Pracownie

Zespół w swojej działalności zajmuje się zagadnieniami związanymi z geomechaniką, geotechniką, mechaniką skał oraz oceną wpływu podziemnych robót na powierzchnię terenu i obiekty budowlane.

Wykonywanych jest wiele prac naukowych i inżynierskich dla przemysłu, zarówno z kraju, jak i poza jego granicami (m.in. Niemcy, Republika Czeska, Holandia, USA).

Pozwoliło to na zbudowanie zespołu opartego o fachowców z dużym doświadczeniem i wyczuciem inżynierskim, niebojących się nowych wyzwań. W swoich pracach zespół wykorzystuje metody analityczne i numeryczne oparte na programach autorskich oraz na metodzie elementów skończonych, wyznając maksymę:

„Finite Element Analysis makes a good engineer great, and a bad engineer dangerous” (Robert D. Cook)

Zespół od lat prowadzi współpracę z czołowymi instytucjami naukowymi z różnych krajów.

Zespół od lat prowadzi współpracę z czołowymi instytucjami naukowymi z różnych krajów.

od prawej: K. Unrug (University of Kentucky), A. Sroka, S. Peng (West Virginia University), K. Tajduś, A. Preusse (RWTH Aachen)

od prawej: A. Preusse (RWTH Aachen), A. Sroka

Skład zespołu:

Profesor Stanisław Knothe (02.02.1919 – 31.12.2015), członek rzeczywisty Polskiej Akademii Nauk.W 1951 roku ukończył pracę doktorską pt.: „Wpływ podziemnej eksploatacji na powierzchnię z punktu widzenia zabezpieczenia położonych na niej obiektów”, która stała się podstawą bardzo subtelnej i jasnej teorii ruchu górotworu spowodowanego pracami wydobywczymi. To podejście opiera się na koncepcji krzywej wpływu i wybraniu odpowiedniej funkcji Gaussa. Teoria została bardzo dobrze przyjęta do prognozowania problemów osiadania powierzchni w Polsce i na świecie oraz zainspirowała wielu, którzy pracowali nad problemami z osiadaniami spowodowanymi działalnością górniczą. Teoria ta jest nadal używana, pomimo dostępności bardziej zaawansowanych metod numerycznych. Profesor S. Knothe był również ekspertem od wentylacji kopalnianej.

Profesor S. Knothe uzyskał stopień dr hab. w 1954 roku, następnie profesora nadzwyczajnego w 1958 roku i profesora zwyczajnego w 1975 roku. Dwukrotnie zajmował stanowisko Dziekana Wydziału Górniczego AGH w latach 1958-1960, 1981-1984 i przez wiele lat był kierownikiem Katedry Wentylacji Kopalni.

W 1954 r. Prof. S. Knothe został zaproszony przez prof. W. Budryka do podjęcia badań w nowo powołanym Zakładzie Mechaniki Górotworu w Krakowie. Tam kierował Zakładem Mechaniki Skał, Laboratorium Przemienienia i pełnił funkcję zastępcy dyrektora Instytutu aż do przejścia na emeryturę. Jego wkład w rozwój, reputację i międzynarodowe uznanie Instytutu Mechaniki Górotworu były znaczące. Jego osobiste zaangażowanie w lobbing na budowę nowego budynku Instytutu Mechaniki Górotworu PAN (1968) było decydujące.

Profesor S. Knothe został wybrany członkiem korespondentem (1976) i członkiem rzeczywistym (1989) Polskiej Akademii Nauk, otrzymał tytuł Doktora Honoris Causa Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie (1994). Pełnił funkcję członka (1960-2015), przewodniczącego (1981-1995), honorowego przewodniczącego (2003-2015) Komitetu Górnictwa Polskiej Akademii Nauk, redaktora naczelnego Archives of Mining Sciences (1968-2003). Został zaproszony do udziału w radach naukowych instytutów i zaangażowany w szerokie konsultacje dla państwowych organów i spółek górniczych. Brał udział w licznych kongresach, sympozjach w kraju i za granicą. Profesor S. Knothe został uhonorowany najwyższymi nagrodami państwowymi i uznaniem społeczności górniczej.

Profesor S. Knothe spokojnie od nas odszedł 31 grudnia 2015 r. Pochowano go w Krakowie 13 stycznia 2016 r. z wyróżnieniem, w obecności rodziny oraz przedstawicieli środowisk akademickich i górniczych.
Przyjaciele, koledzy i jego uczniowie będą go pamiętać jako człowieka zasad i życzliwości.

Tekst o Prof. Knothe został zaczerpnięty z artykułu prof. Wacława Trutwina

Anton Sroka jest profesorem w Instytucie Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk w Krakowie. Pracował również jako profesor w TU Clausthal (Niemcy) i TU Bergakademie Freiberg (Niemcy) oraz jako ekspert w Deutsche Steinkohle AG (Niemcy). Jest członkiem Międzynarodowego Towarzystwa Geodetów Górniczych, Międzynarodowego Stowarzyszenia Mechaniki Skał (ISRM) i Międzynarodowego Stowarzyszenia Mechaniki Gruntów i Fundamentowania.

Profesor Anton Sroka jest absolwentem Geodezji Górniczej na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie (1971). Na tej samej uczelni w 1975 r. uzyskał stopień doktora nauk technicznych, a w 2000 r. stopień doktora habilitowanego w dziedzinie geomechaniki górniczej. W latach 1971-1980 był asystentem, starszym asystentem i adiunktem na Wydziale Geodezji AGH. W 1980 r. opuścił Polskę. W latach 1982-1984 był asystentem dydaktycznym, a w latach 1984-1990 profesorem Uniwersytetu Technicznego w Clausthal/Dolnej Saksonii. W latach 1990-1999 pracował w koncernie węglowym Deutsche Steinkohle AG, odpowiadając za planowanie wydobycia górniczego w zakresie minimalizacji jego wpływu na powierzchnię i górotwór oraz minimalizacji sejsmiczności indukowanej. Był kierownikiem zespołu badawczego, który przeprowadzał badania we wspomnianym zakresie. W 1999 roku został profesorem zwyczajnym w dziedzinie geodezji górniczej i szkód górniczych na Uniwersytecie Technicznym Bergakademie Freiberg/Saksonia. W latach 2003-2013 był dyrektorem Instytutu Geodezji Górniczej i Geodezji w TU Bergakademie Freiberg. Był także Dziekanem Wydziału Nauk o Ziemi, Geotechniki i Górnictwa (2006-2009) oraz dyrektorem szkoleniowo-eksperymentalnej kopalni „Reiche Zeche” i „Alte Elisabeth” we Freibergu (2005-2012). Od 2008 roku jest zatrudniony jako profesor w Instytucie Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk w Krakowie. W 2012 r. uzyskał tytuł profesora nauk technicznych od Prezydenta Komorowskiego. W kwietniu 2013 r. przeszedł na emeryturę, obejmując stanowisko profesora honorowego w TU Bergakademie Freiberg, pozostając tam wykładowcą, a od połowy 2013 r. jest profesorem zwyczajnym w IMG PAN w Krakowie.

