Statické zabezpečení stavby a jejich částí bylo podmiňující pro obnovení struktury a pro možnost následného zabudování konstrukcí prohlídkového okruhu s ohledem nejen pro zajištění náležité dlouhodobě spolehlivé stability existujících částí zříceniny, ale i pro zajištění bezpečnosti návštěvníků před pádem uvolněných částí zdiva. Zříceninu bylo proto nutné posuzovat nejen v celkovém měřítku, ale také v mnoha jejích detailních částech. Konstrukci bylo nutné náležitě zpevnit a v některých detailech i vyztužit, aby mohla být zatížena ocelovými a skleněnými konstrukcemi prohlídkového okruhu při splnění normami požadovaných spolehlivostí, jež vyžadují současné platné předpisy.
Statické zabezpečení hradu Helfštýn sestávalo z následujících činností:
– Inženýrsko-geologické posouzení skalního podloží.
– Stavebně-technický průzkum konstrukce.
– Diagnostika zdiva a jeho vyztužení.
– Návrh zabezpečení konstrukcí zpracovaný ve stupních PD pro stavební povolení a pro provedení stavby.
– Odborný technický dozor při provádění.
– Inženýrskou geodezií zajištěné spolehlivosti dílčích částí v průběhu stavby.
Inženýrsko-geologické posouzení skalního podloží se opřelo o dílčí průzkumné činnosti, které byly prováděny geodetickým zaměřením geologických sond, profilů a výchozů, strukturně geologickým a tektonický průzkumem, geofyzikálním průzkumem, geotechnickým a stavebně-technickým průzkum.
Průzkum zhodnotil podloží takto:
V oblasti severovýchodního nároží leží palác na skalních výchozech, a to bezprostředně nebo v jeho blízkém podloží. Horniny zastoupené ve výchozech jsou tvořeny převážně tektonicky porušenými a subvertikálně uloženými lavicemi drob a v menší míře značně zvětralými jílovci o malých mocnostech. Přítomnost slepenců zde nebyla zjištěna. Podle výsledků měření provedených geologickým kompasem převládají směry úklonu puklin převážně ve směru SSV–JJZ, tj. přináležejí k významné tektonické linii procházející celým palácem. Zjevné pohyby těchto strmě uložených lavic se projevují vertikálními poruchami palácového zdiva nad nimi. V této souvislosti je zapotřebí zmínit i poslední sesuv části severní parkánové zdi v nedávných letech. Bylo by tedy nanejvýš potřebné zaměřit se v nejbližší době na průzkum a sanaci i v oblasti této části parkánové zdi jako významného stabilizujícího prvku palácových zdí.
Geologický a strukturně-tektonický průzkum vymezil dvě zásadní tektonické linie procházející přes hradní palác. Je to směr SZ–JV, na kterém se nachází vykloněná hlavní hradební zeď a zřícená parkánová zeď. V této linii se nachází i protilehlé jihovýchodní nároží paláce, včetně zřícené části parkánové zdi, kterou bude nutné obnovit. Základy zdiva paláce se musí sanovat. Druhá tektonická linie směru SSV–JJZ se negativně projevuje především v severní části paláce na porušení hradních zdí a na parkánové zdi. Stejně jako v prvním případě je nutno počítat s detailním prozkoumáním této části paláce a opravou a sanací zřícené části parkánové zdi i s ohledem na skutečnost, že k jejímu zřícení došlo v nedávné době.
Tyto práce probíhaly v průběhu roku 2016. Z hlediska stability paláce hradu byla především potvrzena existence téměř svislé plochy odlučnosti skalního masivu s vysokou tendencí zvětrávání v případech, kdy vystoupil na povrch a bylo vystaveno účinkům povětrnosti.
Stavebně-technický průzkum konstrukce byl zaměřen na průzkum svislých meziokenních pilířů, nadokenních kleneb, zbytků zřícených kleneb vystupujících ze zdiva, stanovení mechanických vlastností zdiva historického palácového zdiva, na průzkum nakloněné hradební zdi, na průzkum věnců v koruně zdiva a na prověření schopnosti předpínacích lan instalovaných v 80. letech 20. stol. příznivě ovlivňovat stabilitu konstrukce. Průzkum konstatoval vysokou heterogenitu zdiva (obr. 1) a oddělování částí pilířů při povrchu od zdiva uprostřed. V jejím důsledku došlo k silnému oslabení plochy pilířů (obr. 2).
