Beton – historie

  • Pravěk

Beton jak již název napovídá (z lat. betunium – kamenná malta) se skládá ze dvou hlavních složek: kamenu a cementové matrice. Ve stavební produkci však během historie zaznamenal mnohá vylepšení, která z něj dnes udělala jeden z nejpoužívanějších materiálů. Cement je základní neodmyslitelnou složkou betonu. Dnes ho vyrábíme v cementárnách, ale je prokázáno, že cement se na naší planetě objevil už v dávné minulosti. Byl objeven v 60. letech minulého století v Izraeli. Jednalo se o přírodní jev, kdy došlo k reakci mezi vápencem a živočišnou břidlicí.

  • Starověk

První nám známé úmyslné použití cementu sahá do doby 7000 př.n.l., kdy místní obyvatelé oblasti severního Jordánská a jižní Sýrie nechávali zatvrdnout pálené vápno smíchané s kamenivem a vodou. Archeologické naleziště v Yifthelu (Izrael) je toho důkazem. Vápencový beton se tu používal na pokrytí podlahy. Byl vyroben z kalcinovaného vápence kombinovaného s pískem a kamenem.

Egypťané 3000 př.n.l. používají při stavbě pyramid sádrovou maltu a maltu vápenou.

Starověcí Číňané využívají cementové materiály ke spojování bambusu v lodích. Také jej využívají jako pojivu kamenů a cihel na různých částech Velké Čínské zdi.

Řekové kolem roku 800 př.n.l. vytvořili maltu, jejíž tvrdost byla oproti pozdější římské, na vysoké úrovni.

Římský beton se datuje od 300 př.n.l.. Pucolánový cement objevený u města Pozzuoli v Itálii poblíž sopky Vesuv byl použit k výstavbě silnic Via Appia, římských lázní, Kolosea a Pantheonu. Pantheon, kruhový chrám je velkolepým dílem, který představuje vrchol římského stavitelství. Betonová kopulová konstrukce chrámu bez ocelového vyztužení překlenuje prostor o průměru 43 m. Vztah architektury a konstrukce tu dosáhl určité dokonalosti. Konstrukce však není vylehčená jen kazetováním a žebry nebo postupným zužováním konstrukce, ale také typem materiálu. V konstrukci je použito konkrétně pět typů betonu tak, aby s rostoucí výškou měl, co možná nejmenší hmotnost. V nejvrchnější části je betonová kupole tloušťky 1,6 m z lehčených tufových úlomků (horniny ze sopečného popelu) a pemzy (vyvřelá vysoce porézní hornina), další část z tufových a keramických úlomků, třetí vrstva byla stejná s jiným poměrem materiálů, čtvrtá vrstva tvořila 6 m tlustou stěnu s vnější zděnou přizdívkou, poslední vrstva měla také vnější přizdívku, a však k tufovým úlomkům byly přidány úlomky travertinové a terakotové. Hmotnost materiálu se tedy pohybovala od 1350 kg/mI do 1750 kg/mI.

Znalost materiálu byla pro Římany klíčová. Jen díky materiálu tak mohlo dojít k originálnímu řešení římských staveb. To, že se stavba dochovala do dnešní doby, nechápalo dříve spoustu vědců, ale už Římané si těchto kvalit byli velmi dobře vědomi, což dokazuje citát starověkého spisovatele Pliniuse „tento materiál je pro vlny nepřekonatelný a každým dnem silnější“.

Římský stavitel Marcus Vitruvius Pollio popsal ve své knize beton jako směs pucolánu a vápna v poměru 2:1. Jako příměsi byly používány zvířecí tuk, mléko a krev. Plinius, římský válečník a filosof, popsal maltovou směs z vápna v poměru 1:4.

  • 18. a 19. století

Až v 18. století došlo ke znovuobjevení výhod betonové konstrukce stavby. Stavební inženýr John Smeaton byl významný výzkumníkem mechaniky vodních kol a větrných mlýnu, za což dostal mnohá ocenění. V roce 1755 byl pověřen na vytvoření návrhu majáku. Hledal stavební materiál, který by dokázal odolat vodě. Objevil nový způsob výroby hydraulického vápna pro cement. Používal vápenec obsahující jíl, který byl vypálen, dokud se nezměnil na slínek, který se poté rozemlel na prášek.

