VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ VBRNĚ Fakulta stavební Ústav geotechniky

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ VBRNĚ Fakulta stavební Ústav geotechniky

RNDr. Pavel Pospíšil, Ph.D.

ANALÝZA PŘÍRODNÍHO KAMENE VE STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍCH ANALYSIS OF NATURAL STONE IN STRUCTURES

Teze habilitační práce Obor: Konstrukce a dopravní stavby

Brno 2010

KLÍČOVÁ SLOVA Systémová analýza, přírodní kámen, stavební konstrukce, terénní metody, laboratorní metody.

KEY WORDS Systems analysis, natural stone, structure, field test methods, laboratory test methods.

MÍSTO ULOŽENÍ PRÁCE Originál habilitační práce je uložen v archivu PVO FAST VUT v Brně.

©Pavel Pospíšil, 2010 ISBN 978-80-214-4115-6 ISSN 1213-418X

PŘEDSTAVENÍ AUTORA RNDr. Pavel Pospíšil, Ph.D. Datum narození: 14. 4. 1966

Vzdělání:  1989 ukončil obhajobou diplomové práce a státní závěrečnou zkouškou studijní program geologie na Přírodovědecké fakultě Masarykovy university  2003 ukončil tamtéţ postgraduální studium v oboru geologie se zaměřeními a obhájil disertační práce zabývající se petrografickou charakteristikou a vyuţitím pískovců Moravy a Slezska jako stavebních a dekoračních kamenů s ohledem na jejich trvanlivost. Profesní zkušenosti: Geofyzika, n.p. Po absolvování vysoké školy působil 1 rok (1989-1990) ve státním podniku Geofyzika na pozici interpretátora seismických dat. Vysoké učení technické v Brně asistent (1990-1994), od r. 1994 odborný asistent pověřený i přednášením v předmětech Geologie, Stavební látky a geologie pro studenty oboru architektura pozemních staveb a Geologie a materiály na fakultě architektury. Geogas, a.s. V letech 1997-1999 působil na poloviční úvazek ve firmě Geogas, a.s. jako samostatný řešitel v oboru inţenýrské geologie. Duke Engineering & Services, a.s. Od roku 1999 do r. 2000 pracoval na poloviční úvazek v české pobočce nadnárodní firmy Duke Engineering & Services, a.s. taktéţ na postu řešitele inţenýrskogeologických prací spojených s průzkumem základové a půdy, vlastnostmi horninového prostředí podzemních zásobníků plynu a sanaci prostředí po hornické činnosti. Účast ve vědeckých projektech (řešitel, spoluřešitel):  Grant FRVŠ č. 32/93-D - Vliv ţivotního prostředí na stárnutí stavebního a dekoračního kamene.  Grant GA ČR 103/99/0941 „Zajištění spolehlivosti a ţivotnosti staveb – ochrana a sanace stavebních materiálů před účinky degradačních procesů―  Grant FRVŠ 2506-F4/2000 – Zřízení WWW serveru s učebními texty oboru petrografie  Grant GA ČR 103/02/0990 „Výzkum vlivu nesilových účinků a agresivního prostředí na stárnutí historických staveb se zvláštním zaměřením na Karlův most v Praze".

3

 Grant GA ČR 103/06/1801 „Analýza spolehlivosti vlastností stavebních materiálů a konstrukcí s přihlédnutím k jejich změnám v čase a k časově proměnným vlivům―  Projekt 6. Rámcového programu EU „ORFEUS― Project full title: Optimised Radar to Find Every Utility in the Street. Proposal/Contract no.: 036856 Členství ve vědeckých a odborných asociacích  Je členem odborných komisí C-10 and C-16 IAEG (International Association for Engineering Geology and the Environment).  2005-2007 a od r. 2009 dosud předseda České asociace inţenýrských geologů, ČAIG  1996-2001 byl členem komise pro ověřování odborné způsobilosti pro projektování a realizaci geologických prací Ministerstva ţivotního prostředí ČR Významné publikace V recenzovaných odborných časopisech a na konferencích. Z celkového počtu 54 publikací je 8 publikací zařazených v databázi SCOPUS a 6 publikací zařazených v databázi ISI Web of Knowledge, včetně 9 citací těchto významných publikací. Významná díla  Průzkum horní stavby Karlova mostu v Praze  Analýza degradace asfaltobetonu na vodním díle Dlouhé Stráně  Expertní průzkum pro rekonstrukci zámeckého skleníku v Lednici Pedagogická činnost: Zajišťuje výuku v následujících předmětech:  Geologie – 1. ročník studijní programy stavební inţenýrství, stavitelství  Stavební látky a geologie- 2. ročník obor architektura pozemních staveb  Geologie a materiály - Fakulta architektury VUT v Brně – 1. Ročník  V rámci programu Erasmus se jako asistent v rámci svého krátkodobého pobytu na City University v Londýně aktivně podílel na vedení terénní výuky v oblasti Devonshire v jihozápadní Anglii.  Pro výuku vedenou v anglickém jazyce vytvořil pro studenty speciální výkladový slovník základních pojmů – Glossary of Basic Geological Terms. Vyzvané přednášky: V letech 2001, 2003 a 2005 přednášel na Ljubljanské univerzitě a Výzkumném ústavu stavitelství v Ljubljani specielní přednášky na téma: „Degradation of building materials in historical structures“ a odbornými konzultacemi se podílel na řešení problémů degradace stavebních materiálů historických objektů – barokního zámku Novo Celje a hradu Pišece. V roce 2007 přednášel v rámci programu Erasmus na Universitaet Luzern a Fachhochschule beider Basel na téma: „Defect, damaging and deterioration of building materials“.

4

OBSAH

1 ÚVOD ...................................................................................................................... 7 1.1

Cíl habilitační práce

8

2 TEORIE ANALÝZY............................................................................................... 8 2.1

Základy systémového přístupu a systémové vědy ............................................................... 8

2.2

Systém a jeho okolí .............................................................................................................. 8

2.3

Stav systému, jeho chování a vlastnosti............................................................................... 9

2.4

Teorie systémové analýzy a syntézy .................................................................................... 9 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.4.6 2.4.7

Závažnost analýzy problémové situace .................................................................... 9 Přechod od reality k systému na ní vymezenému a zpět ........................................ 10 Jednota globálního (celkového) pohledu a dílčích pohledů .................................. 10 Interdisciplinarita .................................................................................................. 10 Kvalitativní a kvantitativní analýza ....................................................................... 10 Algoritmizované a heuristické přístupy.................................................................. 11 Základní postup systémové analýzy a syntézy ........................................................ 11

3 DEFINICE SYSTÉMU PŘI STUDIU PŘÍRODNÍCH KAMENŮ VE STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍCH ..................................................................... 12 3.1

Litosféra ............................................................................................................................. 12

3.2

Hydrosféra ......................................................................................................................... 12

3.3

Atmosféra........................................................................................................................... 12

3.4

Stavební objekt – systém ................................................................................................... 13

3.5

Dílčí část stavebního objektu – dílčí systém, subsystém ................................................... 14

4 UPLATNĚNÍ PŘÍRODNÍCH KAMENŮ - HORNIN VE STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍCH ................................................................................................ 14 5 SYSTÉMOVÁ ANALÝZA – ANALYTICKÉ POSTUPY ................................. 14 5.1

Analýza struktury systému a chování systému

16

5.2

Reálná proveditelnost analýzy

16

6 PŘÍPRAVA A REALIZACE TERÉNNÍHO PRŮZKUMU STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ A KONSTRUKCÍ ......................................................................... 17 6.1

Fáze terénního průzkumu................................................................................................... 17 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5

Shromáždění dostupných archivních údajů ........................................................... 17 Přesná lokalizace a vymezení památkového objektu ............................................. 17 Geomorfologie, geologie, hydrogeologie území .................................................... 17 Seizmická charakteristika území ............................................................................ 17 Stanovení vlastnických vztahů, uživatelských práv a střetů zájmů ........................ 17

5

6.1.6 6.1.7 6.1.8 6.1.9 6.1.10 6.1.11 6.1.12 6.1.13 6.1.14 6.1.15 6.1.16 6.1.17 6.1.18 6.1.19

Fotodokumentace objektu ...................................................................................... 17 Pořízení plánů aktuálního stavu objektu (fotogrammetrie) ................................... 17 Stanovení stavebního slohu a popis konstrukce ..................................................... 17 Makroskopická dokumentace stavu a viditelných poruch konstrukce a materiálů 17 Posouzení možnosti využití nepřímých metod průzkumu ....................................... 18 Stanovení počtu druhů stavebních materiálů a jejich základní charakteristika, původ ...................................................................................................................... 18 Stanovení míst odběru vzorků ................................................................................ 18 Stanovení metod odběru vzorků, včetně jejich velikosti a množství ....................... 18 Stanovení způsobu opravy míst dotčených odběrem vzorků .................................. 19 Charakteristika okolního klimatu včetně meteorologických a hydrologických extrémů ................................................................................................................... 19 Přesná analýza imisí v širším okolí objektu ........................................................... 19 Stanovení hlavních zdrojů emisí v širší oblasti a jejich vývoj v čase ..................... 19 Vyhodnocení terénních dat..................................................................................... 19 Závěr ...................................................................................................................... 19

7 LABORATORNÍ ANALÝZA MATERIÁLU STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ 20 7.1

Fyzikálních vlastnosti materiálů a jejich analýza .............................................................. 20

7.2

Mineralogické a petrografické vlastnosti materiálů a jejich analýza ................................. 21

7.3

Chemické, mikrochemické a biochemické vlastnosti a jejich analýzy .............................. 23 7.3.1 Komplexní silikátové analýzy ................................................................................. 23 7.3.2 Mikrochemické analýzy sekundárních minerálů a distribuce vybraných prvků v pórovém systému materiálů pomocí mikrosondy ................................................ 23 7.3.3 Mikrochemické analýzy eflorescentů ..................................................................... 24 7.3.4 Návrh klasifikace stavu stavebních objektů na základě systémové analýzy stavebních materiálů .............................................................................................. 25

8 ZÁVĚR .................................................................................................................. 26 9 POUŢITÁ LITERATURA: ................................................................................... 27 10 ABSTRACT.......................................................................................................... 30

