Sto let Kloknerova ústavu

U zrodu Výzkumného ústavu stavebně inženýrského stál František Klokner (obr. 1), mezinárodně uznávaný odborník v oblasti betonářství, od roku 1909 mimořádný profesor pro statiku speciálních konstrukcí pozemního stavitelství a železných konstrukcí pozemního stavitelství, jmenovaný roku 1917 řádným profesorem železobetonu a pozemních ocelových konstrukcí. V akademickém roce 1917/1918 byl děkanem odboru pozemního stavitelství a v roce 1919/1920 děkanem odboru stavebního inženýrství. O téměř desetiletí později, roku 1928/1929, stanul v čele ČVUT v Praze jako rektor. K jeho nejnadanějším posluchačům se řadil jeho příští spolupracovník a de facto spoluzakladatel ústavu Bedřich Hacar, jenž se v meziválečném období soustředil především na technická řešení důležitých staveb a postupně rozšiřoval svůj odborný profil o rekonstrukční aspekty památkových objektů.

Počátky výzkumné činnosti

V prvních letech své existence sídlil ústav v dřevěném pavilonu přepraveném z někdejšího uprchlického tábora v Chocni na dvůr budovy pražské techniky na Karlově náměstí č. 14, v němž byla zřízena větší zkušebna o ploše 210 m² a šest pracoven a laboratoří po 28 m². Postupně v něm bylo instalováno strojní a přístrojové vybavení nakoupené např. od švýcarské strojírenské firmy Gebrüder Amsler či od domácích dodavatelů Ferrovia, Ing. Hynek Švarc a spol. či Akciová společnost strojírny, dříve Breitfeld, Daněk a spol. I po získání části sklepních a přízemních prostor hlavní budovy školy ovšem zůstávala disponibilní prostorová kapacita ústavu hrubě nedostatečná. K zásadnímu obratu došlo v roce 1935, kdy byla dostavěna dejvická budova ČVUT. Ústavu bylo vyčleněno 7 010 m², na nichž si pracoviště Františka Kloknera zařídilo zkušebny, laboratoře, kanceláře, knihovnu či učebnu pro studenty.

První státní autorizaci v oboru stavebních hmot s právem vydávat o zkouškách vysvědčení s povahou veřejných listin získal ústav v roce 1924 a k tomuto roku se váže i změna jeho názvu na Výzkumný a zkušební ústav hmot a konstrukcí stavebních (VZÚHKS). K prodloužení její platnosti došlo za první republiky celkem dvakrát (v letech 1929 a 1934), byť pokaždé s určitým zpožděním způsobeným ministerskými administrativními průtahy, takže v inkriminované době neměla vydávaná vysvědčení vždy po několik měsíců oficiálně povahu veřejných listin. Základní existenční ideou, již František Klokner vetkl svému ústavu do vínku, tvořil a dodnes stále tvoří vzájemně se podporující rozvoj činností zkušebnické, výzkumné a pedagogické. Paleta zkoušek a výzkumu pracoviště se postupem času rozšiřovala především v součinnosti s aktuálními potřebami československého průmyslu. Jednoznačně největší část zakázek se týkala betonu a betonových konstrukcí, během jejichž vyřizování byl zjišťován podíl cementu, písku a štěrku, poměr mísení a kvalita těchto materiálů. Na konstrukcích, jejich částech či modelech byly prováděny testy v tlaku, tahu, ohybu, vzpěrné únosnosti apod. Obdobně probíhaly rovněž zkoušky kovů, převážně železa a kovových konstrukcí, k nimž patřilo i posuzování kvality železa používaného pro výrobu železobetonu. Progresivní nástup zaznamenávalo svařování ocelových konstrukcí. Opomíjeno nebylo ani zkoušení různých druhů dřeva (včetně cizokrajných) a dřevěných staveb, zvláštní pozornost byla věnována možnostem spojení jednotlivých dřevěných dílů šrouby, hmoždinkami či lepením. Jedním z charakteristických staviv meziválečného období se stal také sklobeton, jehož vývoj a použití byly spjaty mj. i s ústavem Františka Kloknera.

