Rekonstrukce Karlova mostu
29. 9. 2010
Jen málokterá pamětihodnost u nás přitahuje tolik pozornosti jako Karlův most. Druhý nejstarší dochovaný most v České republice byl postaven za vlády Karla IV. a později vyzdoben barokními sochami z dílny Matyáše Brauna nebo Maxmiliána Brokoffa. Každoročně jej navštíví desetitisíce turistů. Kontroverzní rekonstrukce mostu, která probíhá od roku 2007, zase budí pozornost památkářů, médií i veřejnosti. Pro vědce z několika výzkumných institucí ale znamenala příležitost, jak tuto památku důkladně prostudovat zevně i zevnitř. Výzkum přinesl nejedno překvapení.
Východ Slunce nad Karlovým mostem. Nejznámější česká památka pomalu ožívá a zaplňuje se. Nejen turisty, stánkaři a muzikanty, ale i dělníky. Ti tu od roku 2007 pracují na rekonstrukci, která vzbudila pozornost médií i veřejnosti. Umožnila však také vědcům z různých oborů, aby se o druhém nejstarším kamenném mostě u nás dozvěděli nové a někdy i překvapivé informace.
Vědci měli za úkol zjistit, v jakém stavu se most nachází, jak pevná a stabilní je jeho konstrukce, co ho nejvíc ohrožuje a jaké materiály byly použity při jeho výstavbě. Měli také zhodnotit vliv předchozích oprav a rekonstrukcí. Ty totiž v některých případech vedly jen k dalším problémům. Na tým profesora Šejnohy z Českého vysokého učení technického se projektanti obrátili už v roce 2005. Během několika týdnů měli provést početní expertízu, která by určila hlavní problémy a příčiny poškození.
Vědci se rozhodli využít možností počítačového modelování. Dostupné vzorky kamenů, malty a výplňového zdiva podrobili sérii laboratorních měření, která zjistila jejich mechanické vlastnosti. Potom doslova kámen po kameni budovali třírozměrný počítačový model dvou mostních oblouků – nejdřív postavili pilíře, pak klenby, výplňové zdivo a nakonec vnější plášť. Ukázalo se totiž, že i u počítačového modelu je nutné zachovat posloupnost, v jaké byl stavěn skutečný most.
Doc. Ing. Jan Zeman, Ph.D., ČVUT, Fakulta stavební, katedra mechaniky: Pro nás to byla velmi zajímavá zkušenost, protože na rozdíl od klasických staveb, modernějších, které jsou poměrně subtilní, tak ten most, protože je to taková masivní konstrukce, tak pokud se vyšetřují účinky vlastní tíhy toho mostu, tak je nutné budovat po etapách a ty etapy musí alespoň přibližně odpovídat tomu, jak ten most byl skutečně budován.
Když se postup nedodrží, počítačová stavba spadne působením své vlastní virtuální tíhy. Právě hmotnost vlastního materiálu je tím, co most nejvíc zatěžuje. Karlův most je 520 metrů dlouhý, široký devět a půl metru a vysoký kolem 15 metrů. Jeho stavitelé neznali žádné odlehčovací metody. Je to obrovská masa kamení a malty.
Doc. Ing. Jan Zeman, Ph.D., ČVUT, Fakulta stavební, katedra mechaniky:Musíte do modelu nějak zabudovat to, že jednotlivé materiály se mohou poškozovat, což znamená, že vlastní model je silně nelineární. Další věc, kterou potřebujete věrohodným způsobem zachytit je to, že v důsledku toho, jak byl most stavěn a postupně opravován, tak ty jednotlivé části mají velmi rozdílné vlastnosti.
Vědci hledali největší hrozbu pro most – zkoušeli modelovat třeba povodeň nebo náraz velkého plavidla. Ukázalo se, že skutečný nepřítel je mnohem méně nápadný a nelze se mu vyhnout. Nejvíc trhlin a prasklin v konstrukci mostu vzniká při teplotních změnách. Natáčeli jsme během horkého dne na konci června. Teplota ve stínu pomalu stoupá ke třiceti stupňům Celsia. Do poprsní zdi se od rána opírají paprsky slunce. Teplota na povrchu může přesáhnout padesát stupňů Celsia.
