Engineering Behind the Roman Colosseum

6月 28, 2021admin

Engineering Behind the Roman ColosseumAuthor.Odyssey
Engineering Behind the Roman Colosseumは、ローマ時代のコロシアム。 Megan Anderson

フラウィウス円形闘技場として知られるコロッセオは、間違いなくローマで最も有名なモニュメントです。 6エーカーの広さを持つ楕円形の構造は、ローマ工学の存在と重要性を示し、その構造の中に複数の工学的概念を結び付けています。コロッセオを初めて見たとき、私はすぐに外周に並ぶ繰り返されるコンクリートのアーチに惹かれました。コロッセオが街の中心で人々の娯楽の中心となっていたことを知り、その規模と、娯楽や権力とみなされる低俗な行為に興味を持ちました。この建物自体が、かつてローマ社会の宗教と文化を定義していたのです。その印象的な外観は息をのむほど美しく、ローマ帝国最大の円形競技場をもっと研究したいと思ったのです。

歴史

コロッセオの始まりは、紀元 69 年に遡ります。皇帝ウェスパシアヌスが、ローマ市を内戦前の姿に戻すために円形競技場を建設しました (Cartwright, 2012)。民衆の娯楽の場として設計された。スタティリウス・タウロスによって建設された既存の小さな円形競技場は、西暦64年に起こった火災で焼失していた（Pepe,n.d.）。ヴェスパシアヌスは、ネロが所有権を主張していた街の中心部に新しい円形競技場を建設することを決定したが、これは、この地域を地域社会の使用に切り替え、ネロの財産を民衆に返還するという政治的ジェスチャーと見ることができ、ローマ人の包摂性を暗示している。

コロッセオは、当時のローマ帝国に栄えた富と権力を象徴するものであった（Pepe, n.d. ）。その場所は、ネロの人造湖があった場所に建てられるため、構造物は賢く計画されなければならなかった。 26フィートの排水溝で周囲の谷の水を排除し、コンクリートのドーナツ型の土台を外壁と内側の楕円形の下に配置した。円形競技場は、谷から23フィート（約3.5メートル）上がった場所に設置された。

建設は紀元72年に始まり、紀元70年のユダヤ人の大反乱の後にユダヤの神殿から持ち出された遺物で賄われました。労働力は、同じくエルサレム包囲から奪った12,000人のユダヤ人捕虜で構成されていました。ユダヤ人の奴隷が未熟な労働力の供給源であったのに対し、ローマ人はより専門的な仕事を引き受けた。囚人たちは、20マイル離れたチボリの採石場からトラバーチンの建材を運ぶなど、過酷な条件のもとで長時間働きました。ネロの湖の上に建設されたため、設備も少なく、工期もかなり早かったが、8年かかった。紀元79年にヴェスパシアヌスが亡くなると、息子のティトゥスが後を継ぎ、紀元80年に皇帝がスポンサーとなり、100日間にわたるフラウィウス円形競技場で、動物や剣闘士が死ぬまで闘う就任式が開催された。観客は毎日出てきて、剣闘士の戦いなどの長時間のショーを観戦した。

620×513フィートの大きさで5万人以上の観客を収容できる完全な構造は、ローマ人が2つの半円形の劇場を組み合わせて連続した楕円を作ることによって作った円形劇場の形をしている（Pepe, n.d., 2010)。この建物は、ローマ社会の人々のために様々な種類の娯楽を提供することを目的としていた。座席は社会階級ごとに配置され、皇帝には最も良い席が、元老院議員にはその次に良い席が確保されていた。建築家は不明だが、5：3、つまり300×180ローマフィートの比率で建築することを望んだ。アリーナの幅、観客席の幅、外部ファサードの高さがすべて等しいことを示すシンメトリーであった。周囲は1,885ローマ・フィートで、その全体に80の等しいアーチを並べる必要があったため、設計上重要だった（Hopkins, n.d.)．ローマ時代のプロポーションとシンメトリーの概念は、この建物の他の部分にも見受けられる。