Profesor Sroka jest autorem i współautorem ponad 200 publikacji z zakresu geodezji górniczej, geotechniki i geofizyki górniczej, a także metod obliczeniowych, kilkudziesięciu tematów naukowych i badawczych oraz wielu projektów i wdrożeń dla górnictwa. Był promotorem 20 zrealizowanych prac doktorskich i recenzentem ponad 20 prac doktorskich oraz recenzentem wielu postępowań habilitacyjnych i profesorskich.

Jest organizatorem/współorganizatorem sesji naukowych w TU Bergakademie Freiberg, takich jak Geokinematischer Tag i Altbergbau-Kolloquium oraz pomysłodawcą międzynarodowej Konferencji im. Stanisława Knothego.

Tematyka realizowanych przez niego prac naukowo-badawczych i ekspertyz dla górnictwa krajowego i światowego lub urzędów państwowych wielu krajów dotyczy głównie obliczania deformacji terenu i skał oraz ich wpływu na powierzchnię obiektów w przypadku m.in.:

• eksploatacji złóż węgla, soli oraz rud żelaza i miedzi,
• eksploatacji złóż fluidalnych (ropy naftowej, gazu i siarki),
• drążenia tuneli,
• powstawania kawern, służących do magazynowania płynnych i gazowych zasobów energii,
• głębokich regionów geotermalnych, oraz
• podniesienia powierzchni terenu podczas likwidacji kopalń (poprzez zawadnianie).

Krzysztof Tajduś jest profesorem Instytutu Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk w Krakowie. Jest członkiem Rady Naukowej Instytutu Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk, Międzynarodowego Stowarzyszenia Mechaniki Skał (ISRM), Międzynarodowego Stowarzyszenia Mechaniki Gruntów i Fundamentowania oraz rzeczoznawcą w Państwowym Zespole Górniczym. Od 2018 r. jest redaktorem działu (w dziedzinie mechaniki skał) w czasopiśmie Archives of Mining Sciences (z IF).

W 2003 roku ukończył studia na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie i uzyskał tytuł magistra inżyniera z zakresu geomechaniki. Po ukończeniu studiów rozpoczął pracę w IMG PAN. W 2008 r. obronił podwójny doktorat: w dziedzinie górnictwa i geologii inżynierskiej na AGH oraz zakresu geotechniki w Niemczech na TU Bergakademie Freiberg. W 2016 r. obronił habilitację na kierunku górnictwo i geologia inżynierska w Głównym Instytucie Górnictwa. W 2009 r. został najmłodszym członkiem Komisji przy Urzędzie Górniczym ds. stanu zagrożenia wodnego i skalnego w Kopalni Soli „Wieliczka” S.A., a od 2010 r. jest członkiem Komisji ds. Ochrony Powierzchni. W latach 2011-2014 pracował na Wydziale Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH.

Profesor Tajduś jest autorem i współautorem ponad 80 publikacji, z których około jedna czwarta została opublikowana w czasopismach z IF (w dziedzinie mechaniki skał, mechaniki gruntów, górnictwa). Pracował w ponad 100 projektach branżowych w Europie związanych z przemieszczeniami górotworu, stabilizacją skał, tąpaniami, tunelowaniem, szczelinowaniem hydraulicznym, CBM oraz w prawie 30 krajowych i międzynarodowych projektach badawczych. Był recenzentem 9 prac doktorskich i habilitowanych oraz prawie 40 publikacji naukowych. Jest współorganizatorem konferencji Altbergbau-Kolloquium i Konferencji im. Stanisława Knothego.

Rafał Misa jest adiunktem w Instytucie Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk w Krakowie.

W latach 2011-2017 prowadził zajęcia na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii Akademii Górniczo-Hutniczej. Posiada tytuł doktora i magistra inż. z budownictwa oraz tytuł inżyniera w dziedzinie geodezji. Ukończył studia inżynierskie na Uniwersytecie Abertay Dundee w Wielkiej Brytanii oraz doktoranckie na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.

Dzięki rocznemu stypendium rządu szkockiego w 2008 roku ukończył studia na Uniwersytecie Abertay Dundee w Szkocji otrzymując tytuł BSc with Honours w dziedzinie inżynierii lądowej (Civil Engineering). Jest absolwentem Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie – w 2009 r. uzyskał tytuł magistra inżyniera z budownictwa, a rok później inżyniera z geodezji. W tym samym roku ukończył studia podyplomowe na kierunku Manager innowacji w Szkole Głównej Handlowej w Warszawie. W 2015 r. ukończył studia doktoranckie w dziedzinie górnictwa i geologii inżynierskiej, a w 2016 r. obronił doktorat z budownictwa na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.

Od 2010 r. należy do zespołu prof. Sroki w Instytucie Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk w Krakowie. Zajmuje się zagadnieniami ochrony powierzchni przed skutkami eksploatacji podziemnej. Interesuje się szeroko rozumianą geomechaniką i geotechniką górniczą. Jest współorganizatorem konferencji Altbergbau-Kolloquium i Konferencji im. Stanisława Knothego.

Dr Misa jest autorem i współautorem 35 prac naukowych, kilku projektów badawczych (krajowych i międzynarodowych), ponad 60 projektów inżynieryjnych i ekspertyz w zakresie górnictwa węglowego, rudnego, solnego i naftowego oraz budownictwa i geotechniki, przeprowadzanych w Polsce i poza jej granicami.