Od roku 1923 se ve VZÚHKS zkoušely přirozené a umělé kameny a ve druhé polovině dvacátých let bylo portfolio ústavu rozšířeno o zkoušky zdiva, zatěžovací zkoušky staveb všeho druhu a zatěžkávací zkoušky základové půdy. Stranou pozornosti nezůstávaly ani tzv. pomocné stavební materiá­ly, sklo, dlaždice, izolační hmoty, provazy, řemeny, plátna ad. Přechodně se ústav zabýval výzkumnými pracemi souvisejícími s konstrukcemi letadel, zkoušením pevnosti lan v tahu, vzpěrných konstrukcí trubek, konstrukčních prvků a celých dílců vzdušných dopravních prostředků.

Podíl ústavu na infrastrukturních stavbách

K nejvýznamnějším kapitolám meziválečných dějin ústavu patří jeho participace na výstavbě důležitých infrastrukturních staveb v Československu, zvláště přehrad, mostů, silničních a železničních těles. Vodní díla v něm byla zastoupena především budováním vodních nádrží Štěchovice a Vranov, pro které dejvické pracoviště zajišťovalo například zkoušky kameniva, betonových směsí či základových půd. K mostním stavbám je třeba řadit zejména obloukové mosty velkých rozpětí ze železobetonu, např. Jiráskův a Hlávkův most v Praze či Jubilejní most přes Lužnici v Bechyni, přezdívaný „Duha“, ale i mosty ocelové, např. Tyršův most v Děčíně. Pro zdárné dokončení jejich výstavby a zprovoznění byly ve VZÚHKS realizovány zkoušky na modelech i hotových stavbách v podobě měření deformací mostů při odskružení a zatěžkávacích zkouškách a také experimenty na vzorcích sond, betonových kostek, kovových částí apod. Vozovky byly v meziválečném Československu budovány i díky úspěšné sérii zkoušek směsí z cementového betonu, asfaltového betonu, mlatových povrchů či dlažeb. Znepokojivá mezinárodní situace ve druhé polovině třicátých let s sebou přinesla i rozsáhlé investice státu do budování pohraničního obranného opevnění a ústavu připadla zásadní role při výběru stavebního materiálu a garantování jeho kvality, stejně tak při zjištění pevnosti konstrukcí.

Pokud šlo o výukovou činnost ústavu, ta byla z podstaty jeho oborového zaměření určena především posluchačům Vysoké školy inženýrského stavitelství a Vysoké školy architektury a pozemního stavitelství. K vypsání prvních cvičení ve zkoušení stavebních konstrukcí a stavebních hmot, prozatím nepovinných, došlo roku 1926 a vedli je společně František Klokner a Bedřich Hacar (obr. 2), kteří si jejich prostřednictvím začali vychovávat nadějné spolupracovníky. Patřili k nim kupříkladu Miroslav Jirsák či pozdější ředitel Ústavu teoretické a aplikované mechaniky ČSAV Otakar Novák.

Válečná a poválečná doba

Krátce po vyhlášení protektorátu Čechy a Morava byly budovy dejvického kampusu obsazeny jednotkami SS, nicméně ústav zůstal jejich svévoli prozatím ušetřen díky úzkým vazbám na průmysl. Dne 17. listopadu 1939, kdy došlo k uzavření všech českých vysokých škol, musela být přerušena i činnost VZÚHKS, který administrativně přináležel ČVUT. Za této situace již jeho prostory příslušníci SS zabrali a zdejší zařízení nikterak nešetřili. Zvrat nastal o půl roku později, v květnu 1940, kdy se Bedřichu Hacarovi podařilo prosadit opětovné zprovoznění ústavu. Dohled nad pracovištěm nesoucím nově název Forschungs- und Prüfungsanstalt für Baustoffe und Baukonstruktionen byl ovšem svěřen profesorům německé techniky Juliu Fiedlerovi a Augustu Gessnerovi a povinně musely být upřednostňovány zakázky pro Říši a wehrmacht. Hlavním zadavatelem zakázek se stal zbrojní koncern Junkers Flugzeug- und Motorwerke, který ústav využíval především k realizaci zkoušek materiálů a komponentů souvisejících s výrobou vojenských letounů.

