Nové poznatky o počátcích využití železobetonu při stavbě věžových vodojemů na našem území

Předkládaný text je příspěvkem k poznání vývoje užití železobetonu při stavbě věžových vodojemů na našem území. Svým obsahem i povahou metod práce zapadá do kontextu výstupů výzkumného projektu „Věžové vodojemy – identifikace, dokumentace, prezentace, nové využití“, který se systematicky zaměřuje na dosud vědecky nezpracované téma mapování stavebního, technologického, historického a architektonického vývoje zmíněných objektů. Cílem příspěvku je přinést nové poznatky o několika konkrétních objektech na našem území vyšlé především z archivního a terénního výzkumu realizovaného v rámci zmíněného projektu. Výběr objektů byl přizpůsoben cílům textu – jedná se o stavby vzniklé v nejstarším období užití dané technologie. Podrobněji jsou pak rozebrány ty věžové vodojemy, o kterých literatura doposud takřka mlčela či o kterých byly zjištěny nové skutečnosti.

Časově se příspěvek věnuje letům 1904 až 1905, kdy zaznamenáváme první použití železobetonu na stavbu věžového vodojemu u nás, a roku 1909, kdy použití železobetonu evidujeme pro všechny zásadní konstrukční prvky těchto staveb. Po roce 1909 je již využití železobetonu u nás stále běžnější. Text dané téma kontextualizuje do rámce dosavadního poznání o počátcích vy­užití železobetonu nejen pro stavby věžových vodojemů na území České republiky, ale i v Evropě.

Při získávání nových informací o prvních železobetonových věžových vodojemech na našem území jsme kombinovali výzkum archivních a literárních zdrojů a terénní průzkumy.

Mezi využité archivní prameny se řadí především původní stavební dokumentace a s ní související spisový materiál. Díky nim je možné získat povědomí o době vzniku daného objektu, jeho stavební podobě a také informace o použitých materiálech apod. Tyto archiválie, pokud se dochovaly, jsou zpravidla uloženy ve fondech státněsprávní či samosprávné provenience. Obdobný materiál se také často dochoval i ve fondech provozovatelů, kteří daný vodárenský systém používali – ať se jednalo o obce, soukromé podniky, či hospodářské velkostatky.

Kromě archivních zdrojů jsme při práci využili tuzemskou i zahraniční literaturu, zejména dobové odborné publikace a periodika zaměřená na stavby ze železobetonu. Kromě základních informací či faktů doplňující kontext tématu obsahují často mnoho doposud nevytěžených informací o konkrétních objektech i na našem území.

Velkým přínosem jsou pro nás pak průzkumy stojících vodojemů v terénu vycházející z metod stavebně historického průzkumu. Detailně se při nich zaměřujeme na konstrukční a technologické řešení stavby a prostorové souvislosti. Díky terénním průzkumům navíc bylo možné ověřovat informace získané výzkumem v archivních či literárních zdrojích.

Železobeton jako materiál užitý na výstavbu věžových vodojemů k nám oproti ostatním evropským zemím dorazil s jistým zpožděním. Počátky železobetonu ve stavebnictví obecně klademe do poloviny 19. století, kdy celá řada vynálezců zkoušela beton za účelem zlepšení vlastností kombinovat s různými ocelovými prvky [1]. První železobetonové stavby na našem území pak můžeme datovat na přelom 19. a 20. století [2]. Následná popularizace železobetonu a jeho rozšíření zasáhly také oblast výstavby věžových vodojemů. K těm úplně prvním realizacím patří stavby francouzského průkopníka železobetonu Josepha Moniera. Zásadním posunem byl však patentovaný systém monolitického železobetonového trámového stropu belgického inženýra Françoise Hennebiqua. Jeho konstrukční pojetí staveb použil pro věžový vodojem poprvé strojní inženýr Eduard Züblin při stavbě přádelny ve Scafati (Itálie) v roce 1897 [3].

