Raziskovalna dejavnost na UL FGG

Programske skupine

Na FGG se izvajajo naslednji raziskovalni programi:

E-Gradbeništvo

Podrobnejši podatki v sistemu SICRIS.

Delo skupine lahko razdelimo na tri osnovna in eno horizontalno področje, ki vsa skupaj prispevajo k računalniško integrirani gradnji v virtualni organizaciji, posledica katere je bolj učinkovita in konkurenčna gradbena industrija.

Področje 1: Numerično modeliranje konstrukcij in računanje konstrukcij. Reševali smo odprte probleme pri računanju konstrukcij, ki se nanašajo na računanje mejne nosilnosti in porušnih mehanizmov in na oceno napake računa zaradi uporabljenega matematičnega modela. Obravnavali smo kompleksne linijske in ploskovne konstrukcije, narejene iz dveh najbolj pogostih gradbenih materialov – armiranega betona in jekla. Te raziskave so računsko intenzivne in zahtevajo visoko propustna računska okolja, ki smo jih tudi razvijali.

Področje 2: Strukturirani in semantični. Strukturirani in semantični podatki omogočajo boljšo interoperabilnost med računalniškimi programi in ima v naši skupini dolgo tradicijo. Ukvarjali smo se z metodami poizvedovanja po strukturiranih podatkih in popularizacijo informacijskih modelov zgradb v Slovenskem prostoru.

Področje 3: Internet in komunikacije. Te omogočajo predvsem boljše sodelovanje med ljudmi. Zaključujejo se raziskave uporabnosti tehnologij semantične mreže (grid), intenzivno pa so stekle raziskave tehnologij spleta 2.0.

Področje 4: Problematika prenosa znanja. Že dolga leta ugotavljamo zaostajanje uporabe tehnologij za njihovo dostopnostjo, zato se sistemačno ukvarjamo z različnimi oblikami prenosa znanja v gradbeništvo. Proučevali smo problematiko prenosa znanja in dejavnike, ki spodbujajo oz. zavirajo procese pri širjenju znanja in inovacij. Posebna skrb je bila namenjena vlogam informacijsko – komunikacijskih tehnologij pri vzpostavljanju znanja in oblikam in metodam prenosa. Študirali smo tudi upravljanje kompetenc.

Skupina ostaja aktivna v Evropskih projektih in ima pomembno vlogo v projektu iz 6.OP I3CON. Prav tako smo bili uspešni pri prijavi evropskih projektov iz sheme Leonardo da Vinci. Nadaljujemo s pedagoškem sodelovanjem v mednarodnem podiplomskem študiju gradbene informatike, z Univerzo Stanford, z Univerzo Pecz ipd. Vodja skupine je imel več vabljenih ali uvodnih predavanj, je so-urednik mednarodne znanstvene revije ITcon,član visoke skupine za oceno delovanja 7. okvirnega programa na področju IST. Tudi člani sodelujjeo v znanstvenih ali organizacijskih odborih mednarodnih konferenc. Doma skupina sodeluje z Inženirsko zbornico, osrednjo domačo strokovno organizacijo.

Gradbene konstrukcije in gradbena fizika

Podrobnejši podatki v sistemu SICRIS.

Tema 1: Sovprežne konstrukcije iz jekla in betona visoke trdnosti. Predmet preiskav so betoni do trdnostnega razreda C80/95 in jekla do trdnostnega razreda S690 ter sovprežne konstrukcije oziroma konstrukcijski elementi iz teh visoko zmogljivih materialov.

Tema 2: Prednapete betonske konstrukcije, izpostavljene požaru. Računski postopek nelinearne analize odziva armiranobetonskih konstrukcij na sočasno mehansko in požarno obtežbo bomo v okviru predlaganih raziskav razširili tudi na prednapete konstrukcije. V analizi bomo poleg do sedaj upoštevanih običajnih nelinearnosti materiala in konstrukcije upoštevali tudi zdrs v stiku med betonom in jeklom ter vpliv povišane temperature na obnašanje betona in jeklene armature.

Tema 3: Jekla visoke trdnosti v potresno odpornih okvirnih konstrukcijah. Za povečanje potresne odpornosti ob razumnih stroških bo raziskana možnost kombiniranja mehkih jekel in jekel visoke trdnosti – prvih v conah disipiranja in drugih v varovanih conah konstrukcije. S tem naj bi se zagotovili naslednji ključni vidiki robustnosti jeklenih konstrukcij pri potresni obtežbi:

  • razvoj plastičnih deformacij v izbranih disipativnih elementih
  • več možnih poti za prenos sil in prerazporejanje sil zaradi plastifikacije v conah disipiranja
  • zadostno dodatno nosilnost v konstrukcijskih elementih, ki se ne smejo znatneje poškodovati

Tema 4: Polnostenski nosilci. Strokovne razprave v okviru ECCS/T8/WG3, ki se ukvarja s problem pločevinastih konstrukcij, so pokazale na potrebo po dodatnih raziskavah interakcije striga in upogiba v panelih vzdolžno ojačanih stojin ob vmesnih podporah kontinuirnih nosilcev. Problem bo obravnavan s pomočjo numeričnih simulacij, ki bodo v podprte s testi na preizkušancih naravne velikosti.