6

1

ÚVOD

Přírodní kámen byl a je nedílnou součástí stavebních objektů. Je pouţíván v mnoha podobách – jako stavební kámen, dekorační kámen, drcené kamenivo samostatně, nebo jako součást dalších stavebních hmot. Je součástí nespočtu historických staveb a pouţívá se v obrovských objemech v novostavbách. V myslích mnohých je kámen stále synonymem pevnosti a tíhy, jakoţ i velké odolnosti, houţevnatosti a dlouhověkosti. Kámen byl dlouho chápán jako pevný celek, teprve rozvoj přírodních věd a metod jejich výzkumu přírodních materiálů rozlišil minerály, chemicky homogenní hmoty na jedné straně a horniny, látky chemicky heterogenní, s určitou vnitřní strukturou a vlastnostmi mnohdy anizotropními na straně druhé. Při vyuţívání kamene jako stavebního materiálu a hodnocení jeho vlastností, se člověk velmi dlouho řídil zkušenostmi, získanými pouţíváním tohoto materiálu v minulosti. Vţdy byla limitujícím prvkem dostupnost suroviny určité kvality a v určité kvantitě v daném prostoru a čase, samozřejmě za ekonomicky přijatelných podmínek. Člověk pouţívá kámen jako surovinu tisíce let, ale systematickému studiu vlastností a chování tohoto materiálu se věnuje jen necelá dvě století. Většina prací však pochází aţ ze století dvacátého např. Merrill (1910), Hirschwald (1912), Warnes (1926). S hrdostí lze uvést, ţe odborníci z regionu střední Evropy (zahrnující v dnešním politickém uspořádání Českou republiku) se účastnili aktivně tohoto výzkumu a publikovali na toto téma řadu prací a taktéţ se účastnili hodnocení kvality kamenné suroviny pro určité stavební konstrukce na našem území. Mezi nejvýznamnější autory první poloviny 20. století patřili Velflík (1914), Jahn (1917, 1928, 1932), Vachtl (1946). Je aţ s podivem jak dokonalý přehled pouţitelných typů hornin jako stavebních kamenů autoři sestavili a jak podrobně se věnovali také studiu jejich vlastností a chování. Velflíkův přehled metod zkoušení stavebního kamene byl na svou dobu impozantní. Někteří tito autoři se jiţ také zabývali vztahem pouţitého stavebního kamene a jeho okolí, které se podílí na jeho postupné degradaci. Jahn např. zavedl pojmy jako „stárnutí kamene― či „nemoci kamenů―. Ve druhé polovině 20. století se díky rozvoji analytických metod i potřebám praxe obrovsky rozvinul výzkum hornin, v to počítaje i horniny vyuţívané jako stavební kámen a kamenivo. Petrografie – nauka o horninách začala optickou mikroskopii, rentgenovou analýzu, chemické metody výzkumu a posléze i elektronovou mikroskopii a mikroanalýzu pouţívat jako běţné analytické metody a ne jen pro vědecké účely. Vyuţitím hornin jako stavebních a dekoračních kamenů se zabývala celá řada autorů v mnoha zemích. Vzhledem k agresivním imisím se i velký důraz začal klást na studium zvětrávání či degradace stavebního kamene, kameniva ale i stavebních materiálů jako celku. Detailně se studují degradační procesy spojené se vznikem druhotných minerálů a jejich vlivem na změnu struktury hmoty a sniţování pevnosti materiálu. S rozvojem kamenoprůmyslu a vyuţíváním hornin v mnoha praktických aplikacích byly zavedeny kvalitativní normy pro pouţívání hornin jako stavebních a dekoračních kamenů i jako agregátů pro výrobu stavebních hmot. I přes zdokonalování norem s postupem času, se občas vyskytují případy, kdy běţně pouţívané postupy hodnocení kvality materiálu nestačí a je nutno je doplnit nebo nahradit detailnějšími postupy nebo komplexní systémovou analýzou a syntézou s vyuţitím nejmodernějších analytických metod pro vyřešení nastalého problému. Právě rozvoj logistiky a systémová analýza a syntéza jsou vědní disciplíny, které pomáhají řešit sloţité systémy představované přírodními kameny v jejich interakci s okolním prostředím litosféry, hydrosféry nebo atmosféry. Naprosto nevyzpytatelný (nahodilý) je pak vliv biosféry či antroposféry. Při analýzách kamenných materiálů je nutno rozlišovat mezi novostavbou a historickou stavbou. Zatímco v prvním případě je limitujícím faktorem pouze investor spolu s projektantem,

7

ve druhém případě je limitujícím i závazné stanovisko Národního památkového ústavu, do jehoţ kompetence patří péče o historické objekty v ČR. Podobná situace je ale i v jiných evropských zemích. Sloţitost správně provedené analýzy a syntézy vedoucích aţ ke správně provedenému projektu stavby či rekonstrukce objektu s pouţitím přírodního kamene je podtrhována interdisciplinaritou řešení tohoto problému. Je nezbytné, aby spolu efektivně spolupracovali architekt, stavební inţenýr, petrograf, popř. geotechnik a u historických objektů navíc historik a v případě úředně chráněných památek také zástupce Národního památkového ústavu. Tato spolupráce však nebývá bezproblémová. Zástupci různých profesí mohou mít velmi odlišná odborná východiska a stanovené nepřekročitelné limity z jejich odborného pohledu. Někdy se dokonce s aspekty technické či historické stávají druhořadými a prioritu přebírají aspekty sociální, personální aj. Kromě analýz stavebních konstrukcí s pouţitím stavebního či dekoračního kamene, nabývá v poslední době stále více na významu analýza hornin pouţitých jako kamenivo (agregáty) pro výrobu stavebních hmot, zejména betonu, který je vlastně jen umělým slepencem. Potřeba analýz kameniva vyplývá jak z potřeby zajistit kvalitní surovinu pro přípravu nových betonových směsí (v poslední době stále více specializovaných), tak i z pohledu zhodnocení stávajícího stavu a interakce kameniva a pojiva v betonech různého stáří. Právě kvalita kameniva bývá nejčastějším problémem při analýzách degradačních procesů vedoucích k porušení betonu. 1.1

CÍL HABILITAČNÍ PRÁCE

Předloţená práce si vytkla za cíl přehledně zhodnotit vyuţívání přírodních anorganických materiálů – hornin v různých typech stavebních konstrukcí a zejména popsat moţnosti jejich analýzy. Pokud se na problém analýzy přírodního kamene vyuţívaného ve stavebních konstrukcích pohlédne komplexně, je nutné chápat stavební konstrukci jako sloţitý subsystém, který je součástí mnohem rozsáhlejšího systému. Stavba představuje sloţitý subsystém, ve kterém interagují jednotlivé dílčí komponenty vzájemně mezi sebou, ale zároveň interaguje s okolním prostředím, a proto nelze při systémové analýze např. příčin porušení, ţivotnosti staveb nebo spolehlivosti konstrukcí vyloučit okolní prostředí představované litosférou, hydrosférou a atmosférou.

2

TEORIE ANALÝZY

2.1

ZÁKLADY SYSTÉMOVÉHO PŘÍSTUPU A SYSTÉMOVÉ VĚDY

Při studiu stavebních konstrukcí, zejména těch, které se vyznačují značnou heterogenitou, je nutné uplatňovat systémovou analýzu jako jeden z hlavních nástrojů práce, vedoucího k dosaţení dostačující kvality a kvantity výsledků vyuţitelných např. pro rekonstrukci objektu nebo projektování novostavby. Nejprve je zapotřebí pokusit se vyjádřit, co je to systém. Detailně se tímto ve své publikaci zabývají Habr a Vepřek (1986). 2.2

SYSTÉM A JEHO OKOLÍ

Je zřejmé, ţe vytvoření obecně pouţitelné definice systému je velmi nesnadné a ţe i přibliţná charakteristika tohoto pojmu bude působit potíţe. Např. Hall (1956)in Habr, Vepřek (1986) definoval systém jako mnoţinu objektů spolu se vztahy mezi nimi a mezi jejich atributy. Ashby (1961) in Habr, Vepřek (1986) pak systém definoval jako soubor prvků v interakci. Habr a Vepřek (1986) povaţují za systém sloţitý reálný nebo abstraktní objekt, v němţ lze rozlišit části, vztahy mezi nimi a vlastnosti. Vůči okolí vystupuje systém jako celek. Části systému jsou spolu ve vzájemné interakci a interagují i se systémem jako celkem. Důleţitější neţ vlastní definice je však

8

uvědomovat si význam interdisciplinarity a výměny informací mezi různými obory při studiu systému a stanovit znaky systému:  Systém je komplexem vzájemně spjatých prvků  Systém reaguje se svým okolím  Systém můţe být současně prvkem vyššího řádu  Prvek systému můţe být současně systémem niţšího řádu Za systém lze za určitých podmínek povaţovat: 

Reálný objekt (přirozený či umělý) vykazující jisté (systémové) vlastnosti (systémový objekt),  Projekt reálného objektu,  Proces, komplex procesů,  Problém, komplex problémů,  Abstraktní myšlenkovou konstrukci, Reálný objekt je obvykle chápán jako systém intuitivně. Lze za něj povaţovat např. kámen, stavbu, automobil, buňku, člověka, podnik, společnost. Intuitivně bychom měli tendenci povaţovat za systém pouze takový reálný objekt či jev, který je alespoň sloţitý, tj. je tvořen více částmi a mezi nimiţ existuje vazba a interakce (včetně interakcí mezi částmi a celkem), nebo který vystupuje vůči svému okolí jako celek, jehoţ vlastnosti však nejsou beze zbytku rozloţitelné na vlastnosti jeho částí (součet částí a jejich vlastností nedává ještě vlastnosti celku). 2.3

STAV SYSTÉMU, JEHO CHOVÁNÍ A VLASTNOSTI

Systém je tvořen prvky, které jsou ve vzájemné interakci. To znamená, ţe se vytvářejí určité vazby mezi prvky a pokud tyto vazby mají nějaké časové trvání v určitém uspořádání, lze popisovat strukturu systému. Právě typ prvků a vazeb mezi nimi, které podmiňují strukturu systému, jsou velmi významné. V závislosti na jejich časové proměnnosti či stálosti je moţné popisovat stav systému a predikovat vývoj systému v čase (zatím, bez vztahu k okolí). Sloţitější a v praxi běţnější případy jsou systémy, které lze rozdělit na dílčí systémy (např. klenbový most na dílčí klenby) a ještě hodnotit stav systému v interakci s jeho okolím. Komplexním posouzením prvků, vazeb, struktury systému a jeho okolí lze popsat vlastnosti systému (ve vztahu k okolí) a jeho chování. Podle vztahu systému k času rozeznáváme systémy statické, dynamické a stacionární. Stacionární systém je chápán jako systém, jehoţ stav se můţe měnit, ale ne v závislosti na čase (můţe být funkcí více proměnných, ale ne funkcí času). Podle vztahu mezi chováním systému, jeho stavy a podněty lze rozlišovat systémy deterministické (chování je jednoznačně určeno stavem a podněty) a stochastické, jejichţ chování můţe mít při témţe stavu systému a stejných podnětech více variant (kaţdou s určitou pravděpodobností). Specifickými jsou systémy s neurčitým či mlhavým chováním – fuzzy systémy, u nichţ neznáme pravděpodobnosti vzniku jednotlivých variant chování (při daných podnětech a podmínkách) nebo nevíme, za jakých podnětů a podmínek můţe některá ze známých variant chování systémů nastat či neznáme všechny potenciální varianty chování. 2.4

TEORIE SYSTÉMOVÉ ANALÝZY A SYNTÉZY

Priorita problému je základním východiskem systémové analýzy a následně i syntézy poznatků. Jeho vymezení a řešení je podřízeno vše ostatní. 2.4.1

Závaţnost analýzy problémové situace

Problém je často spjat nejen se systémem jako takovým, ale i s jeho okolím. Někdy okolí či klima problém přímo vytváří (např. agresivní prostředí způsobuje degradaci stavebních materiálů).

