Komplexní metodika pro výběr a řemeslné zpracování náhradního kamene pro opravy kvádrového zdiva historických objektů A comprehensive methodology for the selection and processing of stone intended for replacements and repairs of the ashlar masonry of historic buildings Ing. Jiří Bláha, PhD., Mgr. Kateřina Kovářová, MBA., Mgr. Michal Panáček, Tomáš Rafl Ústav teoretické a aplikované mechaniky AV ČR, v.v.i., Prosecká 809, Praha 9, blaha@itam.cas.cz Katedra geotechniky, Stavební fakulta ČVUT v Praze, Thákurova 7, Praha 6, katerina.kovarova@fsv.cvut.cz Národní technické muzeum, Kostelní 42, Praha 7, mpanacek@yahoo.com Národní technické muzeum, Kostelní 42, Praha 7, tomas@rafl.cz ABSTRACT: This contribution presents a project, which is solved in cooperation of Faculty of Civil Engineering CTU, ITAM and NTM within the Program of applied research and development of national and cultural identity (NAKI) in the years 2012-2015. It s practical parts deal with a broad knowledge of architectural history, historic craft technology and conservation s practices. The main goal of the project is a development of comprehensive methodology for specialized surveys and processing of stone intended for replacements and repairs of the ashlar masonry of historic buildings mainly composed of sedimentary rocks. The output of the project will also help to determine a relevant intensity of interventions and also the parameters of craftsman s processing, with an emphasis on respect for authenticity and specific characteristics of a particular historical monument. Use of this methodology will enable to obtain all adequate historical, technological, technical and structural surveys, and subsequently to propose an optimal procedure for repair process of a particular historical structure. ABSTRAKT: Příspěvek představuje projekt, který bude řešen v letech 2012-2015 na území České republiky ve spolupráci pracovníků ze stavební fakulty ČVUT, ÚTAM a NTM v rámci Programu aplikovaného výzkumu a vývoje národní a kulturní identity (NAKI). Jeho praktické části počítají se širokým zapojením poznatků ze stavební historie, historických řemeslných technologií a památkových postupů. Cílem projektu je vytvoření komplexní metodiky pro průzkumy a opravy kvádrového lícového zdiva historických objektů tvořeného sedimentárními horninami. Metodika bude zaměřena především na definování a praktické ověření souborných kritérií výběru nejvhodnějšího typu nového kamene a nejvhodnější postup řemeslného zpracování, s důrazem na respektování maximální autentičnosti a specifických charakteristik dané památky. S pomocí této metodiky bude možné provést adekvátní stavebně-historické, technologicko-řemeslné a stavebně-technické průzkumy a následně navrhnout optimální postup při obnově konkrétního historického objektu. 26
1 Úvod Předkládaný projekt reaguje na dlouhodobě pociťovanou potřebu vytvoření komplexní metodiky, která by obsahovala kritéria výběru a výzkumu náhradního stavebního kamene, identifikaci a vhodnost použití metod opracování stavebního kamene. Projekt bude zaměřen na sedimentární horniny s ohledem na jejich nižší trvanlivost v důsledku působení zvětrávacích procesů než v případě magmatických a metamorfovaných hornin. V současné době je na mnoha historických objektech pociťována akutní potřeba jejich výměny. 