Строительная Экология 2000 лет назад

                                                                               Автор: А.Б.ТРИНКЕР, д.т.н.

 Архитекторы и строители 2000 лет назад показали нам экологические методики сохранения Природы.

     Каждый уважающий себя современный строитель и эколог должен знать историю возникновения и применения основного строительного материала.  Новое Время в развитие человечества ознаменовалось применением бетона, который последние 100 лет совершенствовался, модернизировался, улучшался и стал обладать массой уникальных свойств. Изучив Историю технологии бетона и Экологии можно двигаться дальше по пути Прогресса.

В I веке Новой Эры великая Римская Империя завоевала территорию древних германских племён живших вдоль самой большой реки западной Европы Рейна, принеся с собой значительно более высокие культуру и технику. Римляне основали здесь несколько больших комфортабельных поселений, в том числе город, названный затем Кёльн, четвёртый по численности в современной Германии. Древнеримское название города Colonia впоследствии присвоили всем колониям….

Первую проблему – снабжение города чистой питьевой водой успешно решили древние римские инженеры построив гидро-канал, акведук Айфель ( Eifel ) один из наиболее протяжённых акведуков всей древней Римской империи. Сооружение такого уровня является наглядной демонстрацией высоких технологий, включая экологию и знаний древнеримских инженеров, чей уровень мастерства был утёрян в Средние века.

Акведук Айфель, строительство которого было закончено в 80 году н. э., нёс свои воды на расстояние более 95 км с гор Айфель в древний город Colonia Claudia Ara Agrippinensium ( современный Кёльн ), а полная длина с дополнительными участками ведущими к источникам составляет 130 км. В отличие от большинства других римских акведуков Айфель был спроектирован таким образом, чтобы минимально необходимая часть его конструкций проходила по поверхности. Акведук практически на всём своём протяжении расположен под землёй - это защищало его от повреждений и замерзания, и вода в нём двигалась исключительно под действием гравитации без каких-либо дополнительных устройств. Акведук Айфель также включал в себя несколько мостов ( длиной до 1400 метров ) для преодоления оврагов и водоразделов крупных рек.

До постройки акведука Айфель город Кёльн получал воду из акведука Vorgebirge   ( «предгорье» ), который черпал свои воды в источниках региона Вилль и шёл на запад города. С ростом Кёльна пропускной способности этого акведука стало не хватать, кроме того, его источники периодически пересыхали, а вода содержала ил и песок. Строили акведук Айфель из камней и бетона, в форме арки, расчётной максимальной пропускной способностью 20 000 кубометров питьевой воды в день. Воды из акведука Айфель использовались для питания фонтанов, бань и частных домов Кёльна. Акведук без перерывов функционировал до 280 года, когда он был частично разрушен во время первых набегов германских племён.

Акведук Айфель начинался у источника возле Неттерсхайма в долине реки Урфт, затем по равнине к поселению Калль, где пересекал водораздел рек Маас и Рейн. Римские инженеры выбрали такую местность чтобы исключить применение перекачивающих устройств. Затем акведук шёл параллельно северной гряде гор Айфель, пересекая реку Эрфт возле селения Kreuzweingarten (в районе Ойскирхен) и реку Свист - здесь он представлял собой арочный мост. В районе селения Kottenforst, к северо-западу от Бонна, акведук Айфель проходил через возвышенность Vorgebirge. Далее через Брюль и Хюрт, и заканчивался акведук в Кёльне.

Для защиты от морозов бо́льшая часть акведука Айфель была проложена на глубине 1 м под землёй. Археологические раскопки показали, что римские инженеры делали каменную подложку, на которую ставилась U-образная труба из камней или бетона, поверх неё устанавливалась защитная крыша-арка из камней, скреплённых известковым раствором.

