Oddělení geomateriálů

Projekt INODIN se zaměřuje na rozvoj aplikačního potenciálu výzkumných organizací (ÚTAM, ČVUT, ÚGN, VUT, CeTTAV) pomocí navázání a prohloubení spolupráce se subjekty z aplikační sféry (EXCON, StatoTest, DIAMO, Skanska). Tématem čtyřletého projektu je diagnostika, monitoring a modelování inženýrské infrastruktury, která je naší civilizaci nepostradatelná a má velký dopad na životní i sociální prostředí.

Cíle projektu

Cíle projektu INODIN představují zásadní kroky v oborech diagnostiky, monitorování, digitalizace, analýz materiálů a konstrukcí s využitím výpočetních modelů. Tyto cíle jsou navrženy tak, aby posílily spolupráci mezi výzkumnými organizacemi a aplikační sférou a zároveň reagovaly na aktuální výzvy v oblasti monitorování a diagnostiky materiálů a inženýrské infrastruktury ve stavebnictví:

• Navázání a prohloubení spolupráce s aplikační sférou.
• Studium porušování a víceúrovňová diagnostika materiálů.
• Výzkum inteligentních senzorů a neinvazivních technik pro monitoring konstrukcí.
• Dlouhodobý monitoring konstrukcí od počátku zhotovení.
• Rozvoj digitalizace.
• Využití umělé inteligence.
• Inženýrská opatření pro udržitelnost konstrukcí.
• Využití dat pro manažerská rozhodování.
• Zapojení cílových uživatelů.
• Příprava a podání projektových žádostí.

Předpokládané výsledky

• Vyšší zapojení výzkumných organizací do krátkodobého i dlouhodobého monitoringu konstrukcí a materiálů.
• Detailní analýza mikrostruktury materiálů pro odhad zbytkové životnosti pomocí sofistikovaných laboratorních metod.
• Výzkum nových nízkoemisních materiálů s nízkou vloženou energií, vyšší trvanlivostí a s využitím recyklátů.
• Snížení stavebního odpadu, vložených energií a dopadů na životní prostředí díky prodloužení životnosti konstrukcí.
• Výzkum a vývoj neinvazivních technik a specializovaných zařízení pro monitorování inženýrských konstrukcí, zajištění spolehlivosti, intervenci, preventivní údržby a proces řízeného stárnutí.
• Návrh monitorovacích systémů ve fázi stupně dokumentace pro provedení stavby (DPS) pro novou inženýrskou infrastrukturu.
• Vytváření digitálních dvojčat a numerických modelů již ve fázi projektu stavby s kvantifikací nejistot a s určením kritických lokalit pro monitorování.
• Detailnější analýza zón kotvení lan a návrh tlumičů kmitání stavebních konstrukcí.
• Zlepšení mezisektorové spolupráce v národním i mezinárodním měřítku prostřednictvím navazování a prohlubování spoluprací, spoluautorství publikací, účastí na konferencích, podávání mezinárodních projektů a aktivní účasti ve vědeckých sítích a výborech.
• Vytváření inspirativního a kvalitního pracovního prostředí pro doktorandy a mladé výzkumné pracovníky.
• Zvýšení výzkumného potenciálu výzkumných pracovišť prostřednictvím modernizace jejich infrastruktury a vybavení.
• Přenos znalostí a výchova studentů pomocí přednášek, volitelných seminářů, konzultací závěrečných prací, či povinných praxí ve firmách.

V projektu je plánováno 55 recenzovaných článků, 37 konferenčních příspěvků, 38 nepublikačních výsledků a dalších výsledků.

Hlavním cílem projektu je rozvoj aplikačního potenciálu příjemce VŠB-TUO a zapojených výzkumných organizací prostřednictvím navázání a prohloubení spolupráce se subjekty z aplikační sféry vytvářet a následně efektivně využívat výsledky VaV v praxi. Předmětem záměru je orientovaný a průmyslový výzkum v oblasti pokročilých materiálů, nanomateriálů a nanokompozitů pro jejich použití v energetice a souvisejících environmentálních technologiích. ÚGN, v roli partnera s finančním příspěvkem, společně s ostatními partnery zahájil realizaci projektu 1. ledna 2025.

Projekt má dva hlavní cíle: A) Tvorbu metodických návodů (schválených orgánem státní správy) pro odběr vzorků hornin a jejich laboratorní analýzy, zaměřených na sledování potenciální kontaminace prostředí azbestem, a to nejen při těžbě a úpravě hornin v lomech, ale také při ražbě tunelů a tvorbě zářezů pro liniové stavby tak, aby při těchto činnostech nedocházelo k negativním dopadům na životní prostředí a k ohrožení lidského zdraví. B) Vybudování informačních nástrojů – specializovaných map rizikových oblastí s potenciálním výskytem azbestu a internetového znalostního portálu azbestů – které uživatelům umožní přístup k základním informacím o problematice azbestu v horninách.

