[공학] 중세 시대의 제방, 항구, 부두

1945년 7월 어느 날 아침, 보스턴 항구의 준설선은 두 섬 사이를 메우고 도시를 위한 공항을 확장하기 위해 해저에서 수 톤의 점토와 자갈을 빨아들이고 있었다. 전기로 구동되는 회전식 커터는 거대한 소용돌이를 30인치 파이프에 넣어 고압으로 1마일 떨어진 해안까지 건축 재료를 운반했다. 중세 시대 사람들은 수력공학과 전기 기계의 결합에 놀라움을 금치 못했을 것이다.

 

로마의 항구인 오스티아와 같은 몇몇 항구는 퇴적물이 쌓여서 버려졌는데, 기술자들이 이를 개간할 수 있는 도구를 가지고 있지 않았기 때문이었다고 한다. 또한 당시 대부분의 선박은 수심이 너무 얕아서 해안으로 쉽게 이동할 수 있었고, 조수가 없는 지중해에서는 깊은 항구와 부두에 대한 수요가 크지 않았다. 하지만 이 관성은 그리 오래 가지 못했다. 바다에 대한 접근의 필요성은 점점 더 커졌다. 영국 브리스틀의 사람들은 런던 사람들이 다리를 위해 강을 제쳐두고 얼마 지나지 않아 프룸강을 에이번강과 합류하는 지점에서 더 큰 수로를 만들기 위해 도랑을 파기 시작했다. 그들은 1239년에 이 수심이 깊은 수로 공사를 시작하여 1247년에 완공했는데, 당시로서는 큰 비용인 5,000파운드의 비용이 들었다. 이 크게 개선된 항구에서 영국의 유명한 '바다의 개'들인 탐험가, 상인, 식민지 개척자, 해적들이 출항했다.

 

이제 적절한 부두의 건설이 필요했다. 고대의 배는 가볍고 크기가 작아서 수리를 위해 해변에 정박해 관리했다. 선박의 톤수가 증가함에 따라, 15세기에는 그 증가 속도가 매우 빨라짐에 따라 드라이 도킹의 필요성이 절실해졌다. 1434년 영국의 대형 군함인 브리스톨의 메리 앤 존은 400톤급이었고, 1474년에는 900톤으로 늘어났다. 1434년 조수간만의 차가 13피트 이상인 영국 남부 해안의 사우샘프턴에서 사용된 초기 방법은 밀물 때 배를 해안으로 가져가 썰물 때 목재, 덤불, 점토로 된 벽으로 둘러싸서 수리를 하는 동안 건조하게 유지할 수 있는 분지를 형성하는 것이었다. 1496년에는 포츠머스에 목재와 벽돌로 만든 영구적인 드라이 독(건선거)가 건설되었다. 약 300년 후 증기기관이 도입되고 나서야 부두가 건조하게 유지되었다. 화물을 싣거나 내리는 동안 조수 간만의 차가 큰 항구에서 물을 일정한 수준으로 유지하기 위한 플로팅 독(습선거)에 대한 초기 언급은 1667년 4월 28일 사무엘 페피스의 일기에 나와 있다. 그 무렵에는 이러한 플로팅 독의 필수 기능인 갑문이 잘 발달하였다.

 

네덜란드 대륙의 사람들은 10세기부터 20피트 높이의 조수를 막는 제방, 습지를 건조하는 풍차, 저지대 배수를 위한 운하를 이용해 땅에서 바다를 한 마일씩 밀어내고 있었다. 소작농, 부유한 부호, 시토회(Ordre cistercien) 수도사 등 각 집단은 각자의 목적을 위해 일했지만 경작지를 확보하는 데는 공통의 관심과 목적을 가지고 있었다. 폭풍과 홍수로 생긴 재난은 땅을 확장하고 지키기 위한 더 큰 노력과 더 야심에 찬 계획을 불러일으켰을 뿐이다. 그리고 그 투쟁 속에서 전 세계 사람들에게 쉽게 계산할 수 없을 만큼 많은 혜택을 가져다준 공학적 성과가 탄생했다. 갑문이 네덜란드에서 처음 등장했는지, 아니면 이탈리아나 다른 곳, 아마도 중국에서 등장했는지는 끝없는 논쟁의 대상이다. 누가 발견했든 간에 이 갑문은 다른 곳의 다른 유사한 성과와는 별개로 네덜란드에서 성공적으로 적용되었다.