Tema 5: Plamensko ravnanje jeklenih konstrukcij. S testi in predvsem z numeričnimi simulacijami je obravnavano ravnanje varjenih jeklenih konstrukcij s pomočjo plemenskega segrevanja. Končni cilj raziskave bo (skupaj z ostalimi partnerji RFCS projekta) izdelati priporočila za plamensko ravnanje.

Tema 6: Razvoj metod in orodij numeričnega modeliranja materialov in konstrukcij. Novi materiali in nove tehnične rešitve zahtevajo opis mehanskih problemov na več skalah od nano, mikro do makro nivoja. Cilj programa pri razvoju numeričnih metod reševanja inženirskih problemov je z uporabo simbolno-numeričnih orodij izboljšati numerično učinkovitost modeliranja na več skalah.

Tema 7: Obnovljivi viri energije v gradbenih objektih. Izhodišče za delo je harmonizacija toplotnih in svetlobnih tokov na osnovi koncepta bioklimatskega oblikovanja stavbe in njenih delov in konceptualizacija elementov inovativne bioklimatske arhitekture v stavbah z nizko porabo energije, podprta z vklapljanjem tehnologij, ki omogoča izkoriščanje obnovljivih virov energije, ki zajema nizkotemperaturni velikopovršinski sistem za gretje in hlajenje, kontrolni sistem na osnovi mehke logike in uporabo novih materialov (PCM, spektralno selektivne površine na neprozornih delih ovoja).

Mehanika konstrukcij

Podrobnejši podatki v sistemu SICRIS.

Programska skupina je bila pri razvoju znanosti uspešna na vseh področjih dela, kar objektivno dokazujejo tudi objave v recenziranih mednarodnih revijah, citiranost, vabila za recenziranje člankov, predloženih mednarodnim revijam, in za nadaljnje objave v revijah. Posebej moramo izpostaviti naslednje:

Razvoj novih numeričnih metod kot orodij za nelinearno statično in dinamično analizo konstrukcij. Razvili smo družino natančnih, zanesljivih in računsko ekonomičnih končnih elementov kinematično točnih prostorskih nosilcev, ki so osnovani na interpolaciji deformacij in parametrizaciji rotacij s kvaternioni. Vpeljali smo nekonvencionalne interpolacijske funkcije (valčki); parametrizacijo rotacij s kvaternioni; optimizacijske algoritme in strategije za optimizacijo konstrukcij pri dinamični obtežbi. Razvili smo družino nelinearnih končnih elementov ravninskih nosilcev, ki upoštevajo zdrs nosilcev na stiku. Izpeljali smo zadostne pogoje konvergence končnih elementov AGQ6-I in AGQ&-II ter pokazali vpliv krojenja mreže končnih elementov na konvergenco. Razvita orodja smo uporabili pri študiju inženirskih problemov, kot sledi.

Kompozitne konstrukcije in požarna odpornost. Analizirali smo vpliv zdrsa in razmika pri kompozitnih konstrukcijah. Opravili smo tudi analizo obnašanja kompozitnih konstrukcij pri požaru. Pri naših delih gre delno za prilagoditev matematičnih orodij konkretnemu problemu, še bolj pa za razumevanje in kvantifikacijo obnašanja konstrukcije. Sposobnost ocenjevanja napetosti in deformacij v konstrukcijah med požarom z numeričnimi metodami je ključna za varno projektiranje. Numerična orodja smo dopolnili za analizo lesenih in sovprežnih konstrukcij. Poudarek je bil na upoštevanju transporta vlage med požarom in njenega vpliva na razporeditev temperatur.

Metode za analiza obnašanja betona takoj po vgradnji. Tu smo se osredotočili na določanje adiabatskih krivulj temperature, začetka vezanja betona in na rast trdnosti s časom. Razvili smo nove numerične postopke za določanje temperaturnega razporeda v masivnih blokih, zgrajenih po etapah.

Statistične metode v gradbeništvu. Razvijali smo simulacijske metode za analizo uspešnosti in zanesljivosti razvrščanja lesa po trdnosti. Pri tem je bilo potrebno rešiti nekaj pomembnih korakov: generiranje vzorca koreliranih nenormalno porazdeljenih slučajnih spremenljivk – logaritemsko normalna porazdelitev in porazdelitev ekstremnih vrednosti; določitev karakterističnih vrednosti v primeru majhnih vzorcev (odvisna od porazdelitve in stopnje zaupanja); avtomatiziranje postopka razvrščanja lesenih elementov v razrede in iskanje ustreznih oblik namenske funkcije za določitev optimalnega razvrščanja. Cilj je vpeljava strojnega razvrščanja lesa po trdnosti v Slovenijo.

Metode umetne inteligence. Izmerjene podatke o premikih zemeljskega plazu Macesnik v severni Sloveniji ob različnih vremenskih pogojih smo uporabili za učenje nevronske mreže, rezultate pa za uspešno napovedovanje premikov plazu v deževnih razmerah.

