Věžové vodojemy – historie a stavebně technické průzkumy

1. Úvod

V rámci Programu na podporu aplikovaného výzkumu a vývoje národní a kulturní identity na léta 2016 až 2022 (NAKI II) Ministerstva kultury ČR je v letech 2018–2022 řešen výzkumný projekt č. DG18P02OVV010 s názvem Věžové vodojemy – identifikace, dokumentace, prezentace, nové využití, jehož hlavním řešitelem je Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, veřejná výzkumná instituce, a spoluřešitelem České vysoké učení technické v Praze, Fakulta stavební.

Posláním projektu je zpracování historického a technického vývoje věžových vodojemů na našem území, jejich zpřístupnění široké obci zájemců a zachování pro další generace.

Věžové vodojemy jsou specifické vývojem konstrukčním a stavebním, vývojem vlastních vodárenských technologií a uplatňováním architektonických dobových trendů. Konstrukce vodojemů jsou dřevěné, ocelové, zděné i betonové a věže dosahují výšek i přes 60 metrů. Jejich autory byli často významní projektanti, stavitelé, architekti.

Na našem území mají vodojemy doloženou více než 600letou historii, k výstavbě prvních věžových vodojemů docházelo v období pozdní gotiky a počátkem renesance. Některé objekty sloužily i několik set let, případně se dochovaly do současnosti, ale již dříve přestaly sloužit svému poslání, nebo převzaly nové funkce.

Vodojemy jakožto vodohospodářské stavby zajišťovaly či stále zajišťují funkce:

• vyrovnávací, spočívající ve vyrovnání rozdílu mezi rovnoměrným přítokem ze zdroje vody a nerovnoměrným odběrem spotřebiště,
• tlakovou, zajišťující potřebný hydrostatický a hydrodynamický tlak ve spotřebišti,
• rezervní, pro případ přerušení dodávek vody a poruch ve zdrojové a přítokové části systému,
• protipožární [2, 3].

Problematika nového využívání stavitelského dědictví, často označovaná pojmem konverze, je aktuálním trendem dnešní doby. Také věžové vodojemy odstavené z provozu vodovodních sítí a zbavené tak svého původního poslání mohou místo chátrání či demolice nabízet zajímavé alternativy nového využití [1].

Na území České republiky se podle současných informací nachází více než 1 200 objektů věžových vodojemů různého typu i období jejich výstavby. Nové možnosti využití se ale týkají jen několika desítek staveb [1]. Prostorově vodojemy nezabírají příliš rozsáhlé části pozemku, jejich interiéry jsou menších rozměrů a nabízejí proto jen omezené možnosti pro nové využití a z toho důvodu jsou málo adaptabilní.

Mezi poměrně značně ohrožené stavitelské dědictví patří drážní věžové vodojemy. Vznikaly od poloviny 19. století v souvislosti s výstavbou parostrojní železnice na našem území. Jelikož již dlouhá léta neslouží svému poslání, jsou většinou ve špatném technickém stavu, značně zchátralé a mnohé jsou zdemolované. Přitom svými stavebními a konstrukčními parametry nabízejí zajímavé možnosti pro nové využití.

V prvním roce řešení projektu byl proveden stavebně technický průzkum vybraných vodojemů, výsledky průzkumů jsou presentovány v následujícím textu.

2. Metodika stavebně technických průzkumů

V rámci řešení grantového projektu byla prvním krokem identifikace stávajících a lokalizace již neexistujících věžových vodojemů. Při identifikaci objektu jsou využívány dokumentační postupy a průzkumné metody, které objektivně popisují jeho aktuální technický stav a současně objasňují historické souvislosti:

• Zaměření objektu
• Archivní bádání – využití archivních materiálů a jejich vypovídací schopnosti pro poznání stavby a jejich stavebníků,
• Ikonografie – prameny, zdroje a informace (literatura, kroniky, městské urbáře, vizitační protokoly od 17. do 19. století, historické rytiny a veduty – jako základní prameny pro identifikaci) sloužící k:
  
