Brugconstructiemethoden: Waarom zijn Romeinse bruggen zo stabiel?
Romeinse architectuur is het middelpunt van Europa’s visuele allure. Verfijnde Romeinse bouwwerken hebben honderden eeuwen zonder renovatie overleefd, en hebben het Christendom, de Franken, de veroveringen en zelfs Boris Johnson doorstaan.
Weetje nog hoe trots je was toen je die brug in de Lego-stad van je zoon had gebouwd? In 103 na Chr. bouwde de Romeinse ingenieur Apollodorus van Damascus een 1,1 km lange brug van steen en hout. De Trajanusbrug was 19 meter hoog, 15 meter breed en in staat om het gewicht van honderden overstekende Romeinse soldaten te dragen. Ze was slechts een paar meter korter dan de havenbrug van Sydney.
Image Credit: www.livius.org
De Romeinen bouwden veel van de langst bestaande gebouwen van het Westen. Zij waren ook de eerste beschaving die bruggen van beton maakten. Sommige van deze oude bruggen staan er nu nog net zo bij als op de dag dat ze werden gebouwd. Dit is te danken aan de structurele innovaties die voor het eerst door de Romeinen werden toegepast. En innovaties die uiteindelijk mede vorm hebben gegeven aan de hedendaagse bruggenbouw. De Alcántara-brug is zo’n brug, die al sinds 104 n.Chr. in Spanje staat. De Romeinse civiel ingenieur Caius Julius Lacer was de man achter de brug. Zijn graf staat vlakbij, met een grafschrift dat luidt: “Ik laat voor altijd een brug achter in de eeuwen van de wereld”. Hij had geen ongelijk.
Waarom zijn ze zo sterk?
Er gaat een gerucht de ronde op het web dat de Romeinse ingenieurs die de bruggen moesten bouwen eronder moesten staan als de steigers werden verwijderd. Blijkbaar leidde de angst voor tonnen vallend gesteente en puin, die je zouden verpletteren, tot een vrij strakke constructieplanning.
Een meer waarschijnlijke geschiedenis is te vinden in de militaire expansie van het Romeinse Rijk. Om de Romeinse toegangslijnen te verbeteren vormde het rijk gilden van geschoolde arbeiders en denkers die ideeën en bouwprincipes uitwisselden. Deze vroege ingenieursgilden deden belangrijke ontdekkingen in het constructief ontwerp, in de materialen en in de pijlers die de poten van de bruggen ondersteunden.
De Voussoirboog
De Romeinen hadden de traditionele voetgangersbrug verbeterd door een brug te maken die zijn structurele integriteit in het midden behield. Om dit te bereiken vertrouwden de Romeinen niet op stalen balken die door de stenen heen liepen, maar in plaats daarvan op de treksterkte van de stenen zelf.
De vorm van de boog maakte het mogelijk de stenen onder een gebogen hoek in te voegen totdat zij op de top van de boog met een sluitsteen samenkwamen. Deze sluitsteen had de vorm van een trapezium dat het gewicht van de stenen en het beton in de brug gebruikte om de taps toelopende stenen samen te drukken. Deze druk vormde een structuur in de boog die een enorme hoeveelheid kracht nodig had om te scheuren. Waar traditionele bruggen in het midden op hun zwakst waren, was de boog op zijn sterkst.
Als het lezen van dat voelde als het lezen van de werkelijke instructies die de Romeinse ingenieurs in 100 n.Chr. aan hun arbeiders gaven, bekijk dan de video hieronder.
Pozzolana Cement
De boog was een structurele innovatie in het bouwontwerp. Maar het was niet het enige wat het Romeinse Rijk bijdroeg aan de bouw. De Romeinen waren ook uniek in de materialen waarmee ze bouwden. Een natuurlijk cement genaamd pozzolana werd door de Romeinen gebruikt als mortel voor de pijlers (de poten) van hun bruggen. Niet alleen zou dit cement ecologisch schoner zijn dan de cementmengsels van vandaag, maar het is ook een cement dat in de loop der tijd sterker wordt.
Pozzolana wordt in sommige landen nog steeds gebruikt. Het wordt gemaakt door twee delen pozzolana (een soort slakken die op natuurlijke wijze uit vulkanisch gesteente ontstaan) te combineren met een deel kalkpoeder. Reeds in de 3e eeuw v. Chr. gebruikten de Romeinen pozzolana in plaats van zand in beton voor hun bouwwerken. Dit gaf hun bouwwerken de grootste sterkte en stabiliteit.
Kistdammen
Omdat niet elke brug die door de Romeinen werd gebouwd de luxe had om de pijlers op het land te bouwen, gebruikten de Romeinen kistdammen waar de pijlers in een watermassa zouden vallen. De Romeinen gebruikten de kistdam als een tijdelijke constructie die de bouw van een brugpijler in een ruimte van water mogelijk maakte.
De kistdammen die door de Romeinen werden gebruikt waren eenvoudiger dan die welke in de hedendaagse bouw werden gebruikt, maar hun functie is identiek. Eerst groeven de Romeinen een ring van boomstammen in de rivierbedding. Vervolgens vulden zij de openingen tussen de boomstammen met klei om ze waterdicht te maken, waarna zij het water uit de cirkel van boomstammen pompten. Op de nieuwe droge rivierbedding bouwden de Romeinen pozzolana en stenen pijlers. Nadat de bouw voltooid was, werd de ring van boomstammen verwijderd en stonden de pijlers als bij toverslag in de rivierbedding.
De Romeinen zelf
De Romeinen waren een trotse en welvarende beschaving. Ze struikelden niet zomaar over hun architectonische verworvenheden. Voordat zij bruggen perfectioneerden, hadden zij al enkele van de beste bouwkundige ideeën van de Grieken gestolen en verbeterd. De Romeinen hadden ook een hoog niveau van burgerlijk vakmanschap en een militaire achtergrond die een bijbehorend begrip had van hoe de sterkste vestingwerken en muren moesten worden gebouwd. Zoals de meeste vroege beschavingen, hadden zij ook geen vakbonden. Dit betekent dat zij kosten en arbeid nooit als een obstakel zagen bij het bouwen van hun monolithische bouwwerken.