2 Stav řešení zkoumané problematiky v České republice 2.1 Řešené vědecko-výzkumné projekty Předmět výzkumu nebyl doposud na území ČR řešen v tak komplexním pojetí, jak bude řešen v rámci prezentovaného projektu. Na FSv ČVUT byly dílčí aspekty výběru a trvanlivosti náhradního kamene rozpracovány v např. v projektech MSM6840770005 s názvem "Udržitelná výstavba", SGS10/027/OHK1/1T/11 s názvem "Vliv posypových solí na zvětrávání pískovců" a IGS č.ctu0901111 s názvem "Vliv zvětrávacích procesů na geotechnické vlastnosti stavebních hornin". Výzkumu materiálů používaných na historické objekty se věnoval ÚTAM AV ČR, v.v.i. v rámci svého výzkumného záměru AV0Z20710524 pro léta 2005-2011 (Studium časově závislé odezvy materiálů, systémů a prostředí na působení přírodního i lidského činitele). Při řešení budou využity zkušenosti z evropských projektů - především OnSiteForMasonry (EVK4-CT-2001-00060, r. 2000-2003), který byl zaměřen na zdokonalení metod pro posuzování statických a konstrukčních problémů historického zdiva stavebních památek; HistoClean (EVK4-CT-2002-30011, r. 2003-2005) věnovanému vývoji nového způsobu měření pro mobilní nedestruktivní vyhodnocení kvality laserového čištění povrchů kamenných historických památek a zohledněny budou i výsledky mezinárodních projektů NOAH S ARK a CULTSTRAT (6. rámcový program EC) zaměřených na rizika způsobená klimatickými změnami a zhoršujícím se životním prostředím. Otázky výzkumu a rehabilitace historických technik opracování stavebního kamene byly v posledních 6 letech rozpracovány v Podřipském muzeu v Roudnici nad Labem ve spolupráci s Národním památkovým ústavem. Byly využity výsledky institucionálního úkolu vědy a výzkumu NPÚ č. 21301 (Vědecký výzkum a aplikace metod operativního zpracovávání stavebněhistorických a uměleckohistorických průzkumů prováděných při obnově kulturních památek a nemovitostí v památkově chráněných územích). 2.2 Řešení problematiky na území ČR a na Slovensku V České republice se výzkumem náhradního stavebního kamene zabýval např. Přikryl [1]. Dekoračními a stavebními horninami České republiky a jejich uplatněním v nové architektuře i při obnovách památek se podrobně věnuje Rybařík [2]. Na Slovensku se výzkumem a výběrem vhodného stavebního kamene zabývali např. Laho et al. [3]. Evropskými technickými normami v oblasti ochrany památek se věnuje např. Hrubá [4]. Obecně lze říci, že je výzkumu stavebního kamene věnována značná pozornost, avšak komplexní a jednotná metodika výběru náhradního stavebního 27
kamene doposud chybí. Důraz na zásady materiálově-konstrukčního řešení při stavebním zásahu do historických objektů je kladen v práci Kráľové [5] a nutnost systémové analýzy přírodního kamene ve stavebních konstrukcích zmiňuje ve své práci Pospíšil [6]. Metodice výběru náhrdního stavebního kamene pro opravy historických objektů se věnují Kovářová et al. [7]. Poznání historických technologií opracování stavebního kamene byla v ČR věnována doposud pouze velmi malá pozornost. Existuje pouze jediná práce věnující se opracování stavebního kamene ve středověku. Přitom starší stavební příručky obsahují i kapitoly o opracování kamene, ty však odrážejí již pozměněnou praxi přelomu 19. a 20. století [8]. Také práce věnující se obsáhle přímo použití kamene v architektuře uvádí pouze nástroje zcela novodobé [9]. Teprve v poslední době byla analýza stop opracování využita při výzkumu středověkých mostů v Čechách [10, 11, 12] a posléze rozpracována do první souhrnné studie [13]. 3 Stručná metodika řešení projektu Metodika projektu vychází z výsledků materiálového výzkumu prováděného v posledních letech na všech řešitelských pracovištích a z aktuálních požadavků praktické památkové obnovy. V prvním kroku řešení projektu proběhne sumarizace a kritické zhodnocení aspektů a kritérií ovlivňujících výběr materiálů a technologií zvolených pro opravy kvádrového zdiva historických objektů, zahrnující zejména studium již získaných a publikovaných poznatků a rešerši dobové historické literatury a archivních podkladů. Bude ověřen stav této problematiky v zahraničí, zejména v Evropě. Zároveň bude provedeno vyhodnocení poznatků ze známých a dobře zdokumentovaných realizací na území ČR za posledních 10-20 let. Nástrojem pro dosažení cílů projektu je snaha o integrální propojení tří doposud oddělených oblastí týkajících se této problematiky stavebněhistorické