Jelikož se toto stavební řešení pro nosné konstrukce věžových vodojemů osvědčilo, začalo se následně používat pro budování vodojemů i v dalších evropských zemích. Jen výběrem uvádíme několik stavebně či architektonicky zajímavých příkladů věžových vodojemů z této doby. Ve francouzském Toulonu byl roku 1898 postaven věžový vodojem s vůbec první železobetonovou nádrží s vzhůru vypouklým dnem, která konstrukčně vycházela z principu ocelových nádrží patentovaných profesorem Ottou Intzem a označovaných jako systém Intze I. Kolem roku 1900 byl dokončen věžový vodojem v Billancourt (Francie) s válcovou dělenou nádrží s rovným dnem o objemu 425 m³ uloženou na nosných pilířích ve výšce 14 m. V ruském městě Jekatěrinoslav (dnes Jekatěrinburg) byl kolem roku 1902 postaven věžový vodojem, který nesl dvě nádrže – spodní nádrž zásobovala provozy zdejší rusko-belgické továrny na výrobu trub užitkovou vodou, horní nádrž dodávala vodu pitnou dělnické kolonii. Roku 1903 byl dokončen architektonicky zajímavý věžový vodojem v Kőbányi (dnes součást Budapešti, Maďarsko) nesoucí na dvanácti pilířích válcovou nádrž o objemu 350 m³. Stěny mezi pilíři nosné konstrukce byly vyzděny z cihel.

Zásadním přínosem železobetonu bylo jeho využití nejenom v nosné konstrukci, kde nahrazoval zdivo. Významně totiž zasáhl také do řešení stěn akumulačního prostoru a střešních konstrukcí, kde se do té doby využívaly ocelové a dřevěné materiály a v případě stěn také pochopitelně zdivo. Široké uplatnění našel rovněž pro konstrukce akumulačních nádrží, kde z velké části nahradil ocel.

Železobeton se jako materiál na výstavbu věžových vodojemů začal na našem území uplatňovat krátce po začátku 20. století [4]. Do první světové války se pevně zařadil mezi do té doby tradiční materiály. Jeho užití v počátcích najdeme především v průmyslových závodech či objektech občanské vybavenosti, později pak pronikl i na stavbu městských a obecních vodovodů (ač výjimečné případy máme i z prvních let používání). Stavbu železobetonových konstrukcí prováděly jak zahraniční firmy (či jejich tuzemské pobočky, např. Rella & Neffe, GA Wayss & Cie., Ed. Ast & Co. a další), tak záhy i tuzemské společnosti (Ing. Bohumír Hollmann a spol., Ing. Karel Herzán, Hrůza & Rosenberg apod.).

Na rozdíl od zahraničí, kde se v počátcích nástupu užívání železobetonu postupně tvořily a ověřovaly podmínky a možnosti pro jeho použití na stavbu věžových vodojemů, bylo u nás možné tyto získané zkušenosti rovnou převzít a začít je implementovat do jednotlivých konstrukčních řešení. Nejstarší užití železobetonu u nás tak bylo roku 1905 hned na celou konstrukci vodojemu (nosná část i nádrž). Ve stejné době ale začínají vznikat také věžové vodojemy stavěné z tradičních stavebních materiálů (z cihel), které mají ze železobetonu tvořenu pouze část konstrukce (typicky vnější plášť akumulačního prostoru včetně střešní konstrukce, výjimečně pak pouze nádrž).

Za dosud nejstarší užití železobetonu pro nosnou konstrukci i nádrž považujeme stavbu věžového vodojemu v Holešicích z roku 1905 (projekt 1904). Nejstarší dodnes dochované vodojemy s nosnou konstrukcí i nádrží ze železobetonu najdeme v Pardubicích z roku 1907 a v Heřmanově Huti z roku 1909 [5]. V tuzemských podmínkách výjimečný věžový vodojem z roku 1905 se dochoval v Chrastavě, kde je železobetonová nádrž uložená na zděné nosné konstrukci bez jakéhokoliv opláštění akumulačního prostoru. Těmto objektům se podrobněji věnujeme dále v článku.

Poměrně běžné bylo na našem území ve sledovaném období užití železobetonu na vnější plášť akumulačního prostoru kolem nádrže či střešní konstrukce nad nádrží – tři následující realizace byly dokončeny v roce 1907. Asi nejznámějším případem je opláštění prostoru kolem ocelové nádrže včetně provedení střešní konstrukce věžového vodojemu v Praze-Michli realizované firmou Ing. Bohumíra Hollmanna [6].

Železobetonovou stěnu kolem prostoru akumulace má také 52 m vysoký věžový vodojem v areálu plzeňského měšťanského pivovaru. Ke stejnému užití železobetonu došlo v případě věžového vodojemu v areálu dobřanské psychiatrické léčebny. Zde však byla navíc ze železobetonu provedena také do té doby konstrukčně ojedinělá nádrž, jejímuž popisu se také věnujeme podrobněji dále v článku.

