Ústav teoretické a aplikované mechaniky AV ČR, v. v. i.

Rozvoj exaktnějších způsobů navrhování konstrukcí a rozvoj stavební činnosti po první světové válce i po užívání nového materiálu – vyztu ženého betonu – vedly na Českém vysokém učení technickém v Praze v roce 1921 k založení Ústavu pro zkoušení stavebních hmot a konstrukcí profesorem Františkem Kloknerem. Úspěšná instituce se postupně rozšiřovala a stále více posilovala bohatý výzkumný program činností. Po válce se změnilo jméno na Kloknerův výzkumný a zkušební ústav hmot a konstrukcí stavebních. Ústav se pak v roce 1953 stal součástí nově zřizované Československé akademie věd pod novým jménem Ústav teoretické a aplikované mechaniky. V té době již toto pracoviště vedl profesor Bedřich Hacar, který se v poválečném Československu výrazně podílel na obnově mnoha poškozených staveb, zejména na rekonstrukcích památek a na výstavbě nových energetických děl. V době největšího rozkvětu ústavu v něm pracovalo 170 zaměstnanců na několika pracovištích v Praze a v Brně. Profesor Hacar mimo jiné řídil technickou část restaurování a podstatného zhodnocení rozbombardovaného kláštera Emauzy v Praze, kde po ukončení stavby ústav nalezl přístřeší spolu s Ústavem teorie informace a později Ústavem československých a světových dějin. Po navrácení kláštera řádu benediktinů nemohl ústav platit nepřiměřeně vysoké nájemné a pro výzkumné účely adaptoval rozestavěný objekt v Praze 9 - Proseku, zakoupený s podporou Prezidia ČSAV. V nové budově sídlí spolu s Historickým ústavem AV ČR, v. v. i., stejně jako kdysi v Emauzích.

Původní charakter výzkumu s aplikačním potenciálem do stavebnictví a architektury zůstal zachován v převážné části vědeckých útvarů. Rozvíjejí se však i nové směry bádání ve smyslu současného výzkumného záměru a významných interdisciplinárních světových trendů.

V oddělení mechaniky kontinua dosahuje ústav největších úspěchů v oblasti teorie inteligentních materiálů, zejména materiálů s pamětí. Ty mají široké uplatnění v technice i medicíně a využívají je i tvůrčí umělci, například architekti. Materiály s pamětí dovolují například řídit geometrické změny tvaru těles v závislosti na teplotě nebo umějí měnit některé své vlastnosti. Dále zde vědci zkoumají lomové charakteristiky technických i biologických materiálů a způsob jejich porušování. Součástí oddělení je i laboratoř optických metod, kde jsou rozvíjeny i radiografické metody, které mají v ústavu tradici počínající již za druhé světové války. Moderní metody jsou vyvíjeny ve spolupráci s Ústavem teoretické a experimentální fyziky ČVUT v Praze. Využívají možnosti rentgenové mikrotomografie a umožňují studovat strukturální problémy na úrovni mikroi nanorozměrů. Typickým příkladem je zjišťování porozity křehkých materiálů.

Dalším velmi silným tradičním oborem je stavební dynamika, kde je výzkum zaměřen především na studium účinků větru na konstrukce. V ústavu byl vyvinut kód umožňující modelovat proudění vzduchu kolem složitých tvarových struktur, běžných v historické architektuře. Pomocí takového numerického modelování je možné studovat vlivy změn charakteristik proudu i obtékaného tvaru, což výrazně zlevňuje aeroelastické analýzy, které bylo dříve třeba provádět na drahých modelech v aerodynamickém tunelu. Oddělení provozuje aerodynamickou laboratoř a vyvíjí metodiky měření a vyhodnocování dynamických jevů na konstrukcích. Nedávno vyvinuté experimentální zařízení pro modelování dynamické nestability se využívá při návrhu štíhlých stožárů nebo mostních konstrukcí u nás i v cizině, v poslední době například při návrhu mostu přes Rýn u Weselu. Podobně se teoretické postupy analýzy spolupůsobení dopravních prostředků s podporující konstrukcí odvozené v ÚTAM využívají při posuzování mostů pro vysokorychlostní vlaky a oblíbeny jsou i v Japonsku. Značná část výzkumu je orientována
na problémy stochastické mechaniky, což je oblast bádání laikovi méně srozumitelná do chvíle, než si uvědomí, že se všechny informace zjišťují s jistou neurčitostí a stejně tak výskyt zkoumaných jevů je dán jenom jistou pravděpodobností. Pro popis zkoumaných jevů pak potřebujeme teorie a postupy, které se s těmito faktory umějí vyrovnat.