Для придания U-образной формы трубе из бетона и при формировании защитной крыши использовались брёвна и доски. Частички дерева были найдены в бетоне спустя 2000 лет. Внутренняя ширина акведука равнялась 70 см, высота - 1 м, то есть при необходимости служащий мог войти внутрь акведука для проведения ремонтных работ. Снаружи акведук был оштукатурен для защиты от грязи и дождевой воды. В нескольких местах применялась дренажная система для отвода грунтовых вод.

Внутренняя сторона акведука также была оштукатурена; здесь применялась красная штукатурка под названием opus signinum. Она состояла из негашенной извести и толчёных кирпичей. Этот раствор затвердевал под воздействием воды и предотвращал утечки ключевой воды наружу. Небольшие трещины заделывались деревянной золой.

Источники были специально подготовлены для направления их вод в акведук Айфель. Первый источник располагался в Grüner Pütz возле посёлка Неттерсхайм. Наиболее хорошо изученный источник  «Фонтан Клауса» ( Klausbrunnen )  расположенный возле города Мехерних, в настоящее время отреставрирован и находится под защитой государства.

Всего существовало четыре основных области с источниками:

• Grüner Pütz (Зелёный колодец) возле Неттерсхайма;
• Klausbrunnen (Фонтан Клауса) возле Мехерниха;
• Область источников возле Мехерниха-Урфей;
• Hausener Benden возле Мехерниха-Эйзерфей.

Источник Hausener Benden был обнаружен только в 1938 году во время проведения работ по поиску питьевой воды для города Мехерних. Инженеры геологоразведки случайно наткнулись на акведук Айфель, и как оказалось источник спустя почти 2000 лет всё ещё действовал. Акведук так хорошо сохранился и обладал таким высоким качеством воды, что был просто соединён с современной системой водоснабжения. Таким образом, для того, чтобы не повредить источник, археологические раскопки на его территории не проводились.

Римляне предпочитали питьевую воду, обогащённую минералами. Римский архитектор Витрувий так описывал процедуру тестирования источника воды :

Также Витрувий замечает : «Мы должны с большой осторожностью и вниманием искать источники и отбирать их, учитывая здоровье народа». Вода в акведуке Айфель признавалась одной из лучших в Римской империи.  Можно только восхищаться заботой о Экологии замечательного Архитектора Древнего Рима! Достойный пример для подражания в ХХ1 веке.

Минеральная вода с годами непрерывной эксплуатации оставила осадок карбоната кальция на стенках, и к 280 году, то есть через 200 лет (!!!), почти вся внутренняя поверхность акведука была покрыта известняковыми отложениями толщиной до 20 см. Несмотря на сужение внутреннего сечения трубы, вода из акведука и сегодня могла бы доставляться в Кёльн, если разрушенные участки акведука были бы восстановлены.

По различным причинам существовало очень мало наземных участков акведука Айфель. Этим он отличается от большинства римских акведуков, например, Пон-дю-Гар на юге Франции. Можно перечислить следующие причины:

• маршрут акведука был специально выбран так, чтобы не возникало необходимости в строительстве надземных сооружений;
• подземное расположение акведука защищало воду от замерзания;
• температура воды, поступавшей в Кёльн, была достаточно комфортной из-за теплоизоляционных свойств земли;
• в случае войны подземные акведуки значительно меньше подвержены опасности быть разрушенными.

Однако существовало несколько мест, где потребовалось построить надземные сооружения. Наиболее примечательными из них был арочный мост через реку Свист возле Райнбаха длиной 1400 м и высотой до 10 м. Археологи подсчитали, что мост насчитывал 295 арок шириной 3,56 м, однако до нашего времени мост не сохранился.

Меньший мост пересекал равнину возле Мехерниха. Его высота составляла также 10 м, длина  70 м. Он достаточно хорошо сохранился до наших дней, подвергся реставрации и в настоящее время являет собой наглядную демонстрацию того, как выглядел акведук во времена Римской империи.

