책상 옆 도서관

사고의 변화는 일상 습관에 스며드는 속도가 매우 느리다. 16세기와 17세기 내내 건축가와 엔지니어들은 그저 익숙한 생각과 관행을 계속 사용했다. 스테빈, 갈릴레오와 동시대에 활동했지만, 이탈리아의 유명한 엔지니어 가문에서 마흔두 살의 나이에 저명한 기술자가 된 도메니코 폰타나는 혁신을 시도하기보다는 과거의 경험에서 얻은 방법을 능숙하게 적용했다. 폰타나가 기독교 순교자들이 숨진 '네로의 서커스'에서 칼리굴라의 오벨리스크를 약 800피트 떨어진 성 베드로 광장으로 옮긴 유명한 이야기는 이탈리아 엔지니어들의 방법과 르네상스 시대의 절차에 관한 자세한 정보를 제공한다. 과거와 마찬가지로 당시의 공학은 정치와 종교와 관련이 많았다.

성 베드로 대성당

폰타나는 샤프트를 바닥에서 수직으로 들어 올려 받침대 위에 평평하게 놓고 새 장소로 끌어낸 다음 다시 수직 위치로 들어 올려 새 받침대 위에 내려놓을 것을 제안했다. 그는 1585년 10월에 인부와 장비를 징발하고, 목재를 사용하고, 식량을 모으고, 서커스에서 광장까지 길을 닦을 때 어떤 집을 허물어야 할지 결정할 수 있는 권한을 부여받았다. 물론 이러한 모든 요구는 보상이 전제되었지만, 누구도 폰타나에게 팔기를 거부하거나 교황의 불쾌감을 초래하지 않고 교황과 그의 일꾼들을 괴롭힐 수 없었다. 실제 오벨리스크를 옮기는 동안 말을 하거나 침을 뱉거나 큰 소리를 내는 사람은 사형에 처할 수 있었다. 그러나 아무도 극단적인 형벌을 받은 사람은 없는 것으로 보인다.

1586년 칼리굴라의 오벨리스크를 옮기면서 1590년 폰타나가 쓴 기록에 따르면 그는 이 작업을 위해 특별히 매우 무거운 밧줄을 설계했고, 밧줄 견뎌야 할 응력을 미리 신중하게 예측했으며, 40명의 캡스턴과 도르레의 인장 강도에 비례하여 하중을 분산시켰다고 설명되어 있다. 그는 375톤의 전체 무게를 들어 올리고 지탱할 수 있는 50피트 길이의 지렛대를 준비하여 인양 도르레가 응력을 받지 않도록 했고, 오벨리스크가 올라갈 때 쐐기를 박을 수 있도록 준비해 두었다. 하지만 그는 샤프트 주변의 금속 밴드에 작용하는 전단 응력을 적절히 고려하지 못했고, 인양 봉의 볼트와 아이볼트에 작용하는 장력을 정확하게 예측하지 못했다. 조만간 모두 로프 끈으로 보강해야 했다.

폰타나는 데릭 기중기를 위해 갱도 주위에 타워를 세웠다. 40인치 정사각형의 네 모서리 기둥은 각각 볼트로 고정된 목재로 제작되어 타워를 해체하고 새로운 장소로 옮길 수 있었다. 기둥은 무거운 목재 플랫폼에 발을 디디고 샤프트 상단을 정리하기 위해 들어 올렸다. 기둥은 좌굴을 방지하기 위해 버팀목과 트러스로 고정되었고, 타워 꼭대기에서 8개의 덮개로 더 고정하였다. 폰타나는 샤프트가 평평하게 놓였다가 다시 위로 올라갈 때 전체 길이를 지탱하기 위해 데릭 기중기의 한쪽에 전체 무게를 지탱할 수 있는 이동식 스트럿을 설치하고 발밑에 도르레를 설치해 제어할 수 있도록 만들었다. 서커스의 위치에서 광장의 새 받침대 꼭대기까지 불과 4피트밖에 떨어지지 않았기 때문에 폰타나는 그 사이에 나무와 흙으로 만든 거의 평평한 도로 또는 육교를 만들 수 있었다.

