책상 옆 도서관

기원전 1세기의 비트루비우스는 화산회로 만든 시멘트가 파도에도 부서지지 않고 물에도 녹지 않을 만큼 견고하다고 찬사를 보냈다. 그렇다면 로마인은 왜 지금도 캄파냐(Campagna)를 가로질러 로마를 향해 행진하고, 스페인의 협곡을 가로지르며, 프랑스 님(Nîmes)의 강 위 160피트 높이의 퐁 뒤 가르(Pont du Gard)에 층층이 쌓여 있는 웅장한 아치길을 콘크리트 대신 돌로 건설했을까? 콘크리트와 석조 벽돌에 익숙한 사람이라면 그 답은 뻔하다. 석조 공사를 위한 준비 외에는 아무것도 필요 없지만 콘크리트 타설에 정교한 거푸집이 필요했기 때문이다. 로마인은 땅 표면을 따라 계곡을 가로질러 물을 운반하는 역사이펀 또는 배관을 잘 이해하고 사용했다. 왜 그들은 유명한 수로를 건설하는 대신 화산회로 고압 배관을 만들지 않았을까? 로마의 엔지니어가 콘크리트의 강도를 알고 있었는지는 여러 추측이 있다. 오히려 압축 상태에서는 아무리 튼튼해도 인장력을 견디지 못하기 때문에 콘크리트가 얼마나 약할 수 있는지 깨달았을 가능성이 있다. 고압에서 물이 터지는 힘을 견딜 만큼 충분히 강하지 않았다. 현대의 최고급 콘크리트조차도 인장강도가 약하기 때문에 금속으로 보강해야 한다. 로마인에게는 그런 콘크리트가 없었다.

퐁 뒤 가르(Pont du Gard)

그들이 사용한 압력 배관은 납으로 제작되었다. 파이프는 일반적으로 맨드릴에 ¼인치 시트를 압연했다. 아마도 이음새는 납땜했을 것이다. 연속된 길이를 같은 방식으로 겹쳐서 연결했다. 로마인은 철은 있었지만, 주철 파이프는 없었다. 그들은 청동 파이프에 대해 알고 있었지만 몇 가지 배관 설비를 제외하고는 어떤 이유로든 광범위하게 사용하지 않았으며 역사이펀에는 전혀 사용하지 않은 것 같다. 청동은 납보다 작업하기가 쉽지 않았고 의심의 여지 없이 더 비쌌다. 그러나 청동의 강도는 분명히 더 컸고, 특히 석조 수로 비용과 비교할 때 비용 문제는 거의 걸림돌이 되지 않았을 것이다.

서기 81년부터 96년까지 황제였던 도미티아누스는 팔라티노(Palatino) 언덕에 있는 자신의 궁전에 역사이펀을 만드는 비용을 거의 생각하지 않았다. 지름이 1피트인 납 파이프는 클라우디아(Claudia) 수로가 공급하는 저수지 아래 133피트 아래 계곡을 가로질러 설치되었다. 따라서 사이펀의 가장 낮은 지점에서의 압력은 60psi에 가까웠다. 그러나 로마의 기록은 이미 도시에서 동쪽으로 50마일 이상 떨어진 알라트리(Alatri)에서 확립된 것으로 보인다. 기원전 134년경에 만들어진 역사이펀은 수직 낙차가 340피트로 추정되며, 그 결과 150psi의 압력이 발생했다. 파이프의 지름은 약 3.9인치(10센티미터)였고, 파이프를 만든 납 시트의 두께는 거의 0.4인치(10밀리미터)였던 것으로 보인다. 수중 배관에 화산회를 사용하는 것은 압력의 문제가 아니라 편의성의 문제였다. 파이프, 특히 유연한 납 파이프는 콘크리트보다 물속에서 다루기가 훨씬 쉬웠다. 최근 아를 근처 론강 하류 바닥에 약 1,500년 동안 잠겨 있던 지름 6인치 이상의 납 배관이 배의 닻에 걸려 수면 위로 올라왔다.

팔라티노(Palatino) 언덕

클라우디아(Claudia) 수로

비트루비우스는 여러 개의 저수지, 수위 확장 및 기타 지연 장치를 사용하여 납과 점토 파이프의 압력을 낮추는 방법을 설명했다. 하지만 로마인은 계곡 위에 아치형 다리를 건설하고 단단한 산등성이를 깊게 절개하고 터널을 뚫어 수압 경사도를 유지했다. 금속으로 만든 압력 사이펀과 역사이펀의 용량은 더 제한적이었다. 비트루비우스가 언급한 가장 큰 납 파이프는 둘레가 약 100인치였고, 수로의 평균 크기는 폭 3.5피트, 깊이 6피트 정도였다. 게다가 압력을 받지 않는 수로는 누출을 제어하기가 어려웠다. 도시의 적절한 목적지에 도달하기 전에 수로에 유입된 물의 절반이 누수와 도난으로 사라진 것으로 추정된다. 아마도 후자는 사이펀으로 더 쉽게 제어할 수 있었지만, 아치형 수로에서는 수리가 더 쉬웠을 것이다. 게다가 로마인은 박테리아에 대한 지식이 없었지만, 불결한 물에 위험이 있다는 것을 알고 있었다. 비트루비우스는 ‘납에 중독된 노동자’의 중독을 관찰하고 납 파이프의 사용을 경계했으며, 대신 가능한 한 점토 파이프를 권장했다.

