Charles Ellis: Zapomenutý hrdina Golden Gate
Rudý ocelový gigant, který se táhne s rekordními rozměry přes vstup do zátoky San Francisco. Jméno stojící za tímto neuvěřitelným inženýrským dílem se zdálo být dlouho známé. Ale historici prokázali: Skutečným technickým géniem za mostem Golden Gate nebyl nikdo jiný než Charles Ellis!
Podíváme se blíže na příběh tohoto inženýra a ponoříme se do světa plného vášně pro statiku, rivalit, mistrovského díla a mlhy zapomnění nad zátokou San Francisco. Kdo byl Charles Ellis? A proč by most Golden Gate bez něj nikdy nebyl možný? Zůstávejte s námi!
Oslavy pro most Golden Gate – ale ne pro Charlese Ellise
V roce 1937 byl otevřen most Golden Gate. Mistrovské dílo inženýrství. Po více než čtyřech letech výstavby se obří ocelový most konečně tyčil nad vstupem do zátoky San Francisco. Byla pořádána velkolepá slavnost na počest chytrých hlav stojících za mostem.
Jásot, sláva a bouřlivý potlesk pro hlavního inženýra Josepha Strausse. Ale jeden důležitý muž chyběl: Charles Ellis. Jeho jméno je i o desetiletí později téměř neznámé. Inženýr Charles Ellis se nikdy neocitl v záři reflektorů. Nebyl dokonce ani pozván na otevření. Přitom by most Golden Gate bez Charlese Ellise předpokládaně nevznikl.
Charles Ellis: Stavba nemožného mostu
Na začátku 20. století se ozývaly hlasy volající po velmi speciálním mostě. Měl spojit San Francisco s poloostrovem Marin: klíčový uzel pro obchod. Jak po vodě, tak po souši. Byl považován za stavbu nemožnou. Příliš silné větry, příliš velká rozpětí. Pro tehdejší dobu téměř nepředstavitelné.
Hlavní inženýr Joseph Strauss představil od roku 1921 své první návrhy. Hybridní most ze závěsného mostu a nosníků. Inženýři mezi vámi jistě kroutí hlavou. Z toho by nic nebylo. Ve skutečnosti měl Strauss jen málo zkušeností s extrémně velkými rozpětími.
Jeho návrhy byly příliš těžké, neefektivní a nevypadaly dobře. Není to však překvapující, protože rozpětí přes plánovaných 1280 m bylo větší než cokoli, co bylo do té doby postaveno. V tomto bodě se zodpovědní rozhodli angažovat skutečného odborníka pro takové případy: Charlese Ellise.
Role Charlese Ellise při stavbě mostu Golden Gate
Proč byl Charles Ellis pro projekt tak důležitý? Odpověď je jednoduchá, byl nejlepší ve svém oboru. Jen málokdo se pro tento úkol hodil lépe než on. Charles Ellis byl profesorem stavební statiky na University of Illinois a jeho hlavní oblasti specializace byly:
- Teorie elasticity
- Výpočet závěsných mostů
- Komplexní zatěžovací modely.
Přesně to, co projekt Golden Gate Bridge naléhavě potřeboval. Jeho úkolem bylo převést myšlenky Josepha Strausse do výpočtové reality. Musel určit všechny důležité údaje, od průměru hlavního lana přes výšky věže až po chování při působení větru.
Průlom pro Charlese Ellise: Teorie průhybu
V té době byla teorie průhybu sice v oběhu již několik desetiletí, ale pro praktické použití relativně nová. Princip je jednoduchý. Dříve se mosty stavěly s co největší tuhostí, aby se zabránilo průhybu. Přesto došlo k mnoha nehodám, kdy byly takové závěsné mosty zničeny.
Velmi pádným příkladem byl Broughton Suspension Bridge u Manchesteru, o kterém krátce píšeme v tomto článku: Most Millennium: Proč se mosty kymácejí . Zřítil se kvůli známému problému s vlastními kmity. Starší mosty byly stavěny extrémně tuhé, aby se minimální průhyby. Ale právě to bylo podle teorie průhybu špatným směrem.
Od roku 1888 se teorie postupně šířila dál. Klíčovým bodem: Určitá flexibilita v konstrukci je bezpečnější a ekonomičtější. Průhyb mostovky a deformace příslušného nosného lana působí společně.
To najednou umožnilo použití lehčích a štíhlejších nosných konstrukcí. Tuhost nosného lana přispívá k nosnosti. Nakonec závěsné mosty zůstaly stabilní i při deformačních účincích, například při kmitech a větrných silách.
