Stanovení stáří a původu cihel ve stavební konstrukci
Poměrně častým požadavkem v rámci stavebně-technických průzkumů historických konstrukcí je zjištění původu a stáří cihel, a současně stanovení fyzikálně-mechanických vlastností cihel v kontextu se statickým posouzením cihelného zdiva. Příspěvek se věnuje této problematice na příkladu průzkumu historické zděné mostní konstrukce.
1. Úvod
V rámci stavebně-technických průzkumů stavebních konstrukcí, se poměrně často setkáváme s posuzováním zděných konstrukcí z cihelného zdiva. V případě, že jde o starší, nebo přímo historickou konstrukci, se kromě stanovení pevnostních charakteristik jednotlivých stavebních prvků i celého zdiva, vyskytuje požadavek na stanovení stáří a původu jednotlivých cihel, mimo jiné z důvodu posouzení stavebního vývoje celé konstrukce, nebo výběru adekvátní náhrady chybějících nebo poškozených částí konstrukce. Tento příspěvek se zaměří na období od 18. do 20. století, což je doba charakterizovaná snahou o unifikaci cihlářských výrobků, a současně v našich podmínkách masivním využíváním plných pálených cihel ve stavebních konstrukcích. Posuzovaná stavební konstrukci je obloukový most v obci Dobromilin v okrese Prostějov.
2. Historický vývoj výroby plných cihel
Ve střední Evropě se s pálenými cihlářskými výrobky setkáváme (pokud odhlédneme od nálezů římských cihel na archeologických lokalitách) až v 11. století. Dobová terminologie hovoří o cihlách „zdících, krycích a dláždících“. Středověké cihly jsou charakteristické roztříštěností rozměrů, poměrů délek stran (stejně tak se liší kvalitou zpracování a materiálem). Obecně lze však v dobových nařízeních vysledovat snahu k udržení poměrů délek stran 1 : 2 : 4, což však nebylo často akceptováno.
První cejchovaný model v rámci monarchie byl vytvořen až v roce 1686, platil však pouze pro Vídeň a Dolní Rakousko (pro cihly „zdice“ 11½ × 5¼ × 2¾ palce).
V tomto období bylo značení cihel v Čechách a na Moravě spíše výjimkou. V rámci monarchie tvoří v tomto směru výjimku oblast Horních Uher, kde lze vysledovat značení cihel tzv. pozitivními kolky již v 18. století jako vcelku běžné. Pozitivní kolek byl vytvořen tak, že ve dně formy byla vyryta či vypálena značka. Díky způsobu výroby jsou pozitivní kolky méně výrazné, a většinou daleko jednodušší, než pozdější kolky negativní (kdy na dno formy byla umístěna raznice).
V roce 1839 byly pro Čechy předepsány základní rozměry cihel pro zdění (tzv. zdice) 11½ × 5½ × 2½ palce a současně bylo předepsáno razit na cihlu značku výrobce – cihelny. Rozměry byly uváděny pro výrobky po výpalu [6].
Na Moravě zůstal v platnosti výnos Moravsko-slezského gubernia z roku 1810, s rozměrem zdice 11½ × 5¾ × 2¾ palce (palec dolnorakouský).
Zcela unifikovaného formátu bylo dosaženo až ke 14. 4. 1883 v souvislosti s metrologickou reformou. Formát cihel pro zdění byl stanoven na 290 × 140 × 65 mm. Opuštění měření v palcích odstranilo dosavadní roztříštěnost jednotek a formátů.
Pro výše uvedené období se stalo charakteristickým tzv. kolkování. Na dno formy byla umístěna reliéfní raznice, jež po odformování vytvořila negativní reliéf v cihlářském výrobku – tzv. kolek. Vzhled kolků nebyl nijak předepsán, na jejich podobě se projevuje kreativita majitele cihelny, a důležitost, kterou přikládali této jistého druhu reklamě.
Můžeme tak pozorovat nejčastěji cihly s kolky ve formě iniciál majitele, či tradičního názvu cihelny, vzácněji kolky s propracovanými reliéfními erby a symboly, a stejně tak primitivní kolky ve formě malé značky. Často je kolek doplněn kolky číselnými, které pravděpodobně označovaly číslo sady forem nebo pracovní skupinu. Bohužel, v současnosti nebyly značky na Českých a Moravských cihlách dosud systematicky zpracovány.
Počátek 20. století přinesl zavedení strojního formování cihel, a s tím zásadní redukci počtu výrobců, a díky změně technologie výroby současně zánik výskytu kolků na cihlářských výrobcích (s výjimkou střešní krytiny).