 

북유럽의 항구인 플랑드르의 도시 브뤼허는 당시 아드리아해의 베네치아만큼이나 유럽 대륙의 무역에 중요한 역할을 담당했다. 하지만 브뤼허는 폭풍우에 노출될 위험이 있는 낮은 운하를 통해서만 북해로 접근할 수 있었다. 이를 보호하기 위해 북쪽 담메에 제방을 쌓았지만, 운하를 완전히 차단할 수는 없었다. 누군가는 제방에 일종의 이중 수문인 두 개의 문을 설치하여 첫 번째 문은 선박 뒤에 닫히고, 두 번째 문은 열리고 때에 따라 바다가 들어오거나 나갈 수 있도록 하는 방법을 생각했다. 이 독(dock)은 나무로 만든 것으로 보인다. 그 설계는 알려지지 않았고, 문이 위아래로 미끄러지거나 흔들리는 등 어떻게 매달려 있었는지는 불확실하다. 그러나 1234년의 기록에 따르면 이클루스 사스, 리프트 자물쇠가 있었다. 1353년과 1371년에 다시 수리되었고, 세기말에 석조로 교체되었다. 플랑드르 엔지니어들이 실제로 갑문을 최초로 만든 것은 아니지만 제방, 갑문, 항구를 매우 잘 만들었기 때문에 중세 유럽 전역에서 그들의 조언이 필요했다.

 

벨기에 브뤼허의 운하

 

중세 도시 개선 프로그램 중 하나는 1180년부터 1223년까지 프랑스의 왕 필립 오귀스트가 추진한 도시 개선 프로그램이다. 당시 스무 살이었던 필립은 궁전 창문으로 센강의 풍경을 즐기려다가 도로 위 수레에서 뿜어져 나오는 먼지구름에 휩싸였다. 그는 시장을 불러 파리의 거리를 포장하라고 명령했다. 1185년에 크고 고르지 않은 석판으로 포장했는데, 그중 일부는 아직도 클뤼니 미술관 정원에서 볼 수 있다. 로마의 포장도로와는 비교할 수 없는 수준이었다. 이 석판은 원활한 이동이나 인근 주택의 조용함을 보장하지 못했다. 그러나 그들은 도로의 높이를 고쳤고 더 이상 쓰레기를 쌓아 두는 것이 허용되지 않았다. 주민들은 집 앞의 쓰레기를 치우고 마을 밖으로 수레에 실어 가져가야 했다.

 

파리의 클뤼니 미술관

 

중세 지역사회에는 상수도 시스템이 있었다. 로마의 수로는 중세 시대에도 계속 사용되었지만, 상대적으로 수로는 전혀 개선하지 않았다. 저수지가 제공되고 수도 펌프가 설치되었다. 832년부터 857년까지 르망의 주교였던 엘드리치는 두 개의 분수에 물을 공급하기 위해 수로와 아치형 저수지를 건설했다. 1095년부터 1123년까지 생 베르탱의 수도원장이었던 램버트는 수도원의 물레방아와 연결된 '물 엘리베이터'를 설치했다. 시토회 수도사들은 이런 종류의 수력공학 분야에서 활발히 활동했다. 영국의 체스터 수녀원은 1285년에 3마일 길이의 납 파이프를 통해 물을 공급받았다. 캔터베리 대성당에는 수년 동안 수도 시스템이 설치되어 있었다. 쿠탕스(Coutances)의 아름다운 고딕 양식의 수로는 1277년에 건설되어 오랫동안 수리되었다. 그러나 마을과 도시의 일반적인 공급은 우물이나 개울에서 양동이를 끌어다가 손으로 운반하는 방식이었으며, 오늘날에도 많은 주택에서 그런 것처럼 상수도는 항상 하수나 오염에서 벗어날 수 없었다.