Večina omenjenih del je bila objavljena v vrhunskih revijah in predstavljajo prispevke k razvoju znanosti na področju mehanike konstrukcij.

Kemijsko inženirstvo

Podrobnejši podatki v sistemu SICRIS.

Cilji programa so bili opredeljeni po delitvi vsebine programa na osrednje teme, ki so: modeliranje in procesno inženirstvo, reologija in aplikacije, polimerno inženirstvo in tehnologija, biokemijsko inženirstvo in biotehnologija ter okoljsko inženirstvo in aplikacije. Poročilo o realizaciji programa po osrednjih temah:

Modeliranje in procesno inženirstvo. Obravnavali smo proces retencije koloidnih delcev alkilketen dimera na celuloznih vlaknih, ki poteka med pripravo papirne mase v proizvodnji papirja. Alkilketen dimer (AKD) v papirju nastopa v vlogi klejiva – uravnava prodiranje tekočine v papir oziroma papirju zagotovlja določeno stopnjo hidrofobnosti. Za napoved retencije koloidnih delcev AKD na celulozna vlakna smo razvili matematični model na osnovi opisa trkov med delci.

Z obsežnim eksperimentalnim delom na koloni s perforirano ploščo smo ustvarili podatkovno bazo deleža plina v raztopinah karboksimetil celuloze (CMC) in ksantana. Podatkovno bazo smo analizirali z v literaturi uveljavljenima modeloma (angl.: drift-flux model in angl.: slip velocity model) in konfrontirali z razvitima korelacijama za napoved deleža plina. Kontinuiteta študija hidrodinamskih parametrov klasične kolone z mehurčki s sintrano ploščo kot distributorjem je bila zagotovljena z izvedbo načrtovanih dodatnih eksperimentov z ksantanovimi raztopinami srednjega razreda, dokumentirana s kvalitativno sledilno tehniko.

Raziskovali smo nanofiltracijo v sistemih z organskimi topili z namenom koncentriranja aktivnih farmacevtskih učinkovin. Za izbrani sistem učinkovine in topila smo primerjali koncentriranje z nanofiltracijo in uparjanjem.

Na področju mikroreaktorske tehnologije smo študirali razgradnjo 4-klorofenola v mikroreaktorju z dvokovinskim Pd/Fe katalizatorjem, ki daje možnost in situ odstranjevanja nevarnih snovi. Ugotovili smo, da je proces v pretočnem mikroreaktorskem sistemu pri sobni temperaturi le delno učinkovit, a smo s povišanjem temperature na 60 °C povečali konverzijo 4-klorofenola pri danem enkratnem pretoku skozi reaktor na 90%. Razvili smo dvodimenzionalni matematični model, ki vključuje konvekcijo, difuzijo in katalitsko reakcijo psevdo-prvega reda, s katerim smo analizirali eksperimentalne podatke in napovedali obnašanje reaktorja.

Predmet poglobljene raziskave je bila stabilizacija disperzij, pridobljenih na osnovi oborjenih kalcijevih karbonatov s komercialnimi natrijevimi poliakrilatnimi disperzanti. Rezultati so pokazali, da sestava matične lužnice, posebno aktivnost Ca2+ ionov, močno vpliva na vse procese, ki so pomembni za stabilizacijo disperzije; od začetnega naboja površine CaCO3 v osnovnih disperzijah do regulacije naboja in stabilizacije disperzije. Rastoča vloga protiionske kondenzacije dosežena v Ca2+ bogatih raztopinah omejuje pogoje primerne za regulacijo površinskega naboja preko adsorpcije disperzanta na optimalno pH območje med 8 in 11. Analiza stabilnosti disperzije, podprta s klasično DLVO teorijo koloidne stabilnosti in podprta z eksperimentalnimi rezultati (porazdelitev velikosti delcev), je pokazala, da so pogoji za optimalno stabilnost disperzije doseženi z majhnimi količinami disperzanta v območju pH vrednost med 9 in 11.

Reologija in aplikacije. Vpliv hidratiziranega apna (H-apna) na lastnosti bitumenske malte (zmesi polnila in bitumna) in lastnosti bitumenskih veziv smo preverili s standardnimi testi in reološkimi meritvami. Uporabljeni so bili bitumni B50/70 (Mantova) in PmB II (Villabit 65), ki se pri nas uporabljajo za proizvodnjo asfaltnih zmesi za obrabne in obrabno zaporne plasti. V zmeseh smo del polnila nadomestili s H-apnom. Delež H-apna v polnilu je znašal med 0 in 20 ut%. Vzorci so bili preiskani, pred in po temperaturnem staranju, ter po ekstrakciji iz bitumenske malte.

Opredeljena je bila metoda za napoved padca tlaka, ki nastane pri pretoku PA6 skozi pleteni filter in šobo, ki sta sestavna dela šobnega paketa za predenje najlona. Identificirani in analizirani so bili dejavniki, ki jih je treba pri napovedi padca tlaka upoštevati. Delo obravnava določitev reoloških lastnosti PA6 in opis reološkega obnašanja PA6 s Crossovim viskoznim modelom in s K-BKZ viskoelastičnim integralnim modelom, matematične modele za napoved padca tlaka skozi šobe in pletene filtre ter primerjavo rezultatov z eksperimentalnimi podatki padca tlaka izmerjenimi na industrijski pilotni liniji.