9

Důleţité je znát i další okolnosti související se systémem a řešeným problémem. Např. kdo všechno projevil o řešení problému zájem, jaký je jeho vztah k rozhodování o této věci, jaké má moţnosti k řešení. V praxi se jedná především o potenciální konkurenty v projektování či realizaci díla. 2.4.2

Přechod od reality k systému na ní vymezenému a zpět

Systémová analýza musí být při praktické aplikaci účelově zaměřena. Je nutné na reálném objektu (procesu) vymezit systém, který bude předmětem řešení. Vychází se z předpokladu, ţe i velmi sloţitý a špatně průhledný problém, který nelze ve výchozí etapě dobře definovat a pro jehoţ úspěšné řešení nemáme dostatek informací, lze tímto přístupem v uţitečné přesnosti a podrobnosti formulovat a řešit tak, aby toto řešení mělo praktický smysl. Nejdůleţitější je definovat systém na reálném objektu tak, aby nevznikl takový odstup mezi realitou a systémem (modelem), ţe by výroky (dílčí soudy, závěry řešení) získané pomocí dedukce a operací vedených nad modelem ztrácely pro realitu smysl. Přechod od reality k systému na ní definovaném vede vţdy k zanedbání některých informací (zjednodušení), které nepovaţujeme k řešení problému za podstatné. Pozor, závisí na tom výsledek řešení. Např. zanedbáním informace o výskytu analcimu v kamenivu pro specielní asfaltobetony vedlo aţ degradaci materiálu a ztrátě funkčnosti celého stavebního prvku. 2.4.3

Jednota globálního (celkového) pohledu a dílčích pohledů

Velmi důleţitým pro řešení celkového nebo velmi komplexního problému je schopnost rozdělit systém při řešení na dílčí systémy či subsystémy. Na základě vyřešení dílčích problémů lze pak mnohdy popsat hlavní, komplexní problém. Významným se jeví i měřítko pohledu na řešený problém. Mnohdy není moţné problém při špatném měřítku pohledu ani řešit, protoţe ho nevidíme v celé jeho šíři, ve všech vazbách, ve všech interakcích nebo nejsme schopni dostatečně zhodnotit okolí systému. Některé prvky systému či jevy jsou pozorovatelné v rámci makrosvěta, jiné mikroskopicky a některé lze dokonce pozorovat jen pod elektronovým mikroskopem. Neznamená to však, ţe by pro řešení problému nemohly mít zásadní význam. 2.4.4

Interdisciplinarita

Problémy v praxi nespadají často do jedné vědní disciplíny. Je obvykle nutné spojit k analýze úsilí mnoha zainteresovaných odborníků, z nichţ kaţdý vychází z určitého teoretického vědění, zaţitých metodických postupů nebo měřítek pohledu na systém. Komplikací můţe být i různá terminologie pouţívaná v různých oborech. Nutností je stanovit si společnou terminologii, vysvětlit vzájemně metodiky řešení a snaţit se synergicky spojit všechny zmíněné aspekty ve prospěch řešení problému. V opačném případě by se mohlo stát, ţe se vnitřní problémy v řešitelském týmu promítnou do sníţení kvality analýzy nebo ji dokonce zhatí. 2.4.5

Kvalitativní a kvantitativní analýza

Problém kvalitativní a kvantitativní analýzy je nesmírně důleţitý. Obecně by se dalo říci, ţe stanovení kvantity vede vţdy k přesnější analýze a lepšímu řešení problému. Mnohdy je však stanovení kvantity zbytečné, stačí pouze stanovení kvalitativních znaků nebo by zbytečné lpění na stanovení kvantity mohlo vést ke drahé analýze. Např. pokud uţ bylo vybráno na základě zkoušek, ţe vhodné kamenivo v dané lokalitě má označení droba. Není nutné kaţdý vytěţený blok horniny kvantitativně analyzovat, ale stačí kvalitativní určení typu horniny (droba) a lze ho dále zpracovávat. Taktéţ v rámci analýzy kamenných konstrukcí je nutno někdy vhodně zjednodušovat a přejít od kvantitativní analýzy ke kvalitativní. Není moţno např. z kaţdého kvádru historické kamenné konstrukce odebrat dostatečné mnoţství materiálu pro správnou kvantitativní analýzu

10

kupř. pevnosti v tlaku, ale provede se to pouze u vybraných bloků určitého typu a ostatní se pak určují pouze kvalitativně a vlastnosti se jim potom přeneseně přisuzují. Vţdy musí platit, forma analýzy musí být adekvátní stupni našeho poznání a účelu řešení. V praxi nelze dělat z kaţdého dílčího problému vědecký úkol s časem pro řešení v délce několika měsíců či let, i kdyţ by to mohlo být z vědeckého pohledu zajímavé. 2.4.6

Algoritmizované a heuristické přístupy

Ve snaze najít, co nejefektivnější řešení problému mohou přispět i matematické či statistické přístupy, které jsou k dispozici. Ne vţdy je však problém vhodný k algoritmizaci. Některé části problému lze řešit odhady či dokonce intuicí a neznamená to výrazné sníţení kvality analýzy. Důleţitá je kvalita nebo zkušenost odborníků, kteří odhady tvoří. Mnohdy je odhad podstatně rychlejší neţ algoritmizace problému a jeho následné přesnější řešení, přitom je poţadovaná taková přesnost analýzy, pro kterou je odhadovaná hodnota dostatečně přesná (či je uvnitř stanoveného intervalu přesnosti). 2.4.7

Základní postup systémové analýzy a syntézy

 Analýza problémové situace  Formulace problému  Formulace cílů jeho řešení  Definování a identifikování systému  Analýza struktury systému  Analýza chování systému.  Syntéza relevantních poznatků o systému, jeho okolí a problému  Interpretace a komunikace řešení problému  Implementace a realizace řešení problému Zatímco první části systémové analýzy a syntézy jsou mnohdy i intuitivně běţně vyuţívány v praxi. Je přesná a detailní analýza struktury systému spolu s popisem a predikcí jeho chování často nedostatečná nebo i chybí. Při řešení komplexních problémů je pak i obtíţná syntéza získaných poznatků. Problém je v interdisciplinaritě. Kdo z odborníků by měl syntézu provádět? Obvykle se jedna z odborností tohoto nelehkého úkolu zhostí nebo dochází k diskusi o výsledcích a syntetické soudy a závěry jsou výsledkem polemiky mezi zúčastněnými. Syntéza můţe být i zcela kritickým bodem řešení problému, pokud by při ní např. vyjevila oborová či osobní rivalita dílčích analytiků. Stejným problematickým bodem v řešení problému bývá (nebo se můţe stát) interpretace a komunikace řešení problému s osobami či institucemi s rozhodovací pravomocí o implementaci řešení. Je nutno věnovat příkladnou péči vhodnosti argumentů dokumentujících postupy a výsledky řešení. Pouţívat terminologii adekvátní posluchačům. Není nic horšího, neţ kdyţ se nesprávně zvolí míra vysvětlování nebo nevysvětlování dílčích problémů a postupů řešení či výsledků a cílené osoby jsou přeceněny v jejich schopnostech a vědomostech nebo ještě hůře podceněny v jejich schopnostech a vědomostech o problému. Úloha systémové analýzy a syntézy nekončí vypracováním návrhu řešení, ale jeho implementací a realizací. To znamená, ţe její součástí je i prosazení vypracovaných návrhů, přesvědčení uţivatelů i ostatních zainteresovaných osob o jejich správnosti, uţitečnosti a reálnosti. Jen takto zakončená analýza má smysl, jinak jde o akademické řešení, které můţe mít vyuţití v budoucnu. Otázkou ovšem je, zda by takto zpracovaná analýza obstála i v budoucnu jako relevantní. Většina systémů je totiţ dynamických.

11

3

DEFINICE SYSTÉMU PŘI STUDIU PŘÍRODNÍCH KAMENŮ VE STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍCH

Před stanovením systému na reálném stavebním objektu, ze kterého po analýze získáme relevantní data např. pro rekonstrukci historické kamenné konstrukce je nutno připomenout objektivně existující faktory:     

Princip změny objektu v čase Princip jedinečnosti či individuality Princip homogenity či heterogenity resp. měřítka pohledu Princip autentičnosti a estetického vjemu u historických objektů Princip proměnlivosti okolního prostředí

Další výraznou komplikací při stanovení systému na stavebním objektu je rozmanitost jeho okolí. Celá řada problémů s analýzou stavebního materiálu je především spojena s degradací způsobenou interakcí s vnějším okolním prostředím, které lze rozdělit na následující typy. 3.1

LITOSFÉRA

Litosféra podmiňuje způsob zaloţení stavby a za určitých okolností můţe negativně ovlivňovat základ stavby. Vztah mezi charakterem základové půdy a její únosností. Existence geodynamických jevů ať uţ endogenních (vulkanismus, zemětřesení) či exogenních (zvětrávání, sufoze, eroze, krasové jevy, svahové pohyby a v rámci antropogenních jevů např. těţba nerostných surovin či poddolování území) zásadním způsobem ovlivňuje stavební materiály i celé konstrukce. Extrémně komplikujícím faktorem je i skutečnost, ţe charakteristiky litosféry nejsou absolutní, ale dynamicky se mění a jsou vţdy v příčinné souvislosti s hydrosférou (podzemní a povrchová voda resp. filtrační vlastnosti zemin a hornin jako základové půdy) a atmosférou (epizodické kolísání teploty a vlhkosti, klimatické faktory). Mnozí si neuvědomují, ţe i stejný typ základové půdy můţe mít rozdílné charakteristiky a chování v různých klimatických pásmech. Např. rozdíl mezi jílovitou základovou půdou v podmínkách mírného pásma vzniklou v aluviálním souvrství na rozdíl od téţe, vzniklé v marinním prostředí, nacházející se v arktických podmínkách v oblasti permafrostu. 3.2

HYDROSFÉRA

Vztah hydrosféry a stavební konstrukce je u celé řady staveb redukován pouze na vliv podzemní vody na základovou půdu, a to ještě pouze vybraní specialisté dokáţí přesně vysvětlit způsob účinku agresívních podzemních vod na základovou půdu a základ stavby, či riziko spojené s výstavbou v území se zvodněmi s napjatou hladinou podzemní vody a stanovit míru rizika či spolehlivost konstrukce v určitém prostředí. U určitých typů staveb např. mostní konstrukce, hráze aj. je brána v potaz vodní eroze a sufoze, ale někdy můţe stavbu negativně ovlivňovat povrchová či podzemní voda v souvislosti s dlouhodobou změnou geomorfologie krajiny (přirozená subsidence základové půdy nebo antropogenní, vyvolaná např. poddolováním). Účinek povodňových vln je sice všeobecně brán v potaz, ale extrémní jevy v posledních letech, nejen na našem území, nás přesvědčují, ţe běţné stavby nejsou mnohdy proti těmto vlivům dostatečně zajištěny. Pouze v určitých regionech automaticky počítají projektanti s přílivovými vlnami či dokonce s bouřlivými přílivy (London Barriers, bariery v Holandsku). 3.3

ATMOSFÉRA

Atmosférické vlivy na vlastní stavbu a její materiály, případně na okolní prostředí jsou relativně nejvíce probádány. Zabývá se jimi v mnoha publikacích, jak v oblasti přírodních věd, tak i

