Rozhovory z vejšky – John E. Bolander
Naším dnešním hostem je uznávaný profesor z Kalifornské univerzity John E. Bolander.
Na Fakultě stavební VUT spolupracuje s docentem Janem Eliášem z Ústavu stavební mechaniky na Vývoji diskrétních modelů pro mechanické a sdružené multi-fyzikální chování betonu.
Pane profesore, Vy jste z Fakulty stavebního a enviromentálního inženýrství, je to tak?
Správně.
Měl jste na naší fakultě přednášku, jaká byla?
Myslím, že to šlo dobře.
Jak dlouho trvala Vaše přednáška?
Samotná přednáška trvala 40 minut a po ní následovalo 20 minut na dotazy.
Co dalšího Vás přivedlo ze Spojených států k nám do Brna?
Hlavně výzkum. Moje práce se týká stavebních materiálů a jejich složení a použití. Zajímá nás zejména to, jak se materiály porušují, je to totiž mnoha způsoby. Může to být mechanické zatížení od provozu vozidel, například auty na mostě. Nebo to může být působení větru či zemětřesení, ale také působením okolního prostředí – ohřev od slunce, zvlhčování a vysušování.
Naše stavby také stárnou díky životnímu prostředí. To je další forma jejich porušování, která pak vede k dalšímu porušování. Takže beton je vlastně jako naše tělo, když se řízneme, tak se dovnitř mohou dostat nesprávné věci. Když se naše konstrukce poruší, otevřou se a nechají do těchto otvorů působit prostředí kolem nás, které napadá vnitřní strukturu. To je zjednodušeně řečeno. Takže nás zajímá, jak se věci porušují, jak tomuto jevu zabránit a jak se starat o existující stavební infrastrukturu.
Pracoval jste také v našem výzkumném centru AdMas nebo jen na fakultě?
Ne, pouze tady na fakultě.
Jak dlouho jste v Brně?
Téměř tři týdny.
Jak se Vám město líbí?
Velmi se mi líbí.
Pocházíte z města Davis v Kalifornii, je to tak?
Ano.
Jak byste srovnal toto město s Brnem?
Davis je menší město. Je to pěkné univerzitní město, takže se soustředíme na vysokoškolský život. Přijíždí k nám mnoho studentů z celého světa. Naopak Brno je město, kde vidíte pracující lidi a je větší.
Také Brnu se u nás říká, že je studentské město, protože tady myslím máme dokonce skoro 70 tisíc studentů na 400 tisíc obyvatel.
To je hodně.
Mohl byste nám porovnat obě fakulty? Jak byste porovnal naši fakultu s tou Vaší fakultou v Kalifornii?
No, když se vrátím k tomu, co znám z vlastního výzkumu. Používám takzvané deterministické metody, když vytvářím počítačové programy a pokaždé, když stisknu tlačítko, uvidím stejné výsledky. Takže v tomto smyslu to funguje u nás. Moji kolegové tady jsou velmi dobří ve stochastických procesech a modelování, modelování neurčitosti, pravděpodobnosti. Tohle je jeden ze způsobů, kde se setkáváme.
V tom, co dělám já a oni, se vzájemně doplňujeme. Jedná se o příjemnou výměnu výzkumných poznatků. Například při modelování, které se zde provádí, nebo při zohledňování neurčitosti a všech věcí, které děláme, zahrnuje vždy nějakou formu neurčitosti.
Když tedy srovnám naše fakulty. Myslím, že v modelování nejistých procesů máte skutečně silné stránky, které budou v budoucnu stále důležitější i v oblasti řízení rizik naší stavební infrastruktury.
To rád slyším, že existuje spolupráce těchto univerzit. Právě mě napadla otázka, jak jste se spojil z Kalifornie s Brnem? Tyto dvě místa jsou přeci velmi vzdálené.
Dříve jsem jezdil na různé konference. V posledních letech jsem tuto návštěvnost poněkud snížil, ale jezdil jsem na mezinárodní konference, kde jsem se setkával s vědeckými pracovníky z celého světa, a právě docent Jan Eliáš a někteří další kolegové opravdu vyčnívali. A tak jsme na těchto konferencích navázali nové kontakty.
Když jsem se připravoval na tento rozhovor, zaujalo mě, že se váš ústav jmenuje Stavební a environmentální inženýrství. Takže se váš ústav zaměřuje na environmentální aspekty stavebního inženýrství, chápu to správně?