2.1 Sekundární použití cihel
Častým požadavkem v rámci diagnostiky objektu, je posouzení stáří zdiva na základě typologie použitých cihel. To je úkol nesnadný, a v řadě případů zcela nemožný. Prakticky v každém historickém období bylo běžné recyklovat stavební prvky, tedy i cihly byly zcela běžně využívány sekundárně, tedy zdění probíhalo s využitím již dříve jinde použitých cihel. Klasickým příkladem je například užívání cihel získaných při demolici prvků tereziánského opevnění v Olomouci (cihly s orlicí a iniciálami F.M.T.). S těmito cihlami se dnes setkáváme ve stavbách z přelomu 19. a 20. století nejen v okolí Olomouce, ale například i na Znojemsku.
3. Cihly v rámci diagnostiky mostu ev. č. 36719-2 přes říčku Brodečku v obci Dobromilice, okres Prostějov
Obrázek 1: Most ev. č. 36719-2 přes Brodečku v obci Dobromilice, okres Prostějov
3.1 Popis mostní konstrukce
Most ev. č. 36719-2 překlenuje říčku Brodečku a mlýnský náhon v obci Dobromilice, okres Prostějov. Jedná se o poměrně atypickou konstrukci, neboť most je zděný z kamene, parapetní zdi pak z cihelného zdiva. Z hlediska konstrukčního uspořádání se jedná o most o třech polích tvořených zděnými kamennými klenbami – viz Obr. 1. Podle zjištěných historických údajů pochází kamenná konstrukce pravděpodobně ze 16. století, v polovině století 18. byla doplněna dvěma sochami světců.
3.2 Cihly v konstrukci – typologie
Pravděpodobná geneze použití plných cihel v mostní konstrukci
Použití cihel v původně kamenné konstrukci mostu se pravděpodobně datuje od rekonstrukce v polovině 18. století, kdy byla stávající konstrukce doplněna zděnými parapety a sokly se sochami sv. Jana Nepomuckého a sv. (tehdy blahoslaveného) Jana Sarkandera. Zde použité plné pálené cihly jsou dále označovány jako typ C1.
K další úpravě došlo patrně při výstavbě náhonu a jeho překlenutí při severní straně mostu (směr Pivín). S překlenutím náhonu byl prodloužen i parapet na návodní straně mostu. Cihly zde použité jsou dále značeny jako typ C2.
Zatím poslední doplnění cihelného zdiva souvisí s opravami parapetů poškozených provozem v průběhu 20. století. Dle data na omítce na koruně parapetu na povodní straně mostu lze tyto opravy datovat rokem 1968. Cihly zde použité jsou dále značeny jako typ C3.
Cihly C1
Obrázek 2: Pohled na korunu parapetu na návodní straně mostu, cihly jsou umístěny specifickým způsobem popsaným výše.
Obrázek 3: Dvojice cihel typu C2 (vzorky C2-1 a C2-2), pocházející z parapetu nad zaklenutím náhonu. Korunované písmeno B v kolku, by mohlo naznačovat původ v cihelně rodu Bukůwků z Bukůwky.
Jde o nejstarší cihly v mostní konstrukci, pocházející pravděpodobně z poloviny 18. století. Tyto cihly byly použity k vyzdění obou parapetů mostu, v souvislosti s osazením dvou soch světců. Tyto původní části parapetů jsou řešeny jako smíšené zdivo, vrstvy cihel jsou kombinovány s vrstvami kamennými. Cihly tohoto typu jsou užity i v soklech pod oběma sochami. Jde poměrně typické cihly své doby, v některých kusech lze pozorovat hrubou strukturu užitého vápenného ostřiva. Typické jsou i nerovnosti ploch, nedokonalé vtlačení cihlářské hlíny do formy a v některých kusech i rozsáhlé vnitřní trhliny vzniklé smrštěním při výpalu. Formát cihel odpovídá obecně období před metrologickou reformou (viz výše). Bohužel, rozdíly rozměrů cihel před rokem 1883 jsou navzdory předpisům tak variabilní, že potvrdit stoprocentně jejich přesné stáří pouze na základě rozměrů nelze, v tomto případě datování podporuje logika vzhledem k doložené dataci přestavby konstrukce.
V koruně parapetů jsou cihly vyzděny tak, že cihly jsou umístěny nastojato, vždy čtyři v příčném směru, k nim je přizděna jedna ve směru podélném s tím, že podélná cihla je střídavě situována na vnitřní a vnější straně parapetu (viz Obr. 2).