12

stavebního inţenýrství, celá řada autorů. U těchto vlivů se jiţ stalo obvyklým i analyticky správné, oddělené hodnocení vlivu atmosféry na dílčí komponenty systému či subsystémy a systém jako celek. Detailně jsou např. hodnoceny atmosférické vlivy na jednotlivé stavební materiály, důsledky těchto vlivů na stavební konstrukci a v rámci daného stupně poznání a analytických metod i hodnocení spolehlivosti stavební konstrukce a její ţivotnosti. Méně je v povědomí, i odborníků, interference atmosférických vlivů s hydrosférickými či litosférickými, coţ můţe vyústit v zásadní změnu vlastností či chování např. základové půdy (aktivizace sesuvů vlivem přívalových dešťů). Podvědomě jsou přijímány také klimatické limity a vlivy na stavby. Zde ovšem je povětšinou zavedena tradice regionální výchovy odborníků. Kromě okolního prostředí stavebního objektu je nutno stavební objekt posoudit ve správném měřítku pohledu a stanovit i přípustnou míru zjednodušení. Toto platí jak pro stavební konstrukci, tak pro stavební materiály. Jsou případy, kdy lze spolupůsobící konstrukční prvky např. kamenné kvádry spojit do většího celku a tím zjednodušit systém bez ztráty reálného chování. Jiným případem je zjednodušování materiálové heterogenity. Zde je tendence některých odborníků zvláště v případě kamenných staveb systém zjednodušit aţ příliš např. „most je z pískovce―, ale nebere se v potaz různorodost pískovce jako horniny. Neznalostí potenciální variability ve sloţení a tím samozřejmě ve stanovení potenciálních vlastností a chování dílčích kamenných prvků systému můţe být narušena relevantnost zpětné vazby mezi systémem a reálným objektem pro stanovení závěrů vyplývajících z analýzy. Systém přírodních procesů ovlivňujících základovou půdu i stavební konstrukci je uveden na Obr. 1.

Obrázek 1 Systém přírodních procesů (dle Matuly 1975 in Matula, Pašek 1986).

3.4

STAVEBNÍ OBJEKT – SYSTÉM

Stavebním objektem je např. budova nebo most. Jedná se o relativně sloţitý systém stavebních prvků sestavených v ucelenou konstrukci, plnící specifický účel.

13

3.5

DÍLČÍ ČÁST STAVEBNÍHO OBJEKTU – DÍLČÍ SYSTÉM, SUBSYSTÉM

Dílčí částí systému stavebního objektu můţe být např. kamenná podpěra, jeden oblouk mostu, jeden kamenný kvádr, horninová hmota jako kamenivo v maltě – jedna částice. Uvedené chápání stavební konstrukce jako sloţitého systému, skládajícího se z dílčích systémů a zároveň jako celek tvořící subsystém okolního prostředí je základní premisou systémové analýzy. Výsledkem pak můţe být pochopení chování stavební konstrukce jako celku v určitých podmínkách a predikce budoucího chování.

4

UPLATNĚNÍ PŘÍRODNÍCH KAMENŮ - HORNIN VE STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍCH

Jak uţ vyplynulo z předchozího textu, je kámen ve všech jeho podobách nedílnou součástí jak historických konstrukcí, tak i moderních staveb. Z pohledu stavebních konstrukcí je moţné je rozdělit na následující typy: 1. Pozemní stavby a. Základové konstrukce b. Horní stavba c. Monumenty, sochy 2. Dopravní stavby a. Dlaţby, obrubníky b. Mosty c. Tunely d. Opěrné zdi, gabionové konstrukce 3. Vodní stavby a. Přehrady b. Vlnolamy a ochranné konstrukce proti abrazi a erozi c. Kolektory, vodovodní a kanalizační štoly Ve všech typech staveb se kámen uplatňuje ve formě stavebního a dekoračního kamene nebo jako kamenivo pro přípravu stavebních hmot, nejčastěji betonu.

5

SYSTÉMOVÁ ANALÝZA – ANALYTICKÉ POSTUPY

Pojem systémová analýza materiálu nelze chápat pouze jako jednoúčelový laboratorní rozbor materiálu nějak odebraného ze stavební konstrukce. Systémová analýza je mnohem komplexnější proces, který musí být řízen v závislosti na vnějších podmínkách, ve kterých konstrukce existuje nebo je plánována. Je nutno pochopit sloţité procesy interakce základové půdy a konstrukce, atmosférické a hydrosférické vlivy a v urbanizovaných oblastech nezanedbat vlivy antropogenní, které mohou fatálně ovlivnit trvanlivost stavební konstrukce. Tyto procesy dlouhodobě utvářely a utvářejí prostředí, do kterého je stavba situována a samozřejmě ovlivňují i stavební konstrukci, ovšem mnohem kratší dobu. Vzniká celá řada interakcí, které je nutné při analýze odhalit, pochopit, popsat a stanovit jejich významnost pro změnu vlastností analyzovaného materiálu. Vţdy je nutné stanovit a popsat jednotlivé komponenty, ale i celý systém, ve kterém proces působí. Fitzner (2002) se zabýval komplexním zhodnocením stavu nejstaršího a nejdéle pouţívaného stavebního materiálu - přírodního kamene a navrhl a v praxi ověřil v algoritmizované

14

podobě postupy analýzy. V rámci jeho filozofického pojetí postupu analýzy pouţil termíny běţně pouţívané v lékařských vědách, jako jsou anamnéza a diagnóza. V poslední době se analýzou hornin pouţívaných ve stavebnictví v různé formě zabývá celá řada autorů. K nejvýznamnějším však patří díla Winkler (1994), Prikryl, Smith (2007). V dílčích článcích se problematikou analýzy anorganických stavebních materiálů zabývali Gregerová, Pospíšil, Locker, Sulovský, (1994), Gregerová, Pospíšil (2000), WITZANY (2000), Witzany, Gregerová, Pospíšil, Mencl (2002), Gregerová, Pospíšil (2004). Stavební konstrukce je nutné, ať uţ ve fázi projektu novostavby nebo rekonstrukce, optimalizovat a potřeba správné analýzy před vlastním zahájením stavebních prací vede v konečném důsledku k efektivnímu vyuţití finančních prostředků zejména při rekonstrukcích (poskytnutí či zpřesnění popisu stávajícího stavu objektu včetně mapových podkladů a správných vzorků materiálů k dalším, navazujícím laboratorním analýzám). Hlavním významem správné materiálové analýzy u rekonstruovaných významných historických objektů je moţnost zamezení pouţití nevhodných restauračních postupů, které by mohly být aplikovány (mnohdy také byly) bez znalosti chování dílčích materiálů a konstrukce jako celku. Při studiu stavebních konstrukcí, zejména těch, které se vyznačují značnou heterogenitou, je nutné uplatňovat systémovou analýzu jako jeden z hlavních nástrojů práce, vedoucího k dosaţení dostačující kvality a kvantity výsledků vyuţitelných např. pro rekonstrukci objektu nebo projektování novostavby. Systémová analýza stavebních materiálů ve stavební konstrukci je velmi náročná. Existuje mnoho systémů nebo dílčích částí, které vzájemně spolupůsobí. Na jedné straně je to stavební konstrukce a materiály, které ji tvoří, na druhé straně je to okolní prostředí, které také tvoří sloţitý celek sloţený z prvků a procesů, které na stavbu působí. Do třetice je sloţitost analýzy v tom, ţe neexistuje odborník, který by byl schopen tuto analýzu provést samostatně, a proto nutně vstupuje do analýzy třetí systém tvořený odborníky, kteří mezi sebou také mají určité vztahy, spolu komunikují a ovlivňují svým chováním výsledek systémové analýzy. Z pohledu analýzy kamene je nutno rozlišovat a tomu uzpůsobovat metodiku, zda se jedná o analýzu kamene v jiţ existující stavbě, nebo zda se jedná o analýzu kamene pro navrhovanou stavbu. Co se týče analýzy stavebních materiálů v jiţ existující stavební konstrukci, tak mohou nastat komplikace, pokud je to konstrukce historická a navíc můţe být chráněna podle zákona o památkové péči nebo být např. stavbou chráněnou UNESCO. V těchto případech jsou analýzy vţdy náročnější, neboť nelze odebrat nekonečně mnoho vzorků pro přímé analytické metody, ale je nutno mnoţství vzorků redukovat na minimum a z odebrané horninové hmoty získat maximum výsledků pouţitelných při rekonstrukci stavby. Komplikací můţe být zdánlivě i technický rozvoj, kdy se analytické metody stále zdokonalují a přibývá specializací a odborníků, kteří se cítí být způsobilí pro expertní činnost, ale tím se potenciálně vytváří velký tlak na mnoţství odebrané horninové hmoty pro analýzy. Špičkově vybavená laboratoř je k ničemu, pokud v ní nejsou zaměstnáni specialisté, kteří přesně vědí, který přístroj (jaká metoda) je nejefektivnější pro stanovení určité vlastnosti horninové hmoty a jaký vzorek materiálu k tomu potřebují. Rovněţ nelze říci, ţe znalost norem a dodrţení normových postupů, je zárukou správného výsledku analýzy. V praxi se setkáváme s mnoha případy, kdy zvolená metodika průzkumu je v zásadě v pořádku, ale bez komplexnějšího posouzení (rozšíření systému, nebo detailnějšího posouzení systému) nesplnil výsledek analýzy poţadavek zadavatele (investora). Verifikace správnosti analýzy a následné realizace jejích závěrů můţe nastat v některých případech i za

15

mnoho let (viz integrace ţelezobetonové desky do Karlova mostu ve snaze ztuţit konstrukci a zajistit její větší statickou stabilitu). 5.1

ANALÝZA STRUKTURY SYSTÉMU A CHOVÁNÍ SYSTÉMU

Při analýze stavebního materiálu v konstrukci je také sloţitost tohoto procesu v nutnosti jeho rozdělení na analýzu struktury systému – materiálu a analýzu chování systému. Při analýze struktury systému je vyšetřován vztah mezi prvky systému a vazbami systému a to převáţně v jejich statické podobě. Metody analýzy by měly být voleny tak, aby vedly ke snazšímu pochopení sloţitých systémů a přechod k formulaci matematických modelů a později i snazší přechod od modelu zpět k realitě. Studovaným systémem pro nás můţe být úlomek kameniva pouţitého pro přípravu betonu, jeden kamenný blok pouţitý jako stavební kámen v kamenné konstrukci, část stavební konstrukce – jeden pilíř, oblouk nebo celá konstrukce. Zde bychom mohli zavést i pojmy globální a detailní analýza či analýza celého systému a jeho dílčích částí či podsystémů. 5.2

