V areáli kampusu Hönggerberg v Zürichu sa v súčasnosti buduje centrifúga s najväčšou kapacitou pre geotechnický výskum v Európe. Umožní výskumníkom simulovať geotechnické štruktúry, ako sú základy, priehrady a tunely, a účinky prírodných rizík, ako sú zemetrasenia, zosuvy pôdy, záplavy a tsunami. Samotná centrifúga bola 21. apríla 2021 nainštalovaná s pedantnou presnosťou.

Začiatok procesu inštalácie už v auguste 2020 bol sám osebe predstavením. Pracovníkom trvalo necelú hodinu, kým zdvihli 245 tonovú kruhovú betónovú komoru pomocou žeriavu a umiestnili ju do zeme vnútorného nádvoria budovy HIF z výšky 25 metrov.

21. apríla 2021 bol zavedený kľúčový prvok nového výskumného pracoviska na Ústave ETH pre geotechnické inžinierstvo: centrifúga s hmotnosťou približne 20 ton bola pomocou mobilného žeriavu spustená do betónovej komory. Výzvou bolo umiestniť centrifúgu presne do stredu betónovej komory, aby sa zabezpečila zvislosť jej osi. A táto poloha musela byť presná na milimetre.

Komora je podopretá špeciálnymi oceľovými pružinami, ktoré budú absorbovať vibrácie z centrifúgy a zabránia ich rozšíreniu podzemím ku kampusu. Toto zariadenie bude nielen geotechnickou centrifúgou s najväčšou kapacitou v Európe, ale aj prvou na svete, ktorá bude izolovaná od vibrácií.

Modelovanie na zvýšenie udržateľnosti a odolnosti voči prírodným rizikám

Nová centrifúga bude súčasťou výskumného centra pre modelovanie centrifúg na Katedre civilného, ​​environmentálneho a geomatického inžinierstva ETH a umožní výskumníkom simulovať zemetrasenia, pohyby Zeme (napr. zosuvy pôdy) a riziká spojené s vodou (napr. záplavy, tsunami) na geotechnické stavby. Tieto simulácie sa použijú na optimalizáciu návrhu nových a modernizáciu existujúcich štruktúr (ako sú mosty, budovy a priehrady), na zníženie potenciálnych rizík, ktoré predstavujú prírodné riziká pre stavby a infraštruktúru, pri minimálnom využití prírodných zdrojov a súvisiacej uhlíkovej stope.

Samotná odstredivka má jednoduchú štruktúru, ktorá sa v podstate skladá z 9 metrov dlhého otočného ramena s pripevnenými dvoma výkyvmi, na ktoré sú nainštalované modely pôdnej štruktúry. Odstredením môže odstredivka vyvinúť odstredivé zrýchlenie 250-krát väčšie ako gravitačné zrýchlenie (g), čo sa technicky označuje ako „250 g“.

Odstredivka má kapacitu 500 gton, čo znamená, že unesie až 2 tony vzorky vo zvýšenom gravitačnom poli 250 g (2 tony vynásobené 250 g dávajú 500 gton). Ďalším krokom bude vybavenie zariadenia simulátorom zemetrasenia schopným simulovať skutočné pohyby zemetrasenia.

Zvýšené gravitačné pole je nevyhnutné na dosiahnutie realistického modelovania pôdy v laboratórnom prostredí so zmenšeným rozsahom. Správanie pôdy do značnej miery závisí od úrovne stresu. Modely, ktoré iba zmenšujú geometrickú škálu skutočného (prototypu) problému (hĺbka pôdnej vrstvy, rozmery konštrukcie), nemôžu poskytnúť realistické výsledky. Zvyšovaním gravitačného poľa dosahuje centrifúga správne škálovanie napätia.

Vedci teda budú môcť pomocou centrifúgy realisticky simulovať výkon štruktúr vo veľkom meradle a pohyby Zeme. Za týmto účelom umiestnia na výkyvy modely Zeme vrátane pôdnych vrstiev a štruktúry a urýchlia ich na požadované odstredivé zrýchlenie. Napríklad 30 cm pôdy v odstredivke zrýchlených na 100 g zodpovedá v skutočnosti hĺbke 30 metrov. Simulátor zemetrasenia má nosnosť až 700 kg.

Z Bochumu do Zürichu

Samotná centrifúga nie je úplne nová, ale pochádza z nemeckého Bochumu, kde sa už nepoužívala. Všetky ložiská, motory, hydraulika a elektronika boli renovované a modernizované. Práce na úplnom nastavení centrifúgy a jej pripojení k potrebným médiám stále prebiehajú; mala by byť pripravená na použitie do konca roka 2021 – aj keď spočiatku iba so zníženým výkonom. Plná funkčnosť sa predpokladá od konca leta 2022, a to po úplnom nainštalovaní dodávky elektriny a dokončení druhej fázy súčasných stavebných prác na výučbovej a výskumnej budove HIF.

Odstredivka sa inštaluje v rámci renovácie a rozšírenia budovy HIF, ktorá bola postavená v roku 1976 a v ktorej sídli Katedra civilného, ​​environmentálneho a geomatického inžinierstva (D-BAUG). Prvá etapa, ktorá zahŕňa nové rozširovacie krídlo s ďalšími laboratóriami, by mala byť hotová do konca júna 2021. V tejto časti budovy sa po prvýkrát spojí všetkých deväť profesorov environmentálneho inžinierstva. Okrem toho sa zriadia aj nové oblasti stretnutí na podporu vedeckej výmeny. Celý proces renovácie a rozširovania HIF bude prebiehať až do dokončenia tretej etapy v roku 2023.

Zdroj: https://sciencebusiness.net; https://ethz.ch, zverejnené: 22. 4. 2021, autor: rpa