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Roman engineering - Wikipedia

古代ローマは先進的な工学の業績により有名である。 もっとも彼らの発明の幾つかは古いアイデア、発想 (concept)、及び発明の改良である。 しかしローマ人により、ギリシャで考えられなかった技術に変換された。 ローマで使用された建築様式はギリシャと エトルリアの源泉により強く影響を受けた。

道路はこの当時普通であったが、ローマ人はこのデザインを改良し、 道路が今日までなお使用できるまでその建設を完成した。 彼らの業績は当時、及びその後の大半の他の文明を凌駕し、 そして、彼らの構造の多くは時の試練に耐え、とりわけルネッサンスの最中に他の多くを触発した。

ドイツにおける高さ 10.4 m (34 フィート) のローマのポーリースパストス (Polyspastos) の再建

1000 立方メートル (260,000 US ガロン) の水が、毎日 14 本 の水道でローマに持ち込まれた。 古代ローマの 1 人あたりの水の使用は、ニューヨーク市や現代のローマのような現代都市に匹敵する。 大半の水は浴場や下水のような公共使用のためであった。 「水道に関して」 (De aquaeductu, On aqueducts) は フロンティヌス (Frontinus) により執筆された、 1 世紀のローマの水道に関する最も信頼のおける 2 巻からなる論説である。

水道は長さが 10 km - 100 km (10 マイル - 60 マイル) に及ぶことがあり、 典型的には海抜 300 m (1,000 フィート) の水源から降下し、都市の周りの貯水池に到達する。 ローマの技術者は谷を横断する時に、もしも高架水道を建設することが非現実的であると判断すれば、 逆向きのサイフォンを使用した。 ローマの軍団 (legion) が水道建設に主に責任を負った。 保守はしばしば奴隷によってなされた。

スペイン、 セゴビアの水道橋 (Aqueduct)

ローマは水力を利用した最初の文明の 1 つである。 彼らはギリシャの外で、小麦粉をひくための最初の水車 (mill) の幾つかを建設し、 地中海地域中に水車 (mill) を建設する技術を広めた。 有名な実例が南フランスのバルブガル (Barbegal) にあり、 ここでは 16 基の上掛け水車 (overshoot mills) が丘の中腹に建設され、 一本の水道により動作し、一つの水車の排水が下の水車に供給され、滝になっていた。

彼らは採鉱にも熟練しており、 金属の鉱石の抽出 -- 例えば水力採鉱 (hydraulic mining) -- に使用される装置に給水するための水道、及び 鉱山上部 (minehead) に必要となる貯水池を建設した。 知られていることは、彼らは採鉱機械 -- 例えば粉砕水車と排水機械 -- を建設・操業ができたことである。 水を汲み上げるための、大きな直径のローマの古風な (vintage) 垂直水車が 南西スペインのリオ・ティント (Rio Tinto) 鉱山で発掘された。 これらが金資源の発掘で密接に関連したのは、 南西ウェールズのドライコシ (Dolaucothi) と北西スペインにあり、 後者では金鉱山が AD 1 世紀の初期に、例えば ラス・メドゥラス (Las Medulas) で非常に大規模に開発された。

ローマの橋は、かって建設された橋で、始めて、大きくて長続きするものの 1 つであった。 これらは石で建設され、基本構造としてアーチが採用された。 大半はコンクリートも利用した。 BC 142 年に建設され、 アエミリウス橋 (Pons Aemilius) は 後にポンテ・ロット (Ponte Rotto (broken bridge)、壊れた橋) と改名され、イタリア、ローマの最古の石の橋である。

スペイン、 アルカンダラ橋 (Alcántara Bridge)

最大のローマの橋はドナウ川下流を越える トラヤヌスの橋 (Trajan's bridge) で、 ダマスカスのアポロドーロス (Apollodorus of Damascus) によって建設され、 1000 年以上もの間、、 全長の長さ、スパン長のどちらにおいても、かって 建設された最長の橋であった。 これらは水面上、通常は少なくとも 18 m あった。

