PergolyBetonové stropy v 18. století a jejich vývoj v českých zemích
Beton je jeden z nejvíce využívaných stavebních materiálů ve světě. Jeho použití se datuje až do starověkého Říma, a od té doby prošel mnoha vývojovými fázemi, které vedly k vytvoření moderního betonu, jak ho známe dnes. Použití betonu sahá až do starověkého Říma, kde byl používán pro stavbu rozsáhlých staveb jako jsou amfiteátry, akvadukty a cesty. Římané vyvinuli speciální typ betonu nazvaný "opus caementicium", který se skládal z vápence, písku, vody a popílku z hořícího vápna. Římské lité zdivo obsahovalo drcený kámen nebo štěrk s maximálním zrnem obvykle do 70 mm, který byl důkladně promíchán s maltou skládající se z hydraulického pojiva, které bylo tvořeno směsí vápna a cihelné moučky, nebo sopečného tufu. I když římský beton nebyl srovnatelný s dnešním betonem, byl to materiál, který Římanům umožnil realizovat řadu velkolepých staveb. Po pádu Římské říše se technika výroby betonu ztratila a v Evropě se při stavbě upřednostňovaly kameny a cihly.
Během renesance v 15. století začala být betonová technologie znovuobjevena. Rozvoj průmyslové výroby v Západní Evropě během 17. a 18. století a z něj vyplývající vzrůst stavebních činností oživil zájem o přírodní hydraulická pojiva. Do Nizozemska, které budovalo mořské hráze, byl dovážen tras (mletá tufová hornina sopečného původu) z pohoří Eifel. Vytěžené tufové horniny byly loděmi po Rýně dopravovány do Holandska, kde byly ve speciálních větrných mlýnech drceny a v sudech pak dodávány na trh. Poptávka po tomto částečně hydraulickém pojivu však neustále stoupala. Proto se v 17. a 18. století začala technika výroby betonu opět rozvíjet. Zlom v hledání tajemství umělé hydraulicity přináší činnost J. Smeatona (1724 - 1792), který v roce 1791 vydává knihu, v níž odhaluje výsledky svých prací. Dospěl k závěru, že „pevnost zatvrdlého vápna musí záviset na jiných vlastnostech vápence, než je jeho tvrdost“. Tím Smeaton nalezl klíč k poznání základních tajemství hydraulicity.
V roce 1796 přihlašuje J. Parker, inspirovaný pravděpodobně Smeatonovou knihou z roku 1791, anglický patent, v němž popisuje postup drcení a pálení vhodné vápencové suroviny s přiměřenou příměsí hliněných součástí. Výsledek byl nazván románským cementem. Tento typ materiálu se stal na více než půl století převažujícím typem komerčně dostupného hydraulického pojiva. Pojivo bylo oblíbené mimo jiné i při zdění, protože je nebylo třeba hasit. Velmi rychle tuhlo (za 10 až 20 minut) a mělo také velmi dobré hydraulické vlastnosti. Na počátku 19. století přinesly shrnutí tehdejších teoretických vědomostí práce Vicatovy (1786 - 1861). V roce 1818 Vicat přihlašuje anglický patent. Podle něj se k výrobě umělého hydraulického vápna použije směs jednoho až dvaceti dílů hlinitých složek a sto dílů vápence, křídy nebo vápna. Během průmyslové revoluce v 18. a 19. století došlo ke zlepšení výrobních technik a materiálů. Byly objeveny nové směsi, jako je portlandský cement, který se stal klíčovou složkou moderního betonu.
V roce 1825 založil Apsdin továrnu, v níž vyráběl pojivo pod obchodním názvem „portlandský cement“. Teprve I. CH. Johnson (1811 - 1911) dovršuje úsilí mnoha generací a v roce 1844 dochází k poznatkům o nutnosti pálení suroviny až na mez slinutí. Na přelomu první a druhé poloviny 19. století tak nastává situace, kdy teoreticky je výroba cementu, rámcově již srovnatelného s cementy dnešními, zvládnuta.
