Строительная техника Древнего Рима и Древней Греции
Древняя Греция и Древний Рим – государства соседи, в период римских завоеваний их границы даже смыкались между собой. Тем не менее это были два разных государства, более того — два разных мира, которые развивались и жили каждый по своим законам, и греческая цивилизация шла несколько иным путем, чем римская.
После завоеваний Александра Македонского, в конце IV в. до н. э. в Греции, которая намного расширила свои границы, начался экономический подъем, который в первую очередь был связан с расширением торговли. Объем торговли за несколько последовавших после завоевания лет возрос почти в пять раз. Границы государства простирались теперь от Дуная на север — до Эфиопии на юге, от Индии и Китая на востоке до побережья Атлантики. Логично, что увеличение территории потребовало строительство кораблей, гаваней, портов и маяков. В связи с этим произошел мощный скачок технического творчества. За последующие три столетия в Древней Греции отмечено столько изобретений, сколько не удалось осуществить за предыдущие 30 веков. Совсем как в ХХ веке.
В середине III в. до н. э. Архимед (287—212 гг. до н. э.) развивает техническую мысль в своих трудах, в частности, ему принадлежит изобретение теории равновесия рычага, которое положило начало теоретической механике. Великим механиком была разработана теория блоков, полиспастов и винтов для поднимания тяжелых предметов, объяснены вопросы, связанные с распределением нагрузок между опорами, уточнены методы определения центра тяжести тел. На основе этих теорий и научно-технических разработок было сделано много изобретений, которые имели большое практическое значение для строительства.
Архимеда считают изобретателем винтового насоса.
Худ. Д. Фетти Задумавшийся Архимед, 1620. Картинная галерея, Дрезден, Германия
Он также изобрел и построил совершенные для своей эпохи оборонительные машины для защиты от римлян, когда те атаковали его родной город - Сиракузы. Созданные им машины обладали столь большой разрушительной силой, что, согласно очевидцам, римские когорты в страхе разбегались, такой ужас внушала им новая техника.
Последователями Архимеда греки Ктезибий (I в. до н. э.), и Фило из Византии (II в. до н. э.) — усовершенствовали его изобретения, заменив скрученные упругие веревки артиллерийских установок бронзовыми пружинами или сжатым воздухом. Однако их проекты не были претворены в жизнь, поскольку наличествующие технические средства были недостаточны для их создания. Тем не менее, были и удачные изобретения. Так, например, Ктезибий спроектировал и построил поршневой насос, который использовался для подачи воды в пожарных машинах и в специальных гидравлических устройствах.
Поршневой насос Ктезибия
Блистательные успехи в механике Ктезибия и Филона были продолжены, а во многом и превзойдены Героном (прибл. 150 -250 годы н. э.), который преподавал в Александрии и написал трактат в двух частях по пневматике. Знаменитым изобретением Герона был эолипил, который считается прообразом современных турбин. Удивительным является то, что Героном, по сути, была установлена принципиальная возможность использования энергии пара с целью её преобразования в механическую энергию, однако дальше ничего не последовало. Игрушка, представлявшая собой вращающийся силой реактивных струй пара шар, ласкала взоры и поражала воображение, но никого не подвигла на практическое использование. Ни современники Герона, ни учёные в эпоху Возрождения так и не удосужились использовать энергию вращательного движения шара, снабжённого соплами.
Эолипил Герона
Ещё Герон создал устройство, которое при разжигании огня у дверей храма, автоматически их открывало. Надо сказать, что система была достаточно сложной. Когда в чаше разжигали огонь, горячий воздух поступал по трубопроводу в герметичный сферический сосуд, частично заполненный водой и вытеснял некоторое её количество в цилиндрический сосуд. Это ведро посредством цепной передачи соединялось с двумя валами с деревянными маховиками. При опускании под действием силы тяжести ведра с водой, валы с маховиками начинали вращаться, открывая к всеобщему умилению верующих, двери храма. Таким образом, естествознание служило процветанию религиозной догматики. Одним из достоинств трудов Герона была их простота. Механические воззрения и описания устройств были оформлены настолько доступно, что их могли читать не обременённые специальными знаниями люди. В популярной форме с примерами излагалась теория рычагов, воротов, блоков, клиньев и винтов.
В отличие от Греции нам ничего не известно о науке и технике Древнего Рима. И хотя существуют данные о военной и строительной технике, применявшейся в Древнем Риме, они говорят о том, что многое было заимствовано у древних цивилизаций и, главным образом, у греков.
Однако строительные машины создавались и усовершенствовались в Древнем Риме, поскольку на протяжении длительного времени здесь велись масштабные строительные работы, которые зачастую сдерживались не отсутствием денег и рабочей силы, а техническими возможностями строительной техники. Необходимы были подъемные краны большой мощности, транспортные средства, мощные копры для забивки свай, а также прочные и долговечные строительные материалы, способные перекрывать пролеты с расстоянием более 40 м.
Римский автор Витрувий наряду с описанием военных машин упоминает о различных видах грузоподъемного оборудования, включая блоки, полиспасты, кабестаны (лебедка с барабаном на вертикальном валу), копровые сваезабивочные машины и т. д. К сожалению, рисунки самого Витрувия не сохранились. Зато до наших дней дошли изображения строительных машин и механизмов, описанных Героном Александрийским (около I в. н. э.) в его «Механике». Все эти машины и механизмы приводились в действие с помощью силы рук, ног, а позднее — воды и использовались в строительстве вплоть до ХIX века, времени появления паровых машин. Принцип их действия в наши дни остался таким же, как и 2000 лет тому назад.