Více informací

Projekt je zaměřen na multidisciplinární výzkum archeologických památek v krajině moravských a slezských Sudet, ohrožených aktuální kůrovcovou kalamitou, resp. následnou intenzivní lesnickou těžbou. Probíhá dokumentace krajiny, identifikace objektů archeologického dědictví dotčených kalamitou, jejich inventarizace a pasportizace. Jsou prováděny odběry vzorků geomateriálů a stavebních materiálů pro materiálovou analýzu a dataci a ověřovací terénní výzkumy. Je vyvíjena série specializovaných map (GIS), které budou distribuovány prostřednictvím informačních systémů NPÚ vlastníkům a správcům lesů a dalším subjektům, jejichž činnost ohrožuje archeologické dědictví na předmětném území, tak aby byla v budoucnu možná jeho efektivní ochrana. Je rovněž vyvíjena metodika ochrany památek ohrožených těžební lesnickou činností.

Projekt je zaměřen na interdisciplinární výzkum pravěkého a historického osídlení na pomezí Slezska a Moravy ve vztahu k přírodnímu prostředí, na jejich vzájemné interakce a na charakteristiku a predikci vývoje krajiny. Hlavním cílem projektu je vývoj specializovaných map s odborným obsahem (GIS), které budou sloužit k primární ochraně archeologických památek. Odborníci z oddělení laboratorního výzkumu geomateriálů zajišťují zejména analytický výzkum historických stavebních materiálů s vymezením potenciálních lokalit původu surovin jako možných zdrojů materiálů pro restaurování památkových objektů.

RINGEN (Research INfrastructure for Geothermal ENergy) je nová výzkumná infrastruktura, která v rámci tohoto projektu vznikla v Litoměřicích. Cílem projektu je navázat na stávající mezinárodní interdisciplinární výzkum v oblasti využívání hlubinné geotermální energie technologií EGS (Enhanced Geothermal System) a vytvořit podmínky pro testování nových a ověření stávajících metod realizace EGS systémů v podmínkách metamorfovaných hornin. Dlouhodobým cílem výzkumu je realizace hlubokých geotermálních vrtů v litoměřické lokalitě a ověření možností extrakce geotermální energie z velkých hloubek (více než 3 km). Tým Oddělení laboratorního výzkumu geomateriálů ÚGN je zapojen do dvou výzkumných programů projektu: Tepelný tok a teplotní podmínky v zemské kůře a termo-hydraulické modelování a Indukovaná seismicita a tektonické napětí. Výzkumné aktivity týmu jsou zaměřeny zejména na mechanické chování hornin ve specifických podmínkách hlubinných geotermálních systémů a na tepelné vlastnosti minerálů a hornin, a optimalizaci metodických postupů pro jejich určování.

RINGEN (Research INfrastructure for Geothermal ENergy) je nová výzkumná infrastruktura, která v rámci tohoto projektu vznikla v Litoměřicích. Cílem projektu je navázat na stávající mezinárodní interdisciplinární výzkum v oblasti využívání hlubinné geotermální energie technologií EGS (Enhanced Geothermal System) a vytvořit podmínky pro testování nových a ověření stávajících metod realizace EGS systémů v podmínkách metamorfovaných hornin. Dlouhodobým cílem výzkumu je realizace hlubokých geotermálních vrtů v litoměřické lokalitě a ověření možností extrakce geotermální energie z velkých hloubek (více než 3 km). Tým Oddělení laboratorního výzkumu geomateriálů ÚGN je zapojen do dvou výzkumných programů projektu: Tepelný tok a teplotní podmínky v zemské kůře a termo-hydraulické modelování a Indukovaná seismicita a tektonické napětí. Výzkumné aktivity týmu jsou zaměřeny zejména na mechanické chování hornin ve specifických podmínkách hlubinných geotermálních systémů a na tepelné vlastnosti minerálů a hornin, a optimalizaci metodických postupů pro jejich určování.

Cílem projektu je rozvoj a provoz infrastruktury a vědeckovýzkumných týmů vytvořených v rámci projektu Institut čistých technologií těžby a užití energetických surovin na půdě řešitele VŠB - Technické univerzity Ostrava a partnera Ústavu geoniky AV ČR. Projekt zachovává vybudovanou síť výzkumných týmů navázaných na laboratorní infrastrukturu a je rozdělen do dvou výzkumných programů, které jsou provázány a vzájemně se doplňují.