 

쿠탕스의 수로

 

거리에 버려진 배설물은 여과, 침전 또는 박테리아 작용으로 정화되기에는 너무 빨리 배수로를 따라 강이나 우물로 흘러 들어갔다. 중세 도시에서는 화장실, 하수구, 오수 웅덩이를 계획하고 건설하여 주기적으로 청소했지만, 상수도와 너무 가까웠던 경우가 많았다. 홍수 기간에는 저수지, 특히 가정용 물통에 물을 공급하는 하천과 섞일 것이 거의 확실했다. 로마인 비트루비우스와 장로 플리니우스는 불결한 식수와 질병의 상관관계에 대해 추측했다. 프랑스 루이 9세와 왕의 후계자들의 외과 의사였던 장 피타르는 1310년 5세기 후의 위생 공학을 예견했다. 피타르는 센 강변에서 멀지 않은 지하실에 우물을 파서 강 수위 아래로 가라앉힌 것으로 보인다. 홍수 상황과 상관없이 그와 그의 이웃들은 모래로 걸러진 맑고 비교적 깨끗한 물을 공급받을 수 있었다. 아마도 그는 별도의 지하수를 만난 것이 행운이었을 것이다. 어쨌든 이웃 사람들은 그 후 300년 동안이나 이 우물을 사용했지만, 그 탓에 사망한 사람의 수는 기록이 남아 있지 않다. 신중하게 체계화되고 종합적으로 개발된 도시 위생은 19세기를 기다려야 했다.

 

하지만 중세의 진취적인 부동산 개발업자들은 주거용 교외 지역과 완전히 새로운 도시를 위한 유능한 계획을 세웠다. 중세 지역사회에는 종종 도시 기술자라고 부르는 '작업의 달인'이 있었다. 두아이(Douai)에는 석공 두 명과 목수 두 명으로 구성된 위원회가 있었다. 1292년 아미앵(Amiens)의 기록에도 비슷한 관리들이 시의원들을 위해 일했고, 나중에는 건축 자재 및 건축 검사관인 카티첸르(catichenrs)가 있었다. 그리고 도로 제작자도 있었다. 이러한 관리들의 존재는 지역사회 유지에 대한 지역민의 자부심을 보여주는 증거이다. ‘빌 뇌브(ville neuve, 신도시)’ 또는 도시 외곽 교외라는 마을 이름은 훨씬 더 나은 도시 계획을 보여준다. 이 마을들은 사람들이 정착하고 싶어 하는 모든 편의를 갖춘 모범적인 공동체로 구성되었다. 자힝겐 공작 콘라드는 1120년 자신의 성에 인접한 황무지에 프라이부르크-임-브레이스가우를 설립했다. 각 정착민은 공작에게 연간 1수의 임대료를 지불하고, 50×100피트 크기의 부지를 받았다. 라인강에서 다뉴브강까지 검은 숲을 가로지르는 주요 도로에 있는 이 도시는 상업에 좋은 입지 조건이었으며, 마을은 번영을 누렸다. 곧 다른 발기인들도 뒤를 이었는데, 하나는 프랑스에 보크레송을 소유한 수도원장 슈거, 다른 하나는 스코틀랜드 국경 근처의 타인강 뉴캐슬을 소유한 영국의 헨리 1세였다. 그 외에도 프랑스 남부에서 아일랜드에 이르기까지 많은 발기인이 있었다.