以下は、82年に建設された時の、平面図での構造の図です。

観客席と配置を表示する円形劇場の眺め。

観客席の部分を構成したカベは、構造的に下の金庫に支えられている。そのため、このような「倭寇」に対して、「倭寇」は「倭冦」と呼ばれるようになりました。

このように、”覇王別姫 “は、”覇王 “と “覇王 “の間に位置し、”覇王 “は “覇王 “を意味します。

その昔、最も一般的な戦いはvenationes（野生動物の狩猟）とmunera（剣闘士ゲーム）であった。遊戯は最初、宗教や魔法と強く結びついていたが、時代が進むにつれてその関連性は薄れていった。最も人気のあるゲームはサーカスで行われた戦車狩りである。その他、有名な戦いの再現、神話に基づくドラマ、死刑囚の処刑などが行われた。競技は法律で規制され、大衆の関心によって行われた。

中世には、小さな礼拝堂が建てられ、闘技場は墓地として使用されました。

中世には小さな礼拝堂が建てられ、アリーナは墓地として使われた。その後、12世紀まで丸天井の下の空間は住宅や作業場として貸し出された。 1349年の大地震で建物の3分の2が破壊された後、残りの3分の1は19世紀まで宗教団体に引き継がれたが、それ以外は数世紀にわたって放置されていた。
現代では、ファサードは何度も補強・修復され、年間400万人の観光客を受け入れるローマ中心部の人気観光スポットの一つとなっている（Wikipedia, n.d.）

もともと円形劇場は、街の主要水源であるアクア・クラウディア水道橋から水を運び、下部構造物に水を流して海軍の戦闘場面を作り出す機能をもっていた。後年、ティトゥスの弟ドミティアヌスが政権を握ると、ショーが始まる前に戦闘員を収容するためにハイポジウムを発掘し、海戦を終了させたのである。

長年にわたって多くの災害が起こり、建造物は破壊されてきたが、中にはもっとひどいものもあった。

長年にわたって多くの災害が発生し、建造物は破壊されましたが、その中でも特にひどいものは、何世紀にもわたって放棄され、建造物の3分の2は取り壊されましたが、建造物を維持し、その歴史的意義を維持するために何度も修復が行われました。修復は現在も行われています。

円形競技場は、昔も今も、エスキライン丘、パラティーノ丘、ケーリアン丘の間のローマの中心部に位置しています。かつてネロが土地を主張し、人工湖を開催していた場所に建てられた建造物です。コロッセオは高さ48メートルとローマで最も高い遺跡であるため、近くに来たら見逃すことはないだろう。

概要

ハイポジウム

ドミティアヌスが権力を握ったとき、彼は以前下水道があったコロッセオの地下にハイポジウムを建設する努力をしました。このエリアは2階建てで、剣闘士のための部屋、野生動物のための32の檻、シャフト、滑車システムで構成されていた。

コロッセオでは、短期間に多くの異なるタイプのイベントが開催されたため、ハイポジウムは、1 つのタイプのショーから次のショーへすばやく移行できるように構成されていました。ローマのエンジニアは、特殊効果の迅速な変更と動物の迅速な吊り上げを可能にするために、機構の効率的なネットワークを提供する責任を負っていました。最も大きな動物のために、技術者たちはヘグマタという、蝶番で動物の重量を支えることができ、動物とともに舞台まで吊り上げることができる強力なプラットフォームを作った。

ハイポジウムには、コロッセオの外側や、剣闘士学校、厩舎、武器が保管され死体が解体されるスポリオリウムなどの周囲の建物に通じる複数のトンネルがありました。

ハイポジウムは、最新のローマ技術でショーやコンテストをより効果的に行うために、常に変化していました。

このように、”倭寇 “は “倭寇 “であり、”倭寇 “は “倭寇 “である。舞台は災害で取り壊され、現在ハイポジウムは上層から見ることができる。

図2．ハイポジウム3階からの眺め

現存するハイポジウムの遺構である。

ヴェラリウム

屋外の円形劇場は夏の日に観客を不快に暑くするので、コロッセオは円形劇場の周りのソケットにセットされた240本のマストからぶら下がって、ロープにつながれた長い布帯から成るヴェラリウムを持っていました。海兵隊員は何年も訓練を受け、天候に応じて日よけを操作するために雇われたのである。