Cihly C2
Při přemostění náhonu na severní straně mostu byly pro zaklenutí náhonu a prodloužení parapetu na návodní straně použity cihly značené kolkováním.
Kolek na cihlách má podobu erbu v ozdobném ornamentu, ve štítu s písmenem B. Erb je opatřen knížecí korunkou. Formát odpovídá stejně jako v případě cihel C1 období před metrologickou reformou ke 14. 4. 1883.
Užití tzv. negativního kolku naznačuje, že byly vyrobeny po roce 1836, kdy bylo značení cihel ustaveno císařským výnosem jako povinné. Vznik těchto cihel je tedy možno datovat mezi roky 1836 a 1883.
Kolek užitý na cihlách naznačuje, že cihly byly patrně vyrobeny v cihelně, patřící rodu (korunka na kolku) Bukůwků z Bukůwky (písmeno B), který měl v majetku Dobromilice mezi léty 1835 do roku 1870, což přesně koresponduje s předpokládanou datací těchto cihel.
Cihly C3
Jde o cihly běžného velkého formátu 290 × 140 × 65 mm typické pro 20. století, se stopami strojní výroby na povrchu. Lze je pravděpodobně datovat do roku 1968, což je letopočet vyskytující se na omítce koruny parapetu na povodní straně. Byly použity o doplnění parapetů v místech poškození provozem.
Při náhradě poškozených částí parapetu nebyla dodržena střídavá vazba zdiva na koruně parapetu, užitá ve zdivu původním, což mělo za následek větší poškození této nejnovější části povětrností a provozem.
Rozměry cihel
Pro stanovení fyzikálních a mechanických vlastností jednotlivých typů cihel byly použity cihly odebrané z konstrukce. Tyto cihly byly současně použity jako reprezentativní vzorky jednotlivých typů cihel užitých v konstrukci pro stanovení rozměrů.
| Vzorek | Rozměry v mm | Rozměry v dolnorakouských palcích | Předpokládaný rozměr dle předpisu | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| a | b | c | a | b | c | ||
| C1-1 (1. typ) | 301 | 145 | 72 | 11,43 | 5,50 | 2,73 | 11½ × 5¼ × 2½ palce (pozn. 1.1) nebo 11 × 5¼ × 2⅔ palce (pozn. 1.2) |
| C1-2 (1. typ) | 302 | 147 | 72 | 11,47 | 5,58 | 2,73 | 11½ × 5¼ × 2½ palce (pozn. 1.1) nebo 11 × 5¼ × 2⅔ palce (pozn. 1.2) |
| C2-1 (2. typ) | 298 | 148 | 73 | 11,31 | 5,62 | 2,77 | 11½ × 5¾ × 2¾ palce (pozn. 1.3) nebo 11 × 5½ × 2¾ palce (pozn. 1.4) |
| C2-2 (2. typ) | 294 | 148 | 73 | 11,16 | 5,62 | 2,77 | 11½ × 5¾ × 2¾ palce (pozn. 1.3) nebo 11 × 5½ × 2¾ palce (pozn. 1.4) |
| C3 (3. typ) | 292 | 142 | 66 | – | – | – | 290 × 140 × 65 mm |
| Pozn. 1.1: Dle nařízení Leopolda I. z 6. 9. 1686 – 1. cejchovaný model Pozn. 1.2: Dle nařízení z roku 1715 Pozn. 1.3: Dle cirkuláře Moravského zemského gubernia ze 17. 8. 1810. Pozn. 1.4: Dle Všeobecné instrukce pro rozpočty pro monarchii z roku 1831. | |||||||
3.3 Zkoušky cihel
Metodika zkoušek cihel
Pevnost v tlaku zdících prvků se určuje podle ČSN EN 772-1 [4] jako průměrná pevnost v tlaku stanoveného počtu vzorků celých zdicích prvků. Norma připouští rovněž zkoušet reprezentativní části zdicích prvků. Tato reprezentativní tělesa, např. krychle nebo válce, se mají vyřezat z různých míst prvku (myšleno na okraji, uvnitř).
Pevností v tlaku zdících prvků, uvažovanou při návrhu, je normalizovaná pevnost v tlaku fb.
Normalizovaná pevnost v tlaku se získá přepočtem pevnosti zdicích prvků na pevnost ve stavu přirozené vlhkosti (6±2) %, pokud nebyla v tomto stavu již stanovena, a vynásobí se součinitelem vlivu výšky a šířky zdících prvků δ.
