Размеры просвета канала делались таким образом, чтобы человек проходил по нему почти не сгибаясь. Высота сечения составляла 1,5…3 м, а ширина – 0,6…1,2 м.

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

всредней части отверстиями. Бетонные трубы снаружи

имели квадратную форму с размером сторон 21 см, а внутренний диаметр труб составлял 6…8 см. Трубы изготовлялись 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 бывших провинциях Римской империи.

Витрувий обращает внимание на целесообразность изготовления свинцовых труб длиной не менее 3 м при толщине около 8 мм. Такие трубы могли выдерживать давление воды до 1,5 атм. При необходимости римляне пользовались значительно более толстыми трубами. Например, в водопроводе Алатри, где трубы должны были выдерживать давление до 10 атм, толщина их стенок достигала 35 мм.

Трубы изготовляли из литых свинцовых листов, которые сначала изгибали на деревянном сердечнике, после чего продольные края образованной трубы соединяли, а сердечник вынимали. Продольный шов выполняли раз-

личными способами. Чаще всего трубы грушевидного сечения запаивали по шву оловянно-свинцовым припоем. Однако встречались паяные соединения встык или внахлёстку и даже трубы с желобчатым изгибом кромок, уплотнённые замазкой. Труба получалась овального или грушевидного поперечного сечения с непрерывным продольным швом. Интересно, что шов не был самым слабым местом трубы; в испытаниях, проведенных Бельграном, разрушение происходило не по шву, а по боковой стенке. Таким способом было трудно изготовлять трубы большого сечения, поэтому римские сифоны состояли из нескольких тонких труб. Диаметр труб составлял от 20 до 300 мм. Обычно они имели наружный диаметр 250…270 мм и толщину стенки от 30 до 50 мм. Трубы замуровывали в каменную кладку, чтобы сохранить их герметичность.

По свидетельству Витрувия, самая большая свинцовая

труба имела длину окружности 100 дюймов (порядка 60 см

Свинцовое отравление – причина заката Римской империи?

По широко распространённой в середине прошлого века гипотезе американских токсикологов, свинцовый водопровод являлся одной из причин быстрой деградации римской нации, вызывая отравление свинцом. Установленным фактом является то обстоятельство, что обнаруживаемые при раскопках останки римлян эпохи империи содержат большие количества свинца. Из-за систематического отравления малыми дозами свинца продолжительность жизни римских патрициев зачастую не превышала 25 лет. Многие знатные римляне со временем стали отличаться быстрой утомляемостью, вялостью, склонностью к бездействию и безразличием.

Хорошо известно, что все растворимые в воде соединения свинца высоко токсичны. На устойчивость свинца к воде оказывает большое влияние растворённый в ней диоксид углерода (углекислый газ). При малых количествах он образует на поверхности свинца соединение, не растворимое в воде, и тем способствует устойчивости свинца. Если содержание углекислого газа в воде сравнительно велико, а именно так было с водой, питавшей древний Рим, то диоксид углерода, реагируя со свинцом, образует гидрокарбонат свинца, который хорошо растворяется в воде.

Поступая в организм в малых порциях, свинец задерживается в нём и, постепенно замещая кальций, входящий в состав костей, вызывает хроническое отравление.

Однако более поздние исследования опровергли гипотезу о том, что именно свинцовый водопровод стал причиной катастрофических последствий для Римской империи. На

глава 7