Zpět na materiály, výrobky, technologie

Sto let od vzniku Československé republiky 2. díl: počátky předpjatého betonu

5. března 2018
Ing. Václav Jandáček

V prvních desetiletích dvacátého století se stává železobeton běžně užívaným materiálem a konstrukční snahy se přesunují k úspoře výztuže a k používání nových materiálů. První otázkou, která byla řešena, je soudržnost betonu s výztuží a tomu byly přizpůsobovány všechny koncové úpravy a povrch výztužných tyčí. Nebyla tedy daleko doba, kdy se konstruktéři snažili vnést do výztuže napětí, které by zmenšilo deformace vyztuženého prvku.

Autor:


Absolvent FSv ČVUT v Praze (1975). Stavební inženýr, samostatně činný v oboru statika stavebních konstrukcí, ochrana památek a dějiny stavebnictví. Od roku 1991 má vlastní statickou kancelář. Člen Klubu Za starou Prahu, České společnosti pro dějiny věd a techniky, Společnosti pro mechaniku.


Světové prvenství ve výrobě strunobetonu a trubek odolávajících tlaku vody

Ty to snahy se objevily i na poli patentů, nejprve ve Spojených státech amerických, později i v jiných zemích. Podstatou těchto patentů bylo napínání výztužných prvků běžně užívaných pro železobetonové konstrukce. Zda byly tyto nápady provázeny i pokusem na skutečných konstrukcích, nevíme. Pokud by se tak stalo, výsledky by byly neuspokojivé. Nevhodný materiál ocelových tyčí, beton málo odolávající dotlačení a smrštění a problematický přenos síly v kotevní oblasti neumožnily dlouhodobé vnesení předpínací síly do profilu prvku.

V Československu se od dvacátých let objevují nejen patenty, ale i reálné výroby předpínaných prvků. Důvodem je snaha o konstrukce s menší hmotností a větší tuhostí, nebo konstrukce odolávající tlaku vody. Připomeňme si několik zakladatelů zajímavých příkladů výrob prefabrikátů.

K. Wettstein, Most
Nejstarším výrobcem předpjatých prvků se stal K. Wettstein, který podal v roce 1921 patent DRP 384 009 třídy 80a skupiny 51, popisující metodu předpjetí, které má snížit konstrukční výšku prvku a snížit i spotřebu výztuže. Výsledkem jeho snažení byla výroba tzv. předpjatých prken, desek s malou konstrukční výškou, z kvalitního betonu, vyztužených velkým počtem předem předpjatých drátů. Desky měly být náhradou za dřevěné bednění střech a jejich tloušťka byla od 20 do 60 mm. Výztuž byla uložená při horním a dolním povrchu a tvořily ji nejprve profily 0,3 až 0,6 mm (údajně klavírní struny) a později i dráty větších profilů 1,0 až 1,2 mm. Předpínání bylo elektrickým strojem, desky se po vytvrdnutí dělily řezáním, šlo tedy o výrobu na dlouhých tratích.

Hutnění betonu bylo prováděno elektrickým vibrátorem a při výrobě se užívalo proteplování nebo ukládání desek do teplé vody. Tak byly splněny podmínky pro výztuž i beton, které umožnily uplatnění předpětí. Výroba desek byla postupně rozšiřována a fungovala v Mostě i Duchcově a jako výroba ambulantní se dostávala i koncem třicátých let až do Dubnice na Slovensku. V roce 1925 byla dokonce zavedena výroba desek s vnitřní vrstvou z lehčeného betonu. Desky byly použity na halách Pražské železářské společnosti v Kladně, na stavbách Vítkovického horního a hutního těžířstva a na nových zbrojovkách v Dubnici. Výroba a návrh desek neměla z počátku velkou teoretickou podporu, teprve ve třicátých letech je uváděna v některých odborných publikacích o betonu – spíše však jako zajímavost, vycházející ze zkušenosti a dlouhodobých pokusů.