Конструкция римских акведуков указывает на высокий уровень технических знаний римских инженеров. Лишь изредка римляне испытывали проблемы с низкокачественными работниками на важных объектах. Так, Секст Юлий Фронтин, ответственный за водоснабжение Рима, пишет:

Учитывая геологоразведку в огромных масштабах, подземное строительство и большое количество работ по производству и укладке кирпичей, становится понятно, что конструкции таких размеров не строились сразу целиком. Вместо этого инженеры разделяли проект на несколько отдельных участков. Границы этих частей удалось восстановить археологам. Для акведука Айфель длина одного участка составляла 15 000 римских футов (4400 метров). Кроме того, доказано, что геодезические работы проводились отдельно от строительства, точно также, как это делается в наше время.

На каждый метр акведука в среднем требовалось выкопать 3-4 м³ земли, затем заложить 1,5 м³ бетона и облицевать 2,2 м² штукатуркой. Общие трудозатраты оцениваются в 475 000 чел-час. Учитывая, что в году содержится в среднем 180 дней, подходящих для строительства, 2500 рабочих потратили 16 месяцев на завершение проекта. Реализуя проект акведука древние строители применяли подъёмные краны подобные приведенному на фото.

После окончания работ, труба акведука была засыпана землёй, поверхность над ней выровнена. Возле акведука была построена специальная дорога, предназначенная для его обслуживания, которая также указывала жителям окрестных районов что вокруг запрещено земледелие. Такие же дороги строились и возле других акведуков. Так, возле акведука, ведущего в Леон ( Франция ), стояли таблички со следующей надписью:

Представить подобное в ХХ веке невозможно, а ведь сам император приказал !

После выбора подходящего места для строительства акведука, необходимо было удостовериться, что местность будет обеспечивать постоянный уклон на всей его протяжённости. Используя инструменты, похожие на современный уровень, римские инженеры могли определять уклон с точностью до 0,1 градуса - то есть 1 м уклона на 1 км акведука. Кроме того, все сооружения, которые соединялись с основным акведуком ( мосты, туннели ), также должны были сохранять заданный уклон. Иными словами говоря : геодезическая служба Древней Римской Империи была уникальная, интересно какими «приборами» они пользовались ?

Строители акведука Айфель очень хорошо использовали природные особенности рельефа. В тех случаях, когда вода с одного уровня приходила на следующий слишком высоко, для того, чтобы избежать изменения угла наклона, создавались резервуары, накапливающие воду и выравнивающие уровни - вода, падающая в них водопадом, успокаивалась. Интересно в каком университете учились строители ?

Бетон opus caementicium, используемый для строительства акведука Айфель, состоял из оксида кальция (негашеная известь), песка, камней             ( гравия ) и воды. Для создания строительных конструкций применялась опалубка из досок, в которую заливался бетон. Испытания современными методами проведенными экспертами DIN - Deutsches Institut für Normung e.V. - показали, что римский бетон, изготовленный в 1 веке новой эры, через 2000 лет полностью удовлетворяет всем требованиям ХХI века !

Все 200 лет своего существования (с 80 по 280 годы н. э.) акведук требовал постоянного обслуживания, улучшений и чистки. Для проведения обслуживания работники спускались к трубе по шахтам. Также существовали открытые бассейны в тех местах, где вода из нескольких источников объединялась в общую трубу — таким образом обслуживающий персонал мог выяснить, где произошла поломка.

За несколько километров до конца акведук Айфель выходил на поверхность в виде моста высотой 10 м. Мост позволял доставлять воду в расположенные на возвышенностях кварталы города по герметичным трубам. Такие трубы изготовлялись из свинцовых пластинок, согнутых в кольцо и спаянных вместе, либо объединённых с помощью фланцев. Сначала вода из акведука попадала в общественные фонтаны, которые работали круглогодично. Сеть фонтанов была настолько плотной, что любой житель должен был пройти не более 50 м до ближайшего источника пресной воды. Кроме того, публичные бани, частные дома и даже общественные туалеты (!!!) также снабжались водой. Римляне использовали бронзовые краны. Сточные воды собирались в канализационные трубы под городом и выводились в Рейн ниже (!!!) по течению. В настоящее время одна секция римской канализации открыта для посещения туристами под улицей Budengasse в Кёльне.

