Video: ID MMS ETH Zürich.

Auf dem ETH Campus Hönggerberg laufen seit April 2019 die Bauarbeiten für das Gebäude HIF, das der Lehre und Forschung des Departements Bau, Umwelt und Geomatik dient. Am vergangenen Freitag kam es zu einem spektakulären Moment, als ein 240 Tonnen schwerer, rund drei Meter hoher Betonzylinder mit einem Durchmesser von etwa elf Metern in den Boden eingeschwenkt wurde. Im Herbst soll darin die fünftgrösste Zentrifuge der Welt eingerichtet werden. Da im geplanten benachbarten Physikneubau hochempfindliche Geräte zum Einsatz kommen sollen, muss sichergestellt werden, dass die Vibrationen, die die Zentrifuge verursacht, deren Messungen nicht stören werden. Dies soll das Betongefäss, das zu diesem Zweck vor Ort gegossen wurde, zusammen mit vier grossen Federn, auf die es platziert wird, gewährleisten.
Pünktlich um 9 Uhr dreht der Kranführer den Schlüssel im Zündschloss. Das rote Monstrum ist der grösste Kran der Schweiz und könnte theoretisch 1000 Tonnen hieven – bis heute wurde diese Kapazität allerdings noch nicht ausgenutzt. 30 Tieflader waren nötig, um die Einzelteile des Krans auf den Hönggerberg zu transportieren. Dann erheben sich ungeheure 245 Tonnen Beton langsam in die Luft, an vier dicken, rotweiss gestreiften armdicken Seilen befestigt, schwebt der Betonzylinder wie ein Ufo über der Versuchshalle des HIF. Rund um die Baustelle haben sich Bauarbeiter und ETH Mitarbeitende in sicherem Abstand versammelt, um das Spektakel live mitzuerleben.

Dynamisch und flexibel bauen

Auch für den Bauprojektleiter der ETH Zürich Rainer E. Brandstätter, der unter anderem die Eishalle in Winterthur als Bauprojektleiter realisiert hat, ist dies eine einzigartige Erfahrung. «So eine Zentrifuge baut man nur einmal im Leben», sagt er. Seit über fünf Jahren ist Brandstätter als Bauherr bei der ETH Zürich zuständig, unter anderem auch für die Sanierung und Erweiterung des HIF Gebäudes. Die Planung für die Einbettung der Zentrifuge dauerte zwei Jahre. Von Anfang an war klar, dass die Vibrationen nicht nach Aussen gelangen dürfen. Wie bei jedem Projekt gibt es aber auch hier Unbekannte. «Mein Credo ist: Wir bereiten jeweils alles so vor, dass wir jederzeit nötige Anpassungen ohne Spitz- und Bohrarbeiten vornehmen können», sagt Brandstätter. Das bestehende HIF Gebäude aus dem Jahr 1976 wird bis auf den Rohbau zurückgebaut, dann neu ausgebaut und erweitert. Auch hier gilt: Flexibilität und Anpassungsfähigkeit sind das A und O. Das Laborgebäude lässt sich modular einrichten. Das heisst, alle Stockwerke sind komplett mit der nötigen Infrastruktur ausgestattet und können je nach aktuellen Bedürfnissen der Forschenden eingerichtet und verändert werden, ohne dass grosse Bauarbeiten nötig sind. So kann das Gebäude der Dynamik in der Forschung gerecht werden.

Nach etwa 35 Minuten ist der kritischste Augenblick gekommen: Der Betonzylinder schwebt knapp über dem Fundament und muss exakt an den dafür vorgesehenen Stellen auf den vier grossen Stahlfedern zu liegen kommen. Millimeterarbeit. Doch die verantwortlichen Arbeiter bleiben gelassen und nur wenig später sitzt das riesige Konstrukt an seinem Platz.

Auch Erdbeben können simuliert werden

«Bestellt» wurde die Zentrifuge von Prof. Dr. Ioannis Anastasopoulos, der die Professur für Geotechnik im Departement für Bau, Umwelt und Geomatik leitet und der sich diesen Augenblick auch nicht entgehen lassen möchte. Die Zentrifuge war zuvor an der Ruhr Universität in Bochum in Betrieb, sie war die grösste in Europa und wird nach ihrem Einbau auf dem ETH-Areal eine der grössten der Welt sein. «Wenn wir messen wollen, wie sich die Bodenstruktur verändert, wenn wir beispielsweise ein Fundament einer Brücke daraufstellen, arbeiten wir mit solchen Zentrifugen», erklärt der Professor. «Denn mit ihr kann die Gravitation erhöht werden, also die Schwerkraft. So kann die Kraft, die auf einen bestimmten Untergrund einwirkt, mit einer viel kleineren Menge an entsprechender Erde simuliert werden». Die Maschine hat einen Durchmesser von neun Metern und kann eine Zentrifugalkraft von bis zu 500 gTonnen aushalten.
Doch besonders stolz ist Prof. Dr. Ioannis Anastasopoulos auf den «Erdbeben-Tisch» (Shake Table), der ebenfalls in der Zentrifuge platziert wird. Dieses Gerät wird zurzeit in Frankreich produziert und ist auf dem allerneuesten Stand der Technik, wie Anatasopoulos erklärt. Mit diesem Gerät können realitätsnahen Modelle durchgeführt werden, die Rückschlüsse auf die Stabilität von komplexen Bauwerken, sowie auf die potenzielle Gefährdung durch Erschütterungen in Folge Erdbeben, Hangrutschung, Tsunamis oder Flusserosionen ermöglichen. Mit dem Zentrifugen-Labor können also eine Vielfalt an Problemen simuliert werden, die von grosser Wichtigkeit für das Bauwesen sind, wie beispielsweise die Fundamente von neuen und bestehenden Brücken und Hochhäusern, Dämmen, Hangrutschungen und Tunnel. Die neue Forschungsinfrastruktur stellt einen wichtigen Schritt in Richtung realistischer Simulationen von komplizierten Prozessen dar.

Das Vibrations-Isolations-System

Etwas Einmaliges ist auch das Vibrations-Isolations-System, welches aus dem Betonzylinder und den flexiblen gelben Stahlfedern, auf denen er platziert wird, besteht. «Die Federn nehmen die Vibrationen des Zylinders auf. Man kann es sich etwa so vorstellen, wie wenn man einen Helium-Ballon an einem Faden festhält und dann die Hand ganz schnell hin und her bewegt», erklärt der Professor die Isolationsidee: «Der Helium-Ballon bewegt sich nicht mit, er schwebt». Seines Wissens ist es die erste Zentrifuge der Welt, die vibrationsisoliert ist.

Es ist vollbracht, der Zylinder wurde erfolgreich in den Boden eingeschwenkt. Nun wird noch ausgemessen, dass er perfekt ausbalanciert ist. Zum Schluss wird das grosse Loch mit einem 180 Tonnen schweren Deckel verschlossen. Im Oktober soll die Zentrifuge geliefert werden und mit etwas Glück können bereits im Januar die ersten Drehungen absolviert werden. Die Inbetriebsetzung der letzten HIF-Bauetappe soll anfangs 2023 erfolgen.