Dawid Mrocheń jest zatrudniony od 2021 roku w Instytucie Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk jako pracownik inżynieryjno-techniczny.

Jest absolwentem Akademii Górniczo-Hutniczej, gdzie w roku 2015 ukończył studia magisterskie na kierunku Geodezja i kartografia, w specjalności Geoinformacja i Geodezja Górnicza. W roku 2022 rozpoczął studia III stopnia w Szkole Doktorskiej AGH w ramach programu Doktorat wdrożeniowy, prowadząc badania w zakresie optymalizacji wyznaczenia parametrów modelu geomechanicznego. Zajmuje się wykorzystaniem i integracją nowoczesnych i klasycznych technik geodezyjnych m.in. UAV, LiDAR, InSAR, GNSS do opisu pola przemieszczeń na terenach górniczych i pogórniczych oraz parametryzacji modeli geomechanicznych.

Mgr inż. Dawid Mrocheń jest autorem lub współautorem 20 publikacji naukowych, ponad 20 opracowań i ekspertyz naukowo-technicznych w zakresie geodezji górniczej i ochrony terenów górniczych, a także wystąpił na 7 krajowych konferencjach prezentując rezultaty swoich prac.

Głównym kierunkiem prac jest prognozowanie skutków podziemnej eksploatacji złóż w celu minimalizowania jej szkodliwego oddziaływania na powierzchnię.

Przy prognozowaniu wpływów eksploatacji wykorzystywane są:

• rozwiązania teoretyczne umożliwiające opis matematyczny analizowanych zjawisk,
• badania modelowe na ośrodku sypkim pozwalające na obserwację przebiegu zjawiska,
• dane pomiarowe z kopalń.

Badania modelowe prowadzi się w unikatowych urządzeniach pozwalających na imitowanie różnego rodzaju eksploatacji górniczej. Medium badawczym jest ośrodek sypki (piasek, ballotina), w którym rozkład wpływów jest zbliżony do rozkładu wpływów w górotworze, w obu przypadkach zbliżony do normalnego. Rozkład ten stanowi podstawę rozważań teoretycznych nad wpływami eksploatacji.

Możliwość realizowania przemieszczeń ośrodka w skrzyniach modelowych pozwala na badanie problemów interesujących górnictwo w zakresie:

• oddziaływania eksploatacji górniczej na powierzchnię i zlokalizowane na niej obiekty mieszkalne i przemysłowe, infrastrukturę, drogi, autostrady itp.
• zjawisk tektonicznych (np. powstawanie nieciągłości i ich wpływu na obiekty znajdujące się na powierzchni),
• geotechniki (np. stateczności nasypów, zboczy).

Wykorzystując dane pomiarowe z kopalń, podjęto próbę ustalenia zależności pomiędzy dynamicznymi wskaźnikami deformacji a uszkodzeniami obiektów na powierzchni wywołanymi eksploatacją górniczą. Zaproponowano uzupełnienie obowiązującej Klasyfikacji Ochrony Terenów Górniczych o nowe, dynamiczne wskaźniki deformacji, w szczególności o tygodniowy przyrost obniżenia terenu.

Na podstawie pomiarów geodezyjnych (GPS, tachimetry elektroniczne), tensometrii i badań modelowych określono skutki okresowych zatrzymań frontu eksploatacyjnego na powierzchnię terenu.

W pracowni prowadzone są prace nad numerycznym modelowaniem współpracy budynków z podłożem podlegającym różnego rodzaju deformacjom, w tym deformacjom górniczym. Obliczenia przeprowadzane są programem ABAQUS wykorzystującym Metodę Elementów Skończonych, dostępnym dzięki współpracy z ACK CYFRONET.

Analiza numeryczna pozwala na uzyskanie obrazu stanu konstrukcji budynku wywołanego procesami zachodzącymi w podłożu. Opracowane metody uwzględniają sprężysto-plastyczno-lepkie zachowanie się górotworu. Umożliwiają również symulację przejścia geometrycznie i czasowo zmiennej niecki górniczych osiadań.

Dobór praw materiałowych dla materiałów geologicznych

Laboratoryjne badania próbek materiałów geologicznych połączone z komputerową symulacją eksperymentów pozwalają na dobre określenie prawa zachowania się danego materiału.

Numeryczne określenie rozkładu naprężeń i odkształceń w próbkach skał poddanych testom laboratoryjnym może służyć poprawniejszej interpretacji wyników oznaczeń właściwości skał, ustaleniu i usprawnieniu metody badań, a także sprawdzeniu czy wyznaczone własności w badaniach laboratoryjnych — poprzez symulacje MES warunków testu — prowadzą do zgodności obliczonych i obserwowanych odkształceń. Aby określić relację między siłami działającymi na próbkę i obserwowanymi przemieszczeniami konieczne jest stosowanie właściwych praw materiałowych. W rezultacie, w analizie MES testuje i poprawia się nie tylko wartości oznaczanych stałych ale także poprawność stosowania odpowiednich praw materiałowych.

Przykład symulacji komputerowej eksperymentu trójosiowego ściskania soli kamiennej

INFORMACJA: dr hab. inż. Lucyna Florkowska, prof. IMG PAN

W związku ze stosowaniem coraz doskonalszej aparatury badawczej w Pracowni, prowadzone są badania nad wpływem sposobu wykonywania testów wytrzymałościowych na ich wynik. Jedną z pierwszych tego typu prac była ocena wpływu trybu pracy Prasy sztywnej INSTRON Rock Testing System na kształt krzywej odkształcenie-naprężenie podłużne otrzymywanej podczas testu jednoosiowego ściskania (patrz rysunek). Analizowano krzywe uzyskane podczas eksperymentu prowadzonego ze stałą prędkością narastania siły obciążającej (tryb SO), stałymi prędkościami deformacji: podłużnej (tryb DP) lub obwodowej (tryb DO) oraz stałą prędkością zmiany pozycji tłoka (tryb PT). Przeprowadzone eksperymenty dowiodły, że dla testu jednoosiowego ściskania jedynie wykonywanie testów w trybie ze stałą prędkością deformacji obwodowej pozwala na uzyskanie pełnej krzywej zależności między naprężeniem a odkształceniem podłużnym, łącznie z jej częścią pokrytyczną.