Historie betonového stavitelství v českých zemích
V českých zemích se první průkopnické pokusy s betonem odehrávaly od 70. let 19. století a lidé pohlíželi na nový materiál s nedůvěrou. První betonovou klenbu postavil v českých zemích roku 1875 architekt Otto Ehlen na své experimentální vile v Praze. Pokus se povedl, ale k většímu rozšíření betonových konstrukcí to moc nepřispělo. Žádná velká stavba z betonu se na našem území nerealizovala - až do roku 1890, tedy doby výstavby přístavního skladiště v Krásném Březně. Roku 1885 se Rakousko-uherské státní dráhy rozhodly postavit v Ústí nad Labem nové, moderní přístaviště. Beton provázel stavbu už od počátku, investor ho použil také do základů čtyři sta metrů dlouhé přístavní zdi. Původně mělo jít o běžnou kovovou konstrukci s železnými stropy a fošnovými podlahami, ale vídeňská centrála se obávala rizika požáru takové konstrukce. Rozhodla se tak pro dražší variantu více odolnou vůči ohni, která kombinuje železné nosníky a klenby z prostého betonu. Spoluautorem návrhu stavby byl jeden z předních českých techniků 19. století vrchní inspektor Rakousko-uherské společnosti státní dráhy Eduard Bazika (1830-1914). Strop v každém patře tvoří deset kleneb o šířce 1,4 metru a délce 40 metrů. Celkově stavba obsahuje na 3,5 tisíce metrů čtverečních zaklenuté stropní plochy. Beton byl samozřejmě použit i do základů skladiště. Budova stojí dodnes a stále slouží jako sklady. Krátce po dokončení skladiště se betonáři přesunuli do Prahy, kde je čekala obdobná stavba na železničním skladu mouky. V devadesátých letech 19. století už se pak dařilo prosazovat betonové a železobetonové konstrukce ve rakousko-uherském stavitelství stále častěji. Velkou zásluhu na tom měla právě firma Pittel a Brausewetter, která iniciovala srovnávací testy kleneb různých konstrukcí a veřejností bedlivě sledovaný pokus definitivně prokázal, že nejlepší vlastnosti dosahují právě ty s betonem. Až 600 vagonů cukru unese unikátní pětipodlažní skladiště, které stojí poblíž přístavu v ústecké čtvrti Krásné Březno. Budova z roku 1890 je tak odolná, protože její stropy tvoří klenby z betonu. Tato konstrukce byla tehdy v českém stavitelství novinkou.
Čtěte také: Krok za krokem: Betonové sloupky
Mezi průkopníky betonových staveb patří Francouz F. Coigniet (1814 - 1888). Ve svém patentu z roku 1855 formuluje řadu zásad, jejichž realizace má umožnit, aby se z betonu stal konkurenčně schopný konstrukční materiál. Zdůrazňuje potřebu důkladného hutnění čerstvého betonu, požaduje, aby do betonové směsi bylo přidáváno minimální množství vody, navrhuje využití strojů pro drcení kameniva i míchání betonové směsi, považuje za nezbytné používání vícenásobně použitelného bednění. V témže roce buduje v Paříži soukromý obytný dům s plochou betonovou střechou - terasou. V případě střešní terasy, která sestává z betonových desek tloušťky 27 cm, musí řešit i otázku její dostatečné únosnosti. Proto navrhuje do desky výztuž z 12 cm vysokých I nosníků vzdálených od sebe 1 metr. Únosnost této konstrukce byla v roce 1862 stanovena na 1500 kg/m2. V roce 1861 zakládá Coigniet v Paříži podnik, který provádí betonové kanalizační stavby, stavby opěrných zdí, základy, sklepy. V roce 1867 staví Coigniet šestipodlažní, dodnes zachovaný betonový dům a 1,5 km dlouhý betonový akvadukt.
Častá interpretace dějin vývoje železobetonu podle odborné literatury považuje za klíčovou osobu Francouze J. Moniera (1823 - 1906). Nebyl však vynálezcem železobetonu, ale osobní energií a podnikavostí přispěl k jeho popularizaci a rozšíření. Výjimečný byl jeho význam při pronikání železobetonu do Německa a Rakouska - Uherska, Ruska i Skandinávie. Jeho komerčně úspěšné patenty ovlivnily vývoj železobetonu v těchto oblastech na dlouhá desetiletí. Dodnes je i v odborném názvosloví dochováno jeho jméno označující tenkou železobetonovou příčku (monierka). Jeho základní patent pochází z roku 1867. Následně přihlašuje řadu dalších patentů, např. patenty na železniční pražce (1877). Je zřejmé, že Monier neuvažoval o statickém spolupůsobení betonu a oceli. Výztuž umísťoval do osy vyztužovaných průřezů, a i když v 80. letech konal Hennebique pokusy, protože ho dosavadní Monierův systém, založený na kombinaci ocelových sloupů a železobetonové desky, neuspokojoval. Navíc chtěl být bezpochyby patentově nezávislý. Později Hennebique vynaložil velké úsilí, aby dokázal, že nebyl ovlivněn paralelním úsilím Hyatta, Coigneta, Weysse, Koenena a dalších. V roce 1892 přihlašuje Hennebique svůj první patent.
