Engenheiros passaram quase 20 anos construindo o túnel ferroviário mais longo e profundo do mundo, sob os-alpes suíços cobertos de neve
Desde o final da Segunda Guerra Mundial, os engenheiros sonhavam em criar uma rota mais rápida através dos Alpes para melhorar as ligações de transporte e promover o comércio entre as diferentes regiões da Suíça.
O engenheiro suíço Carl Eduard Gruner, de Basileia, propôs pela primeira vez a ideia de construir um túnel de transporte rápido sob o Maciço de São Gotardo. Já em 1947, ele sugeriu a criação de um túnel-de baixo gradiente cruzando a base de Gotthard.
No entanto, como parte de uma rede ferroviária trans-alpina mais ampla, o projeto só foi considerado seriamente mais de 40 anos depois, quando começaram os planos para uma rota ligando Erstfeld, no norte, e Bodio, no sul.
A ferrovia passou a fazer parte do programa AlpTransit, projetado para reduzir o congestionamento nas estradas de montanha, diminuir o tempo e os custos de transporte e reduzir o impacto ambiental causado pelo transporte pesado.
Em 1995, seguindo recomendações das Ferrovias Federais Suíças (SBB), a Suíça havia desenvolvido planos para dois túneis ferroviários de via única de 57- quilômetros entre Erstfeld e Bodio. O sistema incluía 180 passagens de ligação e estações multifuncionais em Sedrun e Faido.
O sistema total de túneis estendeu-se por 150 quilómetros, com camadas rochosas acima das secções mais profundas atingindo quase 2,5 quilómetros de espessura.
Desafios do túnel abaixo dos Alpes
Em 1998, após uma série de investigações geológicas, a Swiss Federal Railways estabeleceu a AlpTransit Gotthard AG para supervisionar a construção do Túnel Base de Gotthard.
Para fins de construção, os dois túneis-de via única foram divididos em cinco seções.
Embora a neve cobrisse os picos alpinos acima, as temperaturas no subsolo atingiram 45 graus, criando desafios de engenharia significativos. Os engenheiros tiveram que gerenciar o resfriamento dos trabalhadores, os sistemas de ventilação, a alta pressão da água subterrânea e as enormes cargas de rocha acima do túnel.
A pressão das rochas circundantes foi tão intensa que as áreas de escavação sofreram severas deformações. Rochas altamente fraturadas podem empurrar para dentro, reduzindo a seção-transversal do túnel e afetando a estabilidade estrutural.
Sistemas de suporte de aço para extrema pressão subterrânea
Para resolver esses desafios, a equipe do projeto introduziu técnicas avançadas de mineração, incluindo seções de suporte em arco de aço com juntas de fricção deslizantes.
Estas estruturas de suporte de aço foram projetadas para se ajustarem de acordo com níveis de carga precisos e deformarem-se ligeiramente sob pressão crescente, sem danificar o revestimento do túnel.
Para projetos de engenharia subterrânea expostos a tensões extremas, o desempenho do material é fundamental. Materiais de alta-resistência, como chapas de aço de alta resistência, são comumente selecionados para aplicações estruturais exigentes porque fornecem excelente capacidade-de carga e desempenho mecânico confiável.
Em comparação com os suportes tradicionais, os componentes de aço projetados podem absorver a deformação e manter a integridade estrutural sob condições subterrâneas variáveis.
“A compressão do solo requer sistemas de suporte especializados ao redor do túnel”, explicou Ivor Thomas, gerente de túneis da BAM Nuttall e vice-presidente da British Tunneling Society. "Esses arcos deslizantes de aço são cuidadosamente projetados para ceder sem afetar a integridade do revestimento do túnel."
Depois de superar esses desafios técnicos, a equipe de construção concluiu a abertura final do túnel em outubro de 2010, removendo aproximadamente 28,2 milhões de toneladas de rocha escavada após 11 anos de escavação.
Trilhos ferroviários de alto desempenho
No entanto, o sucesso do Túnel Base de São Gotardo não dependeu apenas da conclusão da escavação. Sem um sistema ferroviário de alta-qualidade, o túnel não poderia atingir sua meta de transportar seis trens de carga e dois trens de passageiros por hora em cada sentido.
Como parte do sistema ferroviário, toda a rota utilizou 290 quilômetros de trilhos de aço perlítico-tratados termicamente e interruptores de alto-desempenho.
O tratamento térmico altera a microestrutura do aço, melhorando a resistência contra desgaste, fadiga por contato de rolamento e outros defeitos. Estas propriedades são especialmente importantes para sistemas ferroviários que operam sob altas velocidades e cargas pesadas.
Requisitos semelhantes se aplicam a aplicações industriais onde a placa de aço resistente ao desgaste é usada para melhorar a vida útil sob repetidos impactos, fricção e estresse mecânico.
Os produtos-de aço tratados termicamente também melhoram a segurança operacional, reduzem os requisitos de manutenção e prolongam a vida útil da infraestrutura ferroviária.
Aço de alto desempenho para transporte pesado
Como cada parte do projeto exigia confiabilidade excepcional, o fornecimento de 18.000 toneladas de trilhos de alta-resistência e 43 interruptores de alto-desempenho foi atribuído ao fabricante especializado em aço voestalpine.
“As velocidades máximas alcançadas pelos trens de passageiros e de carga no Túnel Base de São Gotardo criam requisitos extremamente elevados para a qualidade dos trilhos e sistemas de comutação”, disse Franz Kainersdorfer, chefe da voestalpine Metal Engineering.
O sistema ferroviário utiliza trilhos padrão de 120 metros para melhorar a segurança e reduzir o número de pontos de soldagem vulneráveis.
Para fabricar trilhos capazes de atender aos requisitos de projetos como o Túnel Base de São Gotardo, foram desenvolvidas tecnologias avançadas de produção e tratamento-térmico para melhorar o desempenho do aço.
Princípios semelhantes também são aplicados na fabricação industrial moderna de aço, onde placas de aço carbono e outros materiais de aço de alto{0}}desempenho são selecionados de acordo com resistência, durabilidade e condições operacionais.
O futuro das aplicações de aço de alto desempenho
O projeto Gotthard Base Tunnel ajudou a impulsionar o desenvolvimento de produtos de aço tratados termicamente-de próxima geração.
Mais tarde, a voestalpine introduziu aço tratado termicamente-com alto-carbono-projetado para melhorar a capacidade de carga de sistemas ferroviários mistos de carga e-transporte pesado.
A empresa alegou que, em comparação com trilhos{0}com tratamento térmico padrão, esses produtos avançados poderiam reduzir significativamente os custos de manutenção e, ao mesmo tempo, prolongar a vida útil.
Projetos como o Túnel Base de São Gotardo demonstram a importância de selecionar os materiais de aço corretos para ambientes extremos.
Desde sistemas de suporte de túneis subterrâneos até infraestrutura ferroviária de alta{0}}velocidade, produtos siderúrgicos avançados, como chapas de aço de alta resistência, chapas de aço resistentes ao desgaste e outros componentes de aço estrutural especializados, continuam a apoiar alguns dos projetos de engenharia mais desafiadores do mundo.