Določanje hitrostnoega polja v nenewtonski kapljevini znotraj mešalne posode s šestlopatičnim mešalom z ravnimi lopaticami: Viskoznost je bila med mešanjem določena s pomočjo merjenja navora pri različnih hitrostih mešala ter primerjave z reološko dobljeno strižno odvisno viskoznostjo.

Analiza vnosa moči pri mešanju in dispergiranju zraka v nenewtonski tekočini z Rushtonovo turbino v standardni cilindrični mešalni posodi: Uporabili smo vodne raztopine karboksi metil celuloze (CMC) s koncentracijo w = 0.5 % and w = 1 % in stisnjen zrak, ki smo ga vpihavali z različnimi pretoki. Izmerjeno navidezno viskoznost raztopin smo uporabili za določitev zveze med strižno hitrostjo in številom obratov mešala, pri čemer smo uporabili pravilo Metzner-Otto. Tako smo izračunali število moči v odvisnosti od Reynoldsovega števila. Kvantificiran je bil vpliv dispergiranega zraka na porabo moči pri procesu mešanja v dvofaznih sistemih tekočina-plin.

Polimerno inženirstvo in tehnologija. Razvoj na področju polimernega inženirstva in tehnologije zahteva multidisciplinarne temeljne in aplikativne raziskave, ki vključujejo sintezo in karakterizacijo polimerov, polimerno inženirstvo, načrtovanje lastnosti polimernega materiala in načrtovanje tehnologije za proizvodnjo produkta. Doseženi cilji v okviru programa so bili preučiti in matematično modelirati kinetiko zamreževanja izbranih elastomernih sistemov ter prenos toplote med zamreževanjem, eksperimentalno določiti in na osnovi razvitega modela napovedovati viskoelastično obnašanje elastomernih materialov v širokem temperaturno-frekvenčnem območju, pripraviti in okarakterizirati elastomerne nanokompozitne materiale, preučiti možnost uporabe nenasičenega poliuretana v gumeni zmesi z naravnim kavčukom, butadienskim kavčukom in z mešanico naravnega in butadienskega kavčuka z namenom izboljšave lastnosti gumene zmesi, raziskati mešljivost polibutadienskega kavčuka (BR), polistiren-ko-butadienskega kavčuka in naravnega kavčuka (NR), razviti testno metodo za določevanje abrazijske odpornosti zobatega pogonskega jermena, preučiti in modelirati kinetiko sinteze fenol-formaldehidnih smol in melaminsko-formaldehidnih smol, preučiti in modelirati kinetiko zamreževanja melaminsko-formaldehidnih smol, osvojiti tehnologijo priprave melaminskih pen, preučiti in modelirati kinetiko radikalske polimerizacije dialil tereftalata, ki vključuje tudi difuzijo monomera v polimeru, preučiti sintezo vodnih poliuretanskih disperzij, preučiti vpliv sestave poliuretana na lastnosti poliuretanskih filmov, preučiti sintezo hibridnih akrilatno-poliuiretanskih vodnih disperzij s polšaržno emulzijsko polimerizacijo akrilatnih monomerov v različnih poliuretanskih disperzijah, načrtovati lastnosti akrilatno-poliuretanskih veziv in njihovih filmov, raziskati kinetiko emulzijske polimerizacije akrilatnih monomerov v prisotnosti poliuretanskih kali, raziskati suspenzijsko polimerizacijo akrilatov, optimizirati sintezo in lastnosti mikrosfernih na pritisk občutljivih akrilatnih lepil, preučiti sintezo enokomponentnih poliuretanskih lepil, razviti lepilo ter optimizirati njegove lastnosti in razviti »in-line« merilni sistem za novo aparaturo za ekspanzijsko injekcijsko stiskanje polimernih talin.

Biokemijsko inženirstvo in biotehnologija. Na osnovi dosedanjih raziskav vpliva bioprocesnih parametrov na morfologijo glive Rhizopus nigricans in pa določitve kinetičnih parametrov procesa biotransformacije progesterona v prisotnosti b-ciklodekstrina smo postavili kontinuirno biotransformacijo steroidov v laboratorijskem bioreaktorju v prisotnosti omenjenega solubilizacijskega sredstva s peleti različnih velikosti. Da bi uspeli postaviti integriran proces biotransformacije progesterona, smo izvedli in modelirali tudi kontinuirno ekstrakcijo produktov obravnavane biotransformacije v mikroreaktorju, ki omogoča izredno učinkovit prenos snovi in majhno porabo kemikalij.

Potrebe po hitrem odkrivanju in proučevanju mehanizmov novih sinteznih poti, (bio)katalizatorjev in ustreznih reaktantov za pridobivanje novih produktov so vodile v razvoj sistemov, ki ne zavzemajo veliko prostora, so enostavni za uporabo, porabijo malo reagentov in dajejo malo odpadnega materiala, hkrati pa so sprejemljivi za okolje in zadržujejo vse pozitivne lastnosti običajnih eksperimentalnih tehnik.

