(TZ, Brno, 5. 11. 2024) Miroslav Vořechovský z Fakulty stavební Vysokého učení technického v Brně získal spolu s dalšími třemi vědci ze zahraničí nejprestižnější vědecký grant udělovaný Evropskou radou pro výzkum (ERC). V rámci šestiletého projektu FATRESCON (akronym: FATigue RESistant CONcrete) s dotací téměř 10 milionů eur se jako koordinátor spolu s kolegy z Německa a Rakouska zaměří na základní výzkum betonu – od atomární úrovně až po velké stavební konstrukce. Cílem je zkoumání mikroskopických příčin únavy betonu a její dopad na životnost betonové infrastruktury spolu s hledáním ekologičtější a dostatečně trvanlivé alternativy k cementu jako tradičnímu pojivu.

Pozadí projektu

Příčiny únavy betonových materiálů nejsou dosud dostatečně pochopeny, proto současné normy vycházejí především z empirických znalostí. „Jsme přesvědčeni, že příčiny a mechanismy únavy betonu lze nalézt v nanostruktuře materiálu,“ uvedl profesor Vořechovský. Avšak nejen tam. Beton vykazuje hierarchickou strukturu na mnoha úrovních, a na každé z nich se vyskytují fenomény, které mění chování vyšší úrovně. „Je proto nutné vytvořit most mezi materiálovou vědou o malých měřítkách cementem vázaných materiálů a vědou o únavě velkých železobetonových konstrukcí,“ vysvětlil Vořechovský. Jinými slovy projekt stojí před složitými otázkami: Jak propojit atomární úroveň se stavebními měřítky? Jaké mezikroky jsou k tomu nutné? A jak využít poznatky z nano a mikroúrovně, aby přinesly konkrétní výsledky použitelné ve stavebnictví?

Související výzvy: Může být beton ekologický i trvanlivý?

Beton je nejpoužívanějším umělým materiálem na světě a tvoří páteř dopravní a energetické infrastruktury. K použití betonu v tomto kontextu neexistuje žádná reálná alternativa. V této oblasti vyvstávají dvě zdánlivě oddělené výzvy. Za prvé, klíčová složka betonu – cement – je zodpovědná za 8 % globálních antropogenních emisí CO₂, což vytváří tlak na vývoj ekologičtějších alternativ. Jedním z přístupů je nahrazení části tradičního cementu lokálně dostupnými příměsovými materiály, které mají nižší uhlíkovou stopu. Tento přístup však přináší nové výzvy, protože tyto ekologické betony se liší od tradičních materiálů a jejich dlouhodobé vlastnosti z hlediska únosnosti jsou v podstatě neznámé. „Klademe si otázku, zda lze betonovou infrastrukturu vytvářet tak, aby byla současně ekologická i dostatečně trvanlivá,“ shrnul problematiku Vořechovský.

Druhou výzvou je rychlé stárnutí materiálu betonové infrastruktury vystavené opakovaným zatížením, jako jsou působení větru, dopravních prostředků nebo změny teplot či vlhkosti. To často vede k nákladným a potenciálně tragickým následkům. Opakovaně namáhané konstrukce trpí únavou betonu, která působí jako „šedá eminence“ v pozadí: únavové porušování materiálu vede k akceleraci rozvoje trhlin, které usnadňují pronikání agresivních činitelů do konstrukcí a jsou skrytou hrozbou. I když se často v souvislosti s konstrukčními selháními hledá viník v korozi ocelové výztuže, fakticky je prvotní příčinou únava betonu.

Multioborový výzkumný tým

Odborníci Thomas Matschei (RWTH Aachen, chemie cementu), Bernhard Pichler (TU Wien, víceúrovňová materiálová věda), Miroslav Vořechovský (VUT, pravděpodobnostní výpočtová mechanika) a Rostislav Chudoba (RWTH Aachen, betonové inženýrské konstrukce) vytvořili multidisciplinární tým, který má překonat mezeru mezi ekologickými betonovými materiály a únavovou životností kritické dopravní a energetické infrastruktury.