Ellis tuto teorii použil pro své výpočty. Určil, jak moc se most může při zatížení dopravou elasticky deformovat, aniž by konstrukce selhala. Tím umožnil mostu, na rozdíl od návrhů Strausse, nižší hmotnost, menší náklady na materiál a vytoužené obří rozpětí. Bez těchto výpočtů by most buď byl příliš drahý, nebo z bezpečnostních důvodů neprošel schválením.
Výpočty Charlese Ellise pro most Golden Gate
Přejděme k jádru věci. Co přesně Charles Ellis u mostu Golden Gate prokazatelně vypočítal? Krátká odpověď: Všechno. Pro každého, kdo se zajímá trochu více o detaily, zde je malý přehled.
Charles Ellis určil potřebný průměr nosných lan cca 92 cm, maximální tahové síly přibližně 90 000 tun na lano a celkové zatížení. I věže byly pod jeho výpočetní kontrolou. S výškou 227 m nad hladinou vody byly již něčím výjimečným. Bylo potřeba zohlednit mnoho klíčových bodů:
- rozměry průřezu
- stabilitu proti kývání
- vlastní hmotnost
- kabelové síly
- větrné zatížení
A když už jsme u zatížení: Most Golden Gate má prutový ztužovací nosník s výškou cca 7,6 m. I když by se mohl zdát v porovnání s mostem maličký, hraje klíčovou roli. Doslova. Protože tento nosník má za úkol zabránit nebezpečným kmitům.
Ellis vypočítal jeho tuhost, napětí pod zatížením dopravou a dbal na dostatečnou stabilitu vůči větru. Vždyť vítr byl jednou z největších hrozeb celého projektu Golden Gate. Charles Ellis to věděl a pečlivě se problematice věnoval.
Koneckonců „Golden Gate” je dodnes známá díky extrémním větrům se stále se měnícím extrémním počasím. Vzpomeňte si, že tehdy nebyly testy ve větrném tunelu, žádné počítače. Charles Ellis musel větrná zatížení teoreticky modelovat.
Ať už šlo o boční zatížení nebo torzní síly: Vypočítal všechno s tužkou, papírem a logaritmickým pravítkem. Mnozí z vás tuší, jak pracné to muselo být. Ale úsilí se vyplatilo! Pro srovnání: Jen tři roky po otevření mostu Golden Gate se zřítil most Tacoma Narrows kvůli silným větrným silám. O tom nedokončeném mostě hovoříme v tomto příspěvku: Most Millennium: Proč se mosty kymácejí . Ellisův most je naproti tomu dodnes stabilní.
Charles Alton Ellis: Vše je o formě
Také konečný design mostu Golden Gate pochází od Charlese A. Ellise. Například podle svých výpočtů stanovil závěs lan asi na 152 m. To byl velmi rozhodující parametr pro most. Proč to bylo tak důležité?
Jsou-li lana příliš napnutá, působí na ně příliš velká síla, která je nakonec přiměje prasknout. A co když jsou lana příliš volná? Pak je most příliš flexibilní, pohybuje se příliš a mohl by nakonec povolit. Charles Ellis tento parametr optimalizoval, aby délka lan přesně odpovídala.
Rozsah práce Charlese Ellise
Inženýři mezi vámi už o tom jistě přemýšleli. Tak komplikovaný most kompletně vypočítat – a to ručně: To byla velká porce. Charles Ellis vytvořil přes 10 000 stránek výpočtů, a to pouze s papírem, tužkou a logaritmickým pravítkem.
Aby to zvládl, pracoval dva roky bez přestání. Den a noc, sedm dní v týdnu a často až do absolutního vyčerpání. Stal se centrálním technickým mozkem celého mostního projektu. Jeho dokumenty byly základním kamenem pro výstavbu mostu Golden Gate: nepředstavitelně silný výkon. Ten jistě také získal odpovídající uznání. Nebo snad ne?
Charles Ellis: Úředně propuštěn z projektu
Mít takhle technicky nadaného člověka v týmu: Hlavní inženýr Strauss si ho musel vážit, ne? Ve skutečnosti tomu tak bylo pramálo. Strausovi všechno trvalo příliš dlouho a tím se prodražovalo. To navzdory tomu, že Charles Ellis pracoval ve dne v noci. Bylo pro jeho šéfa až příliš komplexní a složité, čím se Ellis zabýval.