Nedokonalosti, především tvarové a materiálové, hrají významnou roli i v me chanice tenkostěnných konstrukcí. Příslušné výzkumné oddělení se zabývá problémy opakovaného namáhání materiálů a konstrukcí. Experimentálně studuje a teoreticky modeluje mechanismy vzniku a šíření poruchy v tenkostěnných deskových a potrubních systémech, často i v souvislostech s vlivy korozního prostředí. Znalosti z tohoto výzkumu jsou důležité pro odhad spolehlivosti a zbytkové životnosti mostních konstrukcí a potrubních systémů pro rozvody médií. Výsledky pomáhají předcházet haváriím této životně důležité infrastruktury a výzkum tak má zejména u plynovodů také charakter výzkumu bezpečnostního. I oddělení tenkostěnných konstrukcí používá vlastní laboratoř únavových zkoušek materiálu.

Oddělení mechaniky partikulárních látek sleduje dva významné směry bádání a je vybaveno dvěma laboratořemi. Jedna z nich pokračuje v původním zaměření této skupiny a zabývá se výzkumem mechaniky zemin či problémy geotechniky. Druhá větev výzkumu je aplikačně těsněji svázána s památkami a tradičními materiály, zejména omítkami, maltami a kamenem. Jsou zde zkoumány materiály a technologie návrhu nových maltových směsí s nižšími výrobními energetickými nároky při výkonnějších charakteristikách a materiály pro léčení zvětralých či jinak degradovaných historických hmot a konstrukcí. V současné době zde probíhá evropský výzkum konsolidačního nanomateriálu na bázi klasického vápna.

Pro každého z nás je vždy atraktivní výzkum v oddělení biomechaniky zaměřený na studium chování svalově kosterního systému člověka. V unikátním zatěžovacím zařízení vlastní konstrukce jsou pomocí mikrotomografie vyšetřovány deformační vlastnosti trabekulární kosti a získávány poznatky o vztazích mezi vnitřní strukturou a celkovými mechanickými vlastnostmi kosti, které jsou důležité pro léčbu osteoporózy. V této oblasti se neoddělitelně a silně prolíná základní a aplikovaný výzkum, neboť mnohá další témata mají výrazné uplatnění v praxi. Jmenujme zde interakci pánevní kosti s implantáty, optimalizaci konstrukce ochranných přileb, studium mechanismů zlomenin a jejich příčin, jehož výsledky jsou užitečné nejen v medicíně, ale i v soudním inženýrství, např. při odhalování případů týraných dětí.

V mezinárodních souvislostech dosahuje ústav nejvýraznějších úspěchů v oblasti výzkumu historických materiálů, konstrukcí a sídel. Je jedním ze tří českých center excelence, uznaných a podporovaných Evropskou komisí v silné mezinárodní konkurenci všech členských států EU – Advanced Research Centre for Cultural Heritage Interdisciplinary Projects (ARCCHIP). Výzkum probíhá od roku 1999 většinou v evropských projektech zaměřených na záchranu kulturního dědictví a projektech dvoustranné spolupráce. ÚTAM zde řeší úlohy spojené s restaurováním a preventivní konzervací historických materiálů poškozovaných různými faktory – znečištěným prostředím, přírodními katastrofami a povětrnostními vlivy či turistickou zátěží nebo nevhodnými rozvojovými projekty v prostředí s cennými kulturně-historickými hodnotami. Badatelé se zabývají i vývojem speciálních diagnostických a zkušebních metod, šetrně použitelných při průzkumu památek, a vývojem nových technologií pro restaurování. Dosažené poznatky jsou nejen rychle přenášeny do praxe, často bez potřeby dalšího výzkumu, ale získávají i významná ocenění. Letos obdržel mezinárodní tým, jehož je ÚTAM členem, nejvyšší ocenění EU pro výzkum v oblasti kulturního dědictví (Grand Prize) a cenu Europa Nostra za výsledky ve výzkumu dopadu globální změny klimatu na památky a kulturní krajinu. Záchrana památek je předmětem výzkumu Centra pro historické materiály, konstrukce a sídla, které má i detašované pracoviště v Telči na Moravě.

Nejnáročnější experimentální výzkum konstrukcí zajišťuje Centrální laboratoř experimentální mechaniky, která je vybavena i pro práci v terénu. Expertní činnost ústavu v nedávné době velmi podstatně přispěla k výstavbě zastřešení O₂ arény ve Vysočanech, terminálu v Hradci Králové, zavěšené střechy stanice metra Střížkov, leteckého hangáru v Ostravě, lávky pro pěší v Chebu a dalších náročných konstrukcí. Ústav je i znaleckým pracovištěm a zpracovává znalecké posudky ve zvlášť náročných případech, například posouzení havárie haly zimního stadionu v Humpolci. Dále spolupracuje s Českým normalizačním institutem na přípravě souboru norem „Eurokódy pro stavební konstrukce“.

Jako ve všech ústavech AV ČR jsou i v ÚTAM mnozí pracovníci zapojeni do výuky v magisterských a doktorandských programech na domácích i zahraničních univerzitách. ÚTAM je satelitním partnerem v konsorciu čtyř evropských univerzit a podstatně se podílí na výuce v pokročilém magisterském studiu oboru „Analýza historických materiálů a konstrukcí“.