Oprava Karlova mostu – oprava mostovky stavebně inženýrský pohled

• Foto

1. ÚVODEM
O opravě Karlova mostu se toho již napsalo hodně. Většinou se ale píše pouze o kamenném parapetu a to především z pohledu kamenického a restaurátorského. Pohled stavebně inženýrský je vždy zatlačován do pozadí nebo úmyslně nesledován. Karlův most je ale i stavební konstrukce, kterou je zapotřebí sledovat a vědět v jakém stavu se nachází a jak je bezpečná.

Přes ohromný mediální nátlak oprava mostovky pokračuje s drobnými upřesněními dále. Pokud se nestane nic nepředvídaného, bude také letos dokončena. Bude zažehnuto nové plynové osvětlení a rozsvítí se nové slavnostní osvětlení. Bohužel, během roku se zcela změnil pohled památkářů na probíhající opravu se snahou uplatnit na opravě parapetu restaurátorské postupy v daleko větší míře, než bylo dříve uvažováno. Naše společnost SMP CZ, a.s. se samozřejmě snaží, abychom splnili náročné podmínky upraveného zadání a především posunuli snahy o celkovou opravu a znalosti o této významné památce úspěšně zase o kousek dále. Vyvrcholí tak několikaleté úsilí vynakládané Odborem městského investora MHMP, projektovým ústavem PUDIS,a.s. a mandatáře investora, společnosti Mott MacDonald Praha s.r.o. k zajištění základní dlouhodobé bezpečnosti a trvanlivosti stavby.

Stavebně inženýrský pohled by měl dát odpověď na otázky bezpečnosti konstrukce, její trvanlivosti a schopnosti plnit uživatelské požadavky. Základem pohledu je charakteristika mostu jako inženýrské konstrukce, stanovení statického a objemového působení celku i jednotlivých konstrukčních detailů. Důležité jsou také materiálové charakteristiky. Konstrukčně představuje Karlův most obloukovou konstrukci spojitě zděnou na celou svou délku cca 490 m s masivními pilíři. Konstrukce nemá žádné dilatační spáry a tak si musela sama konstrukce „udělat“ svoji mikrosíť prasklin, ve kterých se objemové změny eliminují.

2. ZALOŽENÍ STAVBY
Z dnešního stavebně inženýrského pohledu bylo plošné založení všech pilířů velice riskantní záležitostí. Rychlý nárůst povodňových vln, nárůst rychlosti vody a velké množství splavenin způsobily okolo deseti vážných poruch konstrukce mostu, počínaje poškozením již během stavby v roce 1359 a konče poslední velkou poruchou v roce 1890. Všechny pilíře mostu byly založeny mělce, cca 1 m pod úrovní dna, na vrstvách štěrkopísku. O tom, že mostní pilíře byly založeny na pilotách, se zatím nenašel žádný důkaz. Dřevěné piloty se začaly používat až při dostavbách porušených pilířů. První opravdové hlubinné bezpečné založení, až na úroveň skalního podloží, bylo použito až po roce 1892, kdy byly dva pilíře č.5 a 6 založeny na kesonech. Následně bylo založení vedlejších pilířů č.3,4,7 zajištěno obemknutím stěnovými kesony. Zbývající dva pilíře č.8 a 9 v řečišti Vltavy byly hlubině zajištěny až v roce 2004! Přežily tak pětisetletou povodeň v roce 2002 a je z inženýrského pohledu opravdu zarážející, že byly zajištěny tak pozdě, poněvadž o bezpečnosti plošného založení lze polemizovat. Dá se hovořit pouze o náhodě, že se nic na tak významné památce nestalo. Dnes jsou všechny pilíře v řečišti hlubině zajištěny proti podemletí a lze tudíž hovořit o založení bezpečném. Otázkou ještě zůstávají oba pobřežní pilíře č. 2 a 10, pilíře nejsou tak vodním tokem namáhané, ale podrobnější rozbor by rozhodně neuškodil.

3. NOSNÁ KONSTRUKCE MOSTU
V otázce konstrukčního určení nosné konstrukce byla v poslední době poznána nová zjištění, která tuto problematiku lépe určují, celý pohled až dramaticky mění. Dříve převládal pohled na nosnou konstrukci mostu jako na skořepinovou konstrukci, tvořenou kamennými oblouky a poprsními zdmi. Vnitřní prostor měl být pouze vyplněn „opukovou rovnaninou místy pojenou vápennou maltou“ bez nějakého významného statického působení. Nová zjištění potvrdila však skutečnost, že „výplň“ tvoří kvalitní zdivo, na velice pevnou maltu. „Výplň“ potom tvoří v mostě velice důležitý nosný celek s významným statickým působením.

Problematice materiálů původního výplňového zdiva se věnoval především Doc. Přikryl, Dr. s kolektivem z UK v Praze a jeho nová zjištění jsou podrobně uvedena v periodiku Průzkumy památek XVI-1/2009. Z uvedeného příspěvku jsou převzaty skutečnosti dále uvedené v tomto odstavci.

