Tecnología de la antigua Roma

La generación de energía mediante vapor permaneció en el plano teórico en el mundo romano. Herón de Alejandría publicó esquemas de un dispositivo de vapor que hacía girar una bola sobre un pivote. El dispositivo utilizaba el calor de un caldero para impulsar el vapor a través de un sistema de tubos hacia la bola. El dispositivo producía aproximadamente 1500 rpm, pero nunca habría sido práctico a escala industrial, ya que la mano de obra necesaria para su funcionamiento, el suministro de combustible y el mantenimiento de la temperatura habrían supuesto un coste demasiado elevado. ^{[ 4 ]}

Los romanos crearon madera ignífuga recubriendo la madera con alumbre . ^{[ 6 ]}

Lo ideal era extraer las piedras de canteras situadas lo más cerca posible del lugar de construcción para reducir los costes de transporte. Los bloques de piedra se formaban en las canteras perforando agujeros en líneas de la longitud y anchura deseadas. A continuación, se clavaban cuñas de madera en los agujeros. Estos se llenaban de agua para que las cuñas se hincharan con la fuerza suficiente para extraer el bloque de la tierra. Se han encontrado bloques con dimensiones de 21,0 x 4,3 x 4,6 m ( 69 x 14 x 15 pies ) , con un peso aproximado de 1000 toneladas. Existen indicios de que se desarrollaron sierras para cortar piedra en la época imperial. Inicialmente, los romanos utilizaban sierras manuales para cortar piedra, pero posteriormente desarrollaron sierras hidráulicas. ^{[ 6 ]}  

La proporción de la mezcla de morteros de cal romanos dependía de la procedencia de la arena. Para la arena recogida en un río o mar, la proporción era de dos partes de arena, una de cal y una de conchas molidas. Para la arena recogida tierra adentro, la mezcla era de tres partes de arena y una de cal. La cal para los morteros se preparaba en hornos de cal, que eran fosas subterráneas diseñadas para proteger del viento. ^{[ 6 ]}

Otro tipo de mortero romano se conoce como mortero puzolánico . La puzolana es una arcilla volcánica que se encuentra en Nápoles y sus alrededores. La proporción de la mezcla para el cemento era de dos partes de puzolana y una parte de mortero de cal. Debido a su composición, el cemento puzolánico podía formarse en agua y se ha comprobado que es tan duro como la roca natural. ^{[ 6 ]}

Las grúas se usaban para trabajos de construcción y posiblemente para cargar y descargar barcos en sus puertos, aunque para este último uso, según el "estado actual del conocimiento", todavía no hay evidencia. ^{[ 7 ]} La mayoría de las grúas eran capaces de levantar alrededor de 6 a 7 toneladas de carga y, según un relieve mostrado en la Columna de Trajano , funcionaban con ruedas de pisar .

Los romanos diseñaron el Panteón teniendo en cuenta los conceptos de belleza, simetría y perfección. Incorporaron estos conceptos matemáticos en sus proyectos de obras públicas. Por ejemplo, el concepto de números perfectos se utilizó en el diseño del Panteón al incrustar 28 casetones en la cúpula. Un número perfecto es aquel cuyos factores suman el mismo número. Así, el número 28 se considera un número perfecto, ya que sus factores 1, 2, 4, 7 y 14 suman 28. Los números perfectos son extremadamente raros, pues solo existe un número para cada cantidad de dígitos (uno para dígitos simples, dobles, triples, cuádruples, etc.). La incorporación de conceptos matemáticos de belleza, simetría y perfección en la estructura demuestra la sofisticación técnica de los ingenieros romanos. ^{[ 8 ]}

El hormigón romano fue esencial para el diseño del Panteón. El mortero utilizado en la construcción de la cúpula se compone de una mezcla de cal y polvo volcánico conocido como puzolana. Este hormigón es adecuado para la construcción de muros gruesos, ya que no requiere estar completamente seco para fraguar. ^{[ 9 ]}