REÁLNÁ PROVEDITELNOST ANALÝZY

Hlavní je, aby návrh systému pro analýzu nebyl z časového hlediska následně prováděné analýzy mimo rámec zvládnutelnosti, tj. aby nebyl navrţen tak sloţitý systém, jehoţ analýza by trvala extrémně dlouho a její výsledky by jiţ nebyly pro zadavatele vyuţitelné k původně plánovanému účelu. Metody by měly být v takovýchto případech rozpracovány ve dvou verzích. Nejprve v rámci globální analýzy určíme prvky nebo vazby, které vykazují určitou vlastnost, bez podrobnějších informací o vzájemných vztazích těchto prvků nebo vazeb. Při detailní analýze pak na části systému – dílčím systému, nebo podsystému (s menším mnoţstvím prvků a vazeb) určíme a popíšeme vzájemné vztahy prvků a vazeb. Uplatnění matematického modelování materiálů v poslední době značně pokročilo, ale zdaleka ještě nedosáhlo stavu blízkého realitě, protoţe přírodní kámen je jedinečný ve svém sloţení a struktuře na rozdíl od materiálů uměle připravených. Je moţné pouze říci, ţe vzhledem k pokroku této disciplíny se postupně zmenšuje míra nutného zjednodušení systému při přechodu od reality k matematickému modelu. Analýzou struktury systému však průzkum obvykle nekončí. Většinou je poţadována analýza chování systému, která úzce navazuje na analýzu struktury. Problematika analýzy chování systémů je však ve srovnání s analýzou struktury sytému podstatně náročnější tím, ţe musí postihnout dynamiku systému. Nejběţnějšími úlohami při tomto typu analýzy jsou úlohy gnoseologické – tzn. určit původ, vlastnosti a chování dané horninové hmoty pouţité např. jako stavební kámen. Dalšími úlohami bývají úlohy diagnostické, které by měly určit závady, poruchy v systému, včetně stanovení jejich příčin a míst vzniku. Snad nejobtíţnější pak bývají úlohy predikční. Kdy zadavatel chce stanovit nebo lépe řečeno odborně odhadnout chování přírodního kamene čili systému v budoucnu. Samozřejmě je na řešiteli, aby odhadl změnu všech okrajových podmínek, za kterých systém existuje, v budoucnu bude existovat. Stanovit např. jak se změní atmosféra z hlediska znečištění nebo teploty, kolikrát budou záplavy, jestli se změní hladina podzemní vody, jestli náhodou nebude zemětřesení, je pro současný stupeň rozvoje vědy nemoţné. Je moţné však připravit varianty moţného vývoje. Systémová analýza materiálů ve stavební konstrukci je náročná, proto je nutno ji v zásadě rozdělit na terénní a laboratorní část.

16

6

PŘÍPRAVA A REALIZACE TERÉNNÍHO STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ A KONSTRUKCÍ

PRŮZKUMU

Stavební konstrukce jsou stále častěji předmětem rekonstrukcí a potřeba správného vedení terénního průzkumu před vlastním zahájením rekonstrukčních prací vede v konečném důsledku k efektivnímu vyuţití finančních prostředků na rekonstrukci, ale zejména k poskytnutí či zpřesnění popisu stávajícího stavu objektu včetně mapových podkladů a správných vzorků materiálů k dalším, navazujícím laboratorním analýzám. Hlavním významem této etapy průzkumu je moţnost zamezení pouţití nevhodných rekonstrukčních postupů, které by mohly být aplikovány (mnohdy také byly) bez znalosti chování dílčích materiálů a konstrukce jako celku. Kámen se opět vrací mezi oblíbené stavební materiály i u novostaveb, i kdyţ jiţ ne většinou jako nosný konstrukční prvek, ale spíše jako esteticky hodnotný, trvanlivý a snadno udrţovatelný materiál. Pouţívá se jiţ dnes většinou jako obkladový materiál. I u novostaveb je nutno individuálně posoudit kvalitu navrhovaného kamene, jeho vlastnosti, chování v konstrukci a trvanlivost. Stejné principy platí i pro hodnocení kameniva. Terénní průzkum stavební konstrukce je závislý zejména na velikosti a typu konstrukce, její umělecké a historické hodnotě a mnoţství pouţitých materiálů. Nedílnou součástí této etapy je rovněţ kritické zhodnocení dostupných, dříve publikovaných údajů o objektu. 6.1

FÁZE TERÉNNÍHO PRŮZKUMU

6.1.1

Shromáţdění dostupných archivních údajů

6.1.2

Přesná lokalizace a vymezení památkového objektu

6.1.3

Geomorfologie, geologie, hydrogeologie území

Sledování změn geomorfologie území. Analýza původních stavebních plánů, popřípadě analýza stavebních plánů z průběhu rekonstrukcí, kde lze zjistit změny terénu v čase. Pozornost je potřeba věnovat geologické stavbě širšího okolí objektu a detailnímu studiu základové půdy v podzákladí objektu. Hydrogeologická charakteristika je důleţitá v lokalitách, kde hladina podzemní vody buď trvale, nebo epizodicky dosahuje do blízkosti základové spáry, pokud se v podloţí vyskytuje napjatá hladina podzemní vody či je známo, ţe podzemní voda je v dané lokalitě agresivní. 6.1.4

Seizmická charakteristika území

6.1.5

Stanovení vlastnických vztahů, uţivatelských práv a střetů zájmů

6.1.6

Fotodokumentace objektu

6.1.7

Pořízení plánů aktuálního stavu objektu (fotogrammetrie)

6.1.8

Stanovení stavebního slohu a popis konstrukce

6.1.9

Makroskopická dokumentace stavu a viditelných poruch konstrukce a materiálů

Je moţné aplikovat dvojí přístup. Při makroskopickém sledování poruch konstrukce a materiálu lze vyuţít stávajících plánů pořízených fotogrammetrií a polohu a tvar viditelných poruch pouze zpřesňovat nebo při dokumentaci jednotlivých poruch pořizovat zároveň schematické nákresy částí konstrukce. První z metod je mnohem přesnější a současně lze zpětně zakreslené poruchy velmi přesně přenést do prostorového modelu objektu. Druhá metoda je rychlejší a méně finančně náročná. U významných objektů lze jednoznačně doporučit před zahájením rekonstrukce provádět tuto dokumentaci opakovaně, ve zvolené časové periodě, která postihne rozdílné vlivy působící na kamennou konstrukci v průběhu času (např. kolísání teplot a vlhkosti při střídání ročních období

17

v mírném klimatickém pásmu, nebo antropogenní vlivy). Součástí musí být rovněţ kvalitativní a kvantitativní zhodnocení alterace stavebních materiálů. 6.1.10

Posouzení moţnosti vyuţití nepřímých metod průzkumu

Při průzkumu stavebních objektů dochází ke střetu zájmů mezi vlastníkem, případně uţivatelem objektu, památkovým úřadem a průzkumnou organizací v otázce odběru vzorků stavebních materiálů. Vlastník a památkový úřad přirozeně dbají na to, aby poškození objektu v průběhu průzkumu bylo co nejmenší, průzkumná organizace má na druhou stranu zájem o odběr relevantního počtu a velikosti vzorků, ze kterých lze spolehlivě odvodit závěry prospěšné pro přípravu rekonstrukce. Vyuţitím nepřímých metod lze významně eliminovat mnoţství zásahů do konstrukce, ovšem nikoli vyloučit. Vţdy je potřeba v určeném místě provést korelační měření zvolenou nepřímou metodou a analýzu metodami přímého průzkumu. 6.1.11

Stanovení počtu druhů stavebních materiálů a jejich základní charakteristika, původ

Zásadním je jiţ v úvodní fázi terénního průzkumu makroskopické stanovení heterogenity konstrukce a vyčlenění částí stavby a druhu materiálů stejné kvality. V závislosti na typu stavebního materiálu je nutné jiţ v terénní fázi co nejpřesněji charakterizovat druh materiálu a pokud to je moţné, v součinnosti s archivními daty, stanovit či odhadnout technologii přípravy umělého stavebního materiálu nebo původní lokalitu přírodního stavebního kamene. 6.1.12

Stanovení míst odběru vzorků

Stanovení míst odběru vzorků musí odráţet heterogenitu dané konstrukce a respektovat zejména porušená místa konstrukce, variabilitu stavebních materiálů, makroskopicky patrné změny stavu, případně degradace stavebních materiálů, historii vývoje konstrukce (kaţdá část můţe být stavena v jiné slohu a v jiné době. Pokud není heterogenita doloţená archivními prameny nebo makroskopickým studiem, mohou se uplatnit nepřímé metody průzkumu k jejich segmentaci na různé části o stejné kvalitě. Pokud z archivních pramenů a makroskopických pozorování lze jednoznačně vyčíst materiálovou a konstrukční heterogenitu ztrácí nepřímé metody na významu. Místa odběru vzorků by měla postihnout: všechny druhy stavebních materiálů, včetně stupňů jejich degradace a jejich uplatnění v různých konstrukčních prvcích; stavební fáze a různé vlivy okolního prostředí (osluněná - neosluněná strana, imisně exponovaná – imisně krytá část konstrukce, návětrná - závětrná část, v blízkosti řek v povodí – proti vodí, vystavená – nevystavená sráţkám). 6.1.13

Stanovení metod odběru vzorků, včetně jejich velikosti a mnoţství

Metodiku odběru, mnoţství a velikost vzorků se musí přísně podřídit analytickým metodám, pro které jsou vzorky odebírány. Zásadně je nutno rozlišovat: vzorky konstrukční, materiálové a krust. U konstrukčních je potřeba postihnout jedním průzkumným dílem sled všech konstrukčních vrstev v daném místě. To je moţno uskutečnit formou kopaných sond, které odkryjí jednotlivé konstrukční vrstvy ve větší ploše, ale časově jsou velmi náročné a daleko více poškozují stavební objekt. Druhou alternativou je odběr jádrovým vrtáním, kdy nelze sledovat jednotlivé vrstvy ve větší ploše, ale sled jednotlivých stavebních vrstev lze spolehlivě zdokumentovat. Z hlediska časové náročnosti, finančních nákladů a míry poškození konstrukce je výhodnější pouţít rotační jádrové vrtání. Tento poznatek je v souladu i s názory zahraničních odborníků (viz metody přímého výzkumu historického mostu v Řezně). Vyuţití kopaných sond je oprávněné zejména v těch případech, kdy ve stavebně historickém objektu probíhá současně archeologický výzkum. Materiálové vzorky se odebírají rotačním jádrovým vrtáním s menším průměrem jádra (30-50mm)

18

neţ vrty konstrukční (130mm) Obr. 4, 5. Další alternativou je odběr kladivem a sekáčkem, noţem, příklepovou vrtačkou (práškové preparáty). V případě, ţe je potřebné stanovit obsah vodorozpustných solí, musí být aplikováno bezvýplachové vrtání. Povrchové vzorky eflorescentů jsou ponejvíce citlivě odebírány skalpelem a uskladněny v pevném obalu, aby nedošlo k porušení jejich krystalového tvaru. Pečlivě je nutno také odebrat vzorky vod vytékajících z konstrukce 6.1.14

Stanovení způsobu opravy míst dotčených odběrem vzorků

6.1.15

Charakteristika okolního klimatu včetně meteorologických a hydrologických extrémů

6.1.16

Přesná analýza imisí v širším okolí objektu

6.1.17

Stanovení hlavních zdrojů emisí v širší oblasti a jejich vývoj v čase

6.1.18

Vyhodnocení terénních dat

6.1.19

Závěr

Metody terénního výzkumu a jejich uplatnění při průzkumu stavebních objektů se neustále vyvíjejí současně s rozvojem dostupného přístrojového vybavení. Komplikovanost průzkumu stavebních objektů tkví v nezbytnosti vyuţití řady specializovaných vědních disciplín, bez jejichţ přispění nelze získat věrohodná fakta. Problémy jsou zejména ve sladění pouţívané odborné terminologie, měřítka pohledu na stavební objekt nebo jeho dílčí části (heterogenitu materiálovou či konstrukční). Zde lze k objektu přistupovat v měřítku makro- tj. celá konstrukce, dílčí části konstrukce; v měřítku meso – tj. jednotlivé stavební prvky; v měřítku mikro- např. dílčí části stavebních prvků nebo soubory dílčích částí stavebních prvků (kamenivo v betonu, jednotlivá zrna minerálů ve stavebním kameni atd.) a v měřítku nano- tj. studiu dílčích částí komponent stavebních prvků (např. studiu novotvořených minerálů v pórovém systému stavebních materiálů). Vhodné metody průzkumu stanoví tým odborníků pověřený průzkumem daného objektu. Metody průzkumu jsou publikovány a diskutovány v řadě odborných prací (Winkler 1994, Fitzner 2002, Fitzner, Heinrichs, La Bouchardiere 2002). Materiálové vzorky, či jejich části, by měly být v případě významných staveb zachovány po delší dobu, aby bylo moţno v případě potřeby udělat kontrolní rozbory (samozřejmě jen u těch vlastností, které se nemění s časem).

