Ao custo de 1,6 bilhão de Euros, uma das maiores instalações de pesquisa do mundo está sendo construída em Darmstadt, na Alemanha. Trata-se de um acelerador internacional de partículas, conhecido como FAIR – Facility for Antiproton and Ion Research in Europe (confira detalhes no Box na pág. 34). No momento, as obras estão no estágio de fundação, no qual alguns equipamentos vêm tendo papel de destaque pelas condições geológicas do terreno que sediará as instalações.

De fato, a composição do subsolo da “cidade das ciências”, como Darmstadt é chamada, ocupa um lugar especial na construção, interpondo um desafio técnico aos engenheiros. Ao se realizar testes com o uso de um penetrômetro, um instrumento automatizado que avalia a composição, compactação, consistência e permeabilidade do solo, constatou-se que os primeiros 20 m são constituídos por depósitos quaternários (areia e sedimentos), depois mais 60 m de argila e, por fim, rocha calcária a partir dos 80 m de profundidade.

Após extrair e examinar 250 amostras do solo, a equipe do projeto calculou a taxa de adensamento e de deformação do subsolo com a aplicação de elementos tridimensionais de cálculo finito. A conclusão foi de que a construção pesada requeria fundações profundas e sólidas, o que exigiu a utilização dos métodos Osterberg, com estacas reforçadas com aço de diferentes profundidades, e CPRF (Combined Pile Foundation Raft), uma técnica de fundação combinada que leva em conta as interações entre os elementos de fundação e o subsolo.

Os cálculos também mostraram que, para estabilizar o subsolo e prover as bases para as construções pesadas, seria necessária a inserção reforçada e concretagem de 1.500 estacas com diâmetro de 1,20 m, em contato direto com as bases dos edifícios e atingindo até 65 m de profundidade. Enfim, após a necessária etapa de calibragem do modelo, era chegada a hora da execução das fundações profundas, uma operação que consumiu um total de 25 milhões de Euros.

EXECUÇÃO

Para a parte prática dos trabalhos, iniciada em agosto do ano passado, a máquina escolhida foi a Liebherr LB 44-510, um equipamento de grande porte sobre esteiras para execução de estacas de trado contínuo (CFA). Produzida pela Liebherr-Werk Nenzing e lançada na bauma 2013, a perfuratriz rotativa é acionada por motor diesel V8 de 505 kW, tem 170 ton de peso operacional e 33,5 m de altura. Operando no modo com cabeçote de perfuração Kelly, a máquina foi projetada para diâmetros de furo de até 3 m e profundidades de até 92 m. “Tais características a fazem o maior e mais potente equipamento de seu tipo em operação na Alemanha”, garante a Liebherr.

Foi justamente aqui que surgiu um aspecto desafiador. “Como uma máquina de 33 m pode escavar 65 m?”, questionou-se Michael Mose, gerente de projeto das obras da FAIR, adiantando ele próprio a resposta técnica à charada. “Isso é possível devido ao braço telescópico desdobrável do equipamento, o que – ao lado da possibilidade de ajuste de velocidade e mobilidade das esteiras o torna versátil e plenamente funcional para a tarefa.”

Na operação, o material escavado é retirado durante o processo de perfuração, que avança sob a proteção de uma tubulação e, devido à presença de água subterrânea, requer carga adicional de água para estabilizar o fundo. Na sequência, o perfurador de caçamba libera e transporta o material removido. “Moldadas no local, as estacas são entubadas completamente até a profundidade final, sem necessitar da ajuda de uma máquina de tubulação”, explica Markus Bernards, relações públicas da FAIR.

MÁQUINA

Apesar de suas grandes dimensões, a máquina que é o produto mais recente da linha para fundações da fabricante – oferece elevado nível de mobilidade no canteiro, necessitando de apenas seis horas para mobilização e entrada em operação. “Equipada com cinemática paralela, a máquina também tem estrutura consideravelmente simplificada, o que torna a manutenção in situ bastante facilitada”, ressalta Johannes Rhomberg, da área de tecnologia de processos e equipamentos da Liebherr-Werk Nenzing.

