Кто-же был проектировщиком. Не всё так просто. Как возводился Пантеон и инженерные хитрости для снижения нагрузок
Богач Марк Агриппа, приятель Ирода и лучший друг Августа, также был покровителем искусств. В 27 году до н.э. он решил построить великолепный храм, посвященный всем богам - пантеон. К сожалению, пожар полностью разрушил храм в 80 году н.э., где-то в середине правления Домициана. Мы понятия не имеем, как он выглядел, но, скорее всего, это был стандартный прямоугольный храм. Домициан, вероятно, так и не удосужился восстановить его, потому что был слишком занят борьбой с племенами германцев и даков. Нерва так и не смог восстановить его, потому что он умер всего через шестнадцать месяцев после того, как стал императором. Траян никогда не удосужился восстановить храм, потому что он был слишком занят борьбой с даками и парфинянами, и сначала он хотел закончить строительство своего нового форума и архитектурного комплекса, известного сегодня как рынок Траяна (его истинное назначение было скорее правительственным, чем коммерческим), который Аполлодор строил для него в Риме. К тому времени, когда Адриан пришел к власти, место старого храма пустовало так долго, что, вероятно, превратилось в фермерский рынок.
Вместо того, чтобы просто восстановить предыдущее сооружение, Адриан хотел создать что-то другое и гораздо более грандиозное: здание, которое ослепит всех, кто его увидит. Как мы уже отмечали, он был неравнодушен к куполам, но гениальность Адриана заключалась в том, что он хотел реализовать все эстетические возможности бетона и его потенциал чтобы выразить не только красоту но и силу. И он хотел сделать это так, как не смогла бы сделать великолепно подогнанная и тщательно уложенная кирпичная кладка.
Некоторые специалисты предполагали, что Пантеон спроектировал Аполлодор. Это предложение кажется весьма маловероятным, учитывая неприязнь Адриана к Аполлодору и явное предпочтение которое последний отдавал сводам вместо куполов. Аполлодор также, по-видимому, сомневался в прочности бетона, потому что большинство сводов на рынке Траяна были выполнены из кирпича. Этот метод строительства, использовался давно и был достаточно надежным, когда кирпичи укладывали на бок вдоль деревянной полусводчатой формы для возведения свода. Действительно, до XIX века многие архитекторы считали что купол Пантеона был кирпично-ребристой конструкцией - собранной на полусферической деревянной форме, которая затем была покрыта бетоном. Аполлодор действительно использовал бетон для создания большого крестообразного свода на рынке Траяна, но он, вероятно, строился секциями и не имел ни размеров, ни сложности купола Пантеона.
Адриан, вероятно, был достаточно знаком со свойствами бетона, чтобы знать, что он сможет выдержать вес большого купола. Конечно, бетонные купола строились и в прошлом, но никогда в таком впечатляющем масштабе. Купол Адриана будет в два раза шире, чем любой другой, в два раза выше и, конечно, красивее. Никто в древности не доверял прочности бетона так, как Адриан при строительстве Пантеона. Вы удивитесь, но даже сегодня, большинство инженеров даже не попытаются начать такое строительство без использования стальной арматуры.
Естественно, амбициозный проект Адриана требовал особой тщательности. Мы знаем, по крайней мере, об одном компромиссе или изменении проекта, который имел место во время строительства Пантеона. Первоначально предполагалось, что колонный портик перед Пантеоном будет намного выше. Над существующим портиком можно легко разглядеть слегка сплющенный треугольник, который точно соответствует линии крыши под ним. Очевидно, изначальный размер портика предназначенного для гранитных колонн был просто слишком большим. Гранит чрезвычайно тверд и тяжел; каменщикам пришлось бы найти и вырезать массивный гранитный блок - без дефектов, который впоследствии мог бы поставить под угрозу несущую способность фундамента колонны, а затем, с большой осторожностью, опустить его на полозья, чтобы его можно было переместить в то место, где можно было бы выполнить трудную задачу вырезания из этого твердого материала идеально круглой колонны. (Рифлением колонн, вероятно, также пришлось пренебречь из-за сложности работы с камнем такого рода). Имеющиеся сейчас колонны все еще достаточно велики: гранитная часть каждой имеет высоту в 12 м и толщину в 1,5 м и увенчаны резными коринфскими капителями, которые имеют высоту в 2,5 м, что доводит полную высоту колонны до 14,3м.