Obrázek 2 Fotodokumentace stavu historického objektu část studovaného objektu. Záběr na 3 pilíř, Karlův most v Praze. Foto P. Pospíšil.

Obrázek 3 Dokumentace degradovaných pískovců Karlova mostu v Praze. Foto M. Gregerová.

19

Obrázek 4 Odběr jádrových vzorků stavebních materiálů bezvýplachovým vrtáním 130 mm. Foto P. Pospíšil.

7

LABORATORNÍ KONSTRUKCÍ

ANALÝZA

Obrázek 5 Odběr jádrových vzorků stavebního materiálů maloprůměrovou vrtnou soupravou v horizontální poloze. Foto P. Pospíšil.

MATERIÁLU

STAVEBNÍCH

Návazně na kvalitní práci v terénu a odběr reprezentativních vzorků kamene lze pokračovat v analýze v laboratoři. Vlastnosti studované laboratorně lze rozdělit na 3 podskupiny: a) fyzikálních vlastnosti materiálů; b) mineralogicko-petrografické vlastnosti; c) chemické, mikrochemické a biochemické vlastnosti. Na základě praktických zkušeností lze doporučit kombinaci fyzikálních, petrografických a chemických metod při studiu přírodního kamene. V následujícím textu je uveden přehled základních metod a zhodnocen jejich význam pro studium vlastností stavebního kamene. 7.1

FYZIKÁLNÍCH VLASTNOSTI MATERIÁLŮ A JEJICH ANALÝZA

Zkoušky fyzikálních vlastností stavebních materiálů v laboratoři (Cieplak 2004), které jsou jasně definovány příslušnými normami lze rozdělit na: 1. Nedestruktivní  Ultrazvukovou impulsní metodu s cílem určení stejnorodosti vzorků stavebního kamene a dynamického modulu pruţnosti.  Rezonanční metodu, tzn. testování kvality zkušebních vzorků (trhliny, vnitřní nehomogenity), stanovení dynamického modulu pruţnosti. 2. Destruktivní  Krychelná nebo válcová pevnost stavebního kamene  Pevnost v tahu za ohybu  Odolnost přírodního stavebního kamene proti mrazu  Nasákavost a zdánlivá pórovitost přírodního stavebního kamene  Měrná a objemová hmotnost, hutnost a pórovitost kamene  Statický modul pruţnosti

20

7.2

MINERALOGICKÉ A PETROGRAFICKÉ VLASTNOSTI MATERIÁLŮ A JEJICH ANALÝZA

Presentovaná metodika je ve výše uvedených bodech obecně platná pro všechny druhy stavebních materiálů. Při studiu konkrétních stavebních materiálů (betonu, malty, keramiky, stavebního kamene) je nutno některé z těchto bodů akcentovat a jiné naopak potlačit. To závisí na zkoumaném typu materiálu a poţadavku na mineralogicko-petrografickou analýzu. Tato závisí na poţadavcích projektantů či vlastnících stavebního objektu, umělecké a historické hodnotě či významu studovaného objektu. Specifické mikro a nanostrukturní studium sekundárních minerálů a eflorescentů. Minerály sekundárně vznikající v nebo na stavebních materiálech jsou často komplikované chemické sloučeniny rozmanitých krystalových tvarů, velmi citlivé na změnu okolních podmínek. Z tohoto důvodu je potřeba zdůraznit absolutní preciznost při odběru a manipulaci se vzorky a jejich co nejrychlejší analyzování. Základem je jednoznačně rozlišit sekundárně vzniklé minerály od primární hmoty stavebního materiálu (např. hranice kamenivo versus pojivo). Základními principy studia jsou:  Kvalitativní a semikvantitativní zhodnocení výskytu jednotlivých minerálů v pórovém systému kamene, betonu a malt;  Kvalitativní a semikvantitativní zhodnocení výskytu jednotlivých minerálů v eflorescentech výkvětech;  Semikvantitativní hodnocení změny obsahu solí vzhledem k výsledkům předchozích průzkumů a periodickým změnám okolního klimatu.

Obrázek 6 Mikrostruktura pískovce s ţelezitým tmelem. III oblouk Karlova mostu v Praze. Zvětš. 32x. Foto M. Gregerová

Obrázek 7 Eflorescenty sádrovce ze IV. oblouku, Karlova mostu. Šířka obrázku reprezentuje 300 µm. Foto M. Gregerová.

V průběhu přípravy vzorků pro analýzy musíme pečlivě zvaţovat poţadovanou přesnost analýzy, která musí odpovídat moţnostem pouţité metody a cílům určení. Současné analytické metody jsou natolik citlivé, ţe výsledky můţe ovlivnit např. i nepřesný odběr vzorků (např. jiná hloubka, vzdálenost od kontaktu s jiným materiálem, chybějící izolace apod.). Přitom náklady na přesné analýzy neustále rostou (zvyšují se náklady na speciální laboratorní přístroje). Dále je potřeba zváţit, zda jsou pro dané rozbory k dispozici všechny údaje potřebné k jejich interpretaci. Pouţité metody musí být rovněţ statisticky adekvátní poţadovaným interpretacím. Výsledky rozborů musí být statisticky zpracovány, aby byly vyloučeny extrémní hodnoty, které by mohly

21

zásadním způsobem ovlivnit celkovou interpretaci zjištěných výsledků rozborů, a tím i závěry celkové (např. mikrosktrukturní analýzy). Tabulka 1 Příklad variability modálního sloţení studovaných vzorků kameniva v % (asfaltový beton pláště horní nádrţe Dlouhé Stráně). Vzorek č.

1

2

3a

3b

4

5

6

7

8

9

10

Olivín

18

4

18

5

18

9

19,5

5,5

9

7

8,5

Pyroxen

63

33,5

63

45

63

38

63

34

38

43

40,5

Plagioklas

8,5

29

8,5

32

8,5

44

7

24,5

44

39

39

Nefelin

2

5,5

2

Zeolit

3

4

3

Opakní miner.

10,5

28,5

10,5

18

10,5

9

10,5

26,5

9

6

12

70 60 50

Olivín Pyroxen

40

Plagioklas nefelin

30

zeolit Opakní minerály

20 10 0 1

2

3a 3b

4

5

6

7

8

9

10

Obrázek 8 Modální sloţení bazaltového kameniva z vrtných jader VABH a VABM pláště horní nádrţe Dlouhé Stráně.

Zásadním předpokladem je, aby jednotlivé rozbory, interpretace jejich výsledků a následná syntéza poznatků do celkových výsledků analýzy byly prováděny stejnou metodikou a pokud to je moţné, i ve stejné laboratoři a stejnými pracovníky. Pro ověření správnosti celkových výsledků analýzy je moţné celou analýzu (nikdy ne jen dílčí části) zadat jiné laboratoře, s tím, ţe všichni pracovníci, kteří s kontrolními vzorky budou pracovat, budou respektovat výše uvedené principy mikro a nanostrukturní analýzy. Práce s mikroskopickými a nanoskopickými vzorky vyţaduje extrémní přesnost a pečlivost ve všech etapách analýzy (např. stejné paralelní vzorky analyzované v kontrolní laboratoři na stejném přístroji, ale s pouţitím jiného standardu – v případě chemických mikroanalýz, můţe změnit výsledky rozborů o jednotky procent; tato chyba se však můţe následným statistickým zpracováním a interpretací výsledků ještě výrazně zvýšit).

22

7.3 7.3.1

CHEMICKÉ, MIKROCHEMICKÉ A BIOCHEMICKÉ VLASTNOSTI A JEJICH ANALÝZY Komplexní silikátové analýzy

Pro chemické analýzy je výchozím materiálem práškový preparát o hmotnosti několika gramů. Důraz musí být kladen na dokonalou homogenizaci vzorku. Pro sníţení chyby chemického rozboru analýzy jsou chemické analýzy prováděny paralelně. Prování chemických silikátových analýz musí být svěřenou pouze takové laboratoři, která má sdaným typem analýz dostatečné zkušenosti (jsou známé i případy kdy nezkušená laboratoř, volbou nevhodné analytické metody stanovila v křemenném pískovci, který má obvykle 80-90% SiO2 obsah niţší neţ 1%). 7.3.2

Mikrochemické analýzy sekundárních minerálů a distribuce vybraných prvků v pórovém systému materiálů pomocí mikrosondy

Vzorky připravované pro mikrochemické rozbory (EDX) nejsou na rozdíl od chemických silikátových analýz směsné práškové preparáty. Na vzorku musí být řezáním a leštěním připravena lesklá plocha malých rozměrů (nejčastěji 3x2cm) na níţ je pozorovatelné celkové uspořádání jednotlivých stavebních částic a pórového systému studovaných materiálů. V průběhu analýzy se detekuje prvkové sloţení materiálu. Detekční schopnost uvedené metody je v řádu nanometrů. Kvalita EDX analýzy závisí jak na vlastní detekci prvku v přístroji a zvoleném standardu, tak i na interpretaci získaných dat a druhu pouţitého software pro interpretaci, kdy se z jednotlivých prvků počítají chemické sloučeniny. Pro studium migrace sekundárních solí v pórovém systému je velmi důleţité zhodnocení chemických sloučenin v ploše pórů – tzv. plošná distribuce prvků - Obr. 9. Povrch vzorku

3 mm pod povrchem

Na

Cl

Ca

23

S

Obrázek 9 Plošná distribuce prvků na vzorku zvětralého godulského pískovce.