V rámci diagnostiky zdiva hradního paláce bylo provedeno unikátní měření modulu pružnosti zdiva předpínacím lisem. Toto stanovení modulu pružnosti vychází z měření deformace zdiva stlačovaného ve vodorovném směru pomocí předpínacího lana (monostrandu) a hydraulického lisu (předpínací pistole). Nejprve se zkoušené zdivo provrtá v příčném směru a tím se ve zdivu vytvoří vodicí kanálek pro předpínací lano. Zdivo v okolí provedeného vrtu se upraví zbroušením tak, aby zde vznikly dosedací plochy pro roznášecí desky z konstrukční oceli. Do připraveného kanálku se vloží předpínací lano (Y1860-S7-15,7) typu monostrand o průměru 15,7 mm v PE chráničce. Poté se na jeden konec lana osadí ocelová roznášecí deska a kotevní objímka, která zajistí vnesení předpínací síly do konstrukce. Spolupůsobení roznášecí desky se zdivem a rovnoměrné vnesení síly do konstrukce je zajištěno betonovým podmazáním ocelové desky, které vyrovnává a také definuje dosedací plochu. Na druhém konci lana je opět na líc zdiva vložena ocelová roznášecí deska, dále je zde navlečen napínací lis, na kterém je zabudován siloměr pro kontinuální měření vnesené předpínací síly (obr. 3). Měření deformace se provádí jednostranně na několika místech v rovině kolmé na střednici zdiva. Ke měření se využívají nejčastěji hrotové indukčnostní snímače posunů, které jsou přichyceny na stabilní ocelový měřicí most (obr. 4). Po stabilizaci a kalibraci měřicí soustavy je zeď postupně zatěžována po předem definovaných krocích s podržením síly. Po ustálení deformace zdiva se pokračuje se zatěžováním na další stupeň téměř až do dosažení maximální kapacity lana. Následuje postupné odlehčování opět po předem definovaných krocích s podržením síly. Tento celý cyklus se nejméně dvakrát opakuje, aby bylo možné sledovat vliv konsolidace staviva. Uvedená zkouška namáhá zdivo osovým tlakem a smykem zároveň. Z odporu zdiva proti tomuto namáhání lze poté vyjádřit modul pružnosti, který je vhodný pro modelování konstrukčních celků v softwaru pro analýzu konstrukcí.
Počáteční měřicí cyklus byl ovlivněn prvotním stlačením dobetonávky dosedacích ploch roznášecích desek a konsolidací zdiva, kdy deformace prudce vzrostla na téměř 1,2 mm. Poté se již zdivo chovalo téměř jako lineárně pružný materiál, kdy po odlehčení mělo tendenci se vracet zpět na hodnotu trvalého nepružného stlačení (obr. 5). Na L-D diagramu (load-deflection diagram), který znázorňuje závislost předpínací (napínací) síly na deformaci zdiva je opět patrný stejný průběh počátečního stlačení zdiva.
Ze stavebního průzkumu vyplynula celá řada dílčích poznatků, na které musel následně reagovat projekt zabezpečení. Protože pilíře byly běžně oslabeny o 30 % na svém průřezu, místně i 50 %, navrhli jsme nezbytně nutný rozsah jejich stabilizace pro zpřístupnění paláce. Dále jsme doporučili značně větší rozsah stabilizačních prací, které bude vhodné realizovat do 8 let pro zpomalení degradace a samovolného rozpadu pilířů. Zbytky stropních kleneb stropů 1. NP byly zastiženy v havarijním stavu. Pro prohlídkový okruh a zpřístupnění paláce bylo nutné navrhnout přikotvení.
Průzkum dále zjistil, že na koruně zdí nebyly provedeny věnce. V 30. letech 20. století byly provedeny pouze kleštiny a dozdění zdiva. Kleštiny korodovaly, nebyly průběžné a jejich působení tak bylo nedostatečné. V rámci zabezpečení bylo proto nutné provést přezdění a zřídit skryté železobetonové ztužující věnce. Tím se zajistila stabilita koruny zdí a umožnilo se spolehlivé uložení ocelových konstrukcí dílčího zastřešení.