 

이 신도시는 영주와 가신이라는 봉건 체제에 파괴적인 영향을 미쳤다는 점에서 역사적으로 중요한 의미를 지닌다. 자본주의 체제 및 산업사회로의 변화와도 많은 관련이 있다. 사람들이 이곳에 와서 살면 자신에게 이익이 될 것이라는 기대에 발기인이 양보하거나 기꺼이 제공한 개인적, 경제적 시민의 자유가 주목할 만하다. 이러한 보장은 봉건 영주들이 결코 제거할 수 없었던 옛 무역 중심지와 로마 지방 자치 단체의 권리, 특권 또는 면책과 유사했다. 하지만 신도시는 엔지니어링 측면에서도 중요한 의미가 있다. 계획과 건설은 지역 상황에 따라 달라졌다. 그러나 가능한 한 직사각형으로 거리를 배치하고 예상되는 교통량과 도시 중심부로 접근하는 길의 상대적 중요도에 따라 길을 넓게 또는 좁게 만드는 것이 일반적인 의도였다. 시장은 주거 지역과 관련하여 배치되었다. 서비스 골목은 주택 뒤편으로 이어졌다. 교회와 공공건물은 적절한 위치에 서 있었다. 엔지니어들은 편의성과 효율성을 고려하여 광장이나 광장을 중심에 배치했다. 일반적인 건축 효과에 대한 고려도 있었다. 히포다무스도 인정했을 것이다.

 

중세 말기 유럽의 시민 의식과 도시공학을 가장 잘 보여주는 이 도시는 봉건 체제에서 살아남은 고대 무역 대도시도 아니고 봉건 체제를 파괴하기 위해 생겨난 신도시도 아니었다. 베네치아의 창시자들은 훈족과 롬바르드족의 침략을 피해 아드리아해 앞바다의 섬과 석호로 피신했다. 568년에 이르러 그들은 습지와 모래톱을 보호하며 사실상 공화주의 국가로 자리 잡았다. 베네치아 의회는 결국 귀족의 통제하에 들어갔지만, 총독을 세습 군주로 만들기 위한 노력은 실패했다. 베네치아인들은 꽤 잘 해냈다. 그들은 비잔틴 황제와 샤를마뉴에게 대항하여 독립을 유지할 수 있었고, 1000년까지 달마시안 해적들을 물리치고 성지로 향하는 항로를 장악했다. 이후 스페인, 프랑스, 영국 등 서방 국가들이 부상한 이후에도 동양과의 교역에서 강세를 보인 베네치아는 유럽 정치에서 항상 주목해야 할 강대국이었다.

 

베네치아인들은 거대한 습지를 메우고 하구와 바다 사이의 낮은 섬인 리디(lidi) 해안을 강화했다. 돌로 만든 다리는 주로 부교나 들보를 이용해 섬과 섬 사이를 연결했다. 1178년 니콜로 바라티에리가 설계한 유명한 리알토(Rialto) 다리는 원래 나무로 만들어졌지만 1255년 이후에 넓어지고 도개교가 설치되었다. 선사 시대 호수에 살던 사람들의 오두막처럼 플랫폼 위에 지어진 최초의 목조 주택은 15세기에 물속에 완전히 보존된 밀착된 말뚝 위에 세워진 대리석 궁전으로 바뀌었다. 이 과정은 진흙, 이탄, 점토, 모래로 이루어진 하층토가 10피트 두께의 단단한 점토층이 형성되기 전까지는 100피트 이상의 깊이까지 부드러웠기 때문에 필요했다. 어떤 무게의 구조물이라도 이러한 하부 토양에 가라앉을 수밖에 없었다. 문제는 건물이 균일하게 자리 잡을 수 있도록 무게를 고르게 분산하고 균형을 잡는 것이었다. 설상가상으로 이 지역 전체가 지진과 화산 활동의 영향을 받고 있었다. 1102년 성금요일, 남쪽으로 몇 마일 떨어진 말라모코의 리도는 바다가 밀려오고 땅에서 화염이 터지면서 가라앉았다. 주민들은 말라모코가 사라지기 전에 겨우 도망칠 시간이 있었다고 한다.

 

리알토 다리

 

베네치아의 산 마르코 대성당 건축가들은 830년 고대 로마 건축물의 기초 위에 산 마르코 성당을 짓기 시작했다. 976년 화재로 소실된 산 마르코는 11세기에 비잔틴 양식으로 그리스 십자가 형태로 재건되었다. 500개가 넘는 대리석 기둥과 지름 42피트의 중앙 돔이 각각 21피트, 28피트의 교각 4개 위에 세워졌다. 건물 벽의 핵심은 대리석 베니어로 된 벽돌이다. 오늘날 관광객들의 관심을 끄는 청동 말과 비둘기만큼이나 산 마르코 성당의 특징 중 하나는 물결 무늬 바닥이다. 이는 구조물의 고르지 않은 침하로 인해 발생했으며, 일부 지역에서는 수평에서 0.5인치 정도 벗어났다. 그 아래의 말뚝은 깊이가 7피트에 불과하다.