一時的な軍事橋の建設の実例には 2 基の シーザーのライン橋 (Caesar's Rhine bridges) がある。

ローマ人は給水のために多くのダムを建設し、 例えば複数のスビアーコ・ダム (Subiaco dam) があり、これはローマに給水する最大の水道である 新アニオ (Anio Novus) に供給していた。 スビアーコ・ダム (Subiaco dam) の 1 つは世評ではかって最高のものあるいはそう推定できるものであった。 彼らはスペインで メリダ (Mérida) にあるような 72 基のダムを建設し、もっと多くのものが帝国中に知られている。 ガリシア (Galicia) のモンテフラド (Montefurado) のある場所では、彼らはシル川 (Sil) を横断するダムを建設して、 川床にある金の鉱床を露出させたようである。 この場所は ラス・メドゥラス (Las Medulas) の壮観な金鉱の近くにある。

幾つかの土砂ダムが英国で知られており、これにはローマ時代のランチェスター (Lanchester) のロンゴビチウム (Longovicium) の よく保存された実例があり、ここは産業規模の金属細工 (smithing) と精錬 (smelting) に使用されており、 これは北イングランドのこの場所で見つかるスラッグの堆積から判断される。 水を貯えるタンクは水道システム (aqueduct system) 沿いでも普通で、 多くの実例が唯一の場所 -- 西ウェールズのドライコシ金山 (Dolaucothi) -- で知られている。 石造りのダムは北アフリカでは普通であり、多くの集落の後方の ワジ (wadi) からの信頼できる給水を提供するためであった。

古代ローマの建物と建築は現代の標準からでさえ、印象的である。 例えば キルクス・マクシムス (Circus Maximus) は十分に大きかったので競技場 (stadium) として使用された。 コロッセウム (Colosseum) も最も素晴らしいローマ建築の実例を提供する。 ローマ人により建設された多くの競技場 (stadium) の 1 つであるコロッセウム (Coloseum) は ローマの建築一般に関連するアーチと曲線を展示している。

ローマのコロッセウム (Colosseum)

ローマの パンテオン (Pantheon) はモニュメント・墓であり、 ディオクレティアヌス浴場 (Bath of Diocletian) と カラカラ浴場 (Bath of Caracalla) は保存状態から素晴らしく、 前者にはまだ無傷なドームがある。 このような巨大な公共の建物は帝国中の無数に多くの プロビンス (province、 属州) の首都と町で模倣され、 これらのデザインと建設の背後にある一般原則は千年紀の変わり目の ウィトルウィウス (Vitruvius) の記念碑的 デ・アーキテクチュラ (De architectura) の記述に述べられている。

浴場のために開発された技術はとりわけ印象的で、 どこでも発展したセントラル・ヒーティングの最初の形式の 1 つである ハイポコースト (hypocaust) の広範囲の使用である。 この発明は大きな公共の建物のみに使用されたのみならず、家庭の建物にも広がり、 これには帝国中に建設された多くの ヴィラ (villa) にあった。

使用されたもっとも普通な資材は：　 レンガ、石、あるいは石を漆喰で固めたもの (masonry)、セメント、コンクリート、 及び大理石である。 レンガは多くの異なる形状があった。 曲がったレンガは柱を建設するのに使用され、 3 角形のレンガは壁を建設するのに使用された。

大理石は主に装飾的資材であった。 アウグストゥス (Augustus Caesar) はかって自慢したことは、 彼がローマをレンガの都市から、大理石の都市にしたことである。 ローマ人は元々大理石をギリシャから持ち込んだが、 後に北イタリアに自分達の石切り場を見つけた。

セメントは水酸化石灰 (hydrated lime) (酸化カルシウム (calcium oxide)) に 砂と水を混ぜて作った。 ローマ人が見つけたことは、砂の代わりに、あるいはその補完に ポゾラン添加剤 (pozzolanic additive) -- 例えば火山灰 -- を加えると、 とても硬いセメント -- 水硬モルタル (hydraulic motar) あるいは水硬セメント (hydraulic cement) と呼ばれる -- ができた。 彼らはこれを建物、公衆浴場、水道などの構造に広く使用し、これらが現代まで生き延びることを保証した。

ローマの道路は洪水や他の環境の危険の影響を受けないように建設された。

標準的なローマの道路には幾つかの変種があった。 高品質の道路の大半は 5 層から構成されていた。 最下層 (bottom layer) はパヴィメントゥム (pavimentum) と呼ばれ、 1 インチの厚さがあり、漆喰で作られた。 この上には 4 層の漆喰で固めた石 (masonry) がある。 パヴィメントゥム (pavimentum) よりすぐ上の層はスタチューメン (statumen) と呼ばれた。 これは 1 フィートの厚さで、セメントや泥で結び付けた石で作られた。