La construcción del Panteón fue una empresa colosal que requirió grandes cantidades de recursos y horas de trabajo. Delaine estima que la cantidad total de mano de obra necesaria para la construcción del Panteón fue de aproximadamente 400 000 jornadas laborales. ^{[ 10 ]}  

Aunque Santa Sofía se construyó después de la caída del Imperio Romano de Occidente, su construcción incorporó materiales y técnicas de la antigua Roma. El edificio se construyó con mortero puzolánico . La evidencia del uso de esta sustancia proviene del hundimiento de los arcos de la estructura durante la construcción, ya que una característica distintiva del mortero puzolánico es el largo tiempo que necesita para fraguar. Los ingenieros tuvieron que retirar muros decorativos para permitir que el mortero fraguara. ^{[ 11 ]}

El mortero puzolánico utilizado en la construcción de Santa Sofía no contiene ceniza volcánica, sino polvo de ladrillo triturado. La composición de los materiales empleados en el mortero puzolánico aumenta su resistencia a la tracción. Un mortero compuesto principalmente de cal tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 200 kilopascales (30 psi), mientras que el mortero puzolánico con polvo de ladrillo triturado alcanza los 3000 kilopascales (500 psi) . La ventaja de utilizar mortero puzolánico en la construcción de Santa Sofía radica en el aumento de la resistencia de las juntas. Las juntas de mortero empleadas en la estructura son más anchas de lo que cabría esperar en una construcción típica de ladrillo y mortero. Estas juntas anchas sugieren que los arquitectos de Santa Sofía conocían la alta resistencia a la tracción del mortero y la incorporaron en consecuencia. ^{[ 11 ]}  

Los romanos construyeron numerosos acueductos para abastecerse de agua. La propia ciudad de Roma se abastecía mediante once acueductos de piedra caliza que proporcionaban a la ciudad más de un millón de metros cúbicos de agua al día, suficiente para 3,5 millones de personas incluso en la actualidad, ^{[ 12 ]} y con una longitud combinada de 350 kilómetros (220 millas) . ^{[ 13 ]} 

El agua dentro de los acueductos dependía completamente de la gravedad. Los canales de piedra elevados por donde viajaba el agua estaban ligeramente inclinados. El agua se transportaba directamente desde manantiales de montaña. Después de pasar por el acueducto, el agua se recogía en tanques y se distribuía mediante tuberías a fuentes, inodoros, etc. ^{[ 14 ]}

Los principales acueductos de la Antigua Roma eran el Aqua Claudia y el Aqua Marcia . ^{[ 15 ]} La mayoría de los acueductos se construían bajo tierra, con solo pequeñas secciones sobre el suelo sostenidas por arcos. ^{[ 16 ]} Tradicionalmente se creía que el acueducto romano más largo, de 178 kilómetros (111 millas) de longitud, era el que abastecía a la ciudad de Cartago . El complejo sistema construido para abastecer a Constantinopla recibía su suministro más lejano desde más de 120 km de distancia a lo largo de una ruta sinuosa de más de 336 km. ^{[ 17 ]}   

Los acueductos romanos se construyeron con precisión y un alto nivel tecnológico para la época. Impulsados ​​completamente por la gravedad , fueron diseñados para transportar grandes volúmenes de agua de manera eficiente. En los lugares donde se debían cruzar depresiones de más de 50 metros de profundidad, se utilizaban sifones invertidos para impulsar el agua cuesta arriba. ^{[ 16 ]} Un acueducto también suministraba agua a las ruedas de paletas de Barbegal , en la Galia romana , un complejo de molinos de agua considerado como «la mayor concentración conocida de energía mecánica en el mundo antiguo». ^{[ 18 ]}