1586년 4월 30일 동이 트기 2시간 전, 모든 준비가 완료되었다. 907명의 병사와 75필의 말이 40개의 캡스턴에 연결되어 있었고, 5개의 지렛대와 쐐기는 예비로 보관되어 있었으며, 음식이 준비되고, 군중이 물러나고, 고해성사가 이루어지고, 축복이 주어지고, 두 번의 미사가 거행되고, 폰타나와 그의 모든 일꾼이 무릎 꿇고 기도하는 가운데 하느님이 부르시는 소리가 들려왔다. 그런 다음 폰타나가 모두를 내려다보는 단상에서 말씀을 전하고 나팔수가 나팔을 불었다. 사람과 말이 움직이고 밧줄이 긴장되고 탑이 삐걱거리며 폰타나에 따르면 오벨리스크가 거의 실제 수직 위치로 올라오면서 땅이 떨렸다고 한다(약간 기울어졌다). 종소리가 울렸다. 폰타나는 모든 작업을 멈추고 작업을 점검한 후 상단 철제 밴드가 끊어진 것을 발견하고 로프 끈으로 고정했다. 오후 4시까지 12번을 들어 올린 끝에 크래들(cradle)을 놓는 데 필요한 받침대 위로 2피트 높이까지 샤프트가 올라갔다. 대포가 이를 도시에 알렸고 포병들은 경례로 화답했다. 8일 동안의 추가 준비와 또 다른 하강 작업을 거쳐 샤프트는 크래들 위에 수평으로 놓였고, 육교를 따라 광장으로 운반할 준비가 되었다.

새로운 기초를 준비하고 받침대를 새 장소로 옮긴 후 다시 조립하는 동안 몇 달이 지났다. 광장의 하부 토양은 만족스럽지 못한 것으로 판명되었다. 그래서 폰타나는 45피트 정사각형 면적을 24피트 깊이까지 굴착하고 지름 9인치 참나무 말뚝을 18피트 더 아래로 박았다. 그리고 그는 습기에 견딜 수 있도록 간격을 좁히고 밤나무로 바닥을 덮었다. 그 위에 깨진 돌, 벽돌, 시멘트로 만든 콘크리트 바닥을 깔았다.

1586년 9월 10일까지 광장에 모든 준비가 완료되었다. 군중은 대단했고 후원도 잘 이루어졌다. 폰타나는 이번에는 40개의 기마대에서 800명의 병력과 140마리의 말을 사용했다. 13시간 동안 52번의 이동을 통해 로마의 정복자인 칼리굴라의 이교도 트로피를 온전하게 세워 현재 성 베드로 성당 앞에 서 있는 곳으로 옮겼다. 이 오벨리스크는 그리스도가 탄생하기 13세기 전, 이집트인 메넵타(Meneptah)가 시력 회복에 감사하며 자신 또는 자신의 신에게 바친 기념비였다. 종교적 상징과 인간의 우화가 이렇게 낯설게 혼합된 사례는 역사상 찾아보기 힘들 것이다. 폰타나가 오벨리스크를 옮긴 것에 대한 현대 기록은 16세기 이탈리아의 대형 건축에 사용된 방법을 명확하고 상세하게 보여준다. 그러나 이보다 15세기 전인 서기 41년에 로마의 기술자들이 이 오벨리스크를 10세기 동안 서 있던 이집트의 원래 위치에서 나일강으로 옮겨 바지선에 싣고 지중해를 통해 이탈리아 해안으로 운반한 후 하역하여 육로로 로마로 운송한 다음 폰타나가 발견한 네로의 서커스에 손상 없이 설치했다는 사실을 기억해야 한다. 이 과정이 어떻게 이루어졌는지 알 수 있는 기록은 거의 없다. 

르네상스 시대의 건축가와 엔지니어들은 기꺼이 장식하고 꾸미려 했지만 건축의 기본을 그대로 두는 데 만족했다. 콘스탄티노플의 산타 소피아 교회에서와 같이 펜던트 위에 전체 돔을 새롭게 사용한 것과 1436년 필리포 브루넬레스키가 피렌체 대성당의 돔에 같은 양의 재료로 더 큰 강성을 부여한 크로스 브레이싱이 있는 두 개의 동심 돔을 사용한 것을 제외하고는 엔지니어링의 중대한 변화라고 할 만한 건축 기술의 발전은 없었다. 폰타나는 포르타와 함께 브라만테가 설계하고 미켈란젤로가 웅장하게 시작했지만 1564년 사망할 때 미완성으로 남겨둔 성 베드로 성당의 돔을 완성했다. 형태에는 많은 변화가 있었다. 고딕 양식에 싫증을 느낀 건축가들은 영감을 얻기 위해 로마로 돌아갔다. 브루넬레스키와 도나텔로는 판테온을 피렌체 대성당의 모델로 삼았다. 다른 사람들도 그 예를 따랐고, 르네상스 건축은 로마네스크와 고딕 양식이 서로 다른 양상을 띠게 되었다. 르네상스 시대의 디자인이 지나치게 화려해지면서 단순하고 직접적인 것에서 정교하고 복잡한 것으로 변화의 곡선이 커졌다. 그러다가 다시 단순하고 절제된 것으로 돌아섰다. 그 후 16세기 후반에 바로크, 즉 '그로테스크' 시대가 도래하고 고전 건축의 전반적인 부흥이 이어졌다.