Dřívější průzkumné práce se soustředily především na posuzování lícního zdiva. Stranou zůstávalo výplňové zdivo v klenbách a pilířích, jehož kompletní rozbor se dříve neprovedl. Přitom znalost materiálového složení a vlastností výplňového zdiva je velice významná pro posuzování celé památky. Zvláště v případě, když se zdivo výplňové mění na zdivo konstrukční. Nová zjištění umožnila především kopaná sonda v poli XIV tj. v poli nad Čertovkou. Přestože sondy představují významný zásah do každé historické památky, jsou v dobře odůvodněných případech nezbytným nástrojem, jak získat důležité informace.

Pole XIV bylo vybráno především proto, že kamenné zdivo klenby tohoto pole je značně narušeno zvětrávajícími procesy (až po odpadávání kusů kamene) a bylo nutno ověřit statickou únosnost klenby. Pro sondu také hovořila skutečnost, že toto pole nebylo po své výstavbě nikdy významně přestavováno (týká se pouze výplňového zdiva) a představovalo tak původní konstrukční sestavení. Nakonec, protože se ukázalo, že nosnost klenby vlivem výplňového zdiva je dostatečná, byla pod klenbou zřízena pouze ochranná dřevěná konstrukce (po Čertovce je vedena veřejná plavební dráha).

Sondou bylo zjištěno, že výplňové zdivo má charakter vrstveného až litého zdiva, kdy do malty s hydraulickým vápnem jako pojivem byly vkládány různě velké bloky lomového kamene. Lomový kámen zde zastupují převážně pražské, strahovské opuky. Zastoupení lomového kamene a malty ve výplňovém zdivu bylo určeno poměrem 3:2 až 3:1. Statickou účinnost pevného výplňového zdiva ještě podepřel nález, že stabilitu klenby nezajišťuje pouze vnější klenba lícního zdiva z pískovcových kvádrů, nýbrž i druhá klenba, z opukových plochých kamenů orientovaných kolmo na střednici oblouku, umístěná hned za vnější klenbou.

Velice zajímavá byla i snaha zjistit jaký typ pojiv byl použit – tedy zda šlo o pojiva vzdušná nebo o pojiva hydraulická. Podrobnými rozbory, které prováděla specializovaná pracoviště, se prokázalo, že bylo použito vysoce kvalitní hydraulické pojivo. Vzdušná pojiva byla známa velice záhy již od neolitu, hydraulická pojiva jsou daleko mladšího data. Byla prvně použita při přípravě tzv. „římského betonu“ jehož použití se rychle rozšířilo po 1. století před Kr. v římské říši např. pro budování středomořských přístavů. Používání hydraulických pojiv mělo ale vymizet s pádem římské říše a objevit se až na přelomu 18. a 19. století. Proto přímý důkaz o systematickém používání těchto pojiv v oblasti střední Evropy během středověku znamená významný příspěvek, který dokumentuje zachování antických postupů přípravy stavebních hmot.

Pro přípravu hydraulického vápna byla používána vápna z oblasti Prahy, pro něž byl používán prvohorní vápenec z Barrandienu. Z chemického rozboru tohoto vápence však vyplývá, že vypálené vápno mohlo mít nanejvýše střední stupeň hydraulicity. Že bylo dosahováno vysoké hydraulicity, lze vysvětlit tím, že ještě před vypálením byly k vápenci přidávány určité podíly nadrcené opuky. Hydraulické příměsi se tedy nepřidávaly do hotového vzdušného vápna, ale hydraulických vlastností se dosahovalo přímo vypálením surovinové směsi. V antické době se do směsi přidávaly např. pucolány, které zajišťovaly hydraulicitu. Technologický postup byl ale stejný jako u pražského vápna.

V sondě byla také měřena vlhkost materiálů a množství vodorozpustných solí. Měření vykázala poměrně vysokou vlhkost cca až 10,0 hm%. Hodnoty však nelze v žádném případě považovat za kritické, ani jeden vzorek nelze charakterizovat jako totálně nasycený vodou a tudíž není důvod se obávat poruch ani při promrznutí konstrukce. Vlhkost byla rovnoměrně rozmístěna v celém profilu sondy, a tedy souvisí pravděpodobně s v té době nefunkčním izolačním souvrstvím. Lze předpokládat, že po opravě hydroizolace dojde k vysychání konstrukce. Tomu by měl napomáhat i celkově otevřený pórový systém hmot výplňového zdiva. Měření obsahu vodorozpustných solí prokázala, že je jejich obsah velice nízký. V několika málo případech byl zaznamenán mírně zvýšený obsah, vždy se však jednalo o nízké hodnoty, které nemohou ohrozit základní materiály.

Charakter a homogenita fyzikálních vlastností výplňové zdiva, stejně jako neporušený makroskopický i mikroskopický vzhled jeho materiálů je dokladem, že v této části Karlova most neprobíhají žádné degradační procesy. Zdivo lze tedy hodnotit jako neporušené a stabilní. Pro posouzení bezpečnosti konstrukce je důležité, že pokročilý rozpad lícového pískovcového zdiva se odehrává pouze na povrchu a nezasahuje do výplňového zdiva. Prodyšné lícové pískovcové zdivo představuje vlastně ideální ochranou vrstvu výplňového zdiva.