Los acueductos romanos evocan imágenes de agua viajando largas distancias a través de puentes arqueados; sin embargo, solo el 5 por ciento del agua transportada a través de los sistemas de acueductos lo hacía mediante puentes. Los ingenieros romanos trabajaron para que las rutas de los acueductos fueran lo más prácticas posible. En la práctica, esto significaba diseñar acueductos que fluyeran a nivel del suelo o bajo la superficie, ya que eran más rentables que la construcción de puentes, cuya construcción y mantenimiento eran más costosos que los de las elevaciones superficiales y subterráneas. Los puentes de los acueductos a menudo necesitaban reparaciones y pasaban años en desuso. El robo de agua de los acueductos era un problema frecuente que dificultaba la estimación del caudal. ^{[ 19 ]} Para evitar la erosión de los canales de los acueductos, se utilizaba un enlucido conocido como opus signinum. ^{[ 5 ]} Este enlucido incorporaba terracota triturada en la típica mezcla de mortero romano de roca puzolánica y cal. ^{[ 20 ]}

Los romanos construyeron presas para la recolección de agua, como las presas de Subiaco , dos de las cuales alimentaban el Anio Novus , uno de los acueductos más grandes de Roma . Construyeron 72 presas solo en España , y se conocen muchas más en todo el Imperio, algunas de las cuales todavía están en uso. En un yacimiento, Montefurado en Galicia , parece que construyeron una presa en el río Sil para exponer depósitos aluviales de oro en el lecho del río. El yacimiento está cerca de la espectacular mina de oro romana de Las Médulas . Se conocen varias presas de tierra en Gran Bretaña , incluyendo un ejemplo bien conservado de la Lanchester romana, Longovicium , donde pudo haber sido utilizada en la forja o fundición a escala industrial , a juzgar por los montones de escoria encontrados en este yacimiento en el norte de Inglaterra. Los depósitos para almacenar agua también son comunes a lo largo de los sistemas de acueductos, y se conocen numerosos ejemplos en un solo yacimiento, las minas de oro de Dolaucothi en el oeste de Gales . Las represas de mampostería eran comunes en el norte de África, ya que proporcionaban un suministro de agua fiable procedente de los uadis que se encontraban detrás de muchos asentamientos.

Los romanos construyeron presas para almacenar agua para el riego. Comprendieron que los aliviaderos eran necesarios para prevenir la erosión de las orillas compactadas. En Egipto, los romanos adoptaron de los nabateos la tecnología hidráulica conocida como riego por uadis . Los uadis eran una técnica desarrollada para captar grandes cantidades de agua producidas durante las crecidas estacionales y almacenarla para la temporada de cultivo. Los romanos desarrollaron con éxito esta técnica a mayor escala. ^{[ 19 ]}

Los romanos no inventaron la fontanería ni los inodoros, sino que tomaron prestado su sistema de eliminación de desechos de sus vecinos, particularmente de los minoicos. ^{[ 21 ]} Un sistema de eliminación de desechos no era una invención nueva, sino que existía desde el 3100 a. C., cuando se creó uno en el valle del río Indo. ^{[ 22 ]} Los baños públicos romanos , o termas, cumplían funciones higiénicas, sociales y culturales. Los baños contenían tres instalaciones principales para el baño. Después de desvestirse en el apodyterium o vestuario, los romanos pasaban al tepidarium o sala caliente. En el calor seco y moderado del tepidarium, algunos realizaban ejercicios de calentamiento y estiramientos, mientras que otros se engrasaban o hacían que los esclavos los engrasaran. El propósito principal del tepidarium era promover la sudoración para prepararse para la siguiente sala, el caldarium o sala caliente. El caldarium, a diferencia del tepidarium, era extremadamente húmedo y caliente. Las temperaturas en el caldarium podían alcanzar los 40 grados Celsius (104 grados Fahrenheit). Muchas de ellas contaban con baños de vapor y una fuente de agua fría conocida como labrum . La última sala era el frigidarium o sala fría, que ofrecía un baño frío para refrescarse después del caldarium. Los romanos también tenían inodoros con cisterna .