V praxi diagnostických průzkumu zděných konstrukcí bývá často obtížné odebrat bez poškození celé vzorky zdicích prvků, a proto je možné (i s ohledem na možnost vyřezání reprezentativních vzorků) použít pro odběr vzorků jádrové vrtání. V praxi se používají vývrty o průměru 50 mm, z nichž se vyřežou válcová tělesa. Problémem je, že směr jejich zatěžování v lisu není totožný se směrem zatížení v konstrukci (vývrty jsou většinou vodorovné). Při použití vývrtu o průměru 75 mm tento problém odpadá a je možné vyřezat krychli o velikosti 50 × 50 × 50 mm a zatěžovat ji stejným způsobem jako v konstrukci.
Pevnost v tlaku zkušebních těles fb,i se počítá ze vztahu
kde je
- F
- – zatížení při porušení vzorku [N];
- A
- – tlačná plocha vypočtená ze změřených rozměrů vzorku [mm2].
Normalizovaná pevnost v tlaku zdicích prvků fb se počítá ze vztahu
kde je
- δ
- – součinitel vlivu výšky a šířky zdicích prvků.
Normalizovanou pevnost v tlaku zdících prvků lze zpětně přepočítat na pevnost v tlaku celých zdících prvků, podle níž lze přiřadit pevnostní třídu.
Zkušební tělesa
Pro stanovení fyzikálních a mechanických vlastností jednotlivých typů cihel byly použity cihly odebrané z konstrukce, šlo o cihly již dříve uvolněné v porušených částech konstrukce (zde budou prezentovány pouze pevnosti v tlaku).
Z každé odebrané cihly byla pro zkoušky pevnosti v tlaku vytvořena zkušební tělesa v podobě krychlí o hraně 50 mm.
Výsledky zkoušek cihel prokázaly vcelku očekávanou kvalitu cihel různého stáří. Normalizovaná pevnost v tlaku fb byla vypočtena podle ČSN EN 772-1 [4] z průměrné pevnosti fb,u na základě rozměrů zkušebních těles. Pevnostní značka cihel byla přidělena podle Národní přílohy NA (informativní) normy ČSN EN 771-1 [3] jako nejbližší nižší.
Zatřídění cihel bylo provedeno podle výsledků zkoušek ve stavu vysušeném na reprezentativních částech cihel. V případě jednotlivých typů cihel se jedná o pevnostní třídu:
Typ C1 – pevnostní třída 15;
Typ C2 – pevnostní třída 15;
Typ C3 – pevnostní třída 20.
4. Závěr
Jak dokumentuje příklad části průzkumu konstrukce mostu ev. č. 36719-2 přes Brodečku v obci Dobromilice, okres Prostějov, identifikace stáří a původu historických cihel v konstrukci je sice možná, ale jako kombinace zjištěných historických a stavebně technických dat o konstrukci, a zjištěných rozměrů podoby cihlářských výrobků. Bohužel, rozdíly rozměrů cihel před rokem 1883 jsou navzdory předpisům tak variabilní, že stoprocentně potvrdit jejich zcela přesné stáří pouze na základě rozměrů nelze. Tato variabilita je známá například z Hlášení dvorské kanceláři o vyšetření stavu výroby cihlářských výrobků v Čechách z let 1837/1838, kdy bylo konstatováno, že ve všech krajích kolísá délka mezi 10 a 12 palci (předpis 11) a šířka mezi 5 a 6 palci (předpis 5½), poměry na Moravě byly jistě obdobné [6].
Co se týká pevností v tlaku u zkoušených typů cihel, korespondují s pevnostmi uvedenými pro adekvátní typy cihel v literatuře [2].
Poděkování
Příspěvek byl vytvořen s podporou výzkumného záměru MSM 0021630519.
Literatura
- [1] ČSN ISO 13822 Navrhování stavebních konstrukcí – Hodnocení existujících konstrukcí
- [2] Pume, D., Čermák, F. a kol.: Průzkumy a opravy stavebních konstrukcí, Praha, Arch, 1993
- [3] ČSN EN 771-1 Specifikace zdicích prvků – Část 1: Pálené zdicí prvky
- [4] ČSN EN 772-1 Zkušební metody pro zdicí prvky – Část 1: Stanovení pevnosti v tlaku.
- [5] Josef, D.: Encyklopedie mostů v Čechách, na Moravě a ve Slezsku, Libri, 2002
- [6] Ebel, M.: Rozměry cihlářských výrobků, Dějiny staveb, 2001
Relatively frequent request when conducting construction surveys of historical constructions is to determine the origin and age of bricks as well as their physico-mechanical properties in the context of a static evaluation of the brickwork. This article addresses this issue using an example of historic brickwork in a bridge construction.