Kdybychom tu byli v zimě, naměřili bychom třeba minus patnáct stupňů. Těleso se ale neprohřívá rovnoměrně. Stejně jako v jeskyních nebo podzemních štolách je v jeho nitru teplota téměř stejná po celý rok.
Prof. Jiří Šejnoha, ČVUT, Fakulta stavební, katedra mechaniky: Ani by tak nevadila teplota, kdyby byla všude stejná. Daleko nebezpečnější je teplotní spád, teplotní gradient. Vevnitř se teplo akumuluje a teplota se drží řádově kolem dvanácti, šestnácti až osmi stupňů, čili k této změně z povrchu na teplotu vnitřní dochází během nějakých dvou, dvou a půl metru. Tento teplotní gradient je největším nebezpečím pro most, protože při něm vlastně vznikají poruchy.
Pískovce, malta, opuky, jíly – každý materiál reaguje na změnu teploty jinak, jinak se napíná a vznikají trhliny. Nejdřív se objevují ve spárách, protože malta má dvacetkrát menší pevnost než kámen. Tam, kde je kámen oslaben, začne praskat také.
Prof. Jiří Šejnoha, ČVUT, Fakulta stavební, katedra mechaniky: Ukázalo se, že tyto trhliny musí se vyskytovat ve všech typech těchto mohutných mostů. Nedá se jim zcela zabránit. Neznamenají v žádném případě zásadní ohrožení mostu jako takového. Horší je situace, že jsou porušovány povrchové vrstvy obkladů a takové kameny, které jsou tímto způsobem porušeny, se musí buďto opravit nebo nějakým jiným způsobem sanovat.
Pojďme teď na krátkou exkurzi do minulosti. Základní kámen Karlova mostu byl položen 9. července roku 1357. Vedle něj tehdy ještě stál provizorně opravený most Juditin, který předtím pobořila povodeň. Základy mostu se budovaly na suchu. Postavila se bariéra z prken a pilot – kůlů zaražených do země. Ta se ještě utěsnila jílem. Dovnitř se pokládaly neopracované mlýnské kameny, na které se pak začalo vršit zdivo. Výstavbu mostu si dnes můžete prohlédnout na modelu, který je vystaven v Muzeu Karlova mostu vedle kláštera Křížovníků.
Přes jeho nepopiratelnou historickou hodnotu je na dnešním mostě skutečně původního, 600 let starého materiálu, jen velmi málo. Most se totiž téměř nepřetržitě opravoval. Už v roce 1432, asi 30 let po dokončení, ho poničila povodeň, zřejmě největší v minulém tisíciletí. Zřítilo se pět pilířů, které byly při opravě znovu postaveny lepší technologií. Zakládaly se na trámových roštech nebo na pilotách.
Další velká a historicky už dobře doložená povodeň přišla v roce 1890. Strhla tři pilíře a úplně zničila 6. a 7. mostní oblouk. Tehdejší situace je dobře zdokumentovaná na dobových fotografiích. Při opravě, na které pracovali přední odborníci své doby, vznikly i prostory, ve kterých se právě nacházíme. Takzvané Velflíkovy klenby – komory v pátém a šestém pilíři. Jejich vybudování navrhl profesor Albert Velflík. Ušetřilo se tak hodně materiálu a snížilo se zatížení pilíře. Tyto pilíře byly navíc obnoveny s použitím nejmodernějších technologií a jsou nyní mimořádně odolné proti poškození.
Prof. Jiří Šejnoha, ČVUT, Fakulta stavební, katedra mechaniky: Tyto pilíře jsou jako jediné založeny na kesonech, což byla moderní výstavba, kesony se objevily ve Spojených státech – brooklynský most byl první most, kde se aplikovaly. A tyto pilíře – pětka a šestka jsou na nich založeny.
Skutečně původní a nikdy neopravovaný pilíř je podle dostupných údajů jenom ten, který vede nad Čertovkou. Nikdy nebyl poničen ani přestavován. Právě do něj v roce 2007 vědci vykopali sondu, odebrali vzorky a zjišťovali, jaké materiály používali stavitelé Karla IV. Celkem jednadvacet vzorků prošlo laboratořemi Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, Vysoké školy chemicko-technologické v Praze nebo Ústavu mechaniky hornin Akademie věd.