  • ověřování existence staveb a posuzování jejich formy, rozsahu a podoby v době vzniku ikonografického materiálu
  • předcházení „opomenutí“, která mohou mít značný vliv na konečné hodnocení objektu, na stanovení jeho stavebního vývoje, na projekt obnovy či dílčí rekonstrukci
• Nedestruktivní průzkumy objektů in situ, historické konstrukce a technologie, architektonické prvky a znaky jako podklad pro časové určení.
• Analýza vlivu nesilových účinků a agresivního prostředí (opakovaná cyklická zatížení a vlivy) na funkční způsobilost a trvanlivost historických objektů z hlediska prevence poruch
• Analýza důsledků změny fyzikálně mechanických vlastností vybraných stavebních materiálů na trvanlivost zděných, železobetonových, ocelových a dřevěných konstrukcí staveb

Věžové vodojemy jsou stavby výškově dominantní, které jsou v krajině zdaleka viditelné, charakterizuje je vysoká izolovaná poloha často nechráněná před větry a extrémní teplotní namáhání. Působením vnějšího prostředí a vnitřního mikroklimatu se uplatňuje řada cyklických degradačních činitelů, které působí samostatně, často se však doplňují v synergický efekt.

Vnitřní mikroklima vodojemů je ovlivněno zejména zvýšenou vlhkostí vzduchu a současně absencí větrání.

Jedním z nejvýznamnějších degradačních faktorů vnějšího prostředí je atmosférická voda, která proniká do nechráněných částí stavby, případně vlhkost z propustných zemin. Voda vyluhuje vápno z malty a malta zbavená pojiva se stává nasákavá a ztrácí pevnost. Cyklické změny vlhkosti narušují materiál chemicky i mechanicky. Výrazně destrukční charakter mají mrazové cykly a změny objemu nasákavého materiálu. Vzniká tak napětí a při překročení pevnosti materiálu v tahu se objeví trhliny. Nejvíce bývají poškozené vodorovné konstrukce a také zdivo v soklové oblasti ovlivněné vzlínající vlhkostí a odstřikující vodou nebo vodou přitékající po terénu a sněhem.

Destrukční účinky má teplotní namáhání, jehož vlivem dochází k objemovým změnám a vzniku napětí v konstrukcích. K největšímu poškození vyvolanému teplotním namáháním, zejména mrazem a osluněním, dochází hlavně na jižní straně objektu. Teplotní změny, které způsobují degradaci povrchu materiálu, dosahují rozdílu až několika desítek stupňů a mohou se velmi rychle střídat (například v zimním období při oslunění povrchu konstrukce). V rámci těchto teplotních změn se také projevuje zastínění jednotlivých částí stavby. Tomuto namáhání podléhají zejména omítky, cihly a měkčí kámen.

K teplotnímu namáhání konstrukcí dochází také při ochlazování jejich povrchu proudícím vzduchem. Kromě přímého působení větru ovlivňuje degradaci stavebního materiálu také rychlost proudění vzduchu i tvar konstrukce, více se ochlazují prvky vysokých objektů. Větrná eroze mechanicky poškozuje měkké materiály. Působení klimatických činitelů má odlišnou intenzitu podle orientace stavby vůči světovým stranám a podle převládajícího směru větru. Nejvíce narušená bývá západní strana, kde se kombinuje převládající směr větru s deštěm.

Destruktivně působí na stavební materiály a konstrukce rovněž vegetace. Na povrchu staveb narušeném působením povětrnosti se brzy uchytí nižší rostliny (řasy, mechy, lišejníky). Ve stavebních materiálech vyvolávají chemické změny, udržují ve svém okolí vlhkost a kořeny rozrušují zdivo. Dalšími degradačními faktory působící destrukci dřeva jsou dřevokazné houby a dřevokazný hmyz. Podmínkou jejich výskytu je vlhkost a přiměřená teplota (v opuštěných stavbách jsou tyto podmínky téměř vždy splněny).