以下は、ソケットとサポートでヴェラリウムが構造物にどのように取り付けられていたかを示しています。ソケットとサポート。

群集の流れ

コロッセオは、円形劇場が満員のとき、5 分で完全に空っぽにできるように設計されています。これは、設計が豊富な入口と出口、つまり、群衆が素早く通り抜けられるような豊富なアーチを求めたことを示しています。

標準化された部品

ローマ人は、コロッセオを建設する際に、「標準化された部品」という新しい測定概念を使用しました。 50,000 以上の座席を効率的に建設するために、建設者は階段と座席を現場で建設し、それらをすべて同じサイズで交換できるようにしたのです。熟練した職人が工房で作り、現場に持ち込んだのだ。

主な材料

耐久性があり長持ちする構造を作るために、装飾と構造の目的で多くの材料がコロッセオの建設に使用されました。

トラバーチン石灰岩

トラバーチン石灰岩は、柱や1階部分、外壁に使用されました。ティヴォリから切り出されたものである。外壁だけでも10万立方メートルのトラバーチン石灰石があり、300トンの鉄製クランプで固定されていました（Alchin, n.d.)． Engineering Rome は実際のトラバーチン採石場を訪れ、これらのブロックの大規模さを目の当たりにする機会を得ました。

図 4. Travertine Quarry Site Visit – Tivoli, Italy

Figure 5. 20ton Travertine Block

Tuff

タフは噴火によって放出した火山灰を固めた石ですが、他にも柱や放射状の壁などに使われたようです。ローマ人は火山の噴火によって凝灰岩を手に入れた。

タイル

粘土と水を混ぜ、天日で乾燥させて作られるタイルやレンガは、屋根や充填のために壁構造に配置されました。ローマのレンガは、今日一般に見られるレンガよりも平たく長い。ローマンレンガの最も一般的なサイズは、1.5 ローマンフィート x 1 ローマンフィートです。

ローマンコンクリート

アーチ型のアーチを構築するためにローマンコンクリートが使用されました。これは、天然のポゾランとして機能する非晶質シリカ、石灰製造からの石灰、および水 (Muench, 2015) の混合物で構成されていました。ローマ時代のコンクリートは、火山灰と石灰を含む独特の粘着性のあるペーストで、作業性が高いことが証明された。ポゾランはローマ人がコンクリートを素早く固めることを可能にし、構造物の迅速な建設を可能にした（History.com, 2010）。

大理石

大理石は、座席、彫像、水飲み場、およびその他の装飾に使用されました。

その他

鉛やテラコッタのパイプは、構造物の下にある上下水道システムに使われました（Alchin, n.d.）

基礎

コロッセオはネロの湖があった谷の上に置かれ、大きな問題の1つは水はけでした。円形競技場の基礎を作るために、まず湖の水を排出するための巨大な排水路が作られた。そして、砂とシルトの下にある粘土層に到達するまで谷を掘削し、幅31メートル、深さ6メートルの大きさにした。そして、その掘削部分は、ハンマーで圧縮したローマ時代のコンクリートで埋め尽くされた。この盛り土は掘削部分よりさらに6メートルほど上まで続き、これは構造物が地面の上に建てられていたためです。基礎の周囲はレンガで補強されていた。

ローマ・ラ・サピエンツァのM.セローネによれば（n.d.）、「基礎は、完全に知られていない（そして現在研究中）不均質な地盤上に立っており、最近の完新世沖積層は、その下の鮮新統よりもコンパクトで抵抗力が弱かった」。地盤の剛性が低下し、モニュメントの下に均質に分布していないことが、最初の差動沈下、相対移動、それに伴う局所応力の増大の原因である」。基礎にかかる応力の増大は、時間の経過とともに生じる構造物の沈下や損傷の原因となり、多くの修復作業が必要となります。