Za druhé světové války se ústav rovněž významně podílel na budování strategických dopravních komunikací v protektorátu, mezi nimiž vévodila tzv. Hitlerova dálnice, mající propojit Prahu, Brno a hranici se Slovenskem. Z původních plánů se však podařilo rozestavět pouze úsek o délce 77 km zahrnující i čtyři mosty, z nichž jeden tvoří v současnosti používaný dálniční most u Senohrab, u druhého byla využita spodní část dnešního dvoupatrového Vojslavického mostu, pozdější zprovoznění mostů Sedleckého a rovněž u Hulic znemožnilo vybudování vodní nádrže Švihov v šedesátých a sedmdesátých letech. Význačným stavebním objektem vybudovaným za protektorátu se stal železobetonový obloukový most u jihočeského Podolska, tzv. „Brána do nebe“. Ústav se na jeho úspěšné realizaci podílel zkouškami betonových kostek a přímo na stavbě zkouškami pevnosti a pružnosti v tahu a tlaku. V případě Štefánikova mostu v Praze se vypomáhalo při výstavbě jak dřevěného provizoria, tak finální železobetonové konstrukce. Inicia­tivně se okupační úřady chopily také někdejších plánů na zhotovení vodního díla na Berounce, jež ovšem podobně jako dálnice nebylo nikdy dokončeno. Předběžné zkoušky pro samotnou stavbu, experimentální vývoj speciálního přehradního nízkohydratačního cementu či zkoušení nové technologie chlazení betonu v přehradním tělese vodou spočívaly na bedrech právě dejvického výzkumného a zkušebního ústavu.

Během osvobozování Prahy v květnu 1945 došlo ke značnému poškození ústavních prostor, které se nacházely v budově obsazené německými vojáky. Škody v nich napáchala jak sovětská dělostřelba, tak akce vojenských a polovojenských skupin usilujících o válečnou kořist. Díky nezměrnému úsilí, vynaloženému zdejšími zaměstnanci v čele s Bedřichem Hacarem, se nicméně podařilo ústav velmi rychle konsolidovat a obnovit někdejší spektrum jeho činnosti. V roce 1947 došlo k rozšíření názvu pracoviště o jméno jeho zakladatele na Kloknerův výzkumný a zkušební ústav hmot a konstrukcí stavebních.

Změny v padesátých letech

Na přelomu čtyřicátých a padesátých let byly v Československu za součinnosti sovětských poradců uvedeny v chod dalekosáhlé strukturální změny, které zasáhly prakticky všechny oblasti života společnosti – vědu, výzkum a vysoké školství nevyjímaje. V jejich důsledku byl Kloknerův ústav, o nějž projevovaly eminentní zájem průmyslové resorty či Československé stavební závody, v roce 1952 vyčleněn z ČVUT a zakomponován do vznikajícího Ústavu teoretické a aplikované mechaniky (ÚTAM) Československé akademie věd (ČSAV) jako jeho největší oddělení. Z Výzkumného ústavu těžkého strojírenství sem přešlo oddělení teoretické mechaniky a skupina fotoelasticimetrie, ČVUT se musela ve prospěch ÚTAM navíc rozloučit s Ústavem pro experimentální pružnost a s laboratoří pro sypké a soudržné zeminy. ÚTAM sice společně s Kloknerovým ústavem získal i jeho dejvické umístění v Šolínově ulici, ovšem vzhledem ke svému podstatnému rozšíření a plánovanému dalšímu rozšiřování se potýkal s akutním nedostatkem místa. Ten byl částečně vyřešen získáním prostor v areálu bývalého kláštera Na Slovanech (Emauzy), jehož byl ÚTAM v roce 1960 určen operativním správcem.

Ačkoli byl ÚTAMu v souladu s primárním zaměřením ČSAV určen jako hlavní náplň činnosti základní výzkum, nebylo možné většinu dosavadních projektů a aktivit vyplývajících ze spolupráce s průmyslem zrušit zejména proto, že je nebylo komu předat. Neoddiskutovatelnou roli sehrál ústav při rekonstrukcích válkou poničených staveb, k nimž patřil i již zmiňovaný emauzský klášter. Zájem o památkovou péči obecně byl jedním z charakteristických rysů druhého ředitele Bedřicha Hacara, jenž stál např. rovněž u záchrany či renovace Míčovny Pražského hradu (obr. 4), Belvederu, Strahovského kláštera, Betlémské kaple, Klementina, kláštera Zlatá Koruna, rotundy svaté Kateřiny ve Znojmě a mnoha dalších.