Některé věžové vodojemy neslouží svému poslání, nejsou udržovány a pomalu se rozpadají. K chátrání stavby dochází postupně, v první fázi je ponechání objektu bez údržby. S rostoucím poškozením krytiny se do stavby dostává vlhkost a začíná destruktivní napadení dřeva. V důsledku zvýšené vlhkosti akcelerují degradační procesy dalších materiálů, zejména omítek a zdiva.

3. Historický vývoj a stavebně technické průzkumy

Jedním z důležitých faktorů, který významně ovlivňuje reálné možnosti nového využití vodojemů, je aktuální technický stav objektu. Nejčastějším stavebně technickým problémem objektů bývá stav vnějšího pláště – kamenného nebo cihelného zdiva a betonových konstrukcí včetně koroze výztuže. Zde se negativně projevuje zejména vliv typického vlhkého mikroklimatu vodojemů a cyklické působení vnějších klimatických podmínek.

V následující části příspěvku jsou presentovány vybrané věžové vodojemy jednotlivých slohových období s odpovídajícím konstrukčním řešením.

3.1 Praha-Nové Město – věžový vodojem bývalé Šítkovské gotické vodárny

Věžový vodojem bývalé Šítkovské vodárny v Praze je jedním z nejznámějších příkladů těchto vodárenských staveb na našem území. Vodárna v minulosti čerpala vodu pro Nové město Pražské, zatímco Staroměstská vodárna patřila, jak již název napovídá, Starému městu. Obě byly od 15. století základem vodárenského systému pražských měst, kdy čerpaly vltavskou vodu do trubního systému.

Věžový vodojem Šítkovské vodárny postavený v letech 1588–1591 je jedním z nejvyšších pražských věžových vodojemů. Má čtvercový půdorys o straně přibližně 10 metrů, tloušťka zdiva dosahuje v přízemí 2,1 metru, v posledním patře 1,15 metru, celková výška objektu je 47 metrů. Věž je vychýlena od svislé osy asi o 42 centimetrů k jihovýchodu a je tak nejšikmější věží v Praze.

Příčinou náklonu stavby je nedostatečné založení v písečném dně Vltavy. Věž je postavena na dubových pilotách převázaných dubovým rámem, avšak piloty nedosáhly skalního podloží a celá stavba se ještě před dokončením naklonila [4].

Zdivo vodojemu je z lomového kamene obloženého kvalitním pískovcem, uvnitř je věž omítnuta. Vodorovné konstrukce objektu tvoří dřevěné trámové stropy, patra jsou spojena dřevěnými schody. Nádrž na vodu byla umístěna v nejvyšším patře přímo pod bání věže. V roce 1865 bylo zjištěno, že je severní zeď věže od přízemí po horní římsu prasklá a obvodová schodištní zeď se rozestoupila. Během následné rekonstrukce byly trhliny vyklínovány tvrdým kamenem a cementovou maltou. Staré železné kleště, kterými byla stavba od dřívější doby stažena, byly vyměněny. V poškozeném základovém zdivu bylo vyměněno několik kamenných kvádrů. Shnilé podlahy byly nahrazeny novými. Masivní železobetonový věnec z roku 1927 celou stavbu staticky zajistil, takže vychýlení se již dále nezvětšuje. V letech 2005–2008 proběhla rekonstrukce vnějšího pláště věže, byl odstraněn ptačí trus, nečistoty i stopy po povodních a pískovcové bloky byly konzervovány.

3.2 Tábor – renesanční věžový vodojem

Pod hrází rybníku Jordánu byla na počátku 16. století postavena vodovodní čerpací stanice s dřevěným čerpadlem poháněným vodním kolem. Čerpadlo bylo v provozu od roku 1508 a dopravovalo vodu do věžového vodojemu 52 metrů dlouhou štolou překonávající výškový rozdíl 32 metrů. Z vodojemu se pak voda rozváděla samospádem dřevěným potrubím do protipožárních rybníčků a od roku 1567 také do městských kašen. Činnost vodojemu byla pravděpodobně ukončena na konci 19. století. [1]

Hranolová, renesanční stavba je bohatě zdobená sgrafity. V západní a severní stěně je umístěno po jednom malém osvětlovacím oknu, na jižní a východní stěně jsou pak vždy dvě osvětlovací okna, jejich umístění je však z vnějšího pohledu asymetrické. Střecha je sedlová, štíty jsou zdobeny obloučky, které jsou charakteristické pro mnoho památek historické části Tábora.