 

산 마르코 대성당

 

지반에 대해 무지했던 니콜로 바라티에리는 1180년에 베네치아의 첨탑을 거의 200피트 높이까지 올렸는데, 그 깊이는 17피트도 안 되는 기초 위에 거의 수직으로 거의 퍼지지 않고 내려갔으며, 꼭대기는 벽돌 축보다 폭이 4피트도 안 되는 높이로 내려갔다. 화재, 지진, 번개 등으로 인해 첨탑이 손상되어 자주 재건되었다. 1517년에는 300피트 높이까지 올라갔다. 그러나 수직에서 16½피트까지 고르지 않게 가라앉은 피사의 사탑과 달리 베네치아의 사탑은 똑바로 서 있었다. 1885년에 조사된 결과, 니콜로 바라티에리와 그의 후계자들의 공학적 기술을 보여주는 기념비인 이 탑은 멀쩡한 것으로 밝혀졌다. 그러던 1902년 7월 14일 오전 10시경에 무너졌다. 그 순간 카메라맨이 우연히 사진을 찍었다. 두 개의 넓은 수직 균열이 열렸다. 일부 의견에 따르면, 이는 노후화와 석조물의 "피로"로 인해 발생한 것으로 기초를 비난할 수 없다는 것을 보여주었다. 그러나 1905년 종탑을 재건할 때 기초를 보강하기 위해 예방 조치가 취해졌다.

 

산 마르코 첨탑의 잔해

 

1328년 베네치아에는 모든 운하, 항구, 부두, 강을 통제하고 석호에 토사가 쌓이지 않도록 하는 작업을 담당하는 위원회가 설치되었다. 시간이 지나면서 하천은 자연 수로에서 우회하여 바다로 직접 흘러 들어갔고, 수차의 효율을 높이기 위해 해류는 밀레이스 안에 가두어졌다. 베네치아 사람들은 민물과 바닷물이 섞이면 말라리아가 발생한다고 생각했기 때문에 본토의 해안을 제방으로 막아 민물과 바닷물이 섞이지 않도록 했다. 16세기 이전에는 베네치아가 사용하는 유일한 물은 지붕, 궁정, 거리에 내린 비에서 나온 것이었다. 그들은 이 물을 수 피트 높이의 모래를 걸러낸 후 깊은 우물인 포찌(pozzi)로 가져갔고, 반복적인 세척을 통해 어느 정도 정화했다. 결국 공화국은 돌라의 브렌타 강에서 본토에서 가장 가까운 지점인 모란자니까지 세리올라 베네타 운하를 파게 된다. 이곳에서 물을 배로 펌프질하여 도시의 포치까지 운반했다. 그러나 빗물과 운하의 전체 공급량은 1563년 인구 183,000명의 1인당 매일 3갤런을 넘지 못했다.

 

다른 중세 도시와 마찬가지로 베네치아의 거리와 운하에는 하수가 흐르는 경우가 너무 많았다. 하지만 당국은 법과 벌금을 통해 위생을 유지하려고 노력했다. 매장을 규제하고, 특정 주거 구역에서 건강에 해로운 산업을 금지했으며, 나병 환자와 기타 혐오스러운 질병의 희생자를 위한 병원을 열었다. 좁고 위험한 통로는 공공 비용으로 불을 밝혔고, 많은 도로가 포장되었다. 이렇게 베네치아 시민들은 유럽이 중세에서 르네상스 시대로 접어들면서 두 기간 동안 누적된 발전 과정을 유지한 공학 역사에서 거의 의미가 없는 용어를 사용하여 도시를 탁월한 삶의 장소로 만들었다.