V 50. letech 19. století se rozbíhá výroba portlandského cementu v Německu i v Rakousku, na trhu se však objevují pojiva nejrůznější kvality. Základní poznatky a principy související s výrobou cementu shrnul ve své práci V. 110 let po dokončení Eddystonského majáku jsou obecně k dispozici přesné znalosti o způsobu výroby cementu, z něhož lze vyrobit beton s minimální pevnosti po 28 dnech vyšší než 10 MPa, jehož pevnost v čase dále významně narůstala. Práce Michaelisovy jasně ukázaly nejen na nezbytnost správného sestavení suroviny, ale i na nutnost pravidelného zkoušení vyrobeného cementu. Výsledkem těchto snah bylo 24. ledna 1877 založení Spolku německých výrobců cementu, který sdružoval 24 firem. V jeho rámci vznikla pak první norma, formulující ustanovení týkající se vlastností a kvality dodávaného portlandského cementu. Tato první norma definuje pojem normové malty, z níž se zhotovovala zkušební tělesa. Skládala se z jednoho dílu cementu a tří dílů tzv. normového písku s poměrem vody k cementu 0,4. Tělesa se zkoušela po 28 dnech, z toho jeden den uložení na vzduchu, dále pak ve vodě. Teprve norma z roku 1887 předepisuje i zkoušení pevnosti v tlaku. Paralelně s vývojem a výrobou cementu šla ruku v ruce i výroba a teorie betonu a jeho vyztužování.
V budovách, ať již pro občanskou, anebo pro průmyslovou výstavbu, se na území našeho státu jako nosný materiál používá beton prakticky již jeden a půl století. Nejprve se začal používat v základových konstrukcích a později i v klenbách stropních konstrukcí, na konci 19. století už i jako železový beton ve stropních konstrukcích formou moniérovských desek mezi ocelovými nosníky. Tyto stropní desky byly k vidění například v budově Zemského domu II v Brně (dnešní Krajský úřad Jihomoravského kraje), který byl stavěn v letech 1908 až 1910. V nižších podlažích jsou použity Mátray-Decke, což byla obdoba Koenenových stropních desek, kdy je rovný pouze spodní líc stropní desky mezi ocelovými traverzami, ale horní líc má tvar obrácené klenby (uprostřed rozpětí s tloušťkou 160 mm a u nosníku i přes 300 mm). Vzdálenost ocelových nosníků se pohybuje od 1,6 do 2,75 m při světlosti podélných nosných zdí 6 až 6,25 m. Výztuž z drobnějších hladkých drátů není v těchto betonových deskách vedena kolmo na ocelové nosníky, ale šikmo pod úhlem 15 až 20 °, přičemž uprostřed rozpětí je výztuž při spodním líci desky, ale u traverz při horním líci desky. První ojedinělé pokusy prosadit železobetonové nosné konstrukce můžeme u nás vystopovat už na konci 19. století. Jedná se ale pouze o drobnější stavby nebo samostatné části konstrukce. Skutečně plného a efektivního uvedení do praxe se dočkal železobeton teprve na počátku 20. století a rutinního zvládnutí dokonce až po 1. světové válce.
Jako základní nosná struktura nalezl železobetonový skelet nejširší odezvu zejména u rozměrných mnohapodlažních objektů s důrazem na volnou nebo variabilní dispozici (průmysl, obchodní domy, velkotržnice apod.). Proti starším smíšeným konstrukcím výrobních objektů nabízel řadu rozhodujících výhod - vysoká únosnost (rozpony, podlažnost, zatížení), prostorová tuhost a jednolitost konstrukce (dynamické namáhání, bodové zatížení, menší rozsah ztužujících prvků, prostorově-konstrukční variabilita (složitější části technologie lze snadno začlenit výměnou nebo zesílením a možnost dodatečných dispozičních změn). Fascinujícím přínosem musely být zejména vlastnosti betonu jako materiálu - odolnost vůči mechanickému a chemickému namáhání, povětrnosti, vysokým teplotám, požáru a působení elektrického pole.
Čtěte také: Postupy rekonstrukce trámových stropů
Charakteristiky betonu v minulosti
Konstrukce postavené před rokem 1931 obsahují cement s dosti hrubým mletím slínku. Beton se míchal přímo na stavbě, bylo používáno ruční dávkování jednotlivých složek (většinou poměrové) a někdy i ruční míchání. Používáno bylo kamenivo z místních zdrojů, většinou neprané a mnohdy kopané přímo či v blízkosti stavby (dosti často bylo silně zahliněné) a zároveň nebyly hlídány křivky zrnitosti (nejsou neobvyklá nadměrně velká zrna kameniva v betonu). Dávkování vody se prakticky neprovádělo (množství vody se přidávalo do míchačky citem). Ukládání a ošetřování betonu v bednění nebylo standardizováno a bylo silně odvislé od odborných zkušeností prováděcí firmy. Z výše uvedených skutečností vyplývá velmi vysoká variabilita pevnosti betonu v konstrukci jako celku, ale i v rámci jednoho konstrukčního prvku. U starších konstrukcí je rozdílná pevnost betonů i v jednotlivých konstrukčních prvcích a je závislá na způsobu ukládání betonu a jeho následném zhutnění a ošetřování (především v postupně budovaných svislých konstrukcích, sloupech a zejména stěnách je variabilita pevnosti betonu dosti vysoká).