a památkové, geologicko-technické a technologicko-řemeslné. Výběr vhodného náhradního typu kamene bude vedle kritérií vizuální podobnosti struktury složení a barevnosti, litologického složení a fyzikálních vlastností determinujících dlouhodobou životnost, posuzován i z hlediska možností řemeslného zpracování historickými technologiemi majícími komplexní vliv na pohledovou a strukturální integritu s autentickým materiálem i na prevenci proti zvětrávacím procesům. Standardizovaným způsobem bude popsán, kvantifikován a prokázán pozitivní vliv tradičního postupu ručního opracování kamene stavebních kvádrů na jejich trvanlivost, zejména na zvýšenou schopnost povrchové vrstvy odolávat klimatickým vlivům. Z řemeslně technologického hlediska je primárně projekt zaměřen na rozpad sedimentárních hornin kvádrového zdiva historických objektů a na jeho adekvátní řemeslnou náhradu. Nicméně v úzkých souvislostech budou vzaty v úvahu nejenom obecné aspekty zvětrávání dané konkrétním umístěním kvádru v rámci stěny, ale i rozličné úpravy povrchu kamene a zdiva, jeho spojovacího materiálu a způsobu stavby a technologie celkové skladby. Do řešení projektu nebude záměrně zahrnuta samostatná oblast ošetřování kamenného zdiva pomocí novodobých chemických prostředků. Pro získání exaktních podkladů pro verifikaci celého projektu bude zpracován a následně laboratorně testován ověřovací referenční vzorek z přibližně 10 aktivních těžebních lokalit na území ČR. Ve vzorku budou adekvátně zastoupeny pískovce, opuky a vápence. Na zkušebních kvádrech s odlišným typem opracování bude provedeno vyhodnocení opracovatelnosti a jeho vlivu na trvanlivost kamene. Vliv 28
stárnutí na degradaci kamene bude sledován v přirozených i urychlených podmínkách, k čemuž bude využito nově vybudovaného výzkumného pracoviště ÚTAM v Telči vybaveného velkým klimatickým tunelem. Stěžejním bodem projektu je praktické ověření navrhované metodiky kameníky při opravách lícového zdiva na vytipovaném vzorovém souboru historických objektů. Vybrané historické objekty budou splňovat následující kritéria - různé umístění v rámci České republiky, jejich kvádrové zdivo je tvořeno sedimentárními horninami různého typu a stavu, zvolené historické objekty jsou různého stář a jde o funkčně různé druhy staveb. Součástí vytvořené metodiky bude i vzorově zpracovaná projektová a průzkumová dokumentace doprovázející navrhovaný proces postupu, tedy např. hloubkové stavebněhistorické vyhodnocení situace, technologicko-řemeslná a trasologická analýza opracování, technologický projekt opravy, zpráva a dokumentace průběhu opravy. V průběhu celého projektu se předpokládá široká publicita pro laickou i odbornou veřejnost. Bude uspořádáno několik workshopů pro odborníky a veřejných předváděcích presentací o historických řemeslných postupech opracování stavebního kamene i o konkrétních realizovaných akcích obnovy. 4 Exkurz: Historické způsoby opracování stavebního kamene Každý ze zásadních kroků při opracování kamenného kvádru zanechal i po definitivní úpravě líců svou stopu, která je nadále čitelná a zpětně se z ní dá tento postup rekonstruovat. Po podrobné analýze lze identifikovat použité nástroje včetně jejich tvaru, velikosti nebo rozměrů a členění ostří a podle toho i rozdělovat a kategorizovat způsoby středověkého opracování stavebního kamene. Pokud tyto kvality identifikujeme na konkrétní stavbě v určitém statistickém vzorku můžeme je jako charakteristické přiřknout kamenické nebo stavební huti, která ji prováděla a využít ji k dalšímu umělecko-architektonickému srovnávacímu výzkumu. Lze sledovat proměnu těchto kvalit a tedy i používaných typů nástrojů v čase, v rámci různých slohových období nebo regionálně, na území určitého teritoria. Na následujícím obrázku (obr. 1) jsou zachyceny kvádry kamenného zdiva Karlova mostu v různém stupni