Zależność kształtu krzywej naprężenie-odkształcenie podłużne od sposobu obciążania próbki

Innym zagadnieniem istotnym z punktu widzenia metodycznego jest problem tzw. klasyfikacji Wawersika, według której istnieją dwie klasy zachowań po krytycznych skały podczas testu jednoosiowego ściskania.

Dwie klasy zachowań pokrytycznych skały podczas testu jednoosiowego ściskania (wg Wawersika): niekatastroficzna (I) i katastroficzna (II)

Badania przeprowadzone w Pracowni wykazały, że podczas eksperymentu jednoosiowego ściskania kształt próbki oraz warunki prowadzenia eksperymentu mają istotny wpływ na kształt otrzymanej krzywej zależności między naprężeniem a odkształceniem podłużnym.

Zależność kształtu krzywej naprężenie-odkształcenie od smukłości próbki (l)

Zależność kształtu krzywej naprężenie-odkształcenie od typu podkładek miedzy próbką a płytami prasy

Znaleziono regularne zależności eksperymentalne między podłużnym i poprzecznym odkształceniem na granicy wytrzymałości a ciśnieniem okólnym. Za pomocą pewnych charakterystycznych punktów na charakterystykach zdefiniowano ciśnienia przejścia między kruchym pękaniem a ciągliwym płynięciem oraz ciśnienie wejścia skały w pełną ciągliwość.

Wykazano eksperymentalnie, że przekroczenie przez ciśnienie okólne ciśnienia zamykającego spękania lub ciśnienia powodującego trwałe odkształcenie może powodować wzrost nachylenia krzywej zależności między granicą wytrzymałości a ciśnieniem okólnym.

Dokonano synoptycznego opisu właściwości wytrzymałościowych i deformacyjnych skał na podstawie wyników własnych badań.

Wykazano wpływ ciśnienia zasorbowanego dwutlenku węgla na ciśnienie przejścia i pełnej ciągliwości węgla.

Wykazano zmiany właściwości skał po ich ściśnięciu hydrostatycznym dostatecznie wysokim ciśnieniem.

Podczas pęcznienia sorpcyjnego węgla i skał po narzuceniu stałych wymiarów próbki obciążonej stałą siłą w chwili początkowej, wykazano dwa przeciwstawne zjawiska: wzrost naprężenia w wyniku pęcznienia i relaksację.

Wykazano eksperymentalnie zależność między strukturą porów skał a działaniem ciśnienia porowego na granicę wytrzymałości i odkształcenie na granicy wytrzymałości skał w trójosiowym stanie naprężenia.

Zbadano wpływ sorpcji wody lub dwutlenku węgla pod ciśnieniem na takie właściwości skał w trójosiowym stanie naprężenia jak granica wytrzymałości, odkształcenie na granicy wytrzymałości, stałe sprężystości. Zbadano zachowanie skał, a zwłaszcza węgli podczas procesy pochłaniania wody lub dwutlenku węgla.

We współpracy z jednostkami spoza Instytutu zaprojektowano i wykonano pierwszą w kraju aparaturę do badania deformacji i pękania próbek skał w trójosiowym stanie naprężenia.

Próbki mogą być nasycane płynami porowymi sorbującymi lub niesorbującymi. Zakres stosowanych ciśnień okólnych i porowych wynosi 400 MPa, zakres siły osiowej — 1 500 kN.

Zaprojektowano i wykonano elektroniczną aparaturę pomiarowo-rejestrującą do obserwacji współzależności wielkości mechanicznych charakteryzujących zachowanie się próbek. Opracowano odpowiednie technologie badawcze.

Tensometria gruntowa

Opracowano metodę pomiaru długotrwałych odkształceń gruntów np. w terenie poddanym wpływom eksploatacji górniczej, w osuwiskach itd. sprawdzoną długoletnimi pomiarami (30 lat). Wyznaczano płaskie i przestrzenne stany odkształcenia. Wprowadzono automatyczną rejestrację wyników.

Wyniki pomiaru odkształceń w czasie i odpowiednie elipsy odkształceń

Pomiar odkształceń ciała stałego pod ciśnieniem

Opracowano metodę stosowania tensometrów rezystancyjnych, naprężonych na próbkach skał poddanych ciśnieniu do 400 MPa. Zastosowano przetwornik w formie helikoidalnej sprężyny stalowej opasowującej po obwodzie cylindryczną próbkę, do pomiaru jej odkształceń poprzecznych w stanie sprężystym lub ciągliwym pod ciśnieniem do 400 MPa.

Opracowano metodę pomiaru zmian obwodu próbki cylindrycznej w kilku miejscach jej tworzącej przy pomocy odkształcających się plastycznie opasek. Metoda ta pozwala na określenie zmian kształtu próbki w trójosiowym stanie naprężenia.

Różnicowa granica wytrzymałości jako funkcja ciśnienia porowego dla ciśnienia okólnego jako parametru. Łupek ogniotrwały, Nowa Ruda

Kontrola momentu zginającego próbkę ściskaną osiowo

Przez rozmieszczenie na obwodzie próbki co najmniej trzech tensometrów uzyskano wartość momentu jako funkcję poziomu obciążenia. Pomiar ten jest istotny przy kontroli równomierności obciążenia.

Odkształcenia cylindrycznej próbki z wapienia Czatkowice zmierzone przy pomocy trzech tensometrów (A, B i C) naklejonych w połowie jej wysokości co 120 stopni równolegle do osi i trzech tensometrów połączonych szeregowo naklejonych na obwodzie (P). S – wyliczone średnie odkształcenie osiowe próbki

• Jerzy Augustyn Gustkiewicz urodził się 23 marca 1931 r. w miejscowości Wysoka k. Zawiercia. Tam ukończył szkołę powszechną, a następnie kontynuował naukę w Państwowym Gimnazjum i Liceum Męskim w Zawierciu. W 1950 r. zdał egzamin maturalny oraz uzyskał świadectwo maturalne typu matematyczno-fizycznego. Z opowiadań jego oraz jego najbliższych wynika, że zainteresowania młodego Jerzyka szły w tym czasie z jednej strony w kierunku nauk przyrodniczych — zbierał motyle, hodował płazy i gady, co jak się wydaje, doprowadziło w końcu do pewnych konfliktów w rodzinie (która mama zniesie w domu węża!?) — a z drugiej zdradzał duże zdolności artystyczne (o tym, że świetnie rysował, jego współpracownicy przekonali się wielokrotnie). Dodatkowo miał szczęście trafić w szkole średniej na znakomitą nauczycielkę matematyki, dzięki której mógł rozwijać swoje zdolności także i w tym kierunku.