피렌체 대성당

엔지니어는 때때로 예술가들과 생각보다 많은 공통점을 가지고 있다. 1630년 인도 아그라의 샤자한을 위해 타지마할을 건설한 사람들이 바로 그런 경우이다. 뾰족한 돔은 200피트 높이로, 산타 소피아보다 약 20피트 더 높다. 그러나 이 돔은 펜던트 위에 세워진 것이 아니라 정사각형 바닥에 세워진 진정한 아치형이다. 바닥에서 바깥쪽으로 뻗은 곡선은 내쌓기로 만들었다. 다른 구조적 세부 사항도 단순하고 고대의 것만큼이나 단순하지만, 가장 독특한 특징은 공학적 세부 사항의 단순함과 복잡하고 화려한 디자인이 조화를 이룬 뛰어난 기술이다. 고딕 양식의 대성당과 마찬가지로 타지마할은 인간의 내면과 희망을 물질적 형태로 드러냈다. 타지마할은 샤자한이 가장 사랑했던 아내 뭄타즈 마할에 대한 궁극적인 사랑의 표현이었다. 또한 타지마할은 건축가들의 기대에 대한 예술적 응답이기도 했다.

타지마할

르네상스 시대 200년 동안 교량 건축가들은 거의 비슷한 미적 요구가 있었다. 다양한 디자인의 많은 구조물이 아치형 석조 건축의 확립된 원칙에 따라 지어졌다. 그중에는 피렌체의 트리니타 다리, 베네치아의 리알토 다리, 파리의 퐁네프 다리 등이 있다. 상당수가 여전히 사용되고 있다. 하지만 교량에 대한 새로운 아이디어가 있었다. 실험이 있었다. 고전 양식을 되살리고 팔라디안 창을 만든 것으로 유명한 건축가 안드레아 팔라디오가 현대 교량 건설에 트러스를 최초로 도입한 것으로 알려져 있다. 그는 독일에서 트러스 교량에 대해 들어본 적이 있다고 말했지만 실제로 존재했는지는 알 수 없다. 엔지니어들은 삼각형은 적어도 한 변의 길이를 바꾸지 않고는 변형할 수 없다는 것을 오랫동안 알고 있었으며, 그 안정성을 이용해 지붕을 지지하는 데 사용했다. 1570년 베네치아에서 처음 출판된 팔라디오의 작품에는 그가 직접 설계했을 가능성이 높은 4개의 목조 트러스 다리가 그려져 있다. 이탈리아와 독일 국경 근처의 시스몬강을 가로지르는 다리는 물살의 거센 흐름과 산에서 내려오는 돌과 나무의 충격을 피하려고 물속에 기둥 없이 건설되었다고 쓰여있다. 이렇게 건설된 다리는 "모든 부분이 서로를 지지하기 때문에" 튼튼하다고 그는 말했다.

트리나타 다리

팔라디오의 다리는 뚜렷한 혁신이었다. 짧은 조각을 이어 붙여 긴 경간을 만들었다. 아치의 하중을 견디는 데 필요한 무거운 교각이 필요하지 않았기 때문이다. 팔라디오는 중앙 패널을 대각선 버팀대 하나만 남겨두는 실수를 저질렀는데, 하중이 구조물을 가로질러 이동하면서 응력이 너무 커질 수 있다는 지적이 제기되었다. 반면, 패널의 단일(교차되지 않은) 대각선이 압축과 인장을 모두 전달할 수 있는 경우에는 두 번째 대각선 또는 카운터 브레이스가 필요하지 않다고 한다. 팔라디오가 이 이론을 완전히 터득하지는 못했을지라도 트러스 교량을 발명하고 건설한 공로를 충분히 인정받을 만하며, 그의 다리는 상당히 잘 견뎌냈다.