Výrazně se ústav v poválečné době a v padesátých letech zapojoval do výstavby vodních přehrad, například na Slapech, na Lipně, na Flájích, v Kružberku, Křímově a především na Orlíku, kde mu byl nad celou stavbou svěřen patronát. Stranou nezůstávalo ani mostní stavitelství, řešily se konstrukční problémy vltavských mostů či se pracovalo na návrhu a zkouškách tehdejšího největšího plnostěnného obloukového mostu z oceli na světě, Žďákovského mostu. Mimoto se ústav zabýval také technologií výroby ochranného betonu z domácích surovin pro výstavbu atomových zařízení, stanovením mechanických a fyzikálních vlastností československého pěnového skla či spoluprací při zavádění výroby předpjatých trub a předpjatých železobetonových pražců. Badatelsky byl i z mezinárodního hlediska zásadní rozvoj oboru fotoelasticimetrie, který je nejen v tuzemsku spjat zvláště se jménem Václava Tesaře, a české školy stability tenkostěnných konstrukcí, již založil Miroslav Škaloud. V roce 1958 se uskutečnila světová výstava EXPO v Bruselu, odkud si ÚTAM odvezl zlatou medaili za rekonstruovaný fotoelasticimetr a tzv. Velkou cenu za strunovou tenzometrickou aparaturu pro měření v přehradním betonu.

Jak v bezprostředně poválečném období, tak ani po začlenění ústavu do struktur ČSAV se zdejší přední pracovníci nezříkali svého pedagogického působení. To se odehrávalo zvláště ve spolupráci s Fakultou inženýrského stavitelství a Fakultou architektury a pozemního stavitelství, respektive od roku 1960 s Fakultou stavební ČVUT. Vynikajícím odborným vhledem, precizností a rétorickou úrovní vynikaly zejména přednášky Bedřicha Hacara, který vedle akademického ústavu vedl též katedru stavební hmot.

Stavební ústav

Zejména v důsledku debat o nutnosti efektivnější pomoci vědy a výzkumu a uvadajícímu národnímu hospodářství došlo v roce 1963 k rozdělení ÚTAM ČSAV na dvě odlišně zaměřená pracoviště, kdy jedno zůstávalo pod týmž názvem v Akademii věd a mělo upřít svou pozornost na teoretická bádání v oblasti mechaniky pevné fáze, kdežto druhé se navracelo na půdu ČVUT jako oborově orientovaný Stavební ústav (SÚ) přináležející Fakultě stavební.

Ve svém – v zásadě staronovém – vymezení se Stavební ústav plně zaměřil na navrhování a provádění zkoušek všech druhů stavebních hmot a konstrukcí od (železo)betonových, ocelových, dřevěných, zděných, kamenných přes sklobetonové až po kompozitní. V souladu s dosavadními úkoly se i nadále podílel na výstavbě přehrad (vltavské kaskády, vodního díla Nechranice, vodního díla Dalešice, nádrže Dlouhé Stráně a dalších), a to navrhováním betonových i sypaných hrází či zkouškami materiálů pro těsnicí jádra zemních i balvanitých hrází. Pro úspěšné budování mostních staveb prováděl dynamické výpočty, výzkum a vývoj spřahovacích prvků, zkoušky mostních modelů (např. mostu Barikádníků), zatěžovací a dynamické zkoušky mostů (např. Nuselského mostu či potrubního lanového mostu přes Labe mezi Ústím nad Labem a Děčínem).

V oblasti budování dopravní infrastruktury se ústav kromě mostů podílel na posuzování bezstykových kolejí, betonových silničních a letištních vozovek či asfaltových směsí. Jím vyvíjené předpjaté betonové konstrukce byly uplatněny při budování zvíkovských mostů, ale kupříkladu i průmyslových hal. Stavební ústav se účastnil rovněž budování Strahovského tunelu, dálničních tunelů či tunelových tras pražského metra, jeho stanic a podchodů (např. experimentálním ověřováním nových typů ocelových pilířů pro stanice trasy B).