Farmacevtske učinkovine glive Grifola frondosa: V sklopu projekta so raziskave potekale v treh smereh : (1) submerzna kultivacija v mešalnem bioreaktorju v tekočem gojišču, kjer smo se sredotočili na selekcijo in optimizacijo gojišč za produkcijo biomase ter farmacevtrsko aktivnih snovi ter možnosti izkoriščanja industrijskih odpadkov. (2) kontrolirano gojenje v bioreaktorju za sterilizirana trdna gojišča (solid-state) iz agroživilske in lesne industrije ter (3) gojenje gob v eksperimentalni farmi gob. Cilj tega dela je selekcija in optimizacija gojišč za tvorbo biomase, farmacevtsko aktivnih spojin ter procesiranje, vnovična uporaba težavnih odpadkov in pridelava zadostnih količin gobje biomase za nadaljnje testiranje. Ob tem smo študirali vpliv različnih okoljskih parametrov na tvorbo samih plodišč ter izbrali in optimizirali najboljše substrate.

Nadaljevali smo raziskave gojenja aktivne glivine biomase s postopkom kultivacije na trdnem gojišču na osnovi koruzne slame, koruznih astoržev, droblja in žagovine. Paralelno s tem so tekle osnovne raziskave produkcije aktivne glivine biomase v smislu gojenja gob na eksperimentalni farmi.

V sklopu raziskav biokemijskega inženirstva v vinarstvu smo študirali vpliv temperaturnega šoka na vcepek vinskih kvasovk in njegov učinek na metabolizem Saccharomyces cerevisiae v alkoholni fermentaciji vinskega mošta in pri tem razvili nov originalni tehnološki postopek, ki omogoča produkcijo visokih dobitkov glicerola v vinih. Preučili smo pomen tehnoloških parametrov kot so vpliv temperature, kisika in mešanja na nastajanje vina.

Okoljsko inženirstvo in aplikacije. Na področju bioremedijacije smo proučevali smo encimske aktivnosti MnP in Lac pri glivi Ceriporiopsis subvermisporas v mediju po Kirku, ki smo mu dodali različne vire sladkorjev, dušik v obliki amonijevega tartrata in jih gojili v imobilizirani obliki na različnih vrstah lesa. Z nastalimi encimi smo proučevali razgradnjo izbranih sintetičnih barvil.

Geoinformacijska infrastruktura in trajnostni prostorski razvoj Slovenije

Podrobnejši podatki v sistemu SICRIS.

Večina človekovih dejavnosti je vezana na prostor in številne odločitve v prostoru temeljijo na prostorskih podatkih. Geoinformacijsko infrastrukturo države na nivoju fizičnega prostora zagotavljata geodetska znanost in stroka s svojimi podpodročji. Matematično-fizikalni temelj geoinformacijske infrastrukture predstavlja kakovosten državni koordinatni sistem, ki ga predstavljajo evidence o prostorskih podatkih, ki jih zbira in vodi državna geodetska služba: zemljiški kataster, topografski in kartografski sistem ter kataster gospodarske javne infrastrukture. V Sloveniji smo vzpostavili nov državni koordinatni sistem in 1. 1. 2008 je, v skladu z Zakonom o evidentiranju nepremičnin, postala njegova uporaba obvezna za uporabo v nalogah evidentiranja nepremičnin. Za vse aktivnosti v prostoru naj bi postal obvezen v naslednjih letih. Nov državni koordinatni sistem je realizacija evropskega koordinatnega sistema ESRS (European Spatial Reference System) v Sloveniji. Predstavljata ga horizontalni sistem ETRS89 (European Terrestrial Reference System) in višinski sistem EVRS (European Vertical Reference System). Oba sta na nekaterih segmentih realizirana do stopnje možnosti praktične uporabe, vendar ju je potrebno še ustrezno nadgraditi. Razvoj državnega koordinatnega sistema je zato ena od prioritet raziskovalnega programa saj je naloga države in lokalnih skupnosti vodenje in upravljanje številnih baz prostorskih podatkov, ki so pomembne stalne naloge, ki so finančno, časovno, organizacijsko in konceptualno zahtevne.

Podatki o prostoru in zemljiščih so osnova za načrtovanje in uporabo prostora. Zemljišča predstavljajo enega temeljnih naravnih virov za obstoj človeka, katerih obseg pa je omejen. Zemljišča ne moremo obravnavati le kot fizično entiteto. Na abstraktnem nivoju (s pravnega vidika) se na zemljišča nanašajo številne pravice in omejitve do razpolaganja z njimi. Obseg in vsebina le teh so se tekom človeške zgodovine spreminjale, danes pa jih institucije uvajajo predvsem z namenom smotrnega upravljanja z zemljišči, prostorom. Oblikovanje smotrne zemljiške politike in smernic trajnostnega razvoja zahteva spremljanje dejavnosti v prostoru, vključno s poznavanjem vlog institucij pri postopkih, ki se nanašajo na gospodarjenje s prostorom. Poleg fizičnih in pravnih lastnosti zemljišč se na zemljišča (nepremičnine) nanašajo tudi drugi, prostorsko opredeljeni podatki,ki jih lahko vključujemo v postopke analiz in postopke odločanja s pomočjo napredne tehnologije GIS. Pomen prostorskih podatkov velja posebej izpostaviti pri načrtovanju dejavnosti v prostoru, pri oblikovanju smotrne zemljiške politike in na splošno pri gospodarjenju s prostorom. Kakovostni prostorski podatki ter ustrezen pristop k analizi le teh so danes ključnega pomena pri sprejemanju odločitev za uravnotežen gospodarski, socialni in okoljski (trajnostni) razvoj družbe.