ローマの道路建設の図式

この上に rudens があり、 これは 10 インチの付き固めたコンクリートで作られた。 次の層の nucleus は 12 インチから 18 インチの ローラーで慣らしたコンクリートを交互に敷いて構成された。 Summa crusta -- ケイ石 (silex) あるいは溶岩の多角形で、 8 インチから 12 インチの厚さの厚板 -- が rudens の上に置かれる。 最後の上面はコンクリート、あるいはよく滑らかにして適合した フリント (flint) から作られた。

一般に道路が障害に直面した時に、ローマ人は道路の向きを変えるよりも、障害の解決を考案することを好んだ：　 橋はいかなる大きさの水面の上にも建設され；　 湿地帯は、しっかりした基礎の上に高くした土手道 (causeway) の建設で処理された：　 丘と露頭は避けるのではなく、しばしば切り取ったり、 通り抜けるトンネルを掘った。 (トンネルは四角く、硬い岩の塊で作った。)

ローマ人は先進的な技術を使用して、 金属の鉱床を始めて開発し、 水道 (aqueduct) を使用して、ずいぶん遠くから水を運び、立坑口の操業の助けにした。 彼らの技術はドライコシ (Dolaucothi) のような英国の場所で最も良く見られ、 隣接する河川を利用する少なくとも 5 本の長距離水道によって金の鉱床を開発した。 彼らは水を使用して、タンクから水の波を解き放して、鉱石を調査し、 土壌を流し去って、岩盤を露出させ、鉱脈を目で見えるようにした。 彼らは同じ方法 (ハッシング (hushing) と呼ばれる) を使用して、 廃棄岩 (waste rock) を取り除き、次に火付け (fire-setting) により弱体化した熱い岩を急冷した。

このような方法は露天掘りにはとても効果的となるが、火付けは地下の作業場で使用するととても 危険であった。 これらは爆薬の導入で不必要になった。 もっとも水力採鉱 (hydraulic mining) はなお堆積スズの鉱石には使用される。

これらは粉砕した鉱石を流すための制御された給水 (controlled supply) のためにも使用される。 彼らが硬い鉱石を粉砕するためのスタンプ・ミル (stamp mill、水力粉砕機) も開発したことは、大いにあり得ることで、 粉末から重い金粉を集めるために水を流したことであろう。

堆積鉱山 (alluvial mine, 砂鉱鉱山) では、彼らは水力採鉱の方法を広大なスケールで適用した。 例えば、スペイン北西の ラス・メドゥラス (Las Medulas) がある。 タンクと水道 (aqueduct) の痕跡は他の多くのローマの鉱山で見ることができる。 この方法は 大プリニウス (Pliny the Elder) の 博物誌 (Naturalis Historia) で随分詳細に述べられている。 彼は地下の深い鉱山も述べ、 逆向き上掛け水車 (reverse overshot water-wheels) を使用して作業場から、排水をする必要性を言及している。 そして実際の実例が多くのローマの鉱山で、後の採鉱の試みから発見されている。 リオ・ティント (Rio Tinto) の銅鉱山はそのような遺物の 1 つの源泉であり、ここでは 16 個の 組が 1920 年代に見つかった。ローマ人は アルキメデスのスクリューも使用し、 類似の方法で排水した。

リオ・ティント (Rio Tinto) 鉱山の排水水車

技術 (engineering) はローマの軍隊に本質的に深く浸み込み、 軍隊が建設したものには：　 城砦 (forts)、キャンプ (camps)、橋、道路、坂道 (ramp)、パリセイド (palisade)、そしてその他に 包囲攻撃の装置がある。 ローマ帝国の軍事橋建設の最も顕著な実例の 1 つに ライン川を横断するジュリアス・シーザー (Julius Caesar) の橋がある。 この橋は技術者の専従チームによりわずか 10 日間で完成した。 AD 2 世紀の始めの トラヤヌス (Trajan) の下の ダキア戦争 (Dacian wars) における彼らの偉業は、ローマの トラヤヌスの柱 (Trajan's column) に記録されている。