Tego szczęścia miał zresztą nasz Bohater w tym okresie sporo. Pamiętajmy, że „po drodze” była jeszcze wojna, która zaśmieciła tereny wokół Wysokiej ogromną ilością wszelkiego rodzaju wybuchającego żelastwa. W późniejszych wspomnieniach Profesora wielokrotnie przewijały się epizody związane z rozkręcaniem różnych typów pocisków. Niektórzy z jego przyjaciół doznali przy tym poważnych obrażeń lub nawet stracili życie. Młody Jerzyk przetrwał ten „wybuchowy” etap swojej egzystencji bez uszczerbku.

Nie należy się zatem dziwić, że przy takiej wszechstronności zainteresowań, wybór kierunku studiów nie był dla Jerzego Gustkiewicza sprawą prostą. Ostatecznie dokonał go, posługując się wypróbowanym schematem Hegla: teza — antyteza — synteza. Tezą były studia matematyczne na Uniwersytecie Jagiellońskim, antytezą studia na Akademii Sztuk Pięknych a jako synteza wyszły studia architektoniczne na Wydziale Architektury, która wówczas była jednym z tzw. Wydziałów Politechnicznych AGH. Jak widać w teorii było to bardzo łatwe. A w życiu… wyszło jak w życiu… Po prostu ani Hegel, ani Gustkiewicz nie przewidzieli, że ponad 90% miejsc na Architekturze będzie obsadzonych „z klucza politycznego” (przypomnijmy — był rok 1950). W efekcie nasz maturzysta trafił na Wydział Górniczy Akademii Górniczo-Hutniczej, gdzie w 1956 r. uzyskał dyplom magistra inżyniera górnika.

Jakim był studentem? No cóż, informacje na ten temat są sprzeczne. Z jednej strony wiadomo, że już jako student rozpoczął pracę w charakterze asystenta w Zakładzie Hydromechaniki Górniczej AGH, kierowanym przez śp. prof. dr hab. inż. Jerzego Litwiniszyna, a z drugiej, że wobec słabych postępów w nauce wydziałowa organizacja ZMP przydzieliła studentowi Gustkiewiczowi kuratora i korepetytora, który miał mu pomóc w nadrobieniu braków. Pewnym wytłumaczeniem tej sprzeczności może być fakt, że wspomniane braki studenta Gustkiewicza dotyczyły tak szczególnej dziedziny studiów jak filozofia marksistowska. Uzasadnionym wydaje się przypuszczenie, że śp. prof. Litwiniszyn uznał te braki za nieistotne.

Cała sprawa o tyle nie była zabawna, że wszechwładna na Wydziale Podstawowa Organizacja Partyjna PZPR oskarżyła studenta Gustkiewicza o sabotaż i lekceważący stosunek do przedmiotu. Były to czasy stalinowskie i POP przymierzała się już do usunięcia studenta z uczelni. Aliści w sukurs przyszli niektórzy członkowie tejże POP, którzy działając na niwie ideologicznej tak zaniedbali matematykę, że poprosili studenta Gustkiewicza o ratunek (czytaj korepetycje) i w dowód wdzięczności sami go przy okazji wyratowali.

Warto jeszcze w tym miejscu dodać, że pod koniec studiów na AGH uznał Jerzy Gustkiewicz swoją wiedzę matematyczną za niewystarczającą i uczęszczał jako wolny słuchacz na wybrane wykłady i ćwiczenia z matematyki na wydziale Matematyczno-Fizyczno-Chemicznym UJ. Ta miłość do matematyki okazała się uczuciem trwałym, a znajomością matematyki i umiejętnością jej stosowania imponował prof. Gustkiewicz przez całe życie.

Na okres studiów przypada także początek fascynacji Profesora górami. Jako student zaczął bowiem uprawiać wspinaczkę wysokogórską i dosyć szybko uzyskał w tej dziedzinie stopień instruktora. Niestety profesjonalnie uprawianej wspinaczki nie dało się pogodzić z poważnie traktowaną pracą naukową, ale góry pozostały dla Profesora na zawsze ulubionym miejscem odpoczynku.

Można zaryzykować twierdzenie, że nasz instruktor nie docenił wszystkich czyhających na niego w górach niespodzianek, czego najlepszym dowodem jest poniższe zdjęcie. Wypatrując bowiem potencjalnych zagrożeń przed sobą nie zauważył, że wiążąca za nim linę kursantka zwiąże się z nim na całe życie, który to fakt nastąpił ostatecznie w roku 1960.

Instruktor Jerzy Gustkiewicz i kursantka Maria Sass (ze zbiorów prof. Marii Sass–Gustkiewicz)

Pracując jako asystent prof. Litwiniszyna, zajął się mgr Gustkiewicz problemem pomiaru deformacji powierzchni terenu. Zadaniem, jakie postawił przed nim prof. Litwiniszyn, było wyznaczenie stanu odkształcenia powierzchni gruntu poddanego wpływom eksploatacji górniczej prowadzonej pod miastem Bytom. Cel ten został osiągnięty w 1963 roku, a uzyskane wyniki zawarte zostały w obronionej w tymże roku rozprawie doktorskiej pt.: „Studium o możliwościach pomiarów tensometrycznych odkształceń terenu nad obszarem eksploatacji górniczej”. Z rozprawy tej pochodzi poniższy rysunek przedstawiający elipsę odkształceń uzyskaną na podstawie pomiarów prowadzonych przez 212 dni rozetą tensometryczną złożoną z trzech tensometrów gruntowych. Jest to z pewnością pierwszy taki wynik otrzymany w Polsce, a niewykluczone, że także pierwszy w świecie. Aby go uzyskać, doktorant musiał zaprojektować i wykonać odpowiednie tensometry gruntowe, opracować i przetestować metodykę badań, a wreszcie samemu przeprowadzić uciążliwe obserwacje polowe. Aparatura wówczas zaprojektowana była później wielokrotnie modernizowana (najważniejsza modernizacja to zastąpienie przetwornika rezystancyjnego przetwornikiem strunowym) oraz uzupełniana o różne dodatkowe układy, głównie odczytowo-rejestrujące. Swego rodzaju pomnikiem jej skuteczności i niezawodności jest założone w 1973 r. przed IMG poletko doświadczalne, na którym zainstalowane wówczas tensometry funkcjonują nienagannie po dziś dzień.