Vodarstvo in geotehnika

Podrobnejši podatki v sistemu SICRIS.

Na področju hidravličnih in hidrodinamičnih raziskav je bilo delo usmerjeno v nadaljnji razvoj lastnih 1D, 2D in 3D matematičnih modelov za račun tokov in širjenja onesnaženja v rekah, jezerih in morju. Model PCFLOW2D smo nadgradili z novimi robnimi pogoji in ga povezali z enodimenzijskima modeloma PLAZ1D in IMPLI2009, tako da so možni kombinirani izračuni nestalnega toka s prosto gladino tudi po nepravilnem naravnem terenu z izrazitejšimi razširitvami. 3D model PCFLOW3D pa smo nadgradili v polni tridimenzijski model, ki sedaj omogoča tudi simulacije toka v primerih, kjer so horizontalne in vertikalne hitrosti istega reda velikosti. V letu 2009 smo se usmerili v uvajanje hibridnega modeliranja na področju modeliranje naravnih in umetnih vodnih tokov vključno z vso vodnogospodarsko infrastrukturo in hidroenergetskimi napravami, ki združuje dobre lastnosti fizičnih in matematičnih modelov v orodje, s katerim je možno reševati kompleksne, zahtevne in obsežne probleme hidrotehnične prakse.

Na področju inženirske hidrotehnike in hidrologije smo aktivno izvajali zastavljeni raziskovalni program in smo opravljali meritve v eksperimentalnih porečjih, izvajali analize razpoložljivih okoljskih podatkov s teh dveh področij ter s terenskimi meritvami sodelovali pri modeliranju hidroenergetskih naprav.

Na področju zdravstvene hidrotehnike smo nadaljevali delo na vseh prijavljenih področjih: (1) matematično modeliranje ekosistemov, (2) napredne tehnike za čistilne naprave za odpadno vodo in (3) teoretična hidravlika. Na podlagi determinističnih konceptualnih matematičnih modelov WEST za obnašanje urbane odvodnje, t.j. mešanega kanalizacijskega sistema, vključno s čistilno napravo smo z našim pristopom gradnje matematičnih modelov na podlagi indukcije izgradili enostaven in robusten matematični model, s katerim je mogoča on-line real-time simulacija in napoved. Model smo vgradili v obširno GIS relacijsko bazo za sledenje transporta in usode prioritetnih onesnaževal po vodni direktivi (WFD). V sklopu naprednih procesov oksidacije (AOP) in teoretične hidravlike preizkušamo uporabnost ultrazvoka in kavitacije za razgradnjo sicer težko razgradljivih organskih snovi v odpadni vodi. Rezultati so statistično značilni, vendar še ne povsem ponovljivi. Izvajamo pilotne preskuse čiščenja zaslanjenih ali drugače težje razgradljivih komunalnih odpadnih voda. Izdelana je bilanca hranil iz povirja in v samem presihajočem Cerkniškem jezeru.

Na področju geotehnike so se raziskave usmerile v raziskovanje sukcije zemljin, še posebej flišnate plazovine aktivnega zemeljskega plazu Slano blato z raziskavami v laboratoriju in terenskimi meritvami relevantnih parametrov na poligonu na plazišču.

Potresno inženirstvo

Podrobnejši podatki v sistemu SICRIS.

Cilj raziskav v okviru programske skupine Potresno inženirstvo je pridobiti nova znanja, ki bodo prispevala k večji potresni odpornosti gradbenih objektov in njihove opreme, jih posredovati projektantom in drugim udeležencem v procesu graditve objektov ter s tem prispevati k zmanjšanju števila žrtev in materialne škode ter k zaščiti kulturne dediščine v bodočih potresih. Za dosego tega cilja smo opravljali analitične, numerične in eksperimentalne raziskave na več različnih področjih.

Pomembne rezultate smo dosegli pri raziskavah, povezanih z razširitvijo uporabnosti N2 metode. N2 metoda je za praktično uporabo namenjena metoda za nelinearno analizo konstrukcij, razvita v okviru programske skupine in vključena v evropski in slovenski standard za potresnoodporno projektiranje konstrukcij Evrokod 8. Kot vse poenostavljene metode ima N2 metoda določene omejitve. Izdelali smo postopek, ki omogoča uporabo N2 metode za tlorisno nesimetrične konstrukcije in za armiranobetonske okvire s polnili. Prva razširitev temelji na pomembni in doslej neznani ugotovitvi, da se torzijski vplivi zmanjšujejo z večanjem jakosti potresa in s tem povezane plastifikacije konstrukcije.