V roce 1907 byl dokončen i železobetonový věžový vodojem v Bohumíně pro potřeby železničního provozu na trati Košicko-bohumínské dráhy. V tomto případě byl železobeton po­užit na celou stavbu – nosnou konstrukci osmi pilířů, válcovou nádrž i stěny (a to jak na stěnu nosné části, tak i na stěnu části prostoru kolem nádrže). V oblasti drážních věžových vodojemů jde o výjimečný případ, železobeton se pro jejich výstavbu začal užívat až ve třicátých letech 20. století [7].

Pro úplný výčet možností využití železobetonu u konstrukcí věžových vodojemů je nutné zmínit ještě specifický příklad, a to pro stavby komínových vodojemů. Tím nejstarším je rea­lizace vodojemu na zděném komíně papírny v Olšanech dokončená roku 1907 [8].

Železobeton se postupně etabloval mezi stavební materiály vhodné pro výstavbu věžových vodojemů a ještě do první světové války jich byla na našem území vystavěna celá řada. Uvádíme zde jejich stručný přehled s rokem dokončení stavby, konstruk­čním užitím železobetonu a provozem, jehož byl vodojem součástí: Třeboň (1909, konstrukce stěny kolem nádrže a střechy, městský vodovod), Opava (1911, celá konstrukce, čistírna odpadních vod), Lázně Bohdaneč (1911, celá konstrukce, městský vodovod), Františkov nad Ploučnicí (1911, celá konstrukce kromě výplňového zdiva nosné části, přádelna bavlny), Petřvald (1912, celá konstrukce, černouhelný důl), Bílina-Chudeřice (po roce 1912, celá konstrukce, sklárna), Duchcov (po roce 1912, celá konstrukce, sklárna), Chrudim (1913, celá konstrukce, městský vodovod).

V následujícím textu je popsána pětice vybraných staveb věžových vodojemů na našem území z doby počátku užívání této technologie. Informace získané studiem archivních dokumentů a odborné literatury široce doplňují i výsledky terénního výzkumu (tam, kde jej bylo možné uskutečnit). Výběr objektů jsme volili tak, abychom se věnovali nejen stavbám, u nichž přinášíme nové poznatky, ale i těm stavbám, kterým se odborná literatura doposud zcela vyhýbala či pro ni byly neznámé.

Jednotlivé příklady jsou řazeny chronologicky dle doby výstavby, aniž bychom v řazení rozlišovali míru užití železobetonu v konstrukci vodojemu (míra jeho užití je v textech příslušně rozebrána). Čtveřice z popisovaných věžových vodojemů dodnes stojí, jeden byl v šedesátých letech 20. století zdemolován.

Historie vzniku našeho nejstaršího železobetonového věžového vodojemu byla po dlouhá léta zahalena trochu tajemstvím. Jeho existenci a užitou technologii potvrzovala drobná zmínka (doplněná ale dobovou fotografií, obr. 3) Františka Kloknera a Jaroslava Fidlera v jejich práci Vyztužený beton z roku 1909 [9].

Jelikož byla stavba odstraněna v šedesátých letech 20. století při exploataci okolního území při rozšiřování dolu Jan Šverma, nebylo možné na místě provést průzkum, a tak jsme odkázáni na prameny především archivní povahy.

Vodojem byl postaven někdy mezi lety 1904 a 1905 v areálu koksovny společnosti Wesselner Coks- und Kaumacit-Werke [10], který bezprostředně přiléhal k areálu dolu společnosti Britannia [11], se kterým koksovna později splynula v jeden areál. Stavbu zrealizovala renomovaná vídeňská společnost Rella & Neffe [12], resp. patrně její ústecká pobočka.

Železobetonová válcová nádrž o objemu 100 m³ byla po svém vnějším obvodu nesena šesticí pilířů čtyřhranného půdorysu a pilíři, které byly zapuštěny do středového dříku. Ten byl osazen vstupními dveřmi a vedl jím přístup k nádrži a vodovodní potrubí.

V údolí meliorované řeky Nisy nechala v roce 1905 postavit firma Feigl & Widrich podle návrhu liberecké architektonické kanceláře Gustav Sachers Söhne velkou barevnu a apreturu textilu [13]. Uprostřed rozsáhlého komplexu továrních budov se dodnes tyčí stavba věžového vodojemu.