De acordo com informações da empresa, a montagem direta dos guinchos na torre possibilita visibilidade a partir da cabine do condutor aos guinchos principais, evitando o movimento dos cabos durante a regulagem da torre. Na desmontagem, a torre com o sistema hidráulico conectado pode ser dobrada para transporte. “Se necessário, a máquina também pode ser desmembrada em partes isoladas com até 40 t”, explica o especialista.

Outro aspecto destacado pelo fabricante é o ganho de produtividade obtido pelo equipamento, graças à incorporação da unidade giratória BAT com torque de 510 kNm, regulagem automática, otimização contínua das rotações e ajuste eletrônico com quatro ranges de rotações. “Todo o processo é realizado sem necessidade de se mudar a máquina”, afirma Rhomberg. “Isso evidentemente traz um ganho significativo na operação.”

Destinadas às perfurações mais profundas no canteiro da FAIR, as duas unidades utilizadas na obra contam ainda o apoio de outros modelos menores, entre 50 e 173 ton, que executam as operações de até 23 m (com diâmetro 1,3 m) e 33 m (com diâmetro 1,4 m). Quando a M&T visitou o canteiro, as operações de execução de fundações profundas contavam ainda com equipamentos de apoio como rolos compactadores, escavadeiras, plataformas aéreas de trabalho, pás carregadeiras, caminhões betoneiras, usina de reciclagem e outros.

Infraestrutura técnica é construída em módulos

Com um custo total de 500 milhões de Euros, as obras de construção civil da FAIR começaram em 2010 e têm previsão de duração de seis anos. Para a construção da carcaça de concreto, que se estende por aproximadamente 200 mil m2, o canteiro de obras mobiliza uma equipe de 600 trabalhadores, entre técnicos e engenheiros. A construção está a cargo da FAIR Bohrpfähle, parceria formada pelas empresas Züblin Spezialtiefbau e Max Bögl.

O projeto de construção é dividido em vários módulos. Finalizada a preparação do terreno, que demandou a escavação de 1,2 milhão de m3 de terra, estão sendo realizadas as fundações, que sustentarão uma infraestrutura técnica com 600 mil m3 de concreto, 35 mil ton de aço, 24 edifícios, um anel de concreto com 1,1 km de circunferência, 8 km de estradas de acesso, reservatório de água e seções de túneis. “Além das obras em si, o projeto construtivo inclui ainda proteção contra radiação e incêndio, instalações eletromecânicas e compensação ambiental”, afirma Florian Hehenberger, diretor de operações e edificações da obra. “Nesse sentido, faremos o reflorestamento de uma área equivalente de 200 mil m2.”

Projeto é resultado de cooperação internacional

Examinar o desenvolvimento do universo desde o Big Bang. Este é o ambicioso objetivo das futuras instalações para pesquisa de antiprótons e íons na Europa. Em termos práticos, as pesquisas da FAIR sobre a constituição da matéria podem ajudar na criação de produtos de colisões extremamente raros – como a energia pura (glueballs) e no desenvolvimento de novos materiais, computadores de altíssimo desempenho, métodos de diagnóstico e técnicas de terapia médica, incluindo a longamente ansiada cura para o câncer. Os investimentos são bancados pela República Federal da Alemanha (75%) e por um grupo de países que inclui Finlândia, França, Índia, Polônia, Romênia, Rússia, Eslovênia e Suécia, além da Grã-Bretanha como associada.

O anel acelerador é o coração do projeto, que será finalizado em 2018. No interior desta estrutura, um detector CBM coletará 1 terabyte (TB) de informações por segundo, que serão manipuladas por três mil pesquisadores de 50 países. Em funcionamento, os núcleos atômicos serão acelerados a velocidades próximas a da luz, girando mais de 270 mil vezes por segundo ao redor do anel instalado a 17 m de profundidade.