Přítomnost Na a Cl jak na povrchu tak i těsně pod povrchem dokumentuje zastoupení NaCl ve vzorku v obou zkoumaných rovinách. Ca a S spolu patrně tvoří CaSO4 . 2H2O (vzniká reakcí z oxidu siřičitého přítomného v atmosféře). V případě Ca je vidět niţší zastoupení těsně pod povrchem neţ na povrchu. 7.3.3

Mikrochemické analýzy eflorescentů

Příprava vzorků pro mikrochemické studium eflorescentů je velmi náročná, jak při odběru vzorků v terénu, tak i při dalších manipulacích se vzorky v laboratořích. Jedná se odběry velmi malých vzorků krust „vykvetlých― na povrchu stavebních materiálů, u kterých je důleţité pro další analýzu dodat k laboratornímu zhodnocení nejen „hmotu― vzorku, ale po celou dobu přípravy vzorku uchovat i krystalový tvar jednotlivých solí. S ohledem na to, ţe se ponejvíce jedná o nhydráty solí, musí tyto být vlhkost okolního prostředí studovaného vzorku, od odběru aţ po analýzu v přístroji, konstantní. Odchylka vlhkosti jak směrem nahoru tak dolů vede k rekrystalizaci nebo vyplavení eflorescentu a tím i k chybné analýze. Jiným případem je přítomnost krystalů bezvodých, ale vodorozpustných solí, u kterých můţe vlhkost prostředí v určitém intervalu kolísat beze změny kvality vzorku, ale musí být zamezeno radikálnímu zvýšení vlhkosti prostředí, či dokonce vlhčení vzorku vodou. Analýza se provádí ve spojení výzkumu chemického s morfologickým. Vzhledem k tomu, ţe jak výplň pórového systému, tak i eflorescenty jsou nejčastěji tvořeny vodorozpustnými solemi je nutno v celém procesu odběru a přípravy vzorku zachovat konstantní vlhkost okolního prostředí a nesmáčet vzorek vodou. Biochemické procesy degradace nelze stanovit jinak neţ ve specializované laboratoři. Metody studia jsou přehledně publikovány jak v ČR Wasserbauer (2000), tak i v zahraničí. Za nejpodstatnější, v rámci petrografického a mineralogicko-geochemického zhodnocení stavebních materiálů kamenných konstrukcí lze povaţovat následující:  hodnotit materiál v návaznosti na místa odběrů;  výběr vhodné metody dle poţadovaných výsledků;  Porovnávat fotografickou dokumentaci míst odběru vzorků, odebraných makrovzorků a mikrofotografií s výsledky analýz nejen v rámci jednoho měření, ale v časových řadách v závislosti na okolních podmínkách;  výsledky laboratorního studia kvantifikovat a klasifikovat v souvislosti s materiálovou a konstrukční heterogenitou historických objektů;  vést v patrnosti, ţe výsledky experimentálních studií nemohou nikdy zcela odpovídat přírodním poměrům;  mít na zřeteli, ţe k reálné interpretaci nestačí jen jedno určení, ale je nutné zhodnotit celý soubor navzájem relevantních vzorků reprezentujících stavební objekt.

24

Obrázek 10 Vz.č. IV-3-D (c). Tabulkovité, nepravidelně omezené, krystaly alunogenu (Al2(SO4)3·17(H2O)). Cameca SX 100. Šířka obrázku reprezentuje 350 µm. Foto R. Čopjaková.

Obrázek 11 Vz. č. X-2-E. Halit s bílými povlaky niteru. Cameca SX 100. Šířka obrázku reprezentuje 450 µm Foto R. Čopjaková.

Archivace získaných dat Veškerá data shromáţděná v průběhu terénního a laboratorního průzkumu by měla být archivována především v elektronické formě, a to jak v dílčích souborech samostatně poskytovaných jednotlivým specialistům, tak i v centrálním informačním systému, kdy jsou jednotlivá data ukládána ve vztahu ke geometrickému modelu studovaného objektu. Cílem elektronického uloţení dat je moţnost jejich snadného poskytování bez dalších vynaloţených nákladů, a to nejen místně, ale i pomocí internetu na velké vzdálenosti. Tím mohou spolupodílet na průzkumu (aktuálně ovlivňovat jeho průběh) i specialisté, kteří nejsou fyzicky přímo přítomni u sledovaného objektu. Rozvoj informačních technologií je z tohoto důvodu potřeba neustále sledovat, protoţe moţnosti jejich aplikací při terénním průzkumu historických objektů se neustále rozšiřují. 7.3.4

Návrh klasifikace stavu stavebních objektů na základě systémové analýzy stavebních materiálů

Objekt

Neporušený

Slabě porušený

Popis stavu Nejsou pozorovatelné známky degradace stavebních materiálů, ani rupturní či plastické porušení. Ani mikroskopické analýzy neprokazují vyšší zastoupení sekundárních minerálů. Fyzikální vlastnosti odpovídají tabulkovým. Na některých materiálech jsou pozorovatelné projevy slabé degradace. Dochází ke změně barvy materiálů, způsobené tvorbou sekundárních minerálů přímo ve struktuře hmoty či na jejím povrchu (krusta). Tyto změny jsou jednoznačně potvrzeny mikroskopickými rozbory. Je měřitelné malé sníţení kvality materiálu při fyzikálních zkouškách u reprezentativních vzorků.

25

Středně porušený

Silně porušený

Velmi silně porušený

8

Na většině stavebních materiálů jsou zjevné barevné změny. Místy dochází k drolení materiálu či exfoliaci částí hmoty. Mikroskopické analýzy prokazují výskyt sekundárních minerálů a tím i degradace i hlouběji v materiálu. Je prokazatelné významné sníţení fyzikálních vlastností materiálů, ale bez zjevných deformací. Degradace je u většiny materiálů prokazatelná makroskopicky, exfoliací větších částí hmoty, coţ vede k výraznému sníţení fyzikálních parametrů a místy k rupturním či plastickým deformacím hmoty. Bez statického ohroţení stavby. Degradace postihuje většinu hmoty stavebních materiálů. Hodnoty fyzikálních vlastností materiálů jsou natolik nízké, ţe u podstatné části z nich dochází k deformacím. Je ohroţena statická bezpečnost či funkčnost konstrukce.

ZÁVĚR

Metody systémové analýzy jsou zcela zásadními při hodnocení sloţitých systémů, jakými jsou stavební kámen nebo kamenivo při jejich interakci se stavební konstrukcí a okolím. Uvedené postupy a příklady jasně dokumentují sloţitost analýzy, nutnost komplexního posouzení celého problému a náročnost z hlediska interdisciplinárního výzkumu a tím potřebné spolupráce někdy celé řady specialistů. Metody terénního a laboratorního výzkumu a jejich uplatnění při průzkumu stavebních objektů se neustále vyvíjejí současně s rozvojem dostupného přístrojového vybavení. Komplikovanost průzkumu zejména historických stavebních objektů tkví v nezbytnosti vyuţití řady specializovaných vědních disciplín, bez jejichţ přispění nelze získat věrohodná fakta pro projekt rekonstrukce. Problémy jsou zejména ve sladění pouţívané odborné terminologie různých specializací při výměně informací a zvolení správného měřítka pohledu na stavební objekt nebo jeho dílčí části (heterogenitu materiálovou či konstrukční). Vhodné metody průzkumu stanoví tým odborníků pověřený průzkumem dané stavební konstrukce. Pouze aplikací systémové analýzy a syntézy lze dosáhnout optimalizaci průzkumu přírodních materiálů pro dosaţení specifického cíle na konkrétním objektu - systému. Richard Phillips Feynman ve své publikaci Radost z poznání uvedl zásadní myšlenku, která v současnosti platí dvojnásob:„Kdysi si někteří lidé mysleli, ţe většina lidí nemůţe realizovat své schopnosti, protoţe je negramotná. Kdyby byli všichni vzdělaní, nemohli by z nich ze všech být Voltairové?―. A tato myšlenka se dá přenést i do analýzy problémů stavebních konstrukcí ve vztahu k přírodnímu kameni. V současnosti je k dispozici špičkové přístrojové vybavení pro terénní práci i laboratorní výzkum. Ale znamená to tedy, ţe všechny analýzy, které budou prováděny, budou špičkové? Určitě ne a lze to doloţit příklady z praxe.

26

9

POUŢITÁ LITERATURA:

AMOROSO, G. G., FASSINA, V. Stone decay and conservation, Amsterodam: Elsevier, 1983. BAEDEKER, P., A. et al. REDDY, M. M. The erosion of Carbonate Stone by Acid Rain: laboratory and field investigations and review of the chemistry of carbonate stone weathering, Journal of chemical Education, 1990, vol. 55. BAYER, K. Metody odsolování při restaurování porézních materiálů; Seminář STOP. Odsolování památkově chráněných staveb― 1999. CIEPLAK, S. Porovnávací zkoušky pískovců s využitím nedestruktivních metod zkoušení. Diplomová práce, Fakulta stavební, VUT v Brně. 2004. CLARK et al. The thaumasite form of sulfate attack: risks, diagnosis, remedial works and guidance on new construction. Special publication Watford: BRE, 1999. ČICHOVSKÝ, L Changes of the pore system and the interstratification mode of the I-M layer structure weathered marlstones (historical buildings in Prague). Acta Univ. Carol., Geol.,čís. 1, s. 223-244. VOLLBRECHT, A.. Natural Stone, Weathering Phenomena, Conservation Strategies and Case Studies. Geological Society, London, 2002, Special Publications, 205, 51-64. FEYNMANN, R.P. Radost z poznání. Praha: Aurora, 2003, 336 s. FITZNER, B. Damage diagnosis on stone monuments - in situ investigation and laboratory studies (English).- Proceedings of the International Symposium of the Conservation of the Bangudae Petroglyph, 15.07.2002, Ulsan City /Korea: 29-71, Stone Conservation Laboratory, Seoul National University, Seoul, Korea. FITZNER, B., HEINRICHS, K., LA BOUCHARDIERE, D. Damage index for stone monuments.in: Galan, E. & Zezza, F. (ed.): Protection and Conservation of the Cultural Heritage of the Mediterranean Cities, Proceedings of the 5th International Symposium on the Conservation of Monuments in the Mediterranean Basin, Sevilla, Spain, 5-8 April 2000: 315-326, Swets & Zeitlinger, Lisse, The Netherlands. 2002. GORBUSHINA, A.A. Life on the Rocks. Environmental Microbiology 9 (7): 2007, pp.1613-1631. GREGEROVÁ, M., POSPÍŠIL, P., LOCKER, J., SULOVSKÝ, P. Engineering-geological Aspects of the Reconstruction of Charles Bridge in Prague. In Oliveira, R. - Rodrigues, L.F. - Coelho, A.G. - Cunha, P. Proceedings of the 7th Congress of the International Association of Enginnering Geology, Lisboa. 1. vyd. Lisboa : A.A.Balkema, 1994., p. 3627-3634. ISBN 90-5410-503-8. GREGEROVÁ, M., POSPÍŠIL, P. Causes of Degradation of Lednice Mansion Building Materials. Proceedings of an international conference ENVIWEATH 96. Brno. 1998. pp. 72-75. GREGEROVÁ, M., POSPÍŠIL, P. Možnosti digitální rastrové technologie pro studium degradačních procesů (Application of digital raster technology in the study of degradation processes.). In Mikroskopie 2000. 1. vyd. Praha: ČVUT Praha, 2000, p. 25-30. GREGEROVÁ, M., WASSEBAUER, R. Charles Bridge biocorrosion. In "Kontra 2002". Warszawa-Zakopane, 2002, p. 257-262. GREGEROVÁ, M., FOJT, B., VÁVRA, V. Mikroskopie horninotvorných a technických minerálů. 1. Vyd. Brno: Moravské zemské muzeum, 2002, 315 s. GREGEROVÁ M., POSPÍŠIL P. Thaumasite and ettringite formation affected by aggregate and cement composition in concrete.- 9thEuroseminar on Microscopy Applied to Building Materials. Extended Abstracts & CD-ROM. Trondheim, Norsko, 2003. pp. 9.-12. GREGEROVÁ M., POSPÍŠIL P. Příprava a realizace terénního průzkumu historických kamenných konstrukcí. Kámen, 2004, vol. 10, no. 3. s. 71-77.