アーチ と アーチ

古代ローマの建築物は、大きな石の塊を、構造を支え、重量を運ぶように配置できるアーチを利用しました。これは、ファサード全体を囲む、アリーナの最も重要な建築的特徴であると言ってもよいでしょう。アーチの工学的な目的は、圧力を下へ下へと導き、アーチに圧縮応力を発生させることである。コロッセオが建設された当時、ローマン・コンクリートは大規模な構造物の重量を支えることができる新しい発見でしたが、ローマ人はその寿命に確信が持てなかったのです。石積みのユニットは無限に剛性と強度があり、接合部では滑らないし、接合部では張力が伝わらない（Muench, 2015）。 Thomas E. Boothby（n.d.）によると、「死荷重を受けるアーチは一般に2ヒンジアーチと考えられ、水平推力を冗長量として選び、カスティリアノの定理によって解かれる。 2ヒンジのアーチの場合…大きな集中荷重の影響を受けると、アーチは第3のヒンジを発達させて静的確定となる。” とある。そこで、橋台に2つ、アーチの上部に1つの3ヒンジのアーチを想定することができる。

Vaulted Arch (Vaults)

Vaulted Arch は、外部アーチと同様に、ローマンコンクリートで作られており、重量をあまり増やすことなく建物に強度を追加しました。ローマ人によって、複数のアーチを組み合わせて構造的に支えることで考案されたのが「ヴォールト」です。外観の通路や廊下の天井は、すべて耐久性のある石灰岩で支えられたアーチ型であった。アーチ型にすることで、天井は平らな天井よりもはるかに強くなり、アーチから柱を通して重さが伝わるようになった（Alchin, n.d. ）。倒壊を防ぐためには、水平方向の推進力に対する抵抗力が腰部に存在しなければならない。ローマ人は、水平推力が極端に大きい部分にバットレスを置いてハンチの壁を厚くすることでこれを構成した（The Columbia Electronic Encyclopedia, 2012）。コロッセオの1階には、外周全体を覆うように樽型アーチ形天井が存在した。以下、樽形ヴォールトと溝形ヴォールトを図で示し、円形競技場にある実際のヴォールトを写真で示します。丸天井の種類

図7.丸天井の種類

図6.丸天井の種類。コロッセオの丸天井

3＞リビング＞リビングはコロッセオの丸天井で重要であった。トラバーチンアーチ、バイペダリスアーチ、バイペダリスアーチの端で分離してモルタルとコンクリートを充填するアーチ（ラダーリブとして）に存在する。リブは重要であった。「地上レベルの放射状壁の4つがそれぞれ下部構造のアーチの一つの冠の上に直接建てられていたので、建設者はトラバーチンのリブを補強として提供した」（Lancaster, 2005）。

リブは、アレクサンドル・セウェルスの下で最初の大規模な再建が行われたとき、より重要なものとなりました。 Lynne C. Lancasterによると、「建物の北側にある外陣が再建されたとき、二本柱の代わりに格子柱が使用された…格子柱は元の二本柱と同じ機能を果たしていたが、より発展した後の柱の形を示している」。格子状の肋骨は、より効率的であるため、建築物の建設や修復に有利であった。このことは、ローマ人が効率を上げる方法を模索し、工学的手法をさらに進めていたことを示している。リブは、パンテオンやカラカラ浴場など、他の古代ローマの建物にも見られ、補強材として使用されています。