Z později vydaných zmínek a poznámek je možno konstatovat, že jakýmsi odborným poradcem při výrobě a použití Wettsteinových desek byl inženýr Jaroslav Polívka. Zajímavý je i vztah této myšlenky a výroby k podobné činnosti v Německu, kde se problémem zabýval E. Hoyer, jenž své pokusy a zkušenosti shrnul ve spisu Stahlseidenbeton, který vyšel v Berlíně v roce 1939. Podle tohoto autora je dodnes označováno kotvení tenkých drátů jako tzv. Hoyerův efekt. Tento jev však uplatnil v praxi již K. Wettstein o deset let dříve. Z dat patentů a výroby desek lze konstatovat, že tato výroba byla skutečně prvním použitelným využitím předpjetí v celosvětovém měřítku. Celému příběhu učinila konec válka v letech 1939 až 1945, kdy výroba zaniká a K. Wettstein se dostává do Německa, kde ještě svou výrobu popisuje v roce 1948. Poslední zmínkou je krátká stať v Journalu ACI roku 1958 od Jaroslava Polívky. Z hmotných dokladů nemáme asi v současné době nic, zlomky desek byly dochovány ještě v osmdesátých letech 20. století ve sbírce profesora Bohumíra Vovsa na katedře betonových konstrukcí ČVUT v Praze. Celou desku by bylo sice možno náhodou někde objevit, ale pátrání po ní bylo již na přelomu osmdesátých a devadesátých let neúspěšné.

F. Ruml, Platěnice u Pardubic
Tento podnikavý muž, který se zabýval výrobou cementářského zboží, podal v roce 1928 patent DRP 502 507, popisující výrobu betonových trub s ovinutím a předepnutím ohřátou ocelovou spirálou. Novinkou bylo vyvození napětí ohřevem spirály navinuté na železobetonové jádro. Tuto výrobu popisuje F. Emperger v textu Beton und Eisen roku 1931, kde užívá i název RT trouby, který byl i názvem obchodním. Patent Františka Rumla byl po-dán spolu s jeho bratrem, inže-nýrem Bohuslavem Rumlem, který ve třicátých letech dodal ještě patent na ohřev elektrickým proudem a údajně prodal licenci firmě Pieux – Franki. Výroba byla rozšířena i mimo území Československé republiky.

V Platěnicích zanikla výroba během krize ve třicátých letech 20. století, ale před 2. světovou válkou a během ní byla podle vzpomínek rodiny opět obnovena. František Ruml dovedl výrobu jednoduchým způsobem k vysoké kvalitě betonu a jeho výroba měla ohlas i v odborné literatuře ještě ve čtyřicátých letech (L. Pistor, 1940; P. W. Abeles, 1949). Výroba tlakových trub probíhala ve třech etapách. První etapou bylo vytvoření železobetonové trouby, po dosažení dostatečné pevnosti byla v druhé etapě trouba ovinuta ohřátou spirálou a následně byl po vychladnutí zřízen její vnější plášť. Trouby fungovaly jako tlakové, zkoušeny byly až na hodnoty 12–16 atm. podle dobových posudků. Ve firemním prospektu pro RT trouby jsou uváděny zkušenosti a realizace od roku 1912, kdy byla zahájena výroba železobetonových trub.

A.s. Lanna v Lysé nad Labem
Velká stavební firma, která se zabývala vesměs vodními stavbami, si těsně před vypuknutím krize objednala zařízení pro výrobu trub Vianini. Výroba byla prováděna odstředivou metodou do ocelových forem podle patentu Societá Anonima G. Vianini & C. v Římě. Ovíjení trub bylo patentováno o něco později, a to DRP 635 554 třídy 47f skupiny 325 z roku 1931. I tato výroba byla zavedena v Lysé nad Labem, kde se od roku 1930 vyráběly trouby odstřeďované, neovíjené. Ovíjení se provádělo mechanicky, drátem napínaným závažím za současného brzdění celé sestavy. V roce 1933 máme doloženu tabulku trub o profilech 100 až 1000 mm. Pokud lze zjistit rozsah výroby ovíjených trubek, nebyla výroba provozována pravidelně. Z ústního podání existuje informace, že tlakové vodovodní potrubí z ovinutých trub bylo uloženo v Praze na Smíchově, snad ve Zborovské ulici.