Objekt je po nedávné rekonstrukci v dobrém technickém stavu, stabilita je zajištěna kleštinami s rektifikací ve dvou na sebe kolmých směrech. Dřevěná konstrukce stropů byla v rámci rekonstrukce ošetřena biocidním přípravkem, napadení dřevokazným hmyzem již není aktivní. Drobné poruchy jsou patrné na fasádě, např. odfouknutá omítka. Závažným problémem je vlhkost zdiva objektu, která je způsobena nesprávným napojením omítky v soklové oblasti, nevhodným konstrukčním řešením římsy a stékající vodou po šikmé, rozšiřující se části fasády. Omítkové vrstvy vykazují vysokou salinitu, omítka místy opadává, v některých velmi vlhkých částech konstrukce je patrný výskyt řas.

3.3 Nové Dvory – bývalá barokní vodárna s věžovým vodojemem

V roce 1686, za hraběte Bernarda Věžníka, byl dostavěn zámek Nové Dvory a společně s ním i barokní vodárna u Kovářského rybníka, která měla za úkol zásobovat vodou nejen hospodářské zázemí, ale i zahradu s vodními nádržemi a vodotrysky, včetně kašny na náměstí. Voda z místní vodoteče byla do nádrže umístěné v posledním patře vodojemu dopravována zpočátku čerpadlem poháněným vodním kolem a později trkačem. Stavba byla upravována v 80. letech 19. století, ve 20. století dostala ještě nové vybavení. Vodojem dosloužil po druhé světové válce. [1]

Stavební popis vodojemu charakterizuje „Doplňkový list kulturní památky“ (1988, arch. Žižka): „Třípodlažní čtvercová věž, krytá stanovou střechou. Zdivo smíšené, záklenky a ostění cihelné, zbytky štukových omítek bez nátěrů. Na střeše poškozená šindelová krytina. Interiér rozdělen na pět úrovní. Trojice železobetonových nádrží (dnes jsou v přízemí k vidění pouze dvě nádrže). Patra stažena železnými kleštinami (sever–jih) v úrovni nad římsami. Ve zdivu trhliny.“

Částečná oprava věžového vodojemu proběhla v letech 2013–2014. V první etapě byly provedeny záchranné práce pro zajištění stability objektu – základy byly zpevněny pilotami, kaverny a podstřešní římsa dozděny, trhliny a výrazně poškozená místa vyplněny cementovou maltou (vodojem je vykloněn od svislé osy ve vrcholu střechy jižním směrem o téměř 80 cm). Táhla byla očištěna a byla obnovena jejich funkce. Otvory byly provizorně zaslepeny. Ve druhé etapě byly moravské šindele na střeše nahrazeny ručně štípanými alpskými šindeli. Veškeré vnitřní dřevěné konstrukce (krov, strop včetně záklopu a schodiště se zábradlím) byly zhotoveny nově. V rámci plánované třetí etapy rekonstrukce by měly být opraveny dveře, okna a omítky.

V současné době je nejvíce ohrožen obvodový plášť objektu a to jak atmosférickou vlhkostí, tak teplotním namáháním. Dokud nebude provedena omítka, stav nechráněného historického zdiva se bude vlivem klimatických podmínek nadále zhoršovat.

3.4 Sychrov – věžový vodojem z 19. století

V roce 1820 se dostaly majetky svijanského panství a zámek Sychrov do vlastnictví rodu Rohanů. Začala postupná rekonstrukce a dostavba zámeckých budov včetně založení rozsáhlého parku. V té době byl vybudován vodovod, který zásoboval pomocí dvou vodáren (horní a dolní) jak zámek, tak park a zásobní zahradu. Zdrojem vody byla řeka Mohelka. Toto poměrně složité vodárenské zařízení vyžadovalo použití několika nádrží umístěných ve věžových objektech.