Jeho nosnou konstrukcí tvoří šestice zděných pilířů vycházejících ze zdiva přízemní budovy a spojených pod nádrží klenbami. Ve výšce 11 m nad zemí je železobetonová deska s ochozem podepřená obloukovými konzolami a na ní je umístěna nádrž ze železobetonu obdélníkového půdorysu o vnějších rozměrech 10,9 × 4,5 m. Při výšce vodního sloupce 2 m pojala nádrž 85 m³ vody. Železobetonové konstrukce továrny prováděla firma Ed. Ast & Co. a nabízí se, že stála i za realizací nádrže vodojemu.

Na našem území jde o první známou stavbu věžového vodojemu se zděnou nosnou konstrukcí a nádrží ze železobetonu, která navíc nemá žádné opláštění prostoru akumulace.

Nejstarší dochovaný věžový vodojem postavený celý ze železobetonu najdeme v areálu krajské nemocnice v Pardubicích. Původně byl součástí městského vodovodu a jeho stavba byla dokončena roku 1907. Dnes slouží pouze potřebám nemocnice.

Vodojem postavila pražská betonářská firma Hrůza & Rosenberg podle architektonického návrhu Františka Sandery [14]. Nosnou konstrukci tvoří 56 (!) nosných pilířů umístěných vždy po čtrnácti do čtyř soustředných kružnic. Krajní pilíře jsou součástí vnější nosné železobetonové stěny, pilíře u středu stavby pak tvoří středový válec procházející celou stavbou ze sklepní armaturní komory až do střešní lucerny a přenáší se na něj část zatížení střešní konstrukce. Pilíře jsou ve třech výškových úrovních vyztuženy příčnými nosníky, ve výšce 13,5 m jsou pak ukončeny ve dně nádrže.

Válcová nádrž s celkovou kapacitou 860 m³ je rozdělena stěnou na dvě samostatné části, což umožňuje provádět čištění a opravy bez přerušení dodávky vody. Stěna nádrže je přímo v akumulačním prostoru ve dvou výškových úrovních spojena dvanácti příčnými nosníky se stěnou středového válce. Mezi vnější stěnou nádrže a obvodovým pláštěm akumulačního prostoru je téměř 1 m široká vzduchová izolační mezera, podobně jako mezi stropem nádrže a střešní konstrukcí.

Čtyři týdny po omítnutí vnitřní stěny nádrže třemi vrstvami cementové malty byla naplněna do výšky 5 m vodou a ukázala se jako vodotěsná. Další zkouškou prošel vodojem záhy, kdy krátce po dokončení stavby prověřila jeho stabilitu vichřice. A prostor vzduchové izolace stavby kolem nádrže přezkoušela hned první zima s teplotami kolem –20 °C, přičemž k zamrznutí vody nedošlo [15].

Vodojem je i po 114 letech stále v provozu a dodnes pohled na něj budí respekt. Jeho nádrž byla svým objemem přes 800 m³ na svou dobu u věžových vodojemů na našem území nevídaná. Díky dobře navržené (a lze říci také předimenzované) [16] konstrukci a správnému provedení se pardubická realizace stala důležitou ukázkou vhodnosti použití železobetonu pro tyto stavby.

Velkolepě koncipovaný rozsáhlý areál Zemského ústavu pro choromyslné v Dobřanech vystavěný v letech 1876 až 1883 podle plánů architekta Josefa Benischka měl od počátku vlastní vodovod. Jeho součástí byl věžový vodojem situovaný v severní části areálu. Léčebna se však průběžně rozrůstala, a tak bylo na počátku 20. století nutné rozšířit rovněž i vodovod. Vybudovány byly nové jímací studny, čerpací stanice dostala plynové motory a v jižní části areálu byl v roce 1907 postaven pražskou firmou Karel Herzán a spol. nový věžový vodojem. Ten jednak doplňoval nedostačující kapacitu původního vodojemu, jednak zásoboval nové výše postavené budovy ústavu. A právě při jeho výstavbě bylo použito železobetonu [17].

Nosná konstrukce vodojemu byla zděná (ale po výšce s vloženými železobetonovými stropy) a ze železobetonu byla vystavěna stěna kolem nádrže a střešní konstrukce. Kromě toho byla však z betonu provedena také nádrž, jejíž konstrukční řešení bylo na našem území použito patrně poprvé [18]. Nádrž nebyla na nosné konstrukci uložena na samotném okraji kruhového dna, ale úložný prstenec se posunul blíže ke středu. Dno bylo od úložného prstence směrem do středu provedeno jako vzhůru kopulovité se středovou průleznou šachticí. Vnější část dna za prstencem pak byla provedena kuželovitě [19]. Díky této konstrukci nemuselo mít dno podpůrné žebrování a jeho realizace tak byla považována za ekonomicky výhodnou [20].