Význačnou byla též participace na prefabrikované bytové výstavbě, ale i na rekonstrukčních pracích na historických objektech. Za pomoci injektáží syntetickými pryskyřicemi zpevňoval ústav zdivo Národního muzea, jehož část poklesla v důsledku budování metra. Jeho zásluhou byly zachráněny cenné nástropní malby v Trojském zámku, když byly poškozené dřevěné trámy nad hlavním sálem nahrazeny přilepenými plastbetonovými žebry na rub omítky. V kostele sv. Jana Nepomuckého v Dyji u Znojma či v zámku v Lochovicích byly zdejší fresky fixovány injektážemi polyuretanového roztoku do dutiny pod omítku.

Jako jedno z mála pracovišť nepříslušejících svou činností resortu energetiky se Stavební ústav podílel na budování a modernizaci elektráren. Spolupracoval při výstavbě jaderné elektrárny Temelín, vyvíjel speciální stínicí betony, prováděl experimentální simulace porušení železobetonových kontejnmentů jaderných elektráren a výpočty bezpečnosti kontejnmentu jaderného reaktoru. V osmdesátých letech pomáhal s řešením likvidace radioaktivních odpadů. Za využití vlastní metodiky zabezpečoval průběžnou diagnostiku základů turbogenerátorů tepelných elektráren s cílem realizovat potřebné stavební opravy s minimálním narušením výroby elektřiny. Tyto práce přitom realizoval i v zahraničí (na Kubě, v Jugoslávii, v Dánsku a v Argentině). Zabýval se rovněž měřením účinků větru na chladicí věže a komíny.

Devadesátá léta a současnost

Zvrat politického směřování země a restrukturalizace jejího hospodářství po listopadu 1989 předznamenaly řadu změn i pro vědu, výzkum a vysoké školství. Stavební ústav, přejmenovaný k 30. říjnu 1990 na počest svého zakladatele na Kloknerův ústav (KÚ), se stal samostatnou součástí ČVUT (vedle fakult a dalších autonomních ústavů), podřízenou přímo rektorovi. Zeštíhlení přidělovaných státních prostředků čelil zapojením do grantových systémů, nastartováním své podnikatelské činnosti a také rozšířením svého zaměření o specializace strojního a chemického inženýrství a prohloubením vazeb na energetiku. Soudně-znalecký status pracoviště pro obor stavebnictví, kterým ústav disponoval již od roku 1986, byl počátkem devadesátých let potvrzen ministerstvem spravedlnosti, a to v oborech stavební mechanika, ocelové a betonové konstrukce a využití plastických hmot ve stavebních konstrukcích. V dubnu 1994 pak vydal Český institut pro akreditace (ČIA) osvědčení o akreditaci tří ústavních laboratoří, laboratoře mechanické zkušebny, laboratoře technologie betonu a dynamické laboratoře, jejichž zaměření bylo oficiálně určeno mechanicko-fyzikálními a reologickými vlastnostmi stavebních materiá­lů; statickými a dynamickými zkouškami stavebních konstrukcí, součástí a prvků; vyšetřováním dynamických účinků na konstrukce. Později přibyla v Kloknerově ústavu čtvrtá akreditovaná laboratoř, a to laboratoř kalibrační. V této době byl navíc Kloknerův ústav stále jediným pracovištěm v zemi, které bylo schopno posoudit navrhovanou konstrukci od teoretického výpočtu přes modelové měření až po její praktické ověření zkouškou.

Kontinuálně s předchozími obdobími se ústav věnoval české dopravní infrastruktuře v podobě testování vozovek, zesilování betonových mostů (např. v Mělníku a v Ústí nad Labem) či využití teoretických a experimentálních poznatků ústavu o stabilitě stěn u svařovaných plnostěnných nosníků při budování mostních konstrukcí dálnic. Svůj otisk zanechal i při výstavbě koridorových tratí či rozšiřování pražského metra. Jednou z nejzastoupenějších položek odborného záběru ústavu tvořily, resp. tvoří zatěžovací a dynamické zkoušky mostů a lávek, jichž je ročně prováděno v průměru kolem třinácti. Mediálně vděčnými tématy byla otázka zbourání, nebo rekonstrukce řady nejvytíženějších pražských mostů, jejichž technický stav byl posuzován právě v Kloknerově ústavu. V posledních letech se to týkalo kupříkladu Libeňského mostu, železničního mostu u Výtoně, Hlávkova mostu a Negrelliho viaduktu.

