Cầu dẫn nước cổ đại và sức bền vật liệu ngàn năm

Một trong những giá trị kiến trúc của người La Mã cổ đại thể hiện qua các cầu được xây dựng bằng đá với cấu trúc vòm (cầu vòm bằng đá). Điều đặc biệt nhất là độ bền chắc hàng ngàn năm của các khối bê tông La Mã mà vật liệu bê tông hiện nay không thể sánh được. Bài viết dưới đây lược trích giới thiệu về các cây cầu dẫn nước cổ đại hiện vẫn tồn tại sừng sững với thời gian.

Aqua Appia, cầu dẫn nước đầu tiên thời La Mã cổ đại xây dựng vào năm 312 trước Công Nguyên. (Ảnh: Internet.)

Cầu dẫn nước cổ đại

Thời hiện đại, chúng ta sử dụng những hệ thống ống dẫn để dẫn và cung cấp nước. Thời kỳ cổ đại, người xưa sử dụng hệ thống kênh dẫn nước. Hệ thống kênh này bao gồm cả cầu để đưa nước qua một thung lũng. Các cầu này được gọi là cầu dẫn nước hay cầu máng (tiếng anh: aqueduct, bắt nguồn từ tiếng Latin aquaeductus  (aqua (nước) và ductus (dẫn đi)).
Những hệ thống dẫn nước được tin là đã được xây dựng từ thời đại đồ sắt (bắt đầu vào thế kỷ 12 trước Công Nguyên)  tại Trung Đông cổ đại, Ấn Độ cổ đại và Hy Lạp cổ đại. Nó được phát triển từ các hệ thống vận chuyển nước cổ của Ba Tư, gồm những kênh dẫn nước ngầm kết nối nhau và các kênh phân phối nước trên mặt đất, gắn với hệ thống tưới tiêu.
Một trong những cầu dẫn nước được xây dựng trên mặt đất được biết đến sớm nhất là cầu Jerwan ở phía bắc tỉnh Mosul, Iraq. Nó được xây dựng vào năm 691 trước Công nguyên, thuộc hệ thống kênh dài 50 km, đưa nước từ sông Greater Zab đến kinh thành của nhà vua ở Nineveh.
Thành phố Rome, Ý, thủ phủ của Cộng Hòa La Mã có đường dẫn nước La Mã đầu tiên vào năm 312 trước Công Nguyên, là cầu Appia (Aqua Appia).
Mặc dù cầu dẫn nước không phải là một phát minh của La Mã, người La Mã là những kỹ sư rất giỏi và đưa thiết kế và xây dựng cầu lên tầm cao nhất mọi thời đại, nên nó thường được gắn với thời kỳ của người La Mã cổ đại. Đặc biệt là phần lớn các cầu còn được bảo toàn cho tới hiện nay là các cây cầu thời La Mã cồ đại.

Dưới đây là một vài hành ảnh các cây cầu dẫn nước nổi tiếng.

Cầu Gard (Pont du Gard) là một trong những cầu dẫn nước nổi tiếng nhất hiện nay, ở phía nam nước Pháp, bắc ngang qua sông Gardon. Cầu được xây dựng bằng đá gồm 3 tầng, với chiều dài 275 mét và độ cao tối đa 49 mét. Cầu do đế chế La Mã xây dựng từ thế kỉ thứ nhất sau Công nguyên để đưa nước từ Uzès tới thành phố Nîmes. Nó là cầu dẫn nước cao nhất trong số các công trình tương tự trong thời La Mã cổ đại. Cầu tồn tại gần như nguyên vẹn cho đến ngày nay, đã được UNESCO đưa vào danh sách Di sản thế giới năm 1985.

Pont du Gard, là cầu dẫn nước cao nhất trong số các công trình tương tự trong thời La Mã cổ đại. (Ảnh: Internet.)

Cầu máng Segovia (tiếng Tây Ban Nha: Acueducto de Segovia), ở Tây Ban Nha, hiện cũng là một cầu rất nổi tiếng, đã được UNESCO công nhận là di sản kiến trúc thế giới năm 1985. Nó là cây cầu dẫn nước dài nhất được xây dựng từ thời La Mã cổ đại, có lẽ được hoàn thành vào năm 98, dẫn nước vào thành phố Segovia từ sông Río Frío (cách đó khoảng 17 km). Cầu có chiều dài 728m và chiều cao 28m. 

Cầu máng Segovia, là cây cầu dẫn nước dài nhất được xây dựng từ thời La Mã cổ đại. (Ảnh: Internet.)

Cầu dẫn nước Valens (Valens Aqueduct) tại Istanbul, Thổ Nhĩ Kỳ, là một cầu dẫn nước tuyệt đẹp khác được bảo tồn tốt nhất. Nó có lẽ được xây dựng trong thế kỷ thứ nhất, và được hoàn thành vào cuối thế kỷ thứ 4 sau Công Nguyên, với mương dẫn nước ở độ cao tối đa 28,5m, cung cấp nước cho Constantinople (Istanbul hiện đại). Cấu trúc còn thấy hiện nay dài 921m.

Cầu dẫn nước Valens, là một trong những cầu dẫn nước được bảo tồn tốt nhất. (Ảnh: Internet.)