Римляне использовали три типа гидравлических машин, два из которых, по крайней мере, были заимствованы у греков. Это подъемное колесо и винт Архимеда — нагнетательный насос. Из всех перечисленных типов машин наибольшее распространение получил винт Архимеда. Он состоял из деревянного сердечника — винта, обитого по спирали медными полосами, и деревянного цилиндра. Длина всей машины могла достигать 10—12 м, а угол наклона к горизонту составлял 22—45°. Винт приводился в движение при помощи специальной рукоятки, укрепленной на верхнем торце машины. Располагая эти винты один над другим, можно было ими откачивать воду с большой глубины.
Винтовой насос Архимеда
Широкое распространение в римской строительной практике получило грузоподъемное оборудование, в частности краны. С их помощью было возведено большое количество монументальных зданий и сооружений (Колизей, Пантеон, колонна Траяна, мраморные блоки которой весили каждый по 50 т ). Согласно древнеримским историкам, во время возведения акведука Клавдия, длина которого была более 14 км, потребовалось поднять 560 тыс. т тесаного камня.
Среди древнеримских грузоподъемных механизмов довольно оригинальным является триспастос — ступальный кран, работающий по принципу беличьего колеса. У римских авторов отсутствует описание этого крана, однако современные исследователи смогли понять, что этот кран состоял помимо кронштейна с системой блоков и полиспастов, из большого по размерам колеса, которое приводилось в движение группой людей, находящихся внутри него. Предполагают, что при строительстве Пантеона были использованы подъемный кран со ступальным колесом и ступальный свайный копер.
Триспастос
Возможно, что для подъема камней очень больших размеров и массы, например барабанов колонн или архитравов, пользовались более «старым» испытанным египетским способом, о котором упоминает еще Плиний Старший. По его словам, камни поднимали по наклонной плоскости, образованной мешками, наполненными сухим песком, при этом сами камни располагались несколько выше их будущего места опоры. Затем песок медленно высыпали из мешков до тех пор, пока каменные глыбы не занимали свое проектное положение. Однако, несомненно, что все же чаще использовали подъемные краны как более производительное грузоподъемное оборудование.
Для подъема камней кранами в одном случае на двух противоположных плоскостях камня вытесывались подковообразные борозды, через которые просовывали веревочные канаты и цепляли их за крюк крана. В другом — в камнях проделывали сквозные отверстия, через которые можно было пропускать подъемный канат, или, сделав на них специальные выемки, можно было ухватить их своего рода «клещами».
Самым трудоемким делом при строительстве была логистика, то есть доставка камней к месту стройки . Сухопутная доставка грузов осуществлялась при помощи волокуш, телег и тягловых животных. Погрузка и разгрузка их происходила как с помощью рычагов, клиньев и крюков, так и с помощью подъемных механизмов. Для доставки таких крупных и тяжелых камней, как барабаны колонн и части архитравов, строители храма Артемиды в Эфесе – Херсифрон и Метаген – еще в VI в. до н.э. изобрели особые приспособления, приближающиеся по своему устройству к каткам для выравнивания дорог. На этих катках ими были перевезены по полевым мягким дорогам, как это вычислено современными учеными, барабаны весом приблизительно в 16000 кг и архитравы длиною в 68.5 м и толщиной от 0.50 до 0.75 м, весившие приблизительно 18000 кг.
Громадные мраморные глыбы, большая часть которых привозилась из Египта на специально оборудованных для этого баржах. Для этого судна подавались к месту погрузки полузатопленными, с помощью уложенных для этой цели камней. После погрузки мраморных глыб на баржу эти временно уложенные камни убирались, баржа приподнималась и груз доставлялся по назначению.
Точная дата изобретения механизмов для подъема строительных материалов, подробно описанных Витрувием, нам неизвестна. В виду того, что сходные механизмы начали применяться в театральных представлениях в V в. до н.э., предполагают, что они тогда же вошли в употребление и в строительном деле. Для эллинистической эпохи, и притом с самого ее начала, применение этих механизмов в строительном деле засвидетельствовано рядом надписей (Делос, Дидима, Дельфы) и может считаться твердо установленным фактом. Очень интересно сравнить между собой две надписи, одну аттическую V в. и одну из Дидимы (середина II в. до н.э.). В первой дело идет о постановке в храм двух статуй, во второй – об укладке мраморной перекладины над дверями храма Аполлона. В том и другом случае применяют деревянные платформы на четырех ногах. Платформы эти имели такую же высоту, как и места окончательной установки статуй и перекладины. Надо было сперва поднять статуи и перекладину на эту платформу, с которой уже не трудно было передвинуть их на место. Подъем статуй на платформу осуществлялся в Афинах при помощи деревянной наклонной плоскости, тогда как для подъема камня в Дидиме устанавливался подъемный механизм на двух брусьях. Судя по неоднократным упоминаниям о подобных механизмах в надписях Дидимы, Делоса и Дельф, на местах крупных строек было по нескольку таких механизмов, которые хранились там в разобранном виде, собирались и подводились к указанному месту, когда в них встречалась надобность.
Храм Апполона в Дидиме
Автор: Грибулина А.