Dalo by se to takto popsat. Máme 5 oblastí, na které se zaměřujeme. Já se zabývám stavebním inženýrstvím a stavební mechanikou.
Pak máme environmentální inženýrství, inženýrství vodních zdrojů a také dopravní inženýrství, ale to je tak nějak uprostřed. Ale máme také jemnější stránku oborů, což by byla kvalita ovzduší, kvalita vody, řízení environmentálních systémů a mezi tvrdší bych zařadil stavební inženýrství, stavební mechaniku a geotechniku.
A tak máme těchto 5 zaměření a nemáme mezi nimi jasné hranice, takže rádi spolupracujeme mezi sebou. Já mohu spolupracovat s lidmi z oblasti životního prostředí, oni mohou zase spolupracovat se mnou.
To je skvělé, protože například tady jsou obavy o životní prostředí stále větší a větší. Ale chybí nám ústav Environmentálního stavebního inženýrství, ale všichni to bereme v potaz po environmentální stránce.
Takže, jak jste již zmínil. Zajímáte se o materiálové inženýrství, je to tak?
Ano.
A četl jsem, že s důrazem na vysoce výkonné materiály.
Ano.
O tomto jste již mluvil. Můžete ale ještě jednou popsat, na čem je založen váš výzkum a jaké jsou jeho cíle?
Získali jsme zkušenosti za dekády zkoušení v terénu a testování v laboratoři toho, jak se beton vlastně chová. Mnohé z těchto konstrukcí jsou však velké a jsou vystaveny komplikovanému průběhu zatížení, jak jsem již zmínil. Nejde tedy pouze o provoz vozidel, ale mohou to být cykly smáčení a vysoušení, které v průběhu času způsobuje čím dál větší porušení.
Vyvíjíme tedy výpočetní modely, které doplňují znalostní základy, které pochází z prostého pozorování, co se děje v terénu a při laboratorních testech, tyto testy jsou drahé a je velmi složité zopakovat pokus, který probíhal v laboratoři někde jinde. Mám na mysli skutečnou environmentální laboratoř.
Ale když sestavujeme výpočetní model, máme, já tomu říkám, numerické experimentování. Je to druh experimentu a liší se tím, že máme plnou kontrolu nad tím, co se děje ve 3D prostředí, ale také máme kontrolu nad všemi okrajovými podmínkami. To, jak vše reaguje s prostředím, můžeme simulovat v počítači.
A pak můžeme vzít tradiční materiály a hrát si s nimi a vymýšlet, jak můžeme zlepšit jejich výkonnost a jeden z příkladů je přidání výztuže. Krátká rozmístěná vlákna v betonu. Beton se tradičně vyztužuje tyčemi. Když se podíváte před litím betonu, uvidíte tyto tyče. Stále častěji se setkáváme s tím, že místo jednoho velkého prutu můžeme výztuž rozdělit do mnoha menších vláken. A to má své výhody zejména v omezení vzniku trhlin.
Takže to je směr vyšší výkonnosti materiálu. Je velmi obtížné zabránit vzniku trhlin, ale důležité je, aby byly co nejmenší. Pokud má dojít k porušení, snažíme se, aby byla trhlina co možná nejmenší a aby se nerozšířila přes celou tloušťku konstrukce. Zabraňování vzniku těchto trhlin je jeden z typů vysoce výkonného materiálu a směr, kterým se chceme ubírat.
Jedna osobní poznámka. Jak jste se dostal k takovému tématu výzkumu?
No, stačí mít otevřené oči. Pracoval jsem mnoho let v praxi. Pracoval jsem po stavbách. Dělal jsem stavební zakázky, naceňoval. Měl jsem za sebou tu praktickou stránku a pak jsem se vrátil zpět do školy. Viděl jsem najednou, co bychom dokázali, pokud bychom začali používat počítačové modelování. Takže si myslím, že být jednou nohou v praxi, mi pomohlo vidět výhody toho, co dělám teď.
Ještě jedna věc mě zaujala. Když jsem se díval na předměty, které vyučujete, viděl jsem, že vyučujete předmět, programování v jazyce C pro stavební inženýrství. To mě zaujalo, protože si myslím, že to může přinést stavebnímu inženýrství spoustu možností, pokud se bude více studentů vzdělávat v programování. Chtěl jsem se Vás zeptat zejména na programování v jazyce C a v jazyce C++. Kde vidíte možnosti využití tohoto jazyka ve stavebním inženýrství?