V 19. století dochází k rychlému vývoji a výrobě cementu, rozšiřují se však i teorie o betonu. Začínají se objevovat patenty na drcení a pálení vápence, vkládání příměsí hlíny, atd. V roce 1824 byl přijat patent na pojivo zvané „Portlandský cement“. Britský zedník Joseph Aspdin (1778-1855) ho kvůli podobě pojmenoval po anglickém portlandském kameni. Portlandský cement, šedivý prášek, se vyráběl pálením vápence, po hašení a smíchání s jílem pálen podruhé. Vznikl tak v cementářské peci tzv. slínek. Ten se poté rozemlel v mlýnu později společně se sádrovcem nebo anhydritem na jemný prášek. Aspdin už ve svých dvaatřiceti letech si byl téměř jistý, že vyřešil problémy tohoto stavebního materiálu. Protože byl ale v dvakrát zadržen a odsouzen k pokutě za sběr vápencového štěrku a kostek ze silnic, na několik let pokračoval ve svých pokusech v ústraní. Později založil továrnu a jeho syn William významně inovoval výrobní proces. Prosazoval vyšší obsah vápence a vyšší teplota pálení, což jsou znaky Portlandského cementu používaného dodnes. Na našem území se první pokusná výroba portlandského cementu uskutečnila v Hlubočepích r. 1860.

Významným průkopníkem v oblasti betonu byl francouzský továrník Francois Coignet (1814.1888). Byl první, kdo použil železo jako ztužující prvek betonu ve stavební produkci. V roce 1853 realizoval pro sebe čtyřpodlažní obytný dům v St. Denis, obci předměstí Paříže, nedaleko jeho rodinné cementárny. Veškerá konstrukce byla tvořena železobetonovou strukturou. Dům navrhl místní architekt Theodore Lachez.

Joseph Monier, francouzský zahradník byl klíčovou postavou ve vývoji železobetonu. Proslavil se svými velkými železobetonovými květináči. Svojí prací přispíval k popularizaci a rozšíření povědomí o železobetonu. Jeho komerčně úspěšné patenty pronikali do všech zemí a dodnes se do našeho odborného názvosloví označení tenké železobetonové příčky s názvem „monierka“.

Velký rozmach železobetonových staveb nastává až po pařížské světové výstavě roku 1890. Francouzský inženýr François Hennebique (1842-1921) v roce 1892 patentoval svůj průkopnický železobetonový systém a integroval jednotlivé konstrukční prvky do jednoho monolitického celku, což z hlediska statiky mimořádně zvyšovalo tuhost a únosnost. Systém byl také navržen tak, aby vydržel tahovým sílám, vůči nimž byl beton slabý. To znamená, že vyztužení betonu umisťoval na spodní stranu betonového nosníku. První stavbou s využitím takového systému byl most v Châtellerault. Svůj konstrukční systém se promítl později i do netovárních objektů. Využil jej netradičně pro stavbu své vily v Paříži. Tzv. vila Hennebique je ukázkou použití veškerých znalostí železobetonu pro byt. Vyhlídková věž a zároveň vodárenská věž pro gravitační zalévání skleníků a zahrad, velké rozpětí místností bez sloupů, konzoly, zelená pochozí zahrada. To jsou znaky, jež sloužili jako ukázka, čeho všeho je tento francouzský inženýr schopen.

Rok 1900 byl triumfem pro Hennebiqua. Tento rok je považován za významný předěl ve vztahu odborníků a veřejnosti k železobetonu. Dochází ke zvědečtění práce s betonem. Nedůvěra a pochyby v tento materiál postupně ustupují.

  •  20. století

Do 20. let dvacáté století se používaly pro převoz betonu koňské povozy. S nástupem industrializace docházelo ke zlepšení technologie betonování. Nastupovaly jeřáby, domíchávače, čerpadla a postupně začaly z betonu dělat více dostupný materiál. Po druhé světové válce bylo nedostatek oceli a beton tak začal výrazně konkurovat nad ocelí, především v prefabrikaci.

Na počátku 20. století začal projektovat inženýrsky smýšlející architekt Auguste Perret (1874 – 1954). Společně se svým bratrem zakládají firmu a experimentují s betonovými konstrukcemi. Perret nebyl revolucionář, vědomě navazoval na klasickou racionalistickou architekturu. Corbusier o něm napsal, že na jedné straně představuje odvážného konstruktéra a na straně druhé akademického architekta. U kostela Notre-dame du Raincy je evidentní snaha architekta o minimalizaci tloušťky sloupů a maximalizaci nenosných prvků definujících prostor. Je to starý gotizující princip, avšak s novými řešeními konstrukcí. Pro Perreta je typická také surovost betonu. Je to architekt, který nikdy nepoužije omítku, protože říká, že „architektura organizuje prostor a skrz konstrukci se vyjadřuje.“

Corbusier neměl sice vzdělání v oblasti betonových konstrukcí, a však s betonem pracoval jako s uměleckým materiálem. Už v předválečné době nechával beton častěji v surové podobě, na což navázal v poválečné době a dovedl beton k novému estetickému vnímání, jak sám napsal: “Světlo a stín jsou amplióny této architektury pravdy, klidu a síly. Nic dalšího se nemusí přidat. V těchto dnech “krutého betonu” pojďme zdravit, žehnat a salutovat, jak jdeme po naší cestě, při tak zázračném setkání”.