팔라디오보다 수년 전에 레오나르도 다빈치는 오랫동안 건물 건설에 일반적이었던 목조 트러스 원리를 교량에 적용하는 데 관심을 가졌던 것으로 보인다. 그의 노트 중 하나에 있는 스케치에는 "이 다리는 마스터 빔 ab, cd가 튼튼하고 잘 결합되어 있으면 부러지지 않는다"라는 문구와 함께 비교적 현대적인 외관의 목조 트러스 다리가 명확하게 표시되어 있다. 1595년과 1617년 달마시아의 주교 파우스토 베란치오는 금속 막대와 아이바로 만든 트러스 다리에 대한 자신의 구상을 인쇄물로 설명했다. 팔라디오의 다리를 제외한 나무나 철로 만든 트러스 다리는 이후 오랫동안 건설되지 않은 것으로 보인다. 베란치오는 또한 아이바 체인과 평평한 바닥을 갖춘 현수교를 계획했다.

프랑스의 수학자이자 엔지니어인 프랑수아 블롱델은 1665년 로마의 교량 건설 방식을 개선했다. 교량 기초가 약화하는 것을 방지하기 위한 그의 구조는 일종의 가짜 강바닥을 만드는 독특한 방식이었다. 생트의 로마 구조물은 샤랑트강이 말뚝을 약화시켜 폐허가 되었다. 블롱델은 소켓형 철봉으로 시추공을 만들어 좋은 점토에 도달하기까지 66피트를 내려가야 했다고 말한다. 그래서 그는 코퍼댐을 사용하여 물을 가두고 강바닥에서 7피트 아래 강둑에서 강둑까지 정사각형으로 참나무 기둥을 설치했다. 그는 이 사각형들을 모르타르로 쌓은 돌로 채웠다. 그런 다음 참나무로 만든 플랫폼을 철망에 볼트로 고정하고 그 위에 5피트 높이의 석조 교각을 세웠다. 이 하부 구조물은 해류에 씻겨 내려가지 않았고 1845년 철거될 때까지 다리는 그대로 서 있었다. 블롱델의 방식은 너무 번거롭고 비용이 많이 들어 일반적인 관행이 되지는 못했다. 겐트 출신의 도미니크회 신부인 프랑수아 로맹은 1685년 파리에 있는 퐁 로얄 다리의 기초를 쌓을 때 이 방식을 크게 개선했다. 로맹은 여전히 일부 수중 공사에 선호되는 개방형 케이슨을 사용했다. 그는 무거운 목재상자를 만들고 그 안에 부두의 벽돌을 쌓았다. 부두가 높아지면서 무게가 증가하자 케이슨이 땅속으로 내려가 바닥이 딱딱해졌다. 로맹은 이보다 앞서 네덜란드 마스트리흐트에서 부두 기초를 준설하는 데 사용한 것으로 보인다.

퐁 로얄

※ 캡스턴: 수직으로 된 원뿔형의 몸체에 밧줄이나 쇠줄을 감아 그것을 회전시켜 무거운 물건을 끌어 올리거나 당기는 기계. 주로 선박의 정박용 밧줄을 감는 데 쓴다.

※ 펜던트(pendant): 천장에 매달아 드리우게 된, 여러 개의 가지가 달린 방사형 모양의 등(燈). 가지 끝마다 불을 켜는데 예전에는 촛불이나 가스등을 켰으나 지금은 주로 전등을 켠다.

※ 포르타(Porta, Giacomo della): 이탈리아의 건축가(1537?~1602). 후기 르네상스와 바로크 시대를 잇는 중요한 건축가로, 일 제수 성당(Il Gesú聖堂)을 완성하고 산피에트로 대성당의 건축을 맡아 지휘하였다.

※ 브라만테(Bramante, Donato): 이탈리아의 건축가(1444~1514). 르네상스 건축의 고전적 양식을 완성하고 많은 종교 건축을 남겼다.

※ 팔라디오(Palladio, Andrea): 이탈리아의 건축가(1508~1580). 후기 르네상스의 대표자로, 수학을 기초로 하여 고전적 건축 양식을 확립하였다. 저서에 ≪건축의 사서(四書)≫, ≪로마의 유적≫ 따위가 있다.

※ 케이슨(caisson): 토목건축의 기초 공사를 할 때에, 압착 공기를 보내어 지하수가 솟는 것을 막으면서, 그 속에서 작업할 수 있게 철근 콘크리트로 만든 상자.