poškození. Tmavě šedivé kameny mají líc opracovaný převážně dlátem se špičatými zuby při druhotném přesekání původního povrchu zdiva mostu na přelomu 19. a 20. století, rezavohnědé kameny mají tento líc již vlivem rozpadu hmoty odpadlý. Nástroje používané u nás od středověku lze rozdělit do dvou základních skupin. První z nich jsou ruční, které se ovládají pouze jednou rukou a jsou schopny práce za pomocí zdroje energie z jiného nástroje (palice, kladivo), či ruky. Tyto nástroje jsou starší, vycházející z nepřerušené tradice pravěku a starověku. Mají podobu různě tvarovaných dlát podle účelu jejich použití. Lemovadlo s tupým ostřím se používalo na zarovnávání obvodových stezek nebo utahování rohů kvádrů při základním opracování kvádrů. K opracování románských opukových kvádříků s charakteristickým miskovitým povrchem sloužil prýskač s klínovitým ostřím. Nejhrubější, ale zároveň nejefektivnější základní opracování se provádělo špičákem. Naproti tomu ke konečnému přelícování sloužila dláta s úzkým nebo širokým rovným břitem, případně s břitem s plochými zuby. 29
obr. 1 Praha, Karlův most, vnitřní líc oblouku klenby (foto M. Panáček 2006) Na obr. 2. Jsou opět zachyceny kvádry z Karlova mostu - tmavé kvádry jsou původní, středověké, opracované plošinami s plochými zuby, světlé kvádry jsou novodobé výměny opracované dlátem se špičatými zuby. Přes odlišný způsob opracování i barevnost, nové kvádry zásadně neruší původní vzhled a díky kvalitnímu řemeslnému zpracování vcelku přirozeně zapadají do mozaikovitého výrazu celé stavby. obr. 2 Praha, Karlův most, východní stěna jižního zhlaví nultého pilíře na němž stojí Staroměstská mostecká věž (foto M. Panáček 2006). Na obr. 3 je zachycen stav po celkové opravě parapetů a výměně některých kvádrů v roce 2008. Již na první pohled je vydět zásadní nevhodnost použitého velmi světlého, tvrdého a barevně sterilního kocbeřského pískovce a jeho velmi pokleslé řemeslné zpracování dané neumělým posekáním kvádrů předem nařezaných diamantovou pilou. 30
obr. 3 Praha, Karlův most, část vnitřní strany zděného parapetu na malostranské straně (foto M. Panáček 2008). Druhou skupinou jsou nástroje topůrkové, které jsou osazeny dřevěnou násadou a jsou především obouručné. Tyto nástroje se špičatými hroty nebo plochými ostřími se v Evropě objevily až v průběhu 9. a 10. století a masivně rozšířily až ve 12. století, přestože jejich původ je také nejméně starověký. K prvotnímu hrubému opracování kamene, zejména pískovce, sloužil špic nebo dvojšpic jehož hrot zanechává charakteristickou stopu, která má tvar velmi protáhlého trojúhelníka se středovou rýhou, zakončenou kulatým důlkem po hrotu nástroje. Následné přelícování a vytvoření definitivní kvality povrchu se provádělo různými typy plošin, teslic nebo jejich kombinací. Plošiny i teslice měly buď rovné nebo zaoblené břity, které bývaly pro zvýšení efektivity nasekáváním tvarovány do plochých zubů. Rozšíření této inovace proběhlo ale až ve 12. století. Kombinací špičatého hrotu pro základní opracování na jedné straně a břitu pro definitivní úpravy na straně druhé vznikly nástroje nazývané špicplošina nebo špicteslice. Na obr. 4 je ukázka dobových řemesel ve skanzenu historické architektury Bad Windsheim. Kameník s tradičním vybavením předvádí postup při opracování stavebního kvádru ze surového lomového bloku. Na snímku je úvodní krok - příprava a kontrola stezky pro definici první plochy kvádru. Na obr. 5 je vyobrazení kameníka pracujícího se špicplošinou při opracovávání kvádru. Znázorněny jsou rovněž obvyklé pomůcky středověkého kameníka úhelník, vodováha (krokvice) a šablona profilovaného prvku. Na obr. 6 je kolekce rekonstruovaných středověkých kamenických nástrojů M. Cihly. Ruční a topůrkové nástroje, z leva doprava špicplošina, špičák, dláto s břitem s plochými zuby, plošina s rovným břitem, kovová palice, plošina s plochými zuby, dláto s úzkým rovným břitem, dláto s širokým rovným břitem, dvojšpic. 31