A tady došlo na několik skutečných překvapení. Ukázalo se, že na rozdíl od vnějšího pláště, je vnitřní konstrukce mostu v mimořádně dobrém stavu. Ačkoliv to historikové vůbec netušili, znali středověké stavební hutě v Evropě recept na přípravu takzvané hydraulické neboli římské malty. Tu používali starověcí Římané při stavbě středomořských přístavů. Dosud se předpokládalo, že s koncem antiky se tato znalost ztratila. Znovu objevit ji mělo až devatenácté století v podobě lehkých konstrukčních betonů, které se dnes používají při budování výškových staveb. Tyto materiály jsou mimořádně pevné a dokážou tuhnout i pod vodou.
Ing. Miroslava Novotná, CSc., Vysoká škola chemicko-technologická v Praze: My jsme tady v podstatě poprvé v oblasti za Alpami našli tento materiál. Z toho jednoznačně plyne, že ty stavební hutě ten materiál jednoznačně používaly, akorát, že znalost té technologie si nechávali jako tajemství té huti.
Tajemství se předávalo z generace na generaci a na veřejnosti se místo toho šířily nejrůznější legendy. Třeba o tom, že stavitelé do malty přidávali vajíčka. Detailní chemické rozbory něco takového dokonale vyvrátily. Vajíčka ani jiné organické materiály se nenašly, rozhodně ne v koncentracích, které by svědčily o jejich cíleném přidávání do malty. Pokud by něco takového tehdejší stavitelé udělali, vůbec by si nepomohli. Materiál by měl totiž mnohem horší pevnost a nebyl by dnes v takovém stavu, jak ukázaly výsledky studií. V současnosti vědci zkoumají kameny vnějšího pláště, který by se měl opravit v poslední fázi rekonstrukce.
Ing. Miroslava Novotná, CSc., Vysoká škola chemicko-technologická v Praze:Odebralo se kolem sta vzorků obvodového zdiva z různých míst tak, abychom získali reprezentativní vzorky, a ty byly podrobeny makroskopickému i mikroskopickému zkoumání včetně chemických analýz. Postupně jsme zjistili, že vlastně zásadní problém mostu je v tom, že zřejmě nestandardním způsobem bylo to zdivo ošetřeno, ošetřeno polymerními materiály, jejichž cílem měla být hydrofobizace, čili zamezení průsaku vlhkosti do toho kameniva.
K tomu došlo při předchozí rekonstrukci v 70. letech 20. století. Vidíte to na této mikroskopické fotografii. Černá je vrstva špíny na povrchu. Pod ní je světlá vrstva polymerního nátěru. A pod ní – zelené plísně, houby a mikroorganizmy. Vlhkost totiž do kamenů prosakuje prasklinami. Přes nános umělé hmoty se ale nedostává ven. Voda v zimě mrzne a narušuje kámen. Vzniká také ideální prostředí pro růst nejrůznějších mikroorganizmů, které pak kámen rozežírají. Podle dosavadních odhadů bude zřejmě potřeba velkou část obkladového zdiva vyměnit. Nátěr se totiž nedá odstranit.
Ing. Miroslava Novotná, CSc., Vysoká škola chemicko-technologická v Praze:My vlastně máme kámen, který je svrchu držen tím polymerem, ale ve chvíli, kdy tu vrstvu nějakým nástrojem prorazíme, tak se dostaneme na tu drobivou vrstvu a ten kámen se minimálně odštípne, takže ztrácí kvalitu, ztrácí současnou konzistenci.
Geologové se nyní snaží najít vhodný zdroj kamenů pro opravu pláště. Původní lomy na Bílé hoře a v Radotíně, odkud brali materiál středověcí stavitelé, už nefungují. Během současné rekonstrukce se podařilo vyřešit mnoho problémů. Nová izolace by měla zamezit dalšímu pronikání vlhkosti do mostu. Opravena byla i dlažba a zábradlí. Poslední etapa by měla skončit příští rok. Snad zase bude mít most na nějakou dobu klid.
Autor: Tereza Pultarová