La retención del calor en las habitaciones era importante para el funcionamiento de los baños, ya que evitaba que los usuarios contrajeran resfriados. Para evitar que las puertas quedaran abiertas, los marcos se instalaban en un ángulo inclinado para que se cerraran automáticamente. Otra técnica para mejorar la eficiencia térmica era el uso de bancos de madera en lugar de piedra, ya que la madera conduce menos calor. ^{[ 23 ]}

Los romanos construyeron carreteras principalmente para su ejército. Su importancia económica probablemente también fue significativa, aunque a menudo se prohibía el tráfico de carros en ellas para preservar su valor militar. En total, se construyeron más de 400 000 kilómetros (250 000 millas) de carreteras, de los cuales 80 500 kilómetros (50 000 millas) estaban pavimentados con piedra. ^{[ 24 ]}  

El gobierno mantenía puestos de avituallamiento a intervalos regulares a lo largo de las carreteras. También contaba con un sistema independiente de estaciones de relevo para mensajeros oficiales y privados. Esto permitía que un envío recorriera un máximo de 800 kilómetros (500 millas) en 24 horas mediante un sistema de relevos con caballos. 

Las calzadas se construían excavando una zanja a lo largo del trazado previsto, a menudo hasta la roca madre . La zanja se rellenaba primero con rocas, grava o arena, y luego con una capa de hormigón. Finalmente, se pavimentaban con losas de piedra poligonales. Las calzadas romanas se consideran las más avanzadas construidas hasta principios del siglo XIX. Se construían puentes sobre los cursos de agua. Las calzadas eran resistentes a las inundaciones y otros riesgos ambientales. Tras la caída del Imperio Romano, las calzadas siguieron siendo transitables y se utilizaron durante más de 1000 años.

La mayoría de las ciudades romanas tenían forma cuadrada. Cuatro avenidas principales conducían al centro de la ciudad, o foro. Estas avenidas formaban una cruz, y cada vértice de la cruz era una puerta de entrada a la ciudad. A estas avenidas principales se conectaban calles más pequeñas, las calles donde vivía la gente.

Los puentes romanos se construían con piedra y/o hormigón y utilizaban el arco . Construido en el 142 a. C., el Pons Aemilius , posteriormente llamado Ponte Rotto (puente roto), es el puente de piedra romano más antiguo de Roma. El puente romano más grande fue el Puente de Trajano sobre el bajo Danubio, construido por Apolodoro de Damasco , que durante más de un milenio fue el puente más largo jamás construido, tanto en longitud total como en longitud de vano. La mayoría de las veces se encontraban a una altura mínima de 18 metros (60 pies ) sobre el nivel del agua. 

Los carros romanos tenían múltiples usos y se presentaban en diversas formas. Los carros de carga se utilizaban para transportar mercancías. Los carros cilíndricos se usaban para transportar líquidos. Estos carros tenían grandes barriles cilíndricos colocados horizontalmente con la parte superior hacia adelante. Para transportar materiales de construcción, como arena o tierra, los romanos utilizaban carros con paredes altas. También se utilizaban carros de transporte público, algunos de los cuales contaban con espacio para dormir hasta seis personas. ^{[ 25 ]}

Los romanos desarrollaron un sistema de transporte ferroviario de carga pesada. Los rieles consistían en ranuras incrustadas en los caminos de piedra existentes. Los carros utilizados en este sistema tenían grandes ejes de bloques y ruedas de madera con carcasas metálicas. ^{[ 25 ]}

Los carros también contaban con frenos y suspensiones elásticas. Los sistemas de suspensión elástica utilizaban correas de cuero sujetas a soportes de bronce para suspender los carros por encima de los ejes. Este sistema contribuía a una marcha más suave al reducir las vibraciones. Los romanos adoptaron cojinetes desarrollados por los celtas. Estos cojinetes disminuían la fricción rotacional mediante el uso de barro para lubricar anillos de piedra. ^{[ 25 ]}