Может существовать и другая причина для внесения изменения. Если посмотреть на изображение или модель Пантеона, в том виде, в каком он первоначально планировался, более крупный портик кажется более гармонично сочетается с ротондой позади него. Однако, с точки зрения человека на земле, смотрящего вверх, меньший портик выглядит достаточно большим. Адриан, должно быть, понял, что купол будет выглядеть менее впечатляющим, если входить в храм через больший портик. Адриан, возможно, время от времени срывался на людей, которые представляли для него угрозу или которых он просто не любил, но никто никогда не ставил под сомнение его эстетический вкус или его готовность использовать находящуюся в его распоряжении материальную и политическую власть для реализации строительных проектов. Например, вместо того, чтобы использовать для Пантеона гранит из близлежащих Альп или Калабрии, Адриан выбрал гранит с горы Клавдия (Джебель-Фатерех) в Восточном Египте. Логистика и расходы, связанные с транспортировкой этих колонн из Египта, должно быть, были весьма существенными, но Адриан, вероятно, был поражен бледно-серо-голубым цветом этого гранита и подумал, что он идеально подходит для небесной темы храма. С точки зрения эстетики Адриан был бы прав, если бы решил сделать портик поменьше.
Даже если бы ротонды не было, а портик продолжал очерчивать классический прямолинейный храм, это все равно считалось бы замечательным достижением греко-римской эпохи, но Адриан вместо этого хотел раздвинуть границы возможного в архитектуре больше, чем кто-либо до него.
Предполагается, что до начала работ над храмом был произведен ряд геометрических вычислений и расчет напряжения материалов. Если бы купол был увенчан в основании перевернутым близнецом, то его объем описывал бы идеальную сферу, основание которой точно касалось бы пола ротонды. Примерно за пятьдесят лет до этого замечательный греческий ученый Герон Александрийский написал книгу о математических уравнениях для строительства сводов и куполов, и не исключено, что Герон описал и эту форму. Этого мы никогда не узнаем, потому что трактат Герона, как и подавляющее большинство книг, изданных в древности, не сохранился до наших дней. Недавно была обнаружена еще одна математически выверенная особенность купола, которая, возможно, объясняет размеры, выбранные для отверстия на его вершине: глаза. В 2005 году Роберт Ханна из Университета Отаго в Данидине, Новая Зеландия, посетил Пантеон, проводя исследования для своей книги "Время Античности". Вскоре он понял, что планировка Пантеона предполагает, что это был больше, чем просто храм. Между осенним и весенним равноденствием свет полуденного солнца идёт по внутренней стороне куполообразной крыши; в то время как между весенним и осенним равноденствиями высоко стоящее солнце проходит вдоль нижних стен и пола. В каждое из равноденствий солнечный свет, проникающий через глаз купола, попадает на стык между крышей и стеной, над величественным северным дверным проемом Пантеона, позволяя лучу света проникнуть в окно над порталом и упасть на двор снаружи. Ханна указывает, что это не совпадение, так как такой же тип солнечных часов, распространенный в римские времена, использовался для указания времён года и включал в себя купол с отверстием, хотя, очевидно, намного меньше.
Тем не менее, как гласит старая поговорка, 1 процент везения и 99 труда, так что после того, как расчеты были выполнены и проектирование Пантеона завершено, началась действительно тяжелая работа: строительство внушительного, чрезвычайно сложного и уникального здания. Римляне не армировали бетон стальными стержнями, как мы это делаем сегодня, поэтому прочность бетона на растяжение была очень невысокой, да и прочность римского бетона на сжатие - его способность выдерживать большой вес (включая собственный) - также была меньше, чем у современного бетона. Большой бетонный купол создает огромные напряжения, направленные как вниз, так и наружу, на поддерживающие его стены. Короче говоря, купола заставляют инженеров нервничать, а купол такого размера заставил бы волноваться всех людей, связанных с этим проектом—архитекторов, работающих под руководством Адриана, инженера - строителя, подрядчиков и поставщиков материалов. Адриан хотел, чтобы его купол был голым, поэтому он должен был иметь гладкую поверхность. Было необходимо преодолеть ряд проблем, и если решение любой из этих сложных проблем будет неправильным, в результате все здание может рухнуть.