柱

工学的分析において、柱は、柱の上から下を通して圧縮荷重を伝えるために使用されます。コロッセオの場合、柱は、建物を立たせたまま、構造物の重量を地面に伝えるために使用されました。柱は、構造的な目的と装飾的な目的の両方に利用された。 1階には23フィートのドーリア式半円柱があり、外観はシンプルだが、ずんぐりした体で上層階を支えるように設計されている。上部が丸く、台座がないデザインになっている。 2階は21フィートのイオニア式の半円柱で、ドーリック式よりも細部にまでこだわっている。細身の柱と大きな基部を持ち、2階の構造用と装飾用に使用された。 3階には、最も華麗な21フィートのコリント式半円柱が並び、主に装飾に使われた。フルートのような細長い柱で、上部には葉の絵柄が描かれている。

ある柱の荷重は、その柱に対応する支流域の構造物の自重を計算することによって求めることができる。
以下は、コロッセオに含まれる柱の種類を描いた画像である。ローマ時代の柱の種類

図9.ローマ時代の柱の種類。ファサードのローマ柱

排水・下水道システム

大量の観客がさまざまな理由で水を必要としたので、コロシアムでは下水道システムが必要だったのです。飲料水、トイレ、廃棄物処理、海戦の水処理、パフォーマンス効果のための水など、すべてが必需品だったのです。

証拠によると、コロッセオには、水を満たした貯水槽のある側塔があり、飲料用の噴水に水を供給することができたことがわかります。

証拠によると、コロッセオには、水を満たした貯水池のある側塔があり、飲料用の噴水に水を供給することができました。カベは雨水を集め、1階につながる垂直のパイプに注ぎ、二重傾斜の設計により、半分はアリーナに、半分は外に流れるようになっていた（Pepe, n.d. ）。

最近、海戦のために水浸しになったアリーナを排水するために、時には5フィートの深さの流出水路が建設されたことを示す証拠があります。

以下は、古代に運用されていた排水システムを描いた図である。

図10. 排水システムの地図

図11.古代ローマ時代の排水システム

図10.古代ローマ時代の排水システムの地図。アクア・クラウディア水道橋の現地視察-イタリア・ローマ

2015年9月に現地視察したアクア・クラウディア。

建物の修復

コロッセオはその生涯を通じて何度も再建・修復されている。まず、ドミティアヌスは、海戦を中止して構造骨組みの損傷を止める努力として、ハイポジウムを建設しました。海戦が終わった後は、大火災が修復効果の上位を占めた。最初の火災は、内部の木造部分に接触して焼失した。 2世紀の最初の火災の後、アントニヌス・ピウスの時代に最初の小修理が行われた（Pepe, n.d. ）。完全な再建が始まったのは、雷雨で上階の木造の床に火がつき、その下の階層が崩壊して円形闘技場の大部分が取り壊されたときである。コロッセオは、マルクス・アウレリウス・アントニウス・アウグストゥス皇帝が中心となって、30年以上かけて再建された。紀元222年、アレクサンドル・セヴァルスの時代に再開され、240年、ゴードン3世の時代に修理が完了した。ガリエヌスの治世に大地震が起こり、ローマの大部分とコロッセオが破壊された（Pepe, n.d. ）。 5世紀の地震では、カベア、屋根裏の壁、屋根裏の柱に被害が出た。地震によって円形競技場は北端よりも南端の方が沈下したため、安全のために南側のアーケードは取り払われ、ハイポゲウムは土で覆われることになった。中世の間、この建物は放置されていたため、壁の亀裂に植生が生え、建物の損傷を拡大させた。 9世紀にも地震があり、南東側のアーケードの被害が拡大した。

最も大きな地震は1349年に起こり、南側のポーチを崩壊させた。

最も大きな地震は1349年に起こり、南側のポーチが倒壊し、街全体に被害が及んだ。その後、構造を維持するために北側のメンテナンスが増やされた。

最後に記録された地震は1703年で、第二リングの2つのアーチが崩壊し、構造に甚大な被害をもたらしました。

19世紀にも修復が行われ、東西に2つのバットレスが作られ、外側の部分を支えました。南側は再建され、北側には放射状の壁と丸天井が作られ、構造の放射状の安定性を向上させた。 20世紀には、第3リングの損傷した5本の柱が補強された（Cerone, n.d. ）。