Další vylepšování železobetonové konstrukce měl na starosti švýcarský stavební inženýr Robert Maillart. Roku 1908 nechal patentovat bezprůvlakové hřibové stropy. Vytvářel však také i velmi vylehčené konstrukce, které mají vysokou estetikou hodnotu. Dobrým příkladem je stavba pro švýcarskou národní výstavu tzv. Cement Hall. Byla postavena r. 1939. Jednalo se o 12 m vysokou skořepinovou parabolickou konstrukci, která měla tloušťku pouhých 6 cm. Snahu o co možná nejtenčí konstrukci betonu mělo postupně stále více architektů a inženýrů. Jedním z nejslavnějších byl Felix Candela. Jeho kosmický pavilon v Mexiku postaven r. 1951 měl na koncích skořepiny pouhých 1,5 cm. Felix Candela vystudoval architekturu a zároveň získal stipendium na studium skořepinových konstrukcí v Německu. Za svůj život navrhl v Mexiku více než 800 železobetonových skořepinových struktur. Typickým znakem jeho architektury byl organický tvar a maximální odhmotnění.

Historii přepjatého beton začal psát P. H. Jackson ze San Franciska, který r. 1886 získal patent na napínaní ocelových tyčí v betonu pro stropní desky. Eugene Freyssinet (1879 – 1962) však patří mezi první realizátory. Nejstarší most z dílny Freyssineta, který dodnes stojí je most Boutiron postavený r. 1913. Freyssinet po první světové válce založil svou vlastní výrobu na předpjaté železobetonové sloupy, avšak světová krizi jeho podnikání zastavila. První úspěšná realizace stavby z předpjatého betonu byla až v roce 1933. Jednalo se o sanaci základů přístavní budovy v Le Havre. Přístavní hala pro stavbu francouzských luxusních lodí byla kvůli nadměrnému sedání podepřena pilotami z předpjatého betonu.

Stavební inženýr a architekt Pier Luigi Nervi společně s inženýry posouval hranice betonových přepjatých konstrukcí ve vysokorozponových halách. Mezi jeho důležité stavby patří Pirelli tower postavena r. 1956. Stala se důležitým symbolem italského Milána. O jak unikátní betonovou konstrukci se jednalo, se obyvatelé města Milána mohli přesvědčit při nárazu letounu v roce 2002, kdy konstrukce náraz hravě zvládla. Další jeho bezpochyby důležitou stavbou je Malý palác sportu v Římě. Jedná se kruhovou stavba s průměrem 78 metrů. Železobetonová skořepina je nesena mohutnými šikmými podporami ve tvaru Y. Kopule byla vytvořena z prefabrikovaných dílců z předpjatého betonu, které byly během montáže kladeny na pomocnou ocelovou konstrukci. Po sestavení prefabrikátů byla celá konstrukce ztužena vnější skořepinovou monolitickou vrstvou. Po odstranění pomocné ocelové konstrukce vznikl nádherný vnitřní prostor bez jediné podpory.

Pier Luigi Nervi měl několik následovatelů. Jeden z nejvýraznějších je Santiago Calatrava (narozen r. 1951). Příkladem použití betonu pro mrakodrap je stavba Turning Torso, kde železobetonové jádro tvoří srdce objektu a společně s ocelí tak vytváří 190 m vysokou konstrukci. Calatravovo zaujetí pro sochařství je patrné na většině jeho realizací. I díky tomu je pro něj práce s železobetonovou strukturou klíčová. Ikonické abstraktní formy a jeho inspiraci přírodními formami najdeme v téměř všech jeho stavbách. Beton jakožto přírodní materiál umožňující nekonečně možných struktur jde tak v ruku v ruce s jeho koncepty a jen tak na jeho paletě výběru architekta nezmizí.

Jeddah Tower, plánovaná nejvyšší stavba se železobetonovými základy

ZDROJE:

JH 21.11. 2019