Elipsa odkształceń (rysunek z pracy doktorskiej Jerzego Gustkiewicza)

W tymże 1973 r. postanowił także doc. Gustkiewicz stworzyć sobie i swojej rodzinie rodzaj azylu. W tym celu zakupił w górach, na stoku Cietnia (829 m n.p.m.) nad Przenoszą starą chałupę. I od tego momentu rozpoczęły się słynne wyjazdy „na Kadłuby”, miejsce, do którego nie tylko uciekał sam, ale zabierał też swoich współpracowników. Włożył w nie Profesor bardzo wiele pracy i pieniędzy i ostatecznie doprowadził do stanu budzącego (jak można przypuszczać) sporą zazdrość w całej okolicy. Poniżej zdjęcie zrobione na „Kadłubach” w latach 70.

Na „Kadłubach” z rodziną i współpracownikami; od lewej: Teresa Ochocińska, Maria Sass-Gustkiewicz, Mateusz Gustkiewicz, Zofia Kuśmierczyk, Marek Długosz, Jerzy Gustkiewicz (ze zbiorów prof. Marii Sass–Gustkiewicz)

Niezależnie od pracy naukowej dr Gustkiewicz zajmował się także działalnością dydaktyczną. Z upoważnienia prof. Litwiniszyna prowadził wykłady i ćwiczenia z mechaniki ośrodka ciągłego oraz mechaniki płynów, a z upoważnienia prof. Stanisława Gołąba wykłady i ćwiczenia z matematyki. Działalność ta zakończyła się w tej formie w roku 1966, z chwilą przejścia dr Gustkiewicza do Instytutu Mechaniki Górotworu PAN. Jednakże tak naprawdę z dydaktyką definitywnie nie zerwał nigdy. W latach późniejszych (już jako Profesor – pracownik IMG PAN) prowadził na przykład wykłady z tektonofizyki na AGH czy też z mechaniki skał na Uniwersytecie Śląskim. Nauczycielem był zawsze znakomitym. Całą swą ogromną wiedzę stawiał do dyspozycji nie tylko najbliższych współpracowników, ale każdego, kto chciał z niej skorzystać. Potrafił ją przekazać jasno, przystępnie i zrozumiale. Jako szef nigdy nie miał pretensji, że coś „nie wyszło”. Raczej spokojnie wskazywał błędy, wyjaśniał co i jak trzeba zrobić, żeby tych błędów nie powtórzyć.

Fakt przejścia do IMG PAN nie zmienił w sposób zasadniczy zainteresowań naukowych dr Gustkiewicza. Kontynuując studia nad deformacjami, zajął się analizą tzw. krzywizny normalnej elementu łuku powierzchni. Nie wchodząc w szczegóły, sprawa wyglądała tak: jeżeli mamy krzywiznę normalną łuku powierzchni w stanie nie zdeformowanym, a następnie krzywiznę normalną tegoż łuku w stanie zdeformowanym to ich różnica wyraża miarę deformacji postaciowej krzywej na powierzchni zwaną fleksją normalną tej krzywej. Dr Gustkiewicz udowodnił, że dla przypadku takiego zginania łuku na powierzchni, że jego zmiany długości można zaniedbać, można wyprowadzić tensor trzeciego rzędu we współrzędnych materialnych i przestrzennych nazwany tensorem fleksji ośrodka, który pozwala na określenie absolutnego wektora fleksji. Poświęcona tym zagadnieniom praca habilitacyjna zatytułowana „Fleksyjne deformacje terenu w zasięgu wpływów eksploatacji górniczej”, plus dotychczasowy dorobek naukowy, przyniosły doktorowi Jerzemu Gustkiewiczowi stopień doktora habilitowanego nauk technicznych w 1971 r.

Do warstwy anegdotycznej związanej z tą habilitacją należy opowieść, jak to w alfabetach łacińskim i greckim zabrakło Habilitantowi liter do oznaczania wskaźników w zapisie tensorowym, w związku z czym musiał sięgnąć do znaków alfabetu hebrajskiego.

Rok po zakończeniu przewodu habilitacyjnego doc. Gustkiewicz wyjechał na sześciomiesięczny staż do Laboratorium Mechaniki Ciała Stałego w L’Ecole Polytechnique w Paryżu. Zdobyta podczas tego stażu wiedza skierowała zainteresowania naukowe doc. Gustkiewicza w zupełnie nowym kierunku. Rozpoczął bowiem studia nad właściwościami mechanicznymi skał, a spośród prowadzonych przezeń w tym okresie eksperymentów za najciekawsze uznać można bardzo trudne i żmudne badania fluktuacji odkształceń w skałach, które wykonywano na cylindrycznych próbkach skalnych ściskanych jednoosiowo w maszynie wytrzymałościowej aż do granicy wytrzymałości. Celem tych badań było ustalenie pewnych relacji między lokalną a globalną odpowiedzią skały na siłę obciążającą. Uzyskane wyniki w istotny sposób wzbogaciły wiedzę o eksperymencie jednoosiowego ściskania.

