Ученые выяснили, как был построен самый длинный римский акведук

Фото из открытых источников

Научное исследование анализирует материалы крупнейшего гидротехнического сооружения Римской империи в Загуане-Карфагене, раскрывая, как строители адаптировали рецептуру своих растворов в зависимости от их назначения: для скрепления камней или для гидроизоляции.

Группа португальских исследователей провела научное исследование растворов, которые на протяжении почти двух тысячелетий поддерживали и облицовывали Загуанско-Карфагенский акведук. Результаты, опубликованные в журнале npj Heritage Science , открывают уникальный взгляд на мышление римских инженеров и их преемников, демонстрируя сознательное стремление к эффективности: состав материала намеренно менялся в зависимости от того, выполняла ли она структурную (поддерживающую) или облицовочную (гидроизоляционную) функцию.

Карфагенский акведук был не обычным сооружением. Его длина составляла 132 километра, что делало его крупнейшим акведуком, построенным Римской империей в своё время. Строительство, начатое по приказу императора Адриана во время его визита в Карфаген в 128 году н.э. и завершенное около 162 года н.э., предназначалось в первую очередь для снабжения водой Антониновых бань.

По оценкам, он мог транспортировать до 25 000 кубических метров воды в день. Это был не просто канал, а демонстрация мощи и триумф инженерного искусства. Сегодня его руины — это открытая книга истории строительства, главы которой написаны римлянами, византийцами, арабами периода Хафсидов и современными реставраторами.

Исследование началось с гипотезы: исторические строители, и римляне в частности, использовали разные типы раствора для скрепления блоков колонны и для покрытия внутренней поверхности водопроводного канала. Формула раствора определялась функциональностью. Чтобы проверить это, исследователи под руководством Фернанды Карвалью и Жуана Педро Вейги собрали 40 образцов раствора из разных точек руин акведука, на возвышенных участках.

Они классифицировали эти образцы в соответствии с их функцией: структурные (для связывания или заполнения) или облицовочные (для покрытия поверхностей, особенно внутренней части водопроводных труб). Затем они подвергли их серии анализов с использованием неразрушающих или минимально инвазивных методов, уделяя первостепенное внимание сохранению самих образцов.

Химический анализ выявил четкую тенденцию. В растворах, выполняющих структурную функцию, содержание кремния было выше, чем в растворах, используемых в качестве облицовочных материалов, отмечается в исследовании. Проще говоря, растворы, предназначенные для несущих конструкций, были «более песчаными». Кремнезем (основной компонент песка) обеспечивает объемную стабильность и механическую прочность — качества, необходимые для материала, который должен выдерживать нагрузки.

Напротив, растворы для облицовки, особенно те, которые покрывают внутреннюю поверхность водопроводных труб, имели другой состав. В случае облицовки водопроводных труб растворы были разработаны с добавлением измельченной керамики для улучшения гидравлических свойств и обеспечения водонепроницаемости материала, объясняют авторы. Эта измельченная керамика, известная в древности как opus signinum или cocciopesto , реагирует с известью и водой, образуя материал, который затвердевает даже во влажных условиях, становясь более прочным и непроницаемым. Это было идеальным решением для предотвращения протечек в водопроводе.

Наблюдение под оптическим микроскопом подтвердило эти различия. Растворы для облицовки, как правило, были легче и более связными, с вкраплениями фрагментов керамики и даже древесного угля (последний, возможно, использовался для изменения цвета или в качестве примеси). Конструкционные растворы, более темного цвета, демонстрировали большую пористость и микротрещины, что, возможно, связано со способом их нанесения, менее плотным, чем растворы для облицовки.

Термический анализ (нагрев образцов и измерение изменений их веса) позволил рассчитать «индекс гидравлики». Современные растворы или растворы, полученные в ходе недавних реставраций, демонстрировали «воздушный» характер (затвердевание на воздухе), в то время как многие исторические образцы, особенно из водопроводных труб, проявляли выраженный гидравлический характер. Один современный образец даже показал минералогический состав портландцемента (ларнит), подтверждающий его современное происхождение.

Одним из наиболее интригующих результатов является то, что, несмотря на выявление различий по функциям, не удалось определить характерную закономерность, связанную с историческими периодами строительства.

История акведука полна перипетий: частично разрушенный вандалами и арабами, восстановленный византийцами, перепрофилированный султанами Хафсидов для снабжения Туниса водой, и, наконец, ставший объектом современных работ по укреплению.

Такое наложение различных методов обработки, в сочетании с возможной изменчивостью источников сырья на протяжении веков, затрудняет присвоение уникальной «химической сигнатуры» каждому периоду (римскому, средневековому, современному). Сохраняется функциональная логика рецепта, а не временной маркер.

В исследовании делается вывод, что величие Загуанско -Карфагенского акведука заключается не только в его масштабе, но и в изощренном использовании самых простых материалов: строительного раствора.

Римляне и последующие строители эмпирически понимали свойства материалов. Они знали, что для скрепления камней необходим раствор, богатый песком, стабильный и прочный. И они знали, что для гидроизоляции водопроводного канала ключевым моментом является добавление измельченной керамики для активации гидравлических процессов.

Это исследование предоставляет ценные знания для будущей реставрации памятника. Понимание состава и поведения исходных материалов имеет важное значение для разумного подхода к реставрации с использованием совместимых материалов, гарантируя, что это тысячелетнее свидетельство римской инженерии продолжит противостоять времени. Акведук, в своем каменном молчании, продолжает говорить. И теперь, благодаря науке, мы можем лучше понять его материальный язык.