Je zajímavé, že to zmiňujete, protože my jako fakulta se vždycky dohadujeme, jaký programovací jazyk je nejvhodnější. Takže nápad vyučovat programování v jazyce C se nesetkal s jednotným nadšením. Na mnoha fakultách chtějí, aby studenti používali Matlab. Znáte tento program?
Ano.
Mnoho vyučujících se domnívá, že Matlab je programovací jazyk vyšší úrovně. Studenti se v něm mohou dostat k samotnému používání dříve. Nemusí se totiž koukat na samotné šroubky a matičky programu. Na jiné fakultě věří, že se můžete naučit v jazyce C a později přejít na Matlab. Pokud se naučíte v Matlabu, tak přechod na C bude složitější.
Takže radši vyučujeme C. Hodně diskutovali o tom, co učit, a dovolte mi to říct. Myslím, že to byl úspěch a studenty to bavilo. Měli jsme v předmětu několik dobrých projektů, ale ostatním fakultám, to úplně nesedlo. A tak to bude vždycky, když máte nějakou fakultu, každá má svůj oblíbený programovací jazyk, a každá chce, aby ten hlavní byl právě jejich. Ale bylo to velmi příjemné a věřím že si z toho studenti něco vzali.
A vy používáte tento programovací jazyk C nebo Matlab pro, jak bych to nazval, modelování reality?
Používáme, já a mí studenti, různé programy. Já používal C, C++ většinou před analýzou a pro zpracování analýzy. Takže existuje nějaký program na analýzy a já používám Fortran. Moderní verzi Fortranu, ke kterému navíc používáme Matlab, C a C++, kde vytvoříte model a po jeho analýze můžete použít data v těchto ostatních programech. Takže vlastně používáme různé programy a různé programovací jazyky.
Zaujal mě ještě jeden předmět. Chtěl jsem se vás zeptat, zda vyučujete kurz o zatížení konstrukcí zemětřesením. I když tady nemáme žádná masivní zemětřesení. Ale chtěl jsem se Vás zeptat, kde vidíte, se zaměřením na materiály, návaznost na zemětřesení.
Jedná se převážně o stavební dynamiku a speciální zatížení typu zemětřesení. V bakalářském předmětu se nezabýváme problematikou porušování materiálu ani jak se budovy mohou zřítit. Jde skutečně o to, jak konstrukce při otřesech reaguje bez těchto poškození. Jedná se o základní a vstupní předmět v této oblasti. Mohli byste zde mít předmět na stavební dynamiku a bylo by v něm mnoho podobností. Myslím, že hlavní rozdíly jsou v tom, jakými způsoby řešíme otřesy půdy a jejich původ v půdě. Řekl bych, že 75 % předmětu je stavební dynamika a 25 % zkoumání samotného zemětřesení z půdy. Je to základní úroveň pro studenty bakalářského studia a pak máme další předmět pro navazující ročníky, který jde dále tímto směrem, ale nezabýváme se tím, jak se věci a budovy rozpadají.
Ještě poslední věc, než tento rozhovor ukončíme. Měl byste v tuto chvíli pro naše studenty nějaké doporučení, protože se vyznáte ve svém oboru. Co by měli studovat, na co by se podle Vás měli zaměřit ve stavebním inženýrství? Na co by si měli dávat pozor?
Myslím si, že problematika vnášení neurčitosti do toho, co děláme. Použiji to v kontextu praskání mostovky. Pracuji na projektu pro jednu dopravní firmu a oni se mě ptají: Dojde k popraskání mostovky? A chtějí jasnou odpověď. Ano popraská, ne nepopraská. Ale odpověď je někde mezi a pro mnoho věcí, které zde můžete studovat, také neexistuje jednoznačná odpověď.
Když studenti dělají domácí úkol, tak mají rádi, když dojdou k jasnému výsledku. Ale když dojdou do praxe, tak zjistí, že mnoho věcí, nemá jasnou odpověď, ale mnoho možností. Takže si myslím, že se jedná o složité odvětví, ale navíc je velmi odměňující se tímto směrem vydat. Přál bych se tomu věnovat více, když jsem byl ještě student.
Děkuji za Váš čas a doufám, že si užijete zbytek svého pobytu zde v Brně.
Moc děkuji a opravdu chci ocenit svého hlavního hostitele tady, Jana Eliáše, a pak všechny členy fakulty. Díky nim jsme se cítil jako doma. Bylo mi tu velmi dobře.