Nejstarší dochovaný věžový vodojem s částečně otevřenou nosnou železobetonovou konstrukcí se nachází v katastru Dolních Sekyřan v dnešní Heřmanově Huti. Roku 1909 jej postavila pražská betonářská firma Hrůza & Rosenberg. Jak dokládá nápis BRAUEREI WILKISCHEN na fasádě bývalé nádrže, sloužil vodojem pro potřeby pivovaru v nedaleké Vlkýši (dnes část Heřmanovy Hutě) [21].

Vodojem byl proveden ze železobetonu kompletně celý. Nádrž o objemu 35 m³ je po vnějším obvodu nesena šesticí šestibokých pilířů, uprostřed je pak podepřena dříkem doplněným o tři pilíře. Pilíře jsou ve dvou výškových úrovních spojeny příčnými trámy – jednak po vnějším obvodu, jednak s pilíři u dříku. Dřík sloužil díky ocelovému žebříku jako komunikační průlezná šachtice vedoucí až na střechu vodojemu a zároveň jím vedlo potrubí. Opláštění akumulačního prostoru nádrže bylo řešeno jako tenkostěnná konstrukce dosahující tloušťky cca 8 cm.

Vodojem prošel po dlouhých letech svého odstavení z provozu přestavbou a v současnosti slouží jako rozhledna. Vyhlídková plošina umístěná na střeše je od roku 2011 přístupná po vnějším ocelovém točitém schodišti [22].

Na přelomu 19. a 20. století začal být železobeton v Evropě využíván i na stavbu věžových vodojemů. První realizace potvrdily vhodnost široké škály jeho užití a díky tomu se z železobetonu stal důležitý stavební materiál, který masově doplnil do té doby tradičně užívané materiály.

Do českých zemí pronikl železobeton na výstavbu věžových vodojemů s malým zpožděním – po roce 1904. Vzhledem k tomu, že se díky realizacím v zahraničí již jednalo o mate­riál v praxi prověřený, byl od počátku s úspěchem užíván jak na některé konstrukční části vodojemů (typicky pro akumulační nádrže, prostor kolem nich nebo pro konstrukce střechy), tak i jako materiál, ze kterého byly stavěny jejich nosné konstrukce (hned první náš železobetonový vodojem v Holešicích). Z počátku se používal také pro obvodové stěny dříku (toto řešení bylo realizováno u vodojemů v Pardubicích a Chrudimi, avšak brzy od něj bylo upuštěno). A zatímco v zahraničí bylo v té době poměrně běžné budování železobetonových nádrží na zděné konstrukci, u nás evidujeme jen dva takové příklady – v Chrastavě a v Dobřanech (navíc nádrž vodojemu v Chrastavě byla realizována bez opláštění obvodovou stěnou a střechou).

První použití železobetonu na stavbu věžových vodojemů u nás zaznamenáváme v průmyslových areá­lech či areálech občanské vybavenosti. V nich také minimálně do první světové války tento mate­riál převažoval, přestože v prvních letech použití najdeme i případy, kdy byl železobetonový vodojem součástí městských vodovodů. Významné místo v tomto směru hraje pardubický vodojem, který je dodnes i naším nejstarším dochovaným věžovým vodojemem postaveným kompletně ze železobetonu.

Jeho stavba je zajímavá i z jiného ohledu. První železobetonové vodojemy u nás objemem nádrží nijak nevybočovaly z tehdy běžných objemů ocelových nádrží (ve stejné době stavěný věžový vodojem v areálu plzeňského měšťanského pivovaru nesl
ocelovou nádrž o objemu 550 m³, všechny ostatní známé realizované nádrže u nás byly menšího objemu). Např. věžové vodojemy v Holešicích či Chrastavě nesly skutečně jen malé nádrže, objemem postačující patrně pro použití technologické vody ve svých areálech. Vodojem v Pardubicích plánovaný pro vodovod rozvíjejícího se města naopak nesl nádrž s do té doby nevídaným objemem.

Problematika železobetonu ve stavitelství je také u nás poměrně pokrytým tématem. Stavbám věžových vodojemů vystavěných v České republice za užití železobetonu se ale doposud věnovala jen okrajová pozornost. Předložený příspěvek dokládá, že se jedná o stále neprobádaný prostor. Cílem textu tak nebylo podat vyčerpávající informace o problematice, ale prezentovat některá nová zjištění pro doplnění dosavadních znalostí o daném tématu, které na své komplexní zpracování stále ještě čekají.