obr. 4 Ukázka dobových řemesel ve skanzenu historické architektury Bad Windsheim (foto M. Panáček 2004). obr. 5 Vyobrazení kameníky pracujícího se špicplošinou při opracování kvádru [14]. 32
obr. 6 Kolekce rekonstruovaných středověkých kamenických nástrojů M. Cihly (foto M. Panáček 2007). Na posledním obrázku (obr. 7) je vyobrazena analýza technologického postupu a druhu použitých nástrojů při opracování konkrétního kvádru. Definitivní úprava jeho líce byla nejprve prováděna plošinou s plochými zuby a následně na některých místech začištěna plošinou s rovným břitem. obr. 1 Maulborn, středověký klášter, konvent, 1. polovina 13. století (foto M. Panáček 2005, kresba M. Cihla 2008). 5 Závěr Problematika výběru náhradního stavebního kamene a jeho opracování je v celé své šíři mnohem obsáhlejší a složitější, ale i pouhé základní nastínění ukazuje její velké možnosti v teoretické badatelské rovině poznání historických stavebních technologií i v praktickém aplikovaném použití, které do budoucna může zásadně přispět k lepší interpretaci i uplatnění pro postupy památkové péče a celou oblast restaurování kamenných artefaktů. 33
Poděkování Tento příspěvek vznikl v rámci projektu Komplexní metodika pro výběr a řemeslné opracování náhradního kamene pro opravy kvádrového zdiva historických objektů č. DF12P01OVV020 programu NAKI. LITERATURA: [1] PŘIKRYL, R.: New natural stone for the reconstruction of Charles Bridge in Prague, In: Fort R., Alvarez de Buergo M., Gomez-Heras M., Vazquez-Calvo C. (Eds.) Heritage, Weathering and Conservation. Vol. 1. Taylor & Francis Group, London 2006, str. 23-29. [2] RYBAŘÍK V.: Ušlechtilé stavební a sochařské kameny České republiky, Nadace Střední průmyslové školy kamenické a sochařské v Hořicích v Podkrkonoší, Hořice v Podkrkonoší 1994, 218 str. [3] LAHO M., BEDNARIK M., HOLZER R. & WAGNER P.: Výber stavebného kameňa pre rekonštrukciu historických objektov, Acta geologica Slovaca, 1 (1), 2009, str. 9-14. [4] HRUBÁ I.: Európské technické normy v oblasti ochrany pamiatok, In: Monumentorum tutela. Ochrana pamiatok 19. Pamiatkový úrad Slovenskej republiky, Bratislava 2008, str. 16-21. [5] KRÁĽOVÁ E.: K zásadám materiálovo-konštrukčného riešenia pri stavebnom zásahu na pamitkovom fonde, In: Monumentorum tutela. Ochrana pamiatok 19, Pamiatkový úrad Slovenskej republiky, Bratislava 2008, str. 30-41. [6] POSPÍŠIL P.: Systémová analýza přírodního kamene ve stavebních konstrukcích, In: Stavební konstrukce z pohledu geotechniky, Akademické nakladatelství CERM, Brno 2008, str. 141-146. [7] KOVÁŘOVÁ K., BEDNARIK M., HOLZER R. & LAHO M.: Metodika výběru náhradního stavebního kamene pro účely rekonstrukce historických památek, In: Vorel I., Mansfeldová A. & Kramářová Z. (Eds.) Člověk, stavba a územní plánování 5, ČVUT v Praze, Praha 2011, str. 166-176. [8] JUNDROVSKÝ R.: Kamenictví, tradice z pohledu dneška, Praha 2001. [9] SYROVÝ B. a kol.: Kámen v architektuře, Praha 1984. [10] CIHLA, M., PANÁČEK, M.: Středověký most v Roudnici nad Labem, Průzkumy památek XIII 2, 2006, str. 3 34. [11] CIHLA, M., PANÁČEK, M.: Konstrukční a technologické aspekty středověkého mostu v Roudnici nad Labem v porovnání s Juditiným a Karlovým mostem v Praze a kamenným mostem v Písku, in: Dějiny staveb 2006, 2006, str. 213-237. [12] CIHLA M., PANÁČEK M.: Technological, Structural and Historical Aspects of the Gothic Bridge at Roudnice nad Labem, in: Archäologie der Brücken, Regensburg 2011, str. 240-246. [13] CIHLA M., PANÁČEK M. 2011: Úvod do problematiky středověkých technologických postupů opracování stavebního kamene, in: FORUM URBES MEDII AEVI VI., Brno 2012, str. 4-25. [14] Hausbuch der Mendelschen Zwölfbrüderstiftung, 1425-36, Nürnberg, Stadtbibliothek, fol. 4; převzato z Binding 2006, 96. 34