Precej raziskav je bilo posvečenih tudi uporabi N2 metode za mostove in viadukte, določanju omejitev za njeno uporabo in primerjavam z drugimi metodami za nelinearne analize.

Raziskave matematičnega modeliranja armiranobetonskih konstrukcij so bile koordinirane v okviru evropskega projekta SPEAR. Aktivno smo sodelovali pri pripravi pseudodinamičnega testa trietažne stavbe (»SPEAR«) v merilu 1:1 v laboratoriju EU v Ispri. Stavbo SPEAR smo uporabljali za številne analize in za kalibriranje matematičnih modelov.

Precej dela je bilo opravljenega na področju verjetnostne analize konstrukcij. Osnovo pri tem je predstavljala metodologija, razvita v najpomembnejšem raziskovalnem centru na področju potresnega inženirstva (PEER center), s sedežem na Univerzi v Berkeleyu. Naše raziskave so bile usmerjene v uporabo za prakso uporabnih poenostavljenih metod. N2 metodo smo razširili v obliko, ki je uporabna za oceno potresnega tveganja stavb in ki temelji na verjetnostni analizi. Kot nadomestilo za računsko zelo zahtevno postopno dinamično analizo (IDA) smo razvili postopno N2 analizo (IN2), ki daje pomembne podatke, potrebne za verjetnostne analize. Razvit postopek smo uporabili za verjetnostno oceno potresnega tveganja dveh armiranobetonskih (AB) stavb, ki sta bili eksperimentalno preizkušeni v laboratoriju JRC ELSA v Ispri. Delo je bilo koordinirano v okviru evropskega projekta LESSLOSS.

Ukvarjali smo se z raziskavami na področju določanja kapacitete konstrukcij. Pri tem uporabljamo neparametrično CAE metodo, ki jo je razvil I.Grabec s Fakultete za strojništvo, v naši raziskovalni skupini pa smo jo prilagodili problemom v potresnem inženirstvu. Postopek smo uspešno uporabili za napovedovanje potresne kapacitete AB stebrov, izražene s pomiki in sipano histerezno energijo. Napovedali smo tudi celoten odnos med obtežbo in deformacijo.

Raziskovali smo potresni odziv in ogroženost treh AB konstrukcijskih sistemov, značilnih za evropsko in slovensko gradbeno prakso. Uporabljajo se pri gradnji stanovanjskih stavb (stavbe z armiranobetonskimi nosilnimi stenami), industrijskih hal (montažne armiranobetonske industrijske hale) in prometne infrastrukture (armiranobetonski avtocestni viadukti). V takšnih konstrukcijah je nastanjenih stotine tisoč prebivalcev, v njih pa se odvija tudi pretežni del industrijske proizvodnje v Sloveniji (Centralni Evropi). Vse raziskave so potekale v okviru mednarodnih raziskovalnih projektov, na katerih so sodelovale vodilne inštitucije/programi na področju potresnega inženirstva v Evropi in ZDA. Nosilne stene smo raziskovali v okviru evropskega projekta ECOLEADER, v okviru NEES (Network of Earthquake Engineering Simulation, ki je vodilni raziskovalni program na področju potresnega inženirstva v ZDA) projekta na University of California, San Diego in v okviru več CAMUS študij, ki jih je organiziral Komisarijat za nuklearno energijo Francije. Industrijske hale smo raziskovali v okviru evropskega projekta GROWTH, viadukte pa v okviru NEES programa na University of Nevada, Reno, ZDA. Del raziskave mostov je financirala Družba za avtoceste Republike Slovenije – DARS.

Narejenih je bilo nekaj eksperimentov na potresnih mizah v velikem merilu. Razvili smo učinkovit model, s katerim lahko opišemo upogibno obnašanje konstrukcij. Pri vnaprejšnjih napovedih (ang. “blind-prediction”) potresnega odziva nosilnih sten smo bili zelo uspešni. Za najboljšo napoved potresnega odziva stene, ki je bila preizkušena na University of California, San Diego, smo bili nagrajeni z nagrado NEES. Model stene je dokumentiran v SCI reviji in doktorski nalogi Petra Kanteta. Narejen je bil tudi psevdo-dinamični preizkus montažne hale v naravnem merilu. Razvili smo izboljšan model zelo vitkih armiranobetonskih stebrov (SCI revija; vložena doktorska naloga). S tem modelom lahko predvidimo obnašanje teh konstrukcij v post-kritičnem območju in degradacijo nosilnosti v ponavljajočih se ciklih. Ti podatki so omogočile obsežne študije potresne ogroženosti industrijskih hal.

Analitične modele, ki se običajno uporabljajo za analizo armiranobetonskih viaduktov smo preverili in izvrednotili na osnovi rezultatov preizkusa na potresnih mizah v velikem merilu in sicer v okviru NEES programa. Raziskovali smo uporabnost poenostavljenih nelinearnih (push-over) metod. Predlagali smo indeks regularnosti, s katerim lahko določimo področje uporabnosti teh metod. Objavili smo več SCI člankov, ki so bili tudi citirani. Študirali smo načine potresne utrditve starejših viaduktov v Sloveniji. Ena izmed rešitev je bila uporabljena na primeru viadukta Ravbarkomanda.