Jednoosiowe ściskanie było jedynie wstępem do znacznie trudniejszych zagadnień. Wchodząc w połowie lat 70. w kontakt z ówczesnym Zakładem Wysokich Ciśnień „Unipress” PAN [1] rozpoczął doc. Gustkiewicz prace nad skonstruowaniem pierwszej w Polsce aparatury do badań skał w trójosiowym stanie naprężenia. Prace konstrukcyjne nad urządzeniem, które otrzymało nazwę GTA-10, zostały zakończone wykonaniem w pełni sprawnego prototypu w 1978 r., oraz patentem w roku 1983. Urządzenie pozwalało na badanie cylindrycznych próbek skalnych dla ciśnień okólnych i porowych do 400 MPa. Maksymalna siła nacisku osiowego wynosiła 1 500 kN. Przewidziano możliwość podgrzewania próbki w komorze do 450 K. Od chwili zainstalowania w IMG PAN urządzenie jest modernizowane i wyposażane w osprzęt różnego typu niezbędny wobec stale rozszerzającego się zakresu badań. Należy podkreślić, że jego nieco zmodernizowana wersja [1] o nazwie GTA-20 została zainstalowana na Politechnice Śląskiej w Gliwicach, w Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, Instytucie Górnictwa Czechosłowackiej Akademii Nauk w Ostrawie (CSRS) oraz w Międzydyscyplinarnym Instytucie Badawczym Geologii i Mechaniki Uniwersytetu Józefa Fouriera w Grenoble (Francja), i wszędzie tam przyczyniła się do znaczącego rozwoju prowadzonych badań. Zakres badań prowadzonych z wykorzystaniem urządzenia GTA-10 był i pozostaje bardzo szeroki. Studiowano wpływ ciśnień hydrostatycznego i porowego na granicę wytrzymałości skały i odpowiadające jej odkształcenie oraz moduł Younga i współczynnik Poissona, analizowano zmiany objętości skały pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego i ich konsekwencje dla jej właściwości mechanicznych, studiowano zmiany tych właściwości w wyniku oddziaływania sorbujących i niesorbujacych płynów porowych. Możliwości badawcze w tym zakresie z pewnością nie zostały wyczerpane, a badania są kontynuowane.

Praca na prototypowej aparaturze z ciśnieniami rzędu setek MPa czasem potrafi dostarczyć pewnych emocji. Oto kilka takich „atrakcji” związanych z wykorzystywanymi w pracowni urządzeniami wysokociśnieniowymi:

• pęknięcie (wskutek defektu materiałowego) komory wysokociśnieniowej przy ciśnieniu cieczy w komorze ponad 200 MPa,
• „wyplucie” (wskutek zerwania gwintu śruby mocującej) kapilary doprowadzającej do komory gaz pod wysokim ciśnieniem przy ciśnieniu gazu ok. 200 MPa. Kapilara przecięła powietrze jak ostrze gilotyny i uderzyła w ścianę nad głową inż. Długosza, który akurat z niewiadomych powodów znalazł się w miejscu, w którym go absolutnie być nie powinno. Po tym incydencie po raz pierwszy widziano Profesora dosłownie szarego z przerażenia,
• rozsadzenie — w trakcie dopracowywania metodyki nowego typu eksperymentów — całej serii manometrów do pomiaru ciśnienia gazu. Uczciwie trzeba powiedzieć, że wprawdzie manometry te wybuchały z głośnym hukiem, to jednak te ich wybuchy nie niosły za sobą jakiegoś specjalnego zagrożenia,
• zrobienie korkiem od komory dziury w suficie. Był to osobisty wyczyn Profesora, który chciał pokazać inż. Lizakowi jak można wypchnąć z komory zapieczony korek. Rzeczywiście pokazał: półkilogramowy, stalowy walec wystrzelił z komory, wybił dziurę w suficie i spadł na podłogę obok obu lekko zszokowanych eksperymentatorów.

Niezaprzeczalną zasługą Profesora było także podjęcie starań o wyposażenie Pracowni Odkształceń Skał w aparaturę badawczą najnowszej generacji. Starania te zostały uwieńczone sukcesem w grudniu 1993 r., gdy do Pracowni dotarła sztywna maszyna wytrzymałościowa INSTRON 8500 Rock Testing System. Urządzenie to (sfinansowane przez KBN) zostało wykonane przez firmę INSTRON z uwzględnieniem sugestii zgłaszanych przez IMG PAN w taki sposób, aby spełniać warunki niezbędne do badań materiałów kruchych (skały) i stać się podstawą do budowy nowego, znacznie nowocześniejszego niż istniejące, stanowiska do badań w trójosiowym stanie naprężenia. Zapewniona została duża sztywność ramy prasy (10 MN x mm^-1), przestrzeń między płytami o wielkości pozwalającej na umieszczenie tam komory do badań trójosiowych, oraz siła nacisku (5 000 kN) umożliwiająca przekroczenie granicy wytrzymałości dla stosunkowo dużych próbek przy wysokich ciśnieniach okólnych. Cyfrowy układ sterowania z pętlą sprzężenia zwrotnego (tzw. feedback loop control system) pozwalał na wykonywanie eksperymentów ze stałą prędkością narastania siły, deformacji podłużnej lub też deformacji obwodowej badanej próbki.

Jest pewnym paradoksem, że maszyna INSTRON 8500 w późniejszym okresie stała się dla prof. Gustkiewicza swego rodzaju „wyrzutem sumienia”. Otóż drastyczne ograniczenia finansowania nauki w drugiej połowie lat 90., uniemożliwiły wyposażenie urządzenia INSTRON 8500 w odpowiednią komorę do badań trójosiowych, co było dla Profesora przysłowiowym „zatrzymaniem się wpół drogi”. W efekcie urządzenie INSTRON 8500 Rock Testing System wykorzystuje się realizując programy badań bazujące na teście jednoosiowego ściskania, a do badań trójosiowych nadal służy urządzenie GTA-10.

Dorobku naukowego prof. Gustkiewicza związanego z badaniami skał w wysokich ciśnieniach, w tak krótkiej prezentacji podsumować właściwie nie sposób. Zakres prowadzonych przez Profesora w tej dziedzinie badań dobrze ilustruje pokazany poniżej rysunek. Ten niepozorny na pierwszy rzut oka zbiór krzywych to synteza, na którą złożyły się lata pracy. Krzywe te przedstawiają kolejno: granicę wytrzymałości, granicę liniowości, odkształcenie podłużne na granicy wytrzymałości, odkształcenie poprzeczne na granicy wytrzymałości, moduł sprężystości oraz zmianę objętości próbki jako funkcje ciśnienia okólnego.