Zadáním výzkumného programu 1 Vícefázové horninové prostředí je získat poznatky o fyzikálních, chemických, izotopových, strukturních a mechanických vlastnostech složek prostředí pomocí moderní instrumentální techniky, která zásadním způsobem zvyšuje úroveň poznání a možnosti jejich zobecnění pro dané geologické podmínky pomocí matematického modelování. Tyto informace jsou základním předpokladem pro návrh environmentálně šetrných technologií při exploataci nerostných surovin i při dalším využívání horninového prostředí.

Výzkumný program 2 Environmentálně šetrné technologie vychází z poznatků výzkumného programu 1 a zabývá se orientovaným výzkumem a aplikačními řešeními v oblasti těžby energetických surovin, využitím vedlejších produktů pro zavedení bezodpadových technologií při těžbě nerostných surovin, vytvořením podmínek pro minimalizaci bezpečnostních rizik na základě poznání příčinných procesů a metodami oceňování a ovlivňování horninového prostředí v souvislosti s připravovanými velkými projekty týkajícími se využívání geotermální energie, trvalého ukládání jaderného odpadu a podzemích zásobníků energetických surovin.

Hlavní výzkumné aktivity výzkumného programu 1 a 2, které jsou řešeny v gesci Ústavu geoniky, jsou následující:

• Vlastnosti a chování geomateriálů v závislosti na jejich vnitřní stavbě, způsobu zatěžování a fyzikálních podmínkách. Komplexní znalost petrologických, chemicko-fyzikálních a mechanických vlastností horninového prostředí je základním předpokladem pro efektivní, bezpečný a environmentálně šetrný návrh technologií těžby, úpravy a využití nerostných surovin, nebo realizaci důlních děl a náročných podzemních a geotechnických staveb. Cílem je získání poznatků o vlivu složení a charakteru vnitřní stavby hornin a horninového masívu na jejich pevnostně-deformační a transportní chování a získání spolehlivých a relevantních dat, přímo použitelných jako vstupy do numerických modelů a dat pro jejich experimentální ověřování a inverzní analýzu.
• Intenzifikace účinků vysokorychlostních vodních paprsků při dezintegraci. Cílem řešení této aktivity je intenzifikovat účinky vysokorychlostních vodních paprsků využitím fyzikálního jevu, vznikajícího při dopadu kapky na pevný povrch. Při střetu kapaliny pohybující se vysokou rychlostí s tuhým tělesem totiž vzniká krátkodobý přechodový jev, který je provázen výrazným nárůstem tlaku v místě dopadu kapaliny na povrch a může způsobit vážné poškození jak na povrchu, tak i ve vnitřní struktuře materiálu vystaveného působení dopadající kapaliny. Proto bude řešení zaměřeno na studium možností ovlivnění proudění před tryskou tak, aby byl generován paprsek využívající k dezintegraci materiálu výše uvedený fyzikální jev.
• Vývoj změn indukovaných napěťových a deformačních polí při podzemním využití horninového masivu. Při hlubinné exploataci ložisek nerostů a budování podzemních staveb dochází v důsledku této činnosti ke změnám napěťových stavů v horninovém masivu. Napěťové změny mohou při překročení příslušných mezních parametrů stavebních jednotek horského masivu indukovat porušování křehkým lomem, což v postižené oblasti vyvolává seismické jevy. Tento proces může být ve složitých přírodních a hornických podmínkách doprovázen náhlým uvolněním energie akumulované v masivu a vznikem anomálních geomechanických jevů s projevy v podzemních prostorách. Významné napěťové a deformační změny horninového masivu se mohou také nepříznivě projevit na povrchu, hrají významnou roli v procesu dimenzování důlních děl realizovaných v horninovém masivu za účelem jeho využití a ovlivňují transportní vlastnosti horninového masivu. Cílem výzkumu bude získání poznatků v této oblasti a jejich aplikace při hornické činnosti a podzemní výstavbě.

V rámci projektu získal ústav řadu unikátních přístrojů pro výzkum horninového prostředí a vývoj geotechnologií. Jedná se analytické přístroje, softwarové vybavení, ale především o zkušební zařízení a triaxiální komoru pro zkoušky hornin, robotické zařízení pro použití pulzního vysokotlakého vodního paprsku nebo rentgenový počítačový tomograf pro oblasti nedestruktivního studia plošných i prostorových nehomogenit materiálů a defektoskopii.

V návaznosti na nové unikátní přístrojové vybavení Centrum umožňuje zavést nové směry výzkumu - pracoviště tomografických metod, nebo významně rozšířit stávající výzkumné aktivity - pracoviště výzkumu THM procesů v horninách a pracoviště výzkumu vysokorychlostního vodního paprsku.