Los romanos también hicieron un gran uso de los acueductos en sus extensas operaciones mineras por todo el imperio. Algunos yacimientos, como Las Médulas en el noroeste de España, contaban con al menos siete canales principales que desembocaban en la bocana de la mina. Otros yacimientos, como Dolaucothi en el sur de Gales, se abastecían mediante al menos cinco acequias , todas ellas conduciendo a depósitos y cisternas situadas muy por encima de la actual mina a cielo abierto. El agua se utilizaba para la minería hidráulica , en la que se liberaban corrientes o chorros de agua sobre la ladera, primero para revelar cualquier mineral aurífero y luego para trabajar el propio mineral. Los restos de roca se podían eliminar mediante el método de lavado , y el agua también se utilizaba para apagar los fuegos creados para romper la roca dura y las vetas, un método conocido como pirograbado .

Los depósitos aluviales de oro podían explotarse y el oro extraerse sin necesidad de triturar el mineral. Se instalaban mesas de lavado debajo de los tanques para recoger el polvo de oro y las pepitas presentes. El oro de veta requería trituración, y probablemente utilizaban molinos de trituración o de estampación accionados por ruedas hidráulicas para moler el mineral duro antes del lavado. También se necesitaban grandes cantidades de agua en la minería profunda para eliminar los escombros y alimentar las máquinas primitivas, así como para lavar el mineral triturado. Plinio el Viejo ofrece una descripción detallada de la minería de oro en el libro XXXIII de su Historia Natural , la mayor parte de la cual ha sido confirmada por la arqueología . Que utilizaban molinos de agua a gran escala en otros lugares está atestiguado por los molinos de harina de Barbegal , en el sur de Francia, y del Janículo en Roma.

El pilum (jabalina) era un arma predilecta de los legionarios y pesaba aproximadamente cinco libras/2,25 kilogramos. ^{[ 26 ]} Estaba diseñado para usarse una sola vez y se destruía tras su primer uso. Esta característica impedía que el enemigo reutilizara las lanzas. Todos los soldados portaban dos versiones de esta arma: una lanza principal y una de reserva. Un bloque sólido de madera en el centro del arma protegía las manos de los legionarios mientras la portaban. Según Polibio , los historiadores tienen registros de «cómo los romanos lanzaban sus lanzas y luego cargaban con espadas». ^{[ 27 ]} Esta táctica parecía ser una práctica común entre la infantería romana.

Si bien las armaduras pesadas y complejas ( catafractos ) no eran infrecuentes , los romanos perfeccionaron una armadura de torso completo relativamente ligera, hecha de placas segmentadas ( lorica segmentata ). Esta armadura segmentada proporcionaba buena protección para las zonas vitales, pero no cubría tanto el cuerpo como la lorica hamata ( cota de malla ). La lorica segmentata ofrecía mejor protección, pero las bandas de placas eran caras, difíciles de producir y difíciles de reparar en el campo de batalla. En general, la cota de malla era más barata, más fácil de producir y más sencilla de mantener, era de talla única y más cómoda de llevar; por lo tanto, siguió siendo la principal forma de armadura incluso cuando la lorica segmentata estaba en uso.

La testudo es una maniobra militar táctica originaria de Roma. La táctica consistía en que las unidades alzaran sus escudos para protegerse de los proyectiles enemigos. La estrategia solo funcionaba si cada miembro de la testudo protegía a su compañero. Utilizada comúnmente durante los asedios, la "disciplina y sincronización necesarias para formar una testudo" era una muestra de las habilidades de los legionarios. ^{[ 28 ]} Testudo, que significa tortuga en latín, "no era la norma, sino que se adoptaba en situaciones específicas para hacer frente a amenazas particulares en el campo de batalla". ^{[ 28 ]} La falange griega y otras formaciones romanas sirvieron de inspiración para esta maniobra.