Zajímavý je také poznatek, že výsledné výplňové zdivo má objemovou hmotnost jen cca 1840 kg/m³ a představuje vlastně moderní lehký konstrukční beton. I toto svědčí o pečlivém a uváženém výběru všech materiálů, volbě technologie i konstrukčního řešení nosné části mostu.

4. OPLÁŠTĚNÍ – KAMENNÝ PARAPET
K opláštění konstrukce mostu počítáme nejenom parapetní zdi, ale i lícové klenby, kterým samozřejmě nelze upřít významný statický podíl na únosnosti mostu. K opláštění je nutno dnes také počítat opláštění podstavců soch, které byly přistavěny na zhlaví pilířů dodatečně a nelze je počítat ke konstrukci mostu. Opláštění tvoří cca 60 tisíc pískovcových kvádrů, dnes různého stupně porušení, od zcela zdravých až po kvádry značného stupně porušení. Od středověku bylo v plášti vyměněno odhadem cca 40% kvádrů. Přičemž v částech, např. v parapetním zábradlí, kde je největší namáhání a kde jsou největší požadavky na zdravost kamene, bylo vyměněno cca 100% kvádrů. V čem je hlavní bezpečnostní rozdíl mezi kvádry opláštění a kvádry zábradelního parapetu? Opláštění nese především samo sebe a materiálově je vlastně obětováno na ochranu vnitřních konstrukcí. Jeho, třeba i značné porušení, není ohrožením bezpečnosti konstrukce mostu. Padají-li úlomky lidem na hlavu, je nutno věc řešit, jako např. v poli nad Čertovkou, ale most bude stát dále i staletí. Opláštění má ovšem rozhodující podíl na historicky-uměleckém pohledu a tak tento pohled bude asi rozhodující při jeho obnově.

Jiná je ovšem situace u parapetního zábradlí, které představuje „záchytné zařízení“ pro veřejný, někdy i velice bujarý, veřejný provoz. Zde je otázka bezpečnosti prvořadá a slevovat z ní je věc prakticky nepřípustná. Konstrukci parapetní zábradlí tvoří vrchol parapetního lícového zdiva a staticky se vlastně jedná o deskový pás na spodní straně vetknutý. Na bocích vetknutí neuvažujeme, protože v napojení na postavce soch jsou dnes konstrukční dilatační spáry. V původní konstrukci se vytvořily v těchto místech drcené trhliny, které také žádné vetknutí nepřipouštěly. Otázka vetknutí je otázkou velice problematickou. Základovou, ložnou spáru zábradlí tvoří pouze maltová spára, která má sice nějakou tahovou pevnost, ale trvanlivost tahu je problematická. Musíme tedy uvažovat pás jako volně stojící konstrukci a posuzovat ji na stabilitu proti překlopení. Uvažujeme-li vodorovné zatížení 1 kN/bm, plus součinitele v celkové hodnotě 1,5, vychází bezpečnost proti překlopení 1,35. To pro záchytné zařízení není mnoho, ale věřme tomu, že reservy v roznosu pro pouze lokální zatížení bezpečnost zvýší.

Situace před opravou byla ale daleko nebezpečnější. Při vysunutí celého pásu zábradlí nad vodu o 50 mm je bezpečnost pouze 1,04 a přidá-li se ještě naklonění o dalších 50 mm je bezpečnost jenom 0.87, tedy stav nestabilní. Situace byla tedy velice vážná, poněvadž míst s posunutým nebo nakloněným zábradlím bylo několik. Navíc původní konstrukce cementových vrstev ve vozovce (kryt izolace + lože dlažby v celkové tloušťce až 200 mm) vlivem teplotních rozdílů stále nově a nově vytlačovaly zábradlí nad vodu. Oprava mostovky vyloučila vodorovné tlaky od vozovkových vrstev a tak by nemělo docházet k posouvání nebo naklánění parapetů. Dá se tedy konstatovat, že zábradlí bude po opravě bezpečné. Bez zajímavosti není ani skutečnost, že v minulosti (jak ukazují staré obrázky) byly po nějakou dobu kvádry madla spojeny železnými kramlemi. Kramle nebyly nějakou ozdobou, ale plnily i funkci statickou a možná, že se v budoucnu nějaká přeopatrná společnost k vzájemnému spojení parapetních kvádrů vrátí.

5. ZÁVĚREM
Závěrem lze konstatovat, že konstrukce Karlova mostu bude po probíhající opravě bezpečná a její trvanlivost nebude nikterak snížena. Založení mostu je hlubině zabezpečeno, konstrukční výplň je v pořádku a funkční hydroizolace zajistí vyschnutí konstrukce na rovnovážný stav. Zábradlí je geometricky dlouhodobě stabilizováno. Zůstává oprava nebo restaurování a udržování kamenného opláštění. To vše by mělo být obsahem dalších etap.

Článek byl publikován ve sborníku SANACE BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ 2010.
 

Autoři

• Ing. Batal Zdeněk
• Svoboda Milan
• Ing. Cihlář Radim