Udržať rovnováhu

Asi každý z nás si spomenie na detskú riekanku o peci, ktorá náhle spadla, a čo z toho vzišlo. Statika je však veda, ktorú nezaujíma miesto pobytu starého peciara ani odborné kvality jeho mladého učeníka. Viac ju zaujíma, prečo pec spadla a ako v budúcnosti podobnej katastrofe predísť.

Statika skúma rovnováhu síl pôsobiacich na telesá v pokoji. Dynamika sa zaoberá pohybujúcimi sa telesami, statika analyzuje, za akých podmienok zostáva teleso (budova) nehybné. Táto zdanlivo jednoduchá fyzikálna a matematická otázka rozhoduje o tom, či vydrží stáť výšková budova, most alebo priehrada.

Špekulácia

Rímsky cisár Tiberius nebol nepriateľom športu. Zamladi sám súťažil na olympijských hrách ako vozataj kvadrigy. Počas jeho vlády (14 – 37) sa však štátna pokladnica dostala do problémov a štát prestal financovať športové súťaže. To otvorilo priestor špekulantom. V roku 27 postavil prepustený otrok Atilius vo Fidenách (asi 5 km severne od Ríma) drevený amfiteáter pre gladiátorské zápasy. Ušetril pritom investície na základy a spoje drevených trámov. A aby využil záujem o nedostatkovú zábavu, zvýšil počet platených diváckych miest bez úprav stavby.

Keď sa amfiteáter naplnil asi 50-tisícovým davom, stavba skolabovala a podľa historika Suetonia trosky pod sebou pochovali približne 20-tisíc ľudí. Rímsky senát vydal zákon, ktorý zakazoval stavbu amfiteátrov bez preukázateľne pevného základu a podmieňoval ich výstavbu majetkovým cenzom. Išlo o prvú stavebnú reguláciu v histórii motivovanú štrukturálnou katastrofou.

Intuícia

Základy statiky boli však vtedy už známe. Starovekí stavitelia budovali monumenty bez formálnej teórie, zato s hlbokým poznaním tvaru a materiálu. Egypťania okolo roku 2700 pred n. l. pod vedením Imhotepa, prvého architekta známeho menom, postavili stupňovitú pyramídu faraóna Džosera a Veľká pyramída v Gíze (asi 2560 pred n. l.) zostala niekoľko tisícročí najväčšou stavbou sveta. Pyramidálna forma je vnútorne stabilná: ťažisko je nízko a základňa je veľká. Preto funguje aj bez výpočtov.

Antika prišla s oblúkom, klenbou a kupolou a Archimedes v 3. storočí pred n. l. formuloval princípy páky a ťažiska: Rovnaké závažia v rovnakej vzdialenosti sú v rovnováhe; rovnaké závažia v nerovnakej vzdialenosti v rovnováhe nie sú, ale klonia sa k závažiu, ktoré je ďalej. Bola to prvá matematická formulácia statickej rovnováhy v dejinách. Stredovekí stavitelia katedrál v 11. až 14. storočí pokročili ešte ďalej. Lomený oblúk, rebrová klenba a oporné oblúky umožnili preniesť horizontálny rozpon klenieb mimo hlavného tela katedrály a stavať steny s oknami do výšok, ktoré v kamennej architektúre nikto neprekonal. Intuitívne pravidlá si stavitelia odovzdávali z generácie na generáciu.

Veda

Mená ako Galileo Galilei, Isaac Newton, Robert Hooke či Leonhard Euler a Daniel Bernoulli bežne nevyvolávajú súvis so stavebným inžinierstvom. Teórie týchto osobností éry vedeckej revolúcie sa však v staviteľstve používajú dodnes. G. Galilei v Dialógoch o dvoch nových vedách v roku 1638 opísal mechaniku materiálov a ako prvý prišiel s kvantitatívnou teóriou ohýbaného nosníka. V roku 1676 R. Hooke opísal vzťah medzi deformáciou telesa vyvolanou napätím a veľkosťou tohto napätia. Hookov zákon vysvetľuje elasticitu materiálov a ich správanie sa pri zaťažení. V roku 1687 dal I. Newton fyzike pevné matematické základy a sformuloval pohybové zákony.