Акведук Айфель был разрушен германскими племенами в 280 году н. э. во время нападения на Кёльн и никогда больше не использовался, несмотря на то, что город продолжил своё существования. Из-за перемещений племён и народов по регионуи отрицания знаний предыдущих цивилизаций ( напоминает нам современность ), технология строительства и эксплуатация акведуков была забыта. Акведук Айфель был затерян под землёй более 500 лет, пока его не нашли Каролинги, начавшие новое строительство в долине Рейна. Вследствие того, что окружающий регион был беден камнем, акведук стали расхищать (!!!) на строительный материал. Большие куски акведука использовались при строительстве городской стены Рейнбаха. Все наземные конструкции акведука и часть подземных сооружений были использованы в качестве строительного материала в Средние века. Средневековые записи указывают что люди утратили понимание : для каких целей служил акведук.

Особенной популярностью пользовались известковые отложения, взятые изнутри акведука. За время его функционирования осадочный слой во многих местах составил 20 см. Материал имел состав, похожий на коричневый мрамор, его было легко доставать из трубы, а после полировки можно было порезать на каменные пластины. Такой искусственный камень получил распространение по всей территории Рейнланда, в особенности в качестве материала для изготовления колонн, оконных рам и даже алтарей. В Роскилле, Дания, этот же материал используется на нескольких надгробиях - это самая северная точка, где можно увидеть «Айфельский мрамор».

Акведук Айфель – жизненно-необходимое сооружение, имеющее большую историческую и археологическую ценность, особенно для изучения римской архитектуры, геодезии, организаторских способностей и уровня инженерных знаний древних римлян. Он является горьким напоминанием о потерянных в Средние века уникальных экологических технологиях, об эпохе отрицания и забывания целых цивилизаций, когда высокотехнологичные сооружения древности вроде акведука Айфель использовались лишь как каменоломни.                                                                                                                 Наша „цивилизация“ вновь достигла высот римских технологий в строительстве лишь в XX веке.                                                                                        История акведука Айфель - наглядный урок будущим поколениям.

      Библиография : 

1.Chanson, H. (2002). «Certains Aspects de la Conception hydrauliques des Aqueducs Romains», Journal La Houille Blanche, No. 6/7.                                                                                       2. Grewe, Klaus. Der Römerkanalwanderweg. Eifelverein Düren. ISBN 3-921805-16-3.                                                                                                                                  

3. Grewe, Klaus. Atlas der römischen Wasserleitungen nach Köln. Rheinland-Verlag. ISBN 3-7927-0868-X.                                                                                                                                      

4. Haberey, Waldemar. Die römischen Wasserleitungen nach Köln. Rheinland-Verlag, 1971. ISBN 3-7927-0146-4.                                                                                                                     

5. Hodge, Trevor. Roman Aqueducts and Water Supply. London: Duckworth, 2002. ISBN 0-7156-3171-3.                                                                                                                                   

6. Jeep, John M. Medieval Germany: An Encyclopedia. Routledge, 2001. ISBN 0-8240-7644-3.                                                                                                                                                                            

 7. Lewis, M.J.T. Surveying Instruments of Greece and Rome. Cambridge University, 2001. ISBN 0-521-79297-5.                                                                                                                         

8. Pörtner, Rudolf. Mit dem Fahrstuhl in die Römerzeit. Moewig, Rastatt 2000. ISBN 3-8118-3102-X.                                                                                                                                                

9. Tegethoff, F. Wolfgang; Rohleder, Johannes; Kroker, Evelyn. Calcium Carbonat From the Cretaceous Period Into the 21st Century. Birkhäuser, 2001. ISBN 3-7643-6425-4.