軍隊は金の採鉱に密接に関連し、 ウェールズのドライコシ (Dolaucothi) のローマの金山における水路と貯水池の広大な複合施設を建設したのは 恐らく AD 75 年のこの地域の征服後間もなくのことである。

水車技術はローマ時代に高度に発展し、 これは ウィトルウィウス (Vitruvius) ( デ・アーキテクチュラ (De Architectura) において) と 大プリニウス (Pliny the Elder) ( 博物誌 (Naturalis Historia) において) 証明されている事実である。 水車の最大の複合施設は アルル (Arles) の近くの バルブガル (Barbegal) に存在し、 この場所は町に給水する主水道 (main aqueduct) の支流により給水された。 見積もられていることは、この場所には別々の 16 基の上掛け水車が丘を下って 2 列に配置されていた。 1 つの水車からの排水はこの列の下にある次の水車の入力になった。

アルル (Arles) の北 12 キロメートルにある バルブガル (Barbegal) -- フォンヴィエイユ (Fontvieille) の近く -- で、 水道が急な丘に達する場所で、 水道は一連の平行な水車 (waterwheel) に給水し、小麦粉ミル (flourmill) を駆動した。 水車 (mill) の複合施設のすぐ北で合流する水道と導水路 (sluice) があり、 後者によって水車の操業者 (miller) は複合施設への給水を制御した。 水路と個々の水車 (mill) の基礎には多大な石造の遺物があり、 合わせると、ミル (mill) が建設されている丘をさかのぼる階段になっている。 水車 (mill) は明らかに 1 世紀後半から 3 世紀末頃にかけて操業した。 水車 (mill) の容量は 1 日当たり小麦粉 4.5 トンと見積もられ、 当時アレラーテ (Arelate、[訳注：アルルの古名]) の町に住んでいた 12,500 人の住民のパンを供給するのに十分であった。

アルル水道 (Arles Aqueduct)	水道 (aqueduct) の下のミル

ヒエラポリスの鋸ミル (Hierapolis sawmill) は 小アジア (現在のトルコ) のヒエラポリスにあるローマの水力駆動の石鋸ミル (stone saw mill) であった。 鋸ミルは AD 3 世紀の後半のもので、 クランクと連接棒 (connecting rod) を組み合わせた最も初期の機械である。

水力ミル (watermill) は、 地元のミル操業者 (miller) であるマルクス・アウレリウス・アミアノス (Marcus Aurelius Ammianos) の石棺 (sarcophagus) の 浮き彫り (raised relief、レリーフ) に示されている。 ミル水路 (mill race) で給水される水車 (waterwheel) が歯車列 (gear train) を 経由して、長方形の塊を切断する 2 台の 枠鋸 (frame saw) に動力を供給しているのが示されている。

小アジア、ヒエラポリスにおける 水力駆動のローマの鋸ミル (sawmill) の図

これ以外のクランクと連接棒が付いた機械で、歯車列がないものが、 AD 6 世紀の水力駆動の石鋸ミルで、考古学的に示されており、 これはジョルダンの ゲラサ (Gerasa) とトルコの エフェソス (Ephesusu) におけるものである。 現在のドイツの トリ―ア (Trier) における水力駆動の大理石鋸 (marble saws) の 文学的言及が アウソニウス (Ausonius) の AD 4 世紀後半の詩である Mosella ( モーゼル川) に見出すことができる。 これらはローマ帝国の多くの場所における水力の多様化した使用を証明している。

ミルの複合施設はローマの ジャニコロ (Janiculum) にも存在し、 ここは トライアーナ水道 (Aqua Traina) により給水されていた。 アウレリアヌス城壁 (Aurelian Walls) が明らかに水車 (watermill) を含み込むために丘をよじ登っており、 この水車ではローマ市へのパン粉の供給を目的にして穀物をひくことに使用された。

従って、この場所はバルブガル (Barbegal) に似ている。 もっとも、 1990 年代の発掘で示唆されたことは、 水車のデザインは上掛けではなく下掛けであった。 ミルは AD 537 年に使用されており、この時 ゴート族 (Goths) の都市包囲網が給水を切断した。 しかしながら、これはまもなく復元され、少なくとも 教皇グレゴリウス4世 (Pope Gregory IV、827 年 - 844 年) の時まで操業していた可能性がある。

多くの他の場所がローマ帝国中で報告されているが、多くは発掘されていない。