Věžový vodojem, který se dochoval do dnešních dní, vyprojektoval stavitel František Wordren v roce 1890 a o rok později byl realizován. Jedná se o stavbu kruhového půdorysu, výšky téměř 25 metrů po vrchol věžičky. Věžové vodojemy kruhového půdorysu na našem území nebyly v té době obvyklé, jedná se pravděpodobně o vůbec první věžový vodojem tohoto druhu.

Provoz původního vodovodu skončil v roce 1953, kdy bylo povoleno napojení zámku na veřejný vodovod. Vodojem je ozdobou rozsáhlého parku a jako jediná stavba bývalého vodovodního systému je dokumentem období technické modernizace šlechtických sídel a parků. [1]

Stavba je provedena z neomítnutého kamenného zdiva. Zdivo horní části dříku je vykonzolováno na krakorcích. Dřevěná konstrukce střechy vodojemu je jehlanová, osmiboká, není zakotvená do zdiva (spočívá volně), uprostřed s lucernou se stanovitou stříškou, která je zakončena praporcovitou korouhví. Střešní krytina je plechová. Střechou prochází komín – pravděpodobně od kamen zajišťujících v zimních měsících temperaci vnitřních prostor.

Objekt je podsklepen – původně se jednalo o armaturní komoru. Středem dříku věžového vodojemu vede točité pískovcové schodiště se zábradlím z kovaného železa a dále pak kovový žebřík, který zajišťuje přístup k otevřené válcové nádrži o průměru 3,75 metru a výšce 2,1 metru, s rovným dnem, vyrobené z kotlového plechu. Nádrž je uložena na povalové stropní konstrukci, podepřené třemi ocelovými válcovanými nosníky.

Objekt je v dobrém technickém stavu, s výjimkou přístupového předloženého schodiště, kde kamenné bloky stupňů i opěrné zídky jsou uvolněny, malta vypadává ze spár. V napojení na těleso vodojemu se uvolňuje kusové stavivo. V interiéru objektu je patrná absence větrání. Dřevěné prvky jsou napadeny dřevokazným hmyzem. Na povrchu visutého spirálovitého schodiště se vyskytuje biofilm tvořený řasami a bakteriemi. Uchycení zábradlí schodiště kovovými sponami vedlo v mnoha případech k roztržení kamenného stupně. U oken ve vnějším ostění opadává omítka.

3.5 Bílina-Chudeřice – věžový vodojem z počátku 20. století

V letech 1915–1916 byl Chudeřicích ve sklárně postavené firmou Weinmann Werke vybudován věžový vodojem, který zásoboval areál vodou z řeky Bělá (Bílina) protékající kolem továrny. Chudeřický věžový vodojem je 42 metrů vysoký. Osm železobetonových sloupů nese železobetonovou desku uloženou na průvlacích, na které je ve výšce 28,5 metru umístěna železobetonová nádrž, rozdělená přepážkou na dvě stejné části o celkovém objemu přibližně 150 m³. Nosné sloupy jsou v několika úrovních spojeny žebry, ve volném prostoru nosné konstrukce vedou výstupní žebříky a potrubní systémy. Cihelné obezdění nádrží tvoří plášť akumulačního prostoru, který má osmiboký půdorys. V každém z osmi polí pláště je přibližně ve středu jedno obdélníkové osvětlovací okno z luxferů a v místě těsně pod střechou dvě malá obdélníková okna. Nad nádržemi je stropní dřevěný trámový rošt, střešní konstrukci tvoří dřevěný krov, na krokve jsou přibita prkna a položena lepenka, která je opatřena krytinou z eternitových šablon. Střecha je zakončena větrací lucernou.

Do dnešních dnů se tak dochovala vzácná stavba vypovídající o architektonickém myšlení počátku 20. století. Nádrž umístěná na elegantním volném železobetonovém skeletu předběhla svou konstrukcí dobu výstavby.