Synoptyczny przegląd wytrzymałościowych i deformacyjnych właściwości skały; marmur „Zielona Marianna”. Oznaczenia: 1– granica wytrzymałości, 2– granica liniowości, 3,4– odkształcenia podłużne i poprzeczne na granicy wytrzymałości, 5– moduł Younga, 6 – współczynnik Poissona, 7– krzywa ściśliwości, PT– ciśnienie przejścia kruche-ciągliwe zachowanie, PD– ciśnienie pełnej ciągliwości, P0– ciśnienie zamykające spękania, PC– ciśnienie konsolidacji.

Analizując kształt takich krzywych oraz znajdujące się na nich punkty charakterystyczne prof. Gustkiewicz zdefiniował:

• ciśnienie przejścia (PT) jako ciśnienie okólne, poniżej którego próbka skalna pęka krucho a powyżej zachowuje się ciągliwie,
• kryterium pozwalające na rozdzielenie zakresów kruchych i ciągliwych zachowań próbki na podstawie kształtu krzywej zależności pomiędzy odkształceniem próbki na granicy wytrzymałości a ciśnieniem okólnym,
• ciśnienie pełnej konsolidacji (PC) jako ciśnienie okólne, powyżej którego w próbce ściskanej hydrostatycznie rozpoczyna się destrukcja materiału.

oraz ustalił zależności pomiędzy kształtem poszczególnych krzywych i wartościami poszczególnych ciśnień. Wyniki te były własnym i oryginalnym wkładem Profesora do mechaniki skał, a tego typu kompleksowe badania skał w wysokich ciśnieniach nie mają w tej chwili swoich odpowiedników w świecie. Należy tylko ubolewać, że pewna izolacja, w jakiej pozostawały polskie środowiska naukowe w latach 70. i 80. oraz wyraźna niechęć Profesora do autoreklamy uniemożliwiły szersze rozpropagowanie tych wyników i zapewnienie ich autorowi należnego miejsca w międzynarodowej społeczności naukowej. Podsumowując sylwetkę naukową Profesora, na usta ciśnie się jedno słowo: przyrodnik — człowiek zainteresowany wszystkimi aspektami otaczającego nas świata, przyrodą nieożywioną, ale i ożywioną, dla którego mechanika skał i systematyka owadów miały równie niewiele tajemnic.

Prof. Gustkiewicz przeszedł na, wymuszoną przez ustawę, emeryturę z dniem 31 grudnia 2001 r. Na szczęście ta administracyjna decyzja nie wpłynęła na jego aktywność zawodową. Pozostał nadal członkiem zespołu badawczego Pracowni Odkształceń Skał, pracowni, którą stworzył i którą kierował przez całe życie. Realizował dalej własne pomysły badawcze, dalej publikował, służył swoją ogromną wiedzą i doświadczeniem młodszym kolegom. Rozpoczął pracę nad podręcznikiem, w którym chciał zawrzeć swoją wiedzę o skałach. Niestety, pracy tej nie było mu dane dokończyć…
W zimie jeździł na nartach, najczęściej we włoskich Dolomitach skąd pochodzi zamieszczone poniżej zdjęcie, latem kontynuował zagospodarowywanie „Kadłubów”, na których dorastała już trzecia generacja Gustkiewiczów…

Prof. Gustkiewicz na Passo Rolle; Dolomity Włoskie, wiosna 2005 r. (ze zbiorów prof. Marii Sass–Gustkiewicz)

Ostatni raz rozmawialiśmy w szpitalu we środę, 12 października 2005 r. Był po operacji, którą zniósł bardzo dobrze. Śmiał się, żartował, umawialiśmy się na następne spotkanie u niego w domu (17 października miał wyjść ze szpitala). Załamanie przyszło 24h później. Od tego momentu powoli odchodził…

Chciałbym to wspomnienie o prof. Gustkiewiczu zakończyć akcentem pogodnym (myślę, że on też by tego chciał). Zbiegiem okoliczności akcent ten wiąże się z Zimową Szkołą Mechaniki Górotworu… W 1998 r. Szkoła odbywała się w Zakopanem i jak każe tradycja, pewnego dnia „urwaliśmy się” z zajęć i pojechaliśmy na Kasprowy. Pojechali: prof. Pinińska, prof. Gustkiewicz, prof. Zuberek, doc. Kortas i niżej podpisany. Pogoda była podła (mróz, mgła, silny wiatr, miotło drobnym śniegiem) i Profesor „odpuścił” ostatni zjazd. Pozostali pojechali. W dość trudnym miejscu na Hali Goryczkowej zostałem staranowany przez doc. Kortasa i poleciałem w dół po śniegu i wystających kamieniach jakieś 150 m. Wyglądało to na tyle groźnie, że świadkowie (doc. Kortas właśnie i prof. Pinińska) mieli wątpliwości czy żyję. Całe to zdarzenie prof. Pinińska zrelacjonowała następnie Szefowi trzęsącym się z emocji głosem. Profesor popatrzył na nią, popatrzył na mnie (widać było, że nic mi nie jest) i powiedział: „Hej, wicie, jego to mi nie zol. Ale co nie widziołek jak un lecioł to mi zol”.

Prof. dr hab. inż. Jerzy Augustyn Gustkiewicz zmarł w czwartek 8 grudnia 2005 r. Od dłuższego czasu wiedzieliśmy, że jest źle a właściwie, że z każdym dniem jest gorzej, ale podświadomie nie dopuszczaliśmy myśli o najgorszym. Niestety, tego dnia telefon od małżonki Profesora uświadomił nam, że stało się… że straciliśmy Szefa, Nauczyciela i Przyjaciela.
Andrzej Nowakowski

Powyższy tekst opublikowany został w materiałach konferencyjnych XXIX Zimowej Szkoły Mechaniki Górotworu w 2006 roku.

[1] Działająca w mniejszym zakresie ciśnień, lecz dopuszczająca próbki o większych wymiarach.
[2] Aktualnie jest to Centrum Badań Wysokociśnieniowych UNIPRESS PAN z siedzibą w Celestynowie i Warszawie.

Aparatura badawczo-naukowa wytworzona w Pracowni Mikromerytyki