Si bien los inventos fundamentales de la artillería fueron fundados principalmente por los griegos, Roma vio una oportunidad en la capacidad de perfeccionar esta artillería de largo alcance. Grandes piezas de artillería como la carrobalista y los onagros bombardeaban las líneas enemigas antes del asalto terrestre de la infantería. La manubalista "a menudo se describía como la máquina de torsión de dos brazos más avanzada utilizada por el ejército romano". ^{[ 28 ]} El arma a menudo se asemeja a una ballesta montada capaz de disparar proyectiles. De manera similar, el onagro, "llamado así por el asno salvaje debido a su 'patada ' " , era un arma más grande capaz de lanzar grandes proyectiles contra murallas o fortalezas. ^{[ 28 ]} Ambas eran máquinas de guerra muy eficaces y fueron utilizadas por el ejército romano.

La helépolis era un vehículo utilizado para asediar ciudades. Contaba con paredes de madera para proteger a los soldados durante su transporte hacia las murallas enemigas. Al llegar a las murallas, los soldados desembarcaban en la parte superior de la  estructura de 15 metros de altura y descendían sobre las murallas enemigas. Para ser eficaz en combate, la helépolis estaba diseñada para ser autopropulsada. Estos vehículos autopropulsados ​​funcionaban con dos tipos de motores: un motor interno accionado por humanos o un motor de contrapeso impulsado por la gravedad. El motor accionado por humanos utilizaba un sistema de cuerdas que conectaba los ejes a un cabrestante. Se ha calculado que se necesitarían al menos 30 hombres para girar el cabrestante y superar la fuerza necesaria para mover el vehículo. Es posible que se utilizaran dos cabrestantes en lugar de uno solo, reduciendo el número de hombres necesarios por cabrestante a 16, para un total de 32 para impulsar la helépolis. El motor de contrapeso impulsado por la gravedad utilizaba un sistema de cuerdas y poleas para propulsar el vehículo. Se enrollaron cuerdas alrededor de los ejes, que pasaban por un sistema de poleas conectado a un contrapeso que colgaba en la parte superior del vehículo. Los contrapesos podían ser de plomo o un cubo lleno de agua. El contrapeso de plomo estaba encapsulado en un tubo lleno de semillas para controlar su caída. El contrapeso de cubo de agua se vaciaba al llegar al fondo del vehículo, se volvía a subir y se llenaba de agua mediante una bomba de agua de pistón, para que se pudiera reanudar el movimiento. Se ha calculado que para mover una helépolis con una masa de 40 toneladas métricas, se necesitaba un contrapeso de 1 tonelada métrica. ^{[ 25 ]}

Originalmente un arma incendiaria adoptada de los griegos en el siglo VII d. C., el fuego griego "es uno de los pocos inventos cuya espantosa efectividad fue notada por" ^{[ 28 ]} muchas fuentes. Los innovadores romanos hicieron que esta arma, ya de por sí letal, fuera aún más mortífera. Su naturaleza se describe a menudo como un "precursor del napalm". ^{[ 28 ]} Los estrategas militares a menudo la utilizaban con éxito durante las batallas navales, y los ingredientes para su construcción "permanecieron como un secreto militar celosamente guardado". ^{[ 28 ]} A pesar de esto, la devastación causada por el fuego griego en combate es indiscutible.

La movilidad, para una fuerza militar, era una clave esencial para el éxito. Si bien no se trataba de una invención romana, ya que existían ejemplos de "antiguos chinos y persas que utilizaban el mecanismo de flotación", ^{[ 28 ]} los generales romanos emplearon esta innovación con gran eficacia en sus campañas. Además, los ingenieros perfeccionaron la velocidad de construcción de estos puentes. Los líderes sorprendían a las unidades enemigas con gran eficacia al cruzar rápidamente cuerpos de agua que de otro modo serían traicioneros. Las embarcaciones ligeras se "organizaban y unían con la ayuda de tablones, clavos y cables". ^{[ 28 ]} Las balsas se utilizaban con mayor frecuencia en lugar de construir nuevos puentes improvisados, lo que permitía una rápida construcción y desmantelación. ^{[ 31 ]}