V roce 1994 si tehdejší majitel Glavunionu a. s. objednal posouzení konstrukce věžového vodojemu, průzkum konstatoval výborný stavebně technický stav objektu.

V současné době jsou nosné konstrukce vodojemu bez výrazných poruch, na železobetonových prvcích je patrné tmelení trhlin, které proběhlo při opravě objektu v nedávné době. Železobetonová konstrukce však podléhá i nadále degradaci vlivem klimatických podmínek – na vodorovných plochách žeber se akumuluje voda, která způsobuje vznik trhlin a odhalení výztuže. Rovněž na podestách žebříku jsou ocelové prvky značně porušeny, jejich koroze vede k narušení betonové konstrukce vodojemu. Degradace jednotlivých konstrukcí se zvyšuje s narůstající výškou objektu. Dřevěné prvky krovu jsou ve vrcholu u lucerny poškozeny biologickým napadením, stejně jako některé trámy dřevěného roštu.

4. Závěr

V poslední době je patrný trend zvýšeného zájmu o využívání věžových vodojemů k novým účelům. Jedním z nejdůležitějších faktorů, které významně ovlivňují reálné možnosti nového využití vodojemů, je jejich aktuální technický stav.

Průzkumy potvrdily, že na degradaci obvodového zdiva solitérních konstrukcí věžových vodojemů se podílejí zejména následující faktory:

• Podpovrchová voda – pronikání vlhkosti a solí do konstrukce.
• Nahodilá zatížení vyvolaná cyklickými klimatickými jevy. Na zdivo působí cyklické procesy vnějších klimatických podmínek (dlouhodobé vystavení účinkům větru, atmosférická voda včetně zmrazovacích cyklů a sněhu), což narušuje strukturu stavebního materiálu a dochází tak k jeho akcelerované degradaci. Vyplavením původní malty dochází ke snížení soudržnosti malty a kusového staviva. Samotné zdivo vykazuje často proměnlivou kvalitu danou rozdílným stádiem degradace a především orientací ke světovým stranám.
• V důsledku teplotních změn dochází v konstrukci ke stavům napjatosti. Trhliny vznikají jako důsledek pohybů a jejich obrazec se do budoucna bude pravděpodobně měnit a rozšiřovat.

V rámci průzkumu bylo definováno několik systematicky se opakujících poruch konstrukce vodojemů.

Nejčastějším problémem objektů bývá stav vnějšího pláště – kamenného nebo cihelného zdiva a betonových konstrukcí včetně koroze výztuže:

1. degradace a koroze kusových staviv a malty,
2. vypadávání kusového staviva ze stěny – vznik kaveren, odlupování povrchové vrstvy,
3. projevy vlhkosti a salinity zdiva,
4. trhliny v konstrukci,
5. biodegradace – napadení dřevěných konstrukcí dřevokazným hmyzem a houbami, výskyt mechů, řas a lišejníků.

Věžové vodojemy mohou i přes výše jmenované poruchy zůstat důstojnou památkou připomínajícím minulost daného místa a přímou vzpomínkou na vyspělost našich předků, ať již technologickou, stavební či architektonickou.

Poděkování

Příspěvek vznikl v rámci řešení projektu Věžové vodojemy – identifikace, dokumentace, prezentace, nové využití (Program na podporu aplikovaného výzkumu a vývoje NAKI II, Ministerstva kultury ČR, kód DG18P02OVV010).

Literatura

1. Kořínek, R. Věžové vodojemy – nové využití specifického industriálního dědictví, VTEI, 2016, s. 10–18
2. Chejnovský, P. Zdravotní vodohospodářské stavby: akumulace vody – vodojemy. Praha 2011, s. 9.
3. ČSN 75 5355. Vodojemy. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, Praha 2011.
4. Buchtík, J. Pražské vodovody, SHP, NPÚ
5. Vonka, M., Kořínek, R., Hořická, J. a Pustějovský, J. Komínové vodojemy. Situace, hodnoty, možnosti. Praha, 2015, s. 47, 51.