로마의 수력 공학자가 파악한 문제는 일정한 유량으로 충분한 양의 물을 공급하는 것이었다. 이를 위해 해발 1,000피트 높이의 수원지에 낮은 댐, 송수관로, 침전지를 건설한 다음 지하에 있는 배관을 통해 약 200피트 높이의 도시 내 저수지로 천천히 내려보낼 수 있었다. 캄파냐 쪽으로 비스듬히 경사진 언덕은 윤곽을 따라 몇 개의 능선을 터널로 만들고 계곡을 연결하면 이 수로가 꾸준히 하강할 수 있는 여건을 제공했다. 따라서 로마의 수로는 도시에서 1마일 이내에 도달했다. 그리고 나서야 캄파냐를 가로지르는 높은 구조물 위로 운반되었다. 이 아치형 수로는 상수도 시스템 전체 길이의 8분의 1을 넘지 않았다. 경제성을 위해 오래된 수로의 하부 구조물에 새로운 수로를 추가하는 경우가 많았다. 예를 들어 클라우디아의 아치는 캄파냐를 가로질러 아니오 노부스(Anio Novus)로 운반했다. 테풀라(Tepula)와 줄리아(Julia)는 마르시아(Marcia) 아케이드 위에 놓였다.

로마의 포르타 마조레 (Porta Maggiore)

거대한 아치형 수로를 갖춘 로마의 수로는 엔지니어링 분야에서 가장 인상적인 업적이었다. 서기 1세기 로마의 상하수도청장이었던 프론티누스(Frontinus)는 자신의 수로에 대해 ‘누가 쓸모없는 피라미드나 그리스의 다른 쓸모없는 유명한 작품을 이 수로와 비교할 사람이 있을까?”라고 자랑스럽게 썼다. 이 수로는 로마 제국 전역에서 모방하였다. 40~50개의 야심 찬 지방 도시에 로마식 수로 시스템이 설치되었다. 스페인의 세고비아, 아테네, 콘스탄티노플의 수로는 지금도 사용되고 있다. 로마 시대의 뛰어난 사례는 카르타고에 물을 공급한 수로였다. 부분적으로 폐허가 된 7마일의 우뚝 솟은 아치는 아프리카 풍경의 특징이며, 카르타고의 터를 표시하는 거의 모든 게 남아 있다. 로마 갈리아의 수도 리옹의 엔지니어는 아치형 수로와 역사이펀 배관을 조합하여 사용했다. 경사를 절반 이상 낮춤으로써 아치형 구조물의 높이와 길이를 모두 줄였다. 그런 다음 아를 근처 론강의 다리를 가로지르는 어떤 경사면을 따라 나란히 놓인 18개의 8인치 납 파이프를 통해 물을 다른 경사면으로 운반했다. 물론 이 파이프는 같은 두께와 총용량을 가진 단일 파이프보다 몇 배나 더 강했다.

로마에는 길이가 10~60마일에 이르는 11개의 수로가 있었다. 첫 번째 수로는 기원전 312년에, 마지막 수로는 5세기 후인 서기 226년에 건설했다. 이 중 4개가 전체 물자의 4분의 3을 운반했다. 허셜 섕크스는 서기 97년 프론티누스 시대에는 8곳에서 매일 2억 2천만 갤런, 즉 1인당 120갤런을 공급했다고 추정했다. 오늘날 뉴욕과 현대 로마의 1인당 소비량은 약 130갤런이다. 산업 용도, 위생, 식수, 소방 및 폐기물에 대한 당시와 현재의 상대적 배분을 정확하게 비교할 방법은 없다. 파리와 일부 미국 도시와 같은 일부 현대 도시에는 상수도가 이중으로 공급되고 있다. 로마에는 사실상 독립적인 세 가지 서비스가 있었다. 마르키아(Marcia), 클라우디아, 비르고(Virgo) 수로의 샘물은 우선 배수지로부터 공공 분수대로 배수되어 로마인 대부분이 매일 식수 및 기타 가정 용도로 집으로 가져갔다. 그러나 현대 유럽인처럼 로마인도 미국인처럼 집에서 물을 자유롭게 사용하지 않았다는 사실을 기억해야 한다. 아니오(Anio)의 탁한 물줄기는 로마 시민을 구별하는 흰색 또는 회색 모직 토가(toga)를 세탁하는 공중목욕탕, 제분소, 세탁소로 흘러 들어갔다. 모든 저수지에서 넘친 물은 거리와 하수도로 흘러 들어갔다.

마르키아 수로

비르고 (Virgo) 수로

개인이 사용할 수 있는 물은 상대적으로 적었다. 일부 부유층은 자기 돈으로 관을 설치하거나 관리인에게 뇌물을 주거나 몰래 수도관을 자기 집에 설치했다. 당국은 공공 화장실 사용료를 부과할 수 있는 권리와 거름을 위해 분뇨를 운반할 수 있는 권리를 임대했지만, 판매를 통해 수도 시스템에 자금을 조달할 생각은 하지 않았던 것 같다. 로마에서 물은 무료였으며, 종종 황제나 부유한 시민이 전쟁에서 얻은 전리품을 그 목적에 맞게 사용했다. 길이 55마일의 마르키아 수로는 기원전 144년에 코린트와 카르타고에서 승리한 전리품으로 현대 화폐로 환산하면 900만 달러에 달하는 비용으로 건설되었다.