Průzkum dále zjistil, že na hradební zdi byl již dříve proveden plně funkční ztužující betonový věnec – ztužující trám z 80. let 20. stol., který ji stabilizuje a který může být využit pro kotvení lávek. Současně ale nezabránil dalšímu vyklánění vnější části hradební zdi, která stále sedá a odklání se od její vnitřní části. Průzkum stanovil, že podloží hradební zdi je tvořeno sutěmi již dříve zřícených konstrukcí a že hradební zeď včetně těchto sutí se sesouvá. Spolehlivou stabilizaci bylo nutné navrhnout oboustrannými prahy kotvenými do skalního podloží.
Průzkum také stanovil, že pro dlouhodobou stabilitu hradební zdi je nezbytné obnovit funkci alespoň parkánové zdi a stabilizační funkci gravitační tíhy násypu mezi ní a hradební zdí. Toho bylo dosaženo založením parkánové zdi na základu kotveném do skalního podloží.
Průzkum dále stanovil, že severní roh stavby s místností 07 se odtrhl od zbývající části stavby mohutnými téměř svislými trhlinami, a to pod stabilizační úrovní předpínacích lan z 80. let 20. století. Rozdělení zdiva na kry ve zmíněných trhlinách významně ohrožovalo stabilitu nároží stavby. Zdivo obou stýkajících se zdí bylo v téměř havarijním stavu a rozvolněné. Bylo nutné provést jeho stabilizaci analogicky k již dříve provedené stabilizaci předpínacími lany.
Návrh zabezpečení konstrukcí zpracovaný ve stupních PD pro stavební povolení a pro provedení stavby určil nutné zásahy do konstrukce. Těmi byly zpevnění pilířů, kotvení zbytků kleneb, stabilizace severního nároží předpínacími lany, zřízení nových věnců v koruně zdí, výstavba nové parkánové zdi, příčná stabilizace nakloněné hradební zdi příčnými spínacími tyčemi.
Odborný technický dozor při provádění byl prováděn s výpomocí inženýrské geodezie tak, aby byla zajištěna nutná spolehlivost dílčích částí konstrukce v průběhu prací. Bez detailního etapového měření nebylo možné garantovat bezpečnost pracovníků hlavně pod nakloněnou hradební zdí.
V průběhu zabezpečovacích prací bylo nutné reagovat na řadu nových skutečností, které se nedaly před zahájením prací ověřit. Příkladem může být stav základové spáry zbytku parkánové zdi u severovýchodního nároží (obr. 7). Zeď spočívala na šikmé ploše skalního podloží bez jakékoliv stavební úpravy, tedy bez vysekání přibližně vodorovné základové spáry. Návrh zabezpečení zbytku zdi musel být dodatečně pozměněn a parkánová zeď byla provedena jako kotvená konstrukce do skalního podloží pomocí tyčí, přičemž zdivo tvoří její estetickou a historizující obálku (obr. 8).
LADISLAV KLUSÁČEK
Foto: archiv autora
Doc. Ing. Ladislav Klusáček, CSc. (*1958)
Absolvoval Fakultu stavební VUT v Brně, obor Konstrukce a dopravní stavby.V současné době je proděkanem FAST VUT v Brně, zástupcem vedoucího Ústavu betonových a zděných konstrukcí a je členem vědecké rady. U projektu rekonstrukce hradu Helfštýn měl na starosti stavební průzkum konstrukce, diagnostiku materiálů a stanovení nejnutnějšího rozsahu zesilujících a stabilizačních opatření ve stupních pro stavební povolení a pro realizaci stavby.
Článek byl publikován v časopise Materiály pro stavbu 1/2021
Související články:
Rekonstrukce renesančního paláce na hradě Helfštýn
„Hledali jsme materiál, který je trvanlivý, umí stárnout a na němž je stárnutí vidět“
Sanace vlhkého a zasoleného zdiva hradního paláce na Helfštýně