Navzájem se pohádali a Ellis byl 1931 propuštěn, dva roky před zahájením stavby. Oficiálně byl propuštěn kvůli plýtvání časem. Přitom byly Ellisovy výpočty již úplně hotové. Možná zde hrál roli hlavně závist. Tento dojem ještě posílil, protože Strauss vymazal Ellisovo jméno ze všech registrů.
Jak to pokračovalo s Charlesem Ellisem a jeho výpočty?
Ironie na tom: stavební inženýři na místě nadále používali všechny dokumenty Charlese Ellise. Skutečná most pak v zásadě odpovídala výpočtům profesora statiky. Více než to, byly obsaženy v každé jednotlivé konstrukční části.
Ellis například určil potřebné množství drátu, které bylo na místě použito pro výrobu lan. Lana pocházela mimochodem od společnosti Roebling, za kterou stál John A. Roebling, také zajímavá osobnost, o které jsme zde již hovořili: John A. Roebling: Tragický příběh Brooklynského mostu .
Také pro různé stavební fáze Ellis vše předem vypočítal. Například zatěžovací stavy, když byl most napůl dokončen. Asymetrická zatížení, která při sebelmenších odchylkách mohli mít katastrofální důsledky.
Dokonce i chování mostu Golden Gate pod zatížením dopravou bylo založeno na jeho modelech. Charles Ellis vypočítal maximální průhyb pod plným zatížením dopravou cca na 3 m, což by stabilitě mostu nemělo ublížit. Dodnes se ukazuje: Jeho prognózy úžasně dobře odpovídají reálnému chování mostu Golden Gate.
Charles Alton Ellis: Zapomenutý génius
Nejen že bylo jeho jméno vymazáno ze všech spisů k projektu. Ellis nebyl ani pozván na otevření mostu Golden Gate v roce 1937. Také na původní pamětní destičce se jeho jméno nenacházelo. Nikdo ho v této souvislosti více nezmiňoval.
Charles Ellis se vrátil na univerzitu a později otevřel vlastní poradenskou kancelář. Po celý svůj život nikdy nebyl oceněn za své úspěchy. Když v roce 1949 zemřel, bylo v jeho nekrologu sice zmíněno, že byl opravdovým designerem mostu Golden Gate, ale oficiálně to nebylo.
Trvalo to desetiletí, než se něco změnilo. V roce 2007, u 70. výročí otevření, oficiálně přiznal úřad na most Golden Gate, že měl Ellis hlavní podíl na designu. Od té doby je známo, že Strauss fungoval jako projektový manažer a politický motor, zatímco Charles Ellis zaujal místo centrálního teoretického inženýra. Také to od roku 2012 stojí na pamětní desce na jižní věži mostu.
Závěr: Charles Alton Ellis a most Golden Gate
Strauss se dokázal postavit do role jediného tvůrce, což znamenalo, že i spolupráce s mnoha dalšími důležitými kolegy, nejen Ellis, na projektu Golden Gate byla opomenuta. Ale mnozí z vás si jistě uvědomují: S viditelností inženýrů u stavebních projektů je to už tak vždy těžké.
Protože veřejnost vidí věže, masivní lana a jízdní dráhu, ale ne výpočty, které se za tím vším skrývají. Možná si ještě lidé pamatují jméno architekta, který je pochválen za svou práci. Lidé, kteří převádí návrhy do realistických konstrukcí, zůstávají většinou neviditelní.
Existují projektanti, jejichž zapojení do velkých projektů je otevřeně předhazováno, například: Inženýrská legenda Gustave Eiffel . Pak jsou tu spíše tichí hrdinové stavebního průmyslu, jakým je například: Fritz Leonhardt: Inženýr, který dokázal, aby se beton vznášel . A pochopitelně i ti jako Joseph Monier: Jak zahradník vynalezl železobeton , kteří svými vynálezy náš stavební průmysl neúmyslně podstatně ovlivnili.
Charles Ellis byl určitě něco výjimečného v historii důležitých osobností ve stavebnictví. Neměl v té době k dispozici počítač a dokázal přesto vyřešit komplexní nelineární problémy a některé z tehdy největších výzev mostního stavitelství. Vše v teorii, a na konci to vyšlo.
Most Golden Gate stojí dodnes a svým zářivě červeno-oranžovým zjevem se projevuje i v nejhustších mlhách. Ať už jde o zemětřesení, bouře nebo přívalové vlny: Dosud všechno skoro neporušen poslal dále. A to především díky přesným výpočtům jednoho muže: Charlese Altona Ellise.