„Můj tým na VUT se zaměří na předpovědi vztahu mezi mikrostrukturou cementových materiálů a jejich makroskopickými materiálovými vlastnostmi. Naši tři projektoví partneři v Aachen a ve Vídni pracují v měřítkách pod i nad touto úrovní. Žádná výzkumná skupina na světě nemůže zkoumat všechny tyto úrovně najednou, a proto je grant ERC Synergy přesně tím správným nástrojem pro takové otázky,“ připomněl profesor Vořechovský hlavní přednost prestižního grantu, kterou je podpora mezioborové a týmové spolupráce. Přístupy partnerů se nyní budou propojovat. I použité metody budou různorodé, nezbytné budou jak experimenty, tak matematické modely, počítačové simulace a datová věda. 

Nový výzkumný směr

Cílem projektu však nejsou bezprostřední změny ve stavařské praxi a legislativě. „Hlavní ambicí FATRESCON je změna znalostního podhoubí, které k těmto změnám může v budoucnosti přispívat. V podstatě chceme založit nový výzkumný směr. Obrovský potenciál má zejména možné porozumění obecným zákonitostem, které stojí za únavovým poškozováním, a to pro všechny typy materiálů nebo všechny typy pojiv v betonech,“ vyzdvihl profesor Vořechovský.

Nábor výzkumníků, budování infrastruktury a další nezbytné přípravy

Nyní bude podle Vořechovského zásadní nastavit celý projekt tak, aby byl po celých šest let funkční. „To bude zahrnovat nábor těch nejlepších výzkumníků na doktorské a postdoc pozice. Dále, protože jde o velmi interdisciplinární téma, bude nutné nastavit komunikaci tak, aby si rozuměli i výzkumníci, kteří v projektu zastupují odlišné perspektivy. Bude třeba zapracovat i na infrastruktuře. V Brně to bude především nákup výpočetní techniky pro analytickou práci a vytváření počítačových modelů. V menší míře se budeme věnovat i experimentům,“ uzavřel.    

Velký úspěch pro VUT

„Velmi mne těší, že profesor Vořechovský, vynikající dlouholetý pracovník VUT, získal tento prestižní grant a rozšíří tak řady úspěšných řešitelů ERC projektů na univerzitě. Jde o výjimečný úspěch i díky tomu, že se týká oblasti stavebního inženýrství, které nebývá ve výběru ERC Synergy grantů zastoupeno často. Jsem také rád, že se v poslední době na VUT daří vytvářet podmínky pro řešení špičkových projektů. Nedávno byl například vytvořen Fond na podporu excelence, prostřednictvím kterého podporujeme žadatele a řešitele špičkových projektů. Chystáme i další opatření, abychom počet získaných špičkových projektů ještě rozšířili,“ uvedl Martin Weiter, prorektor VUT pro výzkum a transfer znalostí.

ERC Synergy grant

S granty Synergy podporuje Evropská rada pro výzkum (ERC) týmy dvou až čtyř hlavních řešitelů. Tyto granty jsou určeny na podporu projektů, které „vedou k pokroku na hranicích poznání“ prostřednictvím interdisciplinární spolupráce. Granty jsou poskytovány až do výše deseti milionů eur na období šesti let. V případě nového projektu „Betonové matrice pro konstrukce odolné vůči vysokocyklové únavě s ohledem na ekologickou efektivitu“ činí částka 9 993 698 eur, přičemž 2 496 159 eur směřuje na VUT.

Miroslav Vořechovský

(*1977) vystudoval stavební inženýrství na Fakultě stavební VUT, kde v roce 2000 promoval s vyznamenáním a Cenou Rektora. Od roku 2003 absolvoval několik dlouhodobých výzkumných stáží na RWTH Aachen. V roce 2003/2004 získal Fulbrightovo stipendium na výzkumný pobyt u profesora Zdeňka Bažanta na Northwestern University v USA. Doktorský titul obhájil roce 2004 s cenou Rektora. V roce 2007 se stal docentem VUT s habilitační prací Stochastická výpočtová mechanika kvazikřehkých konstrukcí. V roce 2014 byl jmenován profesorem v oboru Teorie konstrukcí a působí na Ústavu stavební mechaniky FAST VUT.

 

Web ERC Synergy Grants 2024: https://erc.europa.eu/news-events/news/synergy-grants-2024-examples-projects

Tisková zpráva na webu VUT: https://www.vut.cz/vut/media/tiskove-zpravy-f19527