現在、コロッセオは3年間の修復プロセスで、建物の強化が行われている。デラ・ヴァッレは3300万ドルの資金を提供し、このプロジェクトは3段階に分けられています。まず、ファサードが徹底的に洗浄され、現在の暗い色の石から、私たちがクラス旅行で見たような本来の「白い黄土色」の石へと変化します。次に、アリーナの外側に新しいビジターセンターを建設する予定です。最後に、ハイポジウムなどの内部を徹底的に洗浄し、新しくします。この大規模な修復プロジェクトは、2016年に完了する予定である（CBS, n.d.）。以下は、2015年9月に撮影した外観の修復作業の様子である

図12. 修復のためのコロッセオ外の足場

現代の修復のための足場

現代の利用

コロッセオは年間400万人の観光客を受け入れ、世界で39番目に訪れる場所となっています (Wikipedia, n.d.)． 2012 年にハイポジウムの見学が始まったばかりで、3300 万ドルの修復プロジェクトが進行中のフラウィウス円形競技場は、今後 2000 年間は観光客のホットスポットとなる可能性があります。世界的によく知られている歴史的円形劇場。

私の体験

タフマインツアーに向かう途中で見たコロッセオ。

ローマ留学前に、一番見たいと思っていた遺跡がコロッセオだったんです。一般的に、ローマの街といえば、すぐにコロッセオを思い浮かべます。

私は留学中、エンジニアリング・ローマで夜のコロッセオを見学する機会を得ました。夜のツアーは、混雑が少なく、プライベートなツアーで、写真や日中には見ることができない月明かりの下の素晴らしい景色を見ることができました。日中、何百人もの観光客の間を縫って歩くよりも、夜の方がリラックスして見ることができ、建物の部分についてじっくりと考えることができました。この記念碑を訪れる前、私は何を期待していいのか分かりませんでした。円形劇場がどれほど巨大で、どれほどの人数を収容できるのか、知らなかったのです。長年にわたる火災や地震で骨組みの多くが破壊されましたが、その多くが現存していたり、見る人のために置き換えられたりしており、古代に行われた出来事を本当に想像することができました。

展望台から見たコロッセオ内部。

ガイドさんが全階を案内しながら、試合の流れ、建物の配置、建設の裏にある歴史などを説明してくれました。

そして、最近観光用に開放されたばかりのハイポジウムに案内されましたが、アリーナの地下全体に広がっていることに驚かされました。私は、奴隷が動物を闘技場に吊り上げるために操作していた滑車システムに主に興味をそそられました。

剣闘士と動物が死に物狂いで戦い、それを5万人の観客が娯楽として見ていたという事実が、私の心に強く響きました。コロッセオで試合やショーが行われていた時代と、現代の私たちの理想は大きく異なるということに興味を持ちました。また、コロッセオの外観は、アーチや柱など、他の建築物にはない特徴を持っています。ローマ人は工学的な知識がほとんどなかったにもかかわらず、2000年後の現在も残る6エーカーの円形競技場を建設することができたという事実に、私は驚かされました。工学的な見地から、どのように変化し、現在の形になったのか、興味がありました。

外部ファサードのパノラマ

結論

コロッセオは、古代ローマの富と権力を象徴する複合建造物である。この建造物は、文字通り、そして比喩的にローマ帝国の中心地であったため、世界で最も重要なモニュメントの一つです。世界中から人々がこの壮大な円形競技場に集まり、彼らが権力と見なすものを目撃し、ここで行われた競技が当時の文化を決定づけたのです。コロッセオは、ローマ帝国が裕福で、毎日複数のショーを完売できるほど繁栄していたことを示しています。歴史的な重要性だけでなく、コロッセオには最古のローマ工学や建築技術も含まれています。工学的な観点から、円形競技場は過去2000年の構造変化を分析するのに有利である。堂々たる歴史的建造物であるコロッセオは、初期ローマ工学と古代ローマの繁栄を象徴しており、理想的なプロジェクトのトピックとなっています。