Направленные вниз и наружу напряжения, вызванные куполом, были перераспределены несколькими хитроумными способами. Для сдерживания внешних напряжений купола вокруг внешнего основания было уложено толстое кольцо кирпичной кладки. Однако самой трудной частью было строительство стен, которые могли бы выдержать как огромные сжимающие напряжения, так и меньшее, но все же существенное внешнее давление. Как мы видели ранее, типичная римская стена состояла из каменной кладки внутри и снаружи бетонной сердцевины. Чтобы справиться с нагрузками, вызванными тяжелым куполом Пантеона, бетонное ядро стены было сделано особенно толстым, а кирпичи, используемые для внешней и внутренней частей, были намеренно сделаны большими. Чтобы придать стене дополнительную прочность на сжатие, кирпичи укладывались в виде арки, а сама арка тоже заполнялась кирпичной кладкой. Предназначение этих заделанных сводов было в том чтобы разгрузить арки, они уже использовались в предшествующих римских зданиях для регулирования напряжения возникающего от веса бетонного свода. Однако наиболее интересным методом укрепления стен ротонды была интеграция в нее восьми толстостенных сводов по 6,4 м, каждый из которых дополнительно поддерживался двумя пилонами которые обрамляли внутренний вход в огромные круговые галереи внутри Пантеона. Именно в этих галереях когда-то были установлены большие статуи различных богов (сейчас они отведены для скульптур, изображающих различных святых). Эти восемь цилиндрических сводов находятся прямо напротив друг друга, поддерживая купол, как если бы это была последовательность пересекающихся арок, которая, теоретически, и составляет купол. Таким образом инженерная необходимость вылилась в эстетическое совершенство.
Еще одна серьезная проблема, с которой столкнулись архитекторы, заключалась в том, что если бы стандартный купол, такой, как в бане в Байе или в Нероновом Domus Aurea, был построен в таком масштабе, его вес стал бы таким, что даже толстые стены и бочкообразные своды ротонды не смогли бы его выдержать. Это было частично исправлено за счет двадцати восьми вертикальных рядов красивых инкрустированных крепежей, которые не только уменьшили бетонную массу купола и его последующую нагрузку, но и добавили потрясающее художественное украшение. Еще раз, инженерное искусство было использовано для того чтобы добавить красоты сооружению, подчеркнуть основную концепцию и идею, ради которых строился Пантеон.
Для еще большего снижения веса купола использовался более легкий заполнитель - пористая вулканическая пемза, в отличие от стен, в которых были использованы более твердые породы заполнителя с лучшей несущей способностью. Действительно, можно увидеть множество различных заполнителей, которые использовались при строительстве Пантеона: один для фундамента, другой для стен, а третий для купола, каждый из которых идеально подходит для конкретного применения и/или обеспечения соответствия имеющейся нагрузки. Это искусное использование различных заполнителей было тем, что не смогут полностью оценить до двадцатого века.
Купол Пантеона не был бы таким великолепным, если бы форма, в которую заливался бетон, не была образцом совершенства. Форма для купола Пантеона была наиболее художественно продвинутым примером бетонной опалубки, используемой до современной эпохи. Представьте себе выпуклый разворот внутренней поверхности купола Пантеона с торчащими из него четырехступенчатыми углублениями. По большому счёту, эта математически совершенная деревянная форма с почти безупречной поверхностью должна была создаваться на месте, десятками рабочих, возводящими её верхнюю и нижнюю часть, а каждый шаг ее изготовления, должен был сопровождаться постоянным контролем, чтобы обеспечить требуемую точность. Форма должна была быть сделана из прочной древесины, такой как орех или дуб, и она должна была быть довольно толстой, чтобы выдержать вес сотен тонн бетона, укладываемого на нее. И поддерживал все это густой лес чрезвычайно крепких лесов внизу, вероятно, состоящий из бревен, вырезанных из цельных стволов сосен.
Тем не менее, трамбовка римского бетона была важным элементом обеспечения долговечности материала. Она не только заполняла все пустоты опалубки, но и сжимала сам бетон, делая его более плотным и твёрдым, обеспечивая минимум микроскопических воздушных полостей внутри материала, которые могли бы служить путями для попадания внутрь бетона воды или химических веществ, которые могли повредить его. Этот метод уплотнения бетона не использовался, пока не был повторно обнаружен в отделе гражданского строительства США, сотрудники которого заметили преимущества такого метода уплотнения при строительстве бетонной конструкции дамбы в 1980х. Сегодня этот метод широко используется.