Cầu dẫn nước La Mã cổ đại mà hiện vẫn đang hoạt động là cầu Vergine ở thủ đô Roma của Ý. Nó được xây dựng vào năm 19 trước Công Nguyên, hiện vẫn đang đưa nước đến một số đài phun nước của Rome, trong đó có đài phun nước Trevi tráng lệ.

Ngoài ra còn nhiều cầu dẫn nước xây dựng sau này cũng rất nổi tiếng. Sau đây là hai ví dụ.

Cầu máng nước Vanvitelli hay còn gọi là Cầu máng nước Caroline (Aqueduct of Vanvitelli or Caroline Aqueduct) , ở Ý, cung cấp nước cho dinh hoàng gia ở ngoài thành phố Caserta từ suối Fizzo (cách đó khỏang 30 km) Ý. Việc xây dựng bắt đầu từ năm 1753 và hoàn thành vào năm 1762. Kiến trúc đặc biệt nhất của công trình dài 529m và được bảo tồn hoàn hảo trong thung lũng Tufa Maddaloni, với ba dãy vòm tầng cột, đoạn cao nhất lên tới 55,8m. Nó đã được UNESCO công nhận là Di sản thế giới từ năm 1997. 

Cầu máng nước Vanvitelli với kiến trúc đặc biệt nhất của công trình dài 529m được bảo tồn hoàn hảo. (Ảnh: Internet.)

Cầu dẫn nước Águas Livres (tiếng Bồ Đào Nha: Aqueduto das Águas Livres) là cầu đã dẫn nước cho thành phố Lisbon từ Caneças (cách thủ đô Lisbon của Bồ Đào Nha khoảng 15 km về phía tây bắc). Tuyến chính của ống dẫn nước bao gồm 18km, nhưng toàn bộ mạng lưới các kênh rạch kéo dài gần 58km. Việc xây dựng được bắt đầu vào năm 1731. Từ  năm 1748 nó đã bắt đầu đưa nước đến thành phố Lisbon. Tổng cộng có 35 vòm bắc ngang thung lũng Alcantara, dài 941m. Các vòm cao nhất đạt đến độ cao 65m. Hình dạng nhọn của vòm, và nhiều chỗ nhọn, gợi nhớ lại các vòm theo phong cách kiến trúc Gothic (kiến trúc ở châu Âu trong thế kỷ 5-15). Nó được coi là một kiệt tác của kỹ thuật trong thời kỳ Baroque, và của kỹ thuật Bồ Đào Nha thế kỷ 18.

Cầu dẫn nước Águas Livres với hình dạng nhọn của vòm và các vòm cao đến 65 m. (Ảnh của tác giả.)

Sức bền vật liệu
Trong khi nhiều cấu trúc bê tông hiện đại sụp đổ chỉ sau một vài thập kỷ, thứ vật liệu xây dựng của La Mã cổ đại đã chứng minh được độ bền chắc của nó sau hàng nghìn năm, khi những công trình La Mã cổ đại vẫn đứng vững cho tới hiện nay. Điều này đã từ lâu đã thách đố các nhà khoa học nghiên cứu tìm ra nguyên nhân của độ bền của bê tông La Mã.
Người La Mã làm bê tông bằng cách trộn tro núi lửa với vôi và nước biển để làm vữa, và sau đó cho thêm các khối đá núi lửa vào khối vữa, gọi là “cốt liệu” trong bê tông. Sự kết hợp của các vật liệu này tạo ra phản ứng có tên là phản ứng pozzolanic.
Pozzolan (Puzolan) là một loại vật liệu dùng trong ngành xây dựng, đã được người Ý sử dụng trong ngành xây dựng trong thời kỳ La Mã cổ đại tại vùng Puzuoli (bên Vịnh Naples., nên tên vật liệu này được đặt theo tên địa danh này.
Phản ứng pozzolanic la phản ứng chuyển đổi một tiền chất giàu silica không có tính chất kết dính, thành silicat canxi, có đặc tính kết dính tốt. Về mặt hóa học, phản ứng pozzolanic xảy ra giữa canxi hydroxit (Ca(OH)2) và axit silicic (H4SiO4), tạo thành hợp chất có tính chất xi măng là hydrat canxi silicat (CaH2SiO4):

Ca(OH)2 + H4SiO4 → CaH2SiO4·2 H2O

Phản ứng pozzolanic viết bằng ký hiệu viết tắt:

CH + SH → C-S-H.

Bê tông hiện nay chúng ta sử dụng là loại bê tông xi măng Portland, cũng sử dụng cốt liệu đá. Nhưng một khác biệt rất quan trọng là các hạt cát và sỏi được coi là trơ với phản ứng hóa học. Bất kỳ phản ứng hóa học nào xảy ra với bột xi măng cũng có thể làm hình thành các chất làm giãn nở, gây hủy hoại kết cấu bê tông xi măng Portland. Hay nói một cách ngắn gọn là trong khi phản ứng hóa học giữa cốt liệu và vữa của bê tông La Mã giúp cho bê tông được gắn kết tốt hơn và ngăn ngừa các vết nứt, thì phản ứng hóa học của cốt liệu trơ của bê tông Portland lại làm các vết nứt lan rộng.
Tuy nhiên, bê tông La Mã chịu sức nén kém hơn so với bê tông xi măng Portland. Cho nên cũng khó có khả năng là bê tông La Mã sẽ trở nên phổ biến trong tương lai.

Tài liệu tham khảo: Internet.