I v případě dalších druhů staveb se ústav zaobíral otázkami životnosti stavebních konstrukcí, vývojem metodiky sanací a rekonstrukcí. Svou pozornost tak věnoval např. ocelovým hangárům na ruzyňském letišti, ocelovému střešnímu systému u koncertní budovy pražského Rudolfina, historickým konstrukcím pražských tržnic, vitráži Staroměstské radnice, nádržím Pražských vodáren, objektům lanové dráhy na Sněžku či textilním továrnám v Severočeském kraji. Veledůležitou úlohu zastal ústav bezprostředně po rozsáhlých povodních, které v srpnu 2002 postihly značnou část Čech. Pracovníci ústavu posuzovali rozsah a závažnost škod na postižených stavebních objektech, načež navrhovali potřebná opatření. Angažovali se např. v oblasti Karlína, Malé Strany (budovy Ministerstva školství, Sovovy mlýny či Valdštejnský palác, sídlo Senátu Parlamentu ČR), Starého města (Betlémská kaple, Maiselova synagoga), z mimopražských destinací ve Štěchovicích, Vojkovicích, v Hlásné Třebani, v Metlách či v Předmíři.

Jako další velký výzkumný okruh se v ústavu etablovalo posuzování výškových staveb a stavu konstrukcí ve větrném tunelu. V polovině devadesátých let byl ve spolupráci s Výzkumným a zkušebním leteckým ústavem v Praze-Letňanech a s ÚTAM AV ČR zkonstruován první průmyslový aerodynamický tunel umožňující vyšetřování účinků větru na modely stavebních konstrukcí. Na poli stavebních hmot se ústav tradičně orientoval na měření a hodnocení struktury a jakosti stavebních materiálů, k nimž se v polistopadovém období připojil vývoj vysokopevnostních betonů a drátkobetonů. Z ekologicky motivovaných počinů lze jmenovat problematiku využití odpadních hmot při výrobě betonu nebo instalaci odsiřovacích jednotek v tepelných elektrárnách.

Nyní se Kloknerův ústav nachází na prahu druhého století své existence, čerpající ze své slavné minulosti, odhodlaně procházející proměnlivou přítomností a směle vyhlížející výzvy budoucnosti.

Zdroje:
[1] DVOŘÁČKOVÁ, Věra. 100 let Kloknerova ústavu. Praha: ČVUT – Kloknerův ústav, 2021.
[2] DVOŘÁČKOVÁ, Věra a kol. Stavbám na kloub. Stoleté dějiny Ústavu teoretické a aplikované mechaniky. Praha: ÚTAM AV ČR, v.v.i. – MÚA AV ČR, v.v.i., 2021.
[3] Archiv Českého vysokého učení technického, fond Hacar, Bedřich.
[4] Archiv Českého vysokého učení technického, fond Klokner, František.
[5] Archiv Českého vysokého učení technického, fond Kloknerův ústav I (1919–1938).
[6] Archiv Českého vysokého učení technického, fond Kloknerův ústav I (1939–1945).
[7] Archiv Českého vysokého učení technického, fond Kloknerův ústav I (1946–1963).
[8] Masarykův ústav a Archiv Akademie věd ČR, v.v.i., Archiv Akademie věd ČR, fond V. sekce technická ČSAV.
[9] Masarykův ústav a Archiv Akademie věd ČR, v.v.i., Archiv Akademie věd ČR, fond ÚTAM ČSAV.
[10] Národní archiv, fond KSČ – Ústřední výbor 1945–1989, Praha – politický sekretariát.
[11] Národní archiv, fond Ministerstvo školství, Praha (1918–1949).
[12] Národní archiv, fond Ministerstvo školství a kultury, Praha (1945–1967).
[13] Národní archiv, fond Ministerstvo veřejných prací, Praha (1918–1942).