Построенный храм ошеломляет во всех смыслах этого слова. Сначала вы входите в портик между самыми высокими гранитными колоннами, которые когда-либо существовали в Риме, а затем проходите через сохранившиеся с тех времён двойные бронзовые двери высотой 6,4 м в огромное открытое пространство, которое впечатляет своими размерами. Огромный купол высоко над вами был спроектирован так, чтобы представлять небеса, и потрясающие концентрические ряды сводов, поднимающиеся к "глазу" в его центре, и кажется что они создают какую-то большую естественную силу, как божественную, так и интеллектуальную, застывшую в акте становления. Однако впечатлений и толкований смысла, скрытого в куполе Пантеона - математических, эстетических и даже духовных - не меньше, чем человеческих существ. Один человек описал Пантеон как некий временной портал, в котором посетитель сразу же переносится в Древний Рим во всей красе. Это правда. Здесь, как нигде, посетитель может ощутить мощь и величие Рима времён Римской Империи.
Когда храм был закончен, Адриан сделал кое-что любопытное. На фронтоне он вырезал оригинальную надпись посвящения Агриппе. Он написал "M. AGRIPPA L. F. COS. TERTIUM FECIT.” Наиболее монументальные посвящения в это время сокращались в формулы мгновенно узнаваемые римлянами, которые бы читали ее как M.-Маркус АГРИППА L: Луция F-сын COS-консул TERTIUM-третий FECIT-построил - "Марк Агриппа, сын Луция, построил это при своём третьем консульстве". В отличие от большинства римских императоров, Адриан не любил оставлять свое имя на каждом построенном им здании, и это привело к некоторой путанице. Адриан восстановил несколько зданий в Афинах и построил еще несколько. Помните, что платформа для выступлений ораторов на небольшом холме в Афинах называется Pnyx? Её реставрация была проведена в царствование Адриана, но долгое время строение считалось произведением классического периода. То же самое относится и к Пантеону. Всего через семьдесят пять лет после того, как Адриан построил это великолепное сооружение с куполом, римский историк Кассий Дио причислит его к числу зданий, возведенных Марком Агриппой. Эта вера сохранялась на протяжении большей части последующих столетий, и все предполагали, что Пантеон был построен на сто пятьдесят лет раньше. К счастью, римляне обычно проштамповывали свои кирпичи годом правления тогдашних консулов, а также именем производителя (часто кирпичи выпускались правительством или армией). В начале двадцатого века несколько кирпичей из Пантеона были извлечены и исследованы; они подтвердили, что Адриан действительно был строителем Пантеона. Кирпичи датируются 118-125 годами н.э., примерно шестым годом его правления, что еще раз подтверждает, что планирование и подготовка имели место до начала проведения фактических работ. Возможно даже, что Адриан начал проектировать Пантеон во время правления Траяна, и, возможно, именно об этом проекте отзывался Аполлодор в своем резком замечании о "тыквах". Адриан в конце концов приказал казнить Аполлодора (вероятно, приказал ему покончить с собой). Я думаю, что Адриан сначала устроил греческому архитектору тур по завершенному Пантеону перед тем как объявить ему смертный приговор. Послание Адриана Аполлодору было ясным: "Так, что ты думаешь об этой тыкве?”
Бетонные своды и купола стали популярны в Римской Империи во втором, третьем и четвертом веках, хотя ни одна из более поздних конструкций никогда не достигла размеров Пантеона. Крестовые своды особенно часто использовались в крупных общественных банях. Все бани разрушились за одним исключением: одна секция бани построенной в Риме императором Диоклетианом в четвертом веке. Эта секция когда-то была frigidarium, крылом бани для купания в холодной воде. Она была спасена от разрушения так как была перестроена в церковь: базилика Санта-Мария-дельи-Анджели-э-деи Мартин. Её стоит посетить, так как это лучший сохранившийся пример сводов из римского бетона.
После правления пяти добрых императоров Римская империя, по крайней мере, ее западная половина, прожила еще пару столетий, несмотря на почти безжалостную гражданскую войну и вторжения варваров. Восточная Римская империя сохранилась в усеченном виде до XV века, когда её столица, Константинополь, была захвачена турками. Однако задолго до этого исчезли бесчисленные книги литературного и исторического значения, а также секреты десятков различных технологий, включая формулу изготовления римского бетона.
За несколькими любопытными и единичными исключениями, прошло почти полторы тысячи лет, пока бетон не был переоткрыт заново, и еще столетие или два, пока мы не поняли, что делаем те же ошибки, которые римляне научились избегать уже в древнем прошлом. К сожалению, к тому времени, когда мы обнаружили наши ошибки, планета уже была покрыта материалом, который был сделан и применен неправильно. В отличие от Пантеона и здания римского Сената, практически все бетонные конструкции, которые мы видим сегодня, в конечном итоге потребуют перестроки, что обойдется нам в триллионы долларов, фунтов, евро, иен и юаней. Но это уже другая история, которая будет рассмотрена позже.