S ohledem na vývoj výztužných ocelí a poznatky o trvanlivosti betonu vzrůstaly požadavky na minimální tlakovou pevnost betonu. Podle přednormových předpisů se kvalita betonu předepisovala minimální krychelnou pevností (zkoušela se po šesti týdnech), přičemž minimální pevnost betonu podle dodatku z roku 1918 byla 130 kg/cm2 s minimálním množstvím cementu 240 kg/m3 při poměru cementu s kamenivem 1 : 5.
Z materiálového hlediska betonářské výztuže předepisoval dodatek předpisu z roku 1918 pro svářkové železo dovolená namáhání v tahu na 1 000 kg/cm2 a ve smyku na 600 kg/cm2, zatímco pro plávkovou ocel tyto hodnoty zvýšil na 1 200 kg/cm2, resp. 720 kg/cm2. Ještě další úprava těchto předpisů (ustanovení z roku 1922) uváděla dovolená namáhání pro svářkové železo. Je proto zřejmé, že svářkové železo se jako betonářská výztuž používalo podstatně déle než u klasických ocelových konstrukcí, kde již neplatná norma pro posuzování stavebních konstrukcí při přestavbách ve čl. P 2.1.1 pro ocelové konstrukce jako mezník ukončení používání svářkového železa uvádí rok 1905. Z pohledu zabudované betonářské výztuže se ve starších konstrukcích převážně vyskytuje armatura s hladkým povrchem. Ta má samozřejmě nižší soudržnost s betonem a musí být opatřena koncovou úpravou (polokruhovým hákem či smyčkou).
Vývoj průmyslové architektury s využitím betonu
Průmyslové stavby 19. století nepochybně představují zásadní zlom ve vývoji prostorového architektonického konceptu. Přechod od zemědělské k průmyslové společnosti, od manufaktury k masové výrobě byl doprovázen potřebou zcela odlišných výrobních zařízení. Velká, nestrukturovaná plocha, vyšší počet podlaží, stejně jako rychlost výroby se staly rozhodujícími podmínkami. Celý proces byl v první řadě ovlivněn a katalyzován zavedením nových materiálů, skeletu jako primární nosné struktury a prostorové nebo prvkové „prefabrikace“. Kovové konstrukce (litina, ocel, velkoplošné sklo) byly využity jako první. Nástrojem a zároveň katalyzátorem celého procesu se stalo především prosazování nových materiálů, skeletu jako primární nosné struktury a v návaznosti i prostorové nebo prvkové „prefabrikace“. Prvenství patří kovovým konstrukcím (litina, ocel, velkoplošné sklo), nicméně jejich zavádění souběžně provázely také první kroky v odhalování možností cementu a betonu, materiálů, které si velmi rychle nacházely neotřesitelné pole působnosti v oblasti inženýrských děl, zakládání a výroby drobných architektonických prvků (dlažby, odlitky aj.).
Beton pokládali meziváleční architekti a stavitelé za extrémně odolný materiál, esteticky i funkčně plnohodnotný povrch. Nezřídka ho proto ponechávali na průčelí i v interiéru výrobních objektů jako pohledový (úspory, omyvatelnost…). Pohledový beton se uplatňoval nejenom ve větších plochách (konstrukce), ale i u detailů, kde je s výhodou využíváno prefabrikace, výroby přesného, levného stavebního prvku ve velkém množství: ostění a rámy oken, betonové mříže, sklobeton, ozdobné hlavice, římsy, kuželky zábradlí, stojany osvětlení apod. Téma průmyslového, výrobního objektu poskytovalo platformu, na které bylo možno v nezvyklé míře vyzkoušet provázat vzájemně technické, provozní a estetické řešení, a naplnit tak ideál pokrokové architektury, v tomto případě více než přiléhavé heslo „forma vychází z funkce“. Průmyslová architektura se stala nositelem nové estetiky i koncepčního myšlení a její přísné podmínky, vyvážený poměr funkce - konstrukce - cena - výraz, potenciálním nosným vzorem pro dobové architekty. Stroje a hromadná výroba se v té době staly symboly pokroku (např. hnutí futurismus nebo Le Corbusierův dům Citrohan, jehož název měl asociovat značku automobilů).
Čtěte také: Význam betonových zátarasů pro Prahu