27

GREGEROVÁ M., POSPÍŠIL P. Petrografické a mineralogicko-geochemické zhodnocení stavebních materiálů historických kamenných konstrukcí. Kámen, 2005, vol. 11, no. 1, s. 26-32. HABR, J., VEPŘEK, J.: Systémová analýza a syntéza. SNTL – Státní nakladatelství technické literatury. Praha: 1986, s. 316. HIRSCHWALD, J. Handbuch der bautechnischen Gesteinsprüfung. Berlin Borntraeger. 1912. JAHN, J. J. Pamětný spis o nerostných pokladech Moravy. Nákladem Morav. Zems. Výboru, Brno, 1917, 77 stran. JAHN, J. J. Moravských mramorech. Kámen, roč. IX., č. n, Praha, září 1928. JAHN, J. J. Data o produkci ozdobných kamenů, zvláště mramoru, v r. 1926—1927. Kámen, 1928, roč. IX. JAHN, J. J. Socha sv. Václava. Kámen, 1929, roč. X. JAHN, J. J. O přirozených kamenech, pouţitých ve velechrámu sv. Víta. Kámen, 1929, roč. XI., č. 2. JAHN, J. J. Kamenická výzdoba novostaveb Báňské a hutní společnosti v Praze. Stavitelské listy, 1930, roč. XXVI., čís. 16, str. 284—287. JAHN, J. J. Produkce nerostů a hornin v Německu. Kámen, 1931, roč. XII., č. 7. JAHN, J. J. Boj proti říšsko-německému mramoru a granitu v Československu. — Kámen, 1931, roč. XII., čís. 8. JAHN, J. J. Kamenická výzdoba hradu Karlštejna. Kámen, 1931, roč. XII., čís. 10, str. 130. JAHN, J. J. Stavební a dekorační kameny v ČSR. Stavitelské listy, 1931, roč. XXVII., čís. 19 a čís. 20. JAHN, J. J. Mramorové bohatství naší republiky. Národní listy, 1932, čís. 135. JOSEF, D., MENCL, V., ŠMERDA, Z, WITZANY, J. Karlův most. Pamětní publikace „Most tisíciletí a mosty století v České republice―, mezinárodní symposium Mosty 2001, Brno. 2001. KOTLÍK, P. Působení posypových solí na památkové objekty. Příroda a památky, 1984, 10, 589591. KOTLÍK, P., BURSÍKOVÁ, I.: Přírodní kámen pro památkové stavby, časopis Stavba, 1999, 5/99, p. 70 – 73,. KUKAL Z. Rychlost geologických procesů. Praha: Academia, 1983, 280 str. MATOUŠEK, M., DROCHYTKA, R. Atmosferická koroze betonů. Praha: IKAS, 1998, 171 s. MATULA, M., PAŠEK, J. a kol. Regionální inženýrská geologie. Praha: SNTL, 1986, 250 s. MERRILL, G. P. Stones for Building and Decoration. Third edition, John Wiley & Sons. New York, Chapman & Hall, Limited. London. 1910. PELIKÁN, B. Poškození přírodního kamene posypovými solemi. Památková péče, 1967, 27, 15 s. POSPÍŠIL P., LOCKER J., GREGEROVÁ M., SULOVSKÝ P. Engineering-geological Aspects of Reconstruction of Charles Bridge in Prague. In: Proceedings 7th Inter. Congress. I.A.E.G. Lisboa. 1994. pp. 3627-3634. POSPÍŠIL, P. Uplatnění mineralogie, petrografie a geochemie při rekonstrukci kamenných památek. Exploration Geophysics, Remote Sensing, Environment, 1996, Vol. 2., ISSN 1211-359X. PRIKRYL, R., SMITH, B.J. ed. Building stone decay from Diagnosis to Conservation. London: Geological Society special publication 271, 2007, 339 s. STERFLINGER, K., KRUMBEIN, W. E., RULLKÖTTER, J.:Patination of marbles, sandstone and granite by microbial communities. Z. dt. geol. Ges. 150: 299-311, 1999 STRECKEISEN, A. Classification and nomenclature of volcanic rocks, lamprophyres, carbonatites and melilitic rocks. Geol. Rundschau, 1979, 69. 194-207. SULOVSKÝ, P., GREGEROVÁ, M. (1994): Geochemical characterisation of weathering of the Charles Bridge in Prague, Czech Republic. In Third International Symposium on Environmental

28

Geochemistry (Krakow, Poland, 12-15 September 1994), Abstract Volume. 1. vyd. Krakow : University of Mining and Metallurgy, Krakow, 1994, p. 395-396. ISBN 83-902365-0-8. SULOVSKÝ, P., GREGEROVÁ, M., POSPÍŠIL, P. Mineralogical study of stone decay in Charles Bridge. In Proc. 8th Int. Congress on Deterioration and Conservation of Stone, ed. J. Riederer. 1. vyd. Berlin: Moeller druck und verlag Gmbh, 1996., p. 29-36. ISBN 3-00-000779-2. SYROVÝ, B. a kol. Kámen v architektuře. Praha: SNTL. 1984. 349 s. TARBUCK, E. J., LUTGENS, F. K. Earth. An Introduction to Physical Geology. Seventh edition, Prentice Hall, New Jersey, pp. 670, 2002. TEPLÝ, B. Restaurování a konzervování kamene. Hořice: Nadace Střední průmyslové školy kamenické v Hořicích v Podkrkonoší, 1997. VACHTL, J. Kameny a zeminy ve službách člověka. Praha: Jos. R. Vilímek, 1946, 205 s. VELFLÍK, A. Nauka o stavebních hmotách, zvláště o horninách technicky významných, o jejich zkoumání a zpracování. Praha: Česká matice technická, 1914. WARNES, A.R. Building Stones. London: Ernest Benn Limited, 1926, 269 pp. WASSERBAUER, R. Biologické znehodnocení staveb, Praha: ABF, a.s., ARCH 2000, 2000, 280 s. ISBN 80-86165-30-2. WINKLER, E. M. Stone: Properties, durability in man´s environment. 2d ed. Vienna and New York: Springer Verlag, 1975. WINKLER, E. M. Stone in Architecture.- Berlin: Springer – Verlag, 1994, 313 pp. WITZANY, J., GREGEROVÁ, M., POSPÍŠIL, P., MENCL, V. Hodnocení současného stavu a oprava Karlova mostu I. etapa. Projekt - měsíčník pro stavebnictví a interiéry, Praha: Mladá fronta a.s., VI, 2, p. 21-31. ISSN 1211-9490. 2002. WITZANY, J., GREGEROVÁ, M., POSPÍŠIL, P., WASSERBAUER, R., HRUŠKA, A., CIKRLE, P. (2002): Projekt Karlova mostu. I. etapa - diskuze. Projekt měsíčník pro stavebnictví a interiéry, Praha: Mladá fronta a.s., 2002, VI, p. 27-35. ISSN 1211-9490. WTA – Schriftenreihe, Heft 8 : Verfahren zum Entsalzen von Naturstein, Mauerwerk und Putz, Aedifiketio Verlag 1996 ZELINGER, J., HEIDINGSFELD, V., KOTLÍK, P., ŠIMŮNKOVÁ, E. Chemie v práci konzervátora a restaurátora, Praha:Academia. 1987. Pouţité www stránky: EPA’s view on Al mobilization - http://www.epa.gov/science1/epe95019.pdf EPA’s acid rain page - http://www.epa.gov/airmarkets/acidrain/ Xing Wang (2003) Aluminum Mobilization from the Forest Land – http/www.esf.edu/resorg/rooseveltwildlife /Research/Al/Al.htm WWW stránky: ČEZ a.s., zeolity, jílové minerály, asfaltobeton Pouţité normy: Norma ČSN EN 12371 Stanovení mrazuvzdornosti. Norma ČSN EN 12372 Stanovení pevnosti v tahu za ohybu při soustředném zatíţení. Norma ČSN EN 13755 Stanovení nasákavosti vodou za atmosférického tlaku. Norma ČSN EN 14580 Stanovení statického modulu pruţnosti v tlaku přírodního stavebního kamene. Norma ČSN EN 1926 Stanovení pevnosti v tlaku. Norma ČSN EN 1936 Stanovení měrné a objemové hmotnosti a celkové a otevřené pórovitosti.

29

10 ABSTRACT The habilitation thesis deals with systems analysis of natural stone in structures. Natural stone is the most traditional construction material. Man utilizes the rock environment as mineral source for production of various stony materials. There are building stones, ornamental rocks or aggregates. History of stone application in construction has begun in prehistoric times and continues up to now. Man has developed during the time knowledge about the quality of stone. It represents especially the development of geological sciences and knowledge about the minerals and rocks. Their composition, structures, processes of their formation and their durability in environmental conditions. There are used various optical microscopical methods, X-ray analysis, chemical analyses. Within several last decades are applied methods of electron microscopy and microanalysis for study of rocks and building stones and aggregates too. We put the emphasis on the study of weathering or degradation processes of building or ornamental stones in relation to aggressive outer environment in last year’s. There are studied in detail degradation processes related to the formation of secondary minerals, changing of material structure and decreasing the material strength. The qualitative standards has been developed and used for stone application in structures as building and ornamental stones and especially as aggregates. But even if standards are used for assessment of rock – stone material there are known cases where standardized methods of assessment were not sufficient. It is necessary in that cases more precise, more detail and more complex study not only the material but also outer conditions and their interactions. The only systems analysis based on the most modern analytical methods can lead in those cases to correct conclusions. Just the development of logistics and systems analysis help us to solve complex systems which represent natural stones together with their interactions with outer environment as lithosphere, hydrosphere and atmosphere. The biogenic or anthropogenic influence is predictable with difficulties. It is necessary to differentiate systems analyses between newly constructed structures from historical structures. It is very important on the base of the author’s opinion to collaborate over many experts during the solution of so complex problems. The presented thesis tried to assess application of stone material in various forms in various structures and describes the analytical ways of those materials. As it is necessary to understand the structure as very complicated subsystem of wider system formed by the structure and outer environment the only systems analysis of so many components and relations can result in correct conclusions. Those conclusions are answers for questions about cause of structure failure, lifetime of structure or reliability of the structure in specific time.

30