Na področju uporabe inovativnih tehnologij in metodologij v potresnem inženirstvu smo v okviru evropskega projekta sodelovali pri izdelavi prototipa potresnega izolatorja iz magnetno kontroliranega elastomera. Problem klasičnih elastomernih potresnih izolatorjev je lahko v tem, da je njihova togost pri majhnih deformacijah precej večja kot v mejnem stanju. Tako so lahko razmeroma neučinkoviti pri šibkejših potresih. To je lahko nevarno predvsem za opremo v konstrukcijah. Z uporabo inovativnega elastomernega materiala z vulkanizirami železnimi delčki pa je možno pod vplivom elektromagnetnega polja kontrolirano spreminjati togost ležišča.

Na področju potresnoodpornih lesenih montažnih konstrukcij lahko izpostavimo eksperimentalno podprt razvoj znanj o obnašanju delno togih sidrišč in pritrdil montažnih panelov, ki so neposredno uporabna in že uporabljana v projektantski praksi. Vplivali smo na razvoj masivnih lesenih panelov, ki so sposobni sipati potresno energijo preko navpičnih žebljanih zvez in posebej načrtovanih jeklenih pritrditvenih elementov. Znanja so bila pridobljena tako v laboratoriju UL FGG kot v laboratoriju IZIIS v Skopju (potresna miza, bilateralni projekt).

Naslednji pomemben dosežek je dokončanje raziskav ultralahkih stropnih konstrukcij iz kompozitnih sendvičev. Raziskave so pokazale neposredni vpliv tovrstnih elementov na zvišanje potresne odpornosti večetažnih stavb zaradi zmanjšanja etažnih mas. Znanje, pridobljeno pri teh preiskavah, uspešno uporabljamo pri tekočem razvoju mostne konstrukcije, ki je v celoti narejena iz armirane plastike. Z uvajanjem novih tehnologij grajenja mostov iz armirane plastike prispevamo k zvišanju ekonomskega potenciala Slovenije in k učinkoviti odpravi posledic naravnih nesreč. Pilotna postavitev mostu iz armirane plastike v Kamniku (OP6 projekt FutureBridge) bo omogočila razvoj strategije za hitro zamenjavo porušenih premostitvenih objektov.

Raziskave na področju samozgoščevalnih betonov, ki omogočajo ekološko prijazno in energetsko učinkovito grajenje betonskih konstrukcij, so prispevale k uvajanju tega materiala v gradbeno prakso (Primorje, Ajdovščina). Zaradi kakovostnejše vgradnje brez nevarnosti nastanka praznin bodo taki betoni prispevali tudi k večji potresni odpornosti AB konstrukcij. Ob tem smo tudi razvili učinkovito metodo za določanje poroznosti betona, ki nam bo pomagala pri nadaljnjem razvoju duktilnih betonov.

Pomembna značilnost dela raziskovalne skupine je bilo izredno intenzivno mednarodno sodelovanje. Mednarodne povezave v okviru mednarodnih projektov, članstvo v različnih delovnih skupinah in upravnih odborih, uredniško delo v najuglednejših mednarodnih revijah in dodatni neformalni stiki z vrhunskimi raziskovalnimi centri po svetu so omogočili dobro koordiniranje raziskav v svetovnem merilu in dostop do najnovejših analitičnih in eksperimentalnih rezultatov drugih raziskovalcev, omogočili pa so tudi naše sodelovanje pri eksperimentih v vrhunskih evropskih in svetovnih laboratorijih. V letu 2004 smo v sodelovanju s Stanford univerzo na Bledu organizirali mednarodno delavnico z naslovom Performance-based Seismic Design, Concepts and Implementation. Delavnica je bila tretja po vrsti (prvi dve sta bili v letih 1992 in 1997). Udeležilo se jo je 45 vabljenih udeležencev, ki predstavljajo svetovno elito na obravnavanem področju in 12 opazovalcev, večinoma domačih mlajših raziskovalcev, iz 14 držav.

Značilnost skupine je bila tudi intenzivno sodelovanje z gospodarstvom in raznimi ministrstvi in upravnimi organi v obliki razvojnih in raziskovalno-razvojnih nalog. Kot najpomembnejše štejemo aktivnosti v zvezi s sprejemanjem in uvajanjem novega evropskega in slovenskega standarda za projektiranje potresnoodpornih konstrukcij Evrokod 8.

V delo programske skupine je bilo in je še vključenih več mladih raziskovalcev. Šest jih je zaključilo usposabljanje z doktoratom, eden pa z magisterijem. Poleg teh se jih osem usposablja za doktorat, od tega sta dva iz gospodarstva. V okviru skupine je delalo več mlajših raziskovalcev iz inozemstva, med njimi štirje (2 iz Irana, 1 iz Mehike, 1 iz Makedonije) več mesecev. Pri delu skupine je sodelovalo tudi več diplomantov dodiplomskega študija. Eden med njimi (M.Rozman) je za svoje delo dobil Prešernovo nagrado na Univerzi v Ljubljani in nagrado Trima.