Built. Неизвестные истории известных зданий

А это значит, что на подставки купола уже не действуют силы горизонтального направления (в отличие от арки). Зато можно заметить, что резинки пришли в растяжение: они растягиваются и сопротивляются давлению картонных полосок. Так что да, каждая из полосок по отдельности испытывает силу сжатия вдоль меридиана, но для того, чтобы удержать их вместе, требуется сила сжатия, с которой действуют резинки – параллели.

Разница между распределением сил в арке и в куполе

Если смотреть с площади, то Пантеон кажется мелким, но на самом деле внутри он имеет почти полусферическую форму. Он кажется мелким снаружи потому, что основание гораздо толще верхушки: бетон наверху купола имеет толщину всего 1,2 м, а к основанию его толщина достигает более 6 м. Толщина у основания шире для того, чтобы купол выдерживал высокую силу растяжения – чем больше материала, тем большую силу он выдерживает.

Расширяющиеся ступеньками кольца у основания усиливают купол Пантеона

Римляне пошли еще дальше и добавили куполу стабильности с помощью семи ступенчатых колец (которые видно снаружи, чуть ниже окулуса, с высоты птичьего полета). Эти кольца выполняют ту же функцию, что и резинки в нашем эксперименте, и противодействуют силам растяжения, таким образом уравновешивая купол. Такое оригинальное решение обеспечило успех всего проекта, и, несмотря на то что бетон плохо выдерживает растяжение, римлянам удалось его приструнить.

Более толстый слой бетона, возможно, и решает проблему сопротивления силе растяжения, зато он создает новые проблемы. Чем толще купол, тем больше в нем цемента, тем больше тепла он создает и тем больше он сжимается при охлаждении. Когда он сжимается, то начинает разрушаться, и, так как бетон не может противостоять этому растяжению, он дает трещины. Римляне беспокоились, что основание купола Пантеона будет все больше и больше трескаться. Считается, что ряды квадратных выемок внутри купола, создающие его неповторимую визуальную эстетику, сделаны для того, чтобы бетон быстрее и равномернее остывал, и за счет этого меньше трескался. Несмотря на это решение, при изучении Пантеона инженеры все-таки обнаружили трещины в основании купола (они появились еще в древности, когда здание только строилось), но они не нарушили целостность античной постройки.

Впервые я побывала в Пантеоне, когда еще была подростком, и я сразу влюбилась в это здание за его красоту и ощущение умиротворенности. Во второй раз я посетила его уже дипломированным инженером и смотрела – с не меньшим восхищением – на выемки в куполе, пытаясь найти трещины в основании. Я долго разглядывала луч света, проходящий через окулус на вершине этого необыкновенного сооружения. Меня по-прежнему поражали масштабы купола и видимая простота форм, но теперь я понимала, насколько, должно быть, сложно было построить его так много лет назад.

Я часто задумываюсь о том, будут ли, подобно Пантеону, те здания, которые мы проектируем и строим сейчас, по-прежнему существовать и сохранятся ли так же хорошо две тысячи лет спустя. Это кажется непостижимым.

После падения Римской империи в V веке началась темная эпоха Средневековья – или, как я ее называю, эпоха трещин и крошек, – и римский рецепт бетона оказался утерян почти на тысячу лет. Мы вернулись к более примитивному образу жизни, и бетон снова появился только в XIV веке. Даже тогда инженеры продолжали бороться с основным недостатком бетона – трещинами при воздействии силы растяжения. Лишь несколько столетий спустя откроют настоящую магию бетона, и обнаружит ее самый неожиданный герой в самом неожиданном месте.

В 1860-е годы французский садовод Жозеф Монье устал от того, что глиняные горшки постоянно трескаются. Тогда он попробовал сделать горшки из бетона, но понял, что они точно так же трескаются. Совершенно случайно он решил усилить бетон, поместив в него металлическую сетку. Этот эксперимент мог оказаться неудачным по двум основным причинам: во-первых, бетон мог не сцепиться с металлом (не было причин предполагать, что он это сделает) и металл только ослабил бы горшок. Во-вторых, из-за сезонных изменений металл и бетон расширяются и сжимаются в разной степени, что должно создавать еще больше трещин. Но Монье случайно создал революционный горшок, который сохранял прочность и почти не трескался.