Slavíkovy cihelny v Hrochově Týnci
Firma Slavík byla jednou z velmi úspěšných cihlářských firem. Tento velmi odborně vedený podnik zaváděl mnohé novinky, jako byly tvarovky různých typů a desky Hurdis větších délek. V podniku bylo dokonce vývojové oddělení se starosvětským názvem Slavíkova stavebna. V ní se v roce 1939 začaly zkoušet předpjaté prvky podobné Hoyerovým nosníkům, ale upravené pro uložení desek Hurdis. Nosníky tvaru I měly nahradit dosud užívané ocelové profily. Prvky byly předpínány ocelovými profily 3 mm z tzv. pérové oceli, nicméně jejich velká hmotnost a omezená možnost manipulace byly jejich velkou nevýhodou.

O něco později, v roce 1943, vytvořila firma Slavík keramické nosníky s drážkami vyplněnými betonem, a to opět s předpínanou výztuží. Tyto nosníky byly osazovány vedle sebe jako povaly, spojené zámkem. Díky válečným událostem však tyto pokusy nedošly velkého rozšíření, zbyla snad jen snaha uplatnit v roce 1947 nosníky v systémových domcích Kerazont, které však asi nebyly realizovány.

O. Glosser, Mikulovice u Jeseníku
Pro úplnost je třeba uvést patent O. Glossera DRP 577 829 třídy 80s skupiny 51 z roku 1927. O firmě a autorovi toho mnoho nevíme, nicméně šlo patrně o výrobce potřeb pro elektrotechniku a cementového zboží pro elektrotechniku. Obsahem patentu je výroba předpjatých sloupů, napínaných kladkostrojem a přenosem předpětí pomocí kotevních desek. Materiál výztuže ani kvalita betonu nebyla specifikována. Vzhledem k tomu, že o firmě neexistují další informace, nelze říci, zda byl princip vyzkoušen, nebo zda byla výroba nějak upravována. Jediná citace se objevuje v publikaci H. Molla Spannbeton z roku 1954, kde je odkaz na uvedený patent.

Technické úspěchy

Ze stručného přehledu výrobců a jejich podnikání lze konstatovat, že na území Československé republiky byl zájem o novinky v betonovém stavitelství. Minimálně tři výrobci dovedli své nápady do realizace a jejich výrobky byly schopny praktického uplatnění. V případě K. Wettsteina se jednalo o skutečně světové prvenství dosažené správnou technickou rozvahou a technologickým zvládnutím problému. Zájem o předpjatý beton se objevil od třicátých let v Německu a ve Francii, tedy v době, kdy se již deset let vyráběly prvky betonových prken ve velkých sériích. Teoretický zájem se v naší literatuře takřka nevyskytuje, kromě několika poznámek v Betonovém stavitelství od profesora Stanislava Bechyněho a krátkých poznámek L. Pacholíka v periodiku Zprávy veřejné služby technické (v letech 1937 a 1939). V současnosti už neznámí výrobci a jejich snažení jsou však dokladem toho, že prostředí nového státu bylo příznivé novým nápadům a hospodářské poměry dávaly šanci i menším výrobcům. To, že byly patenty podávány jako německé, bylo patrně dáno tím, že tato patentová ochrana byla chápána jako širší a uplatnitelná i na dalších trzích. Skutečnost, že se další uplatnění podařilo jen výrobci RT trub, je dokladem toho, že tyto myšlenky byly nové a přinášely zprvu jen relativně malé výhody. Naopak zakoupení patentu Vianini je dokladem zájmu o pokrok v oboru. Rozhodnutí, že nebylo užito myšlenky Františka Rumla, nemusí znamenat, že o výrobě vedení firmy Lanna nevědělo. Přednost byla dána jistotě dosažitelnosti celého zařízení, které bylo nástavbou na již zavedené strojní vybavení pro odstředivé trouby.

Na uvedené nápady poválečný rozvoj příliš nenavázal. První kniha o předpjatém betonu se objevuje sice již v roce 1946 (Konstrukce z předpjatého betonu od L. Pacholíka), ale principy výrobků a konstrukcí byly již jiné. Snad jen výroba předpjatých desek podle desky Stassa na dlouhých tratích se trochu podobala výrobě desek firmy Wettstein, staré v té době více než třicet let. Uvedená fakta jsou proto jen zamlženou vzpomínkou na dobu, kdy odvaha a dovednost vedly nejen k technickému úspěchu, ale často i k úspěchu obchodnímu.