Uma ponte de plástico




A ponte Neal passa quase despercebida para muitos dos motoristas que percorrem a Rota 100, ao sul de Pittsfield, uma cidade no centro do Maine, nos Estados Unidos. É uma porção modesta da infraestrutura nacional – com apenas duas faixas de rodagem e extensão de pouco mais de 10 m, o suficiente para cruzar um pequeno riacho.

A ponte é mais nova do que a maioria das que se costuma ver nas rodovias do país, tal como sugere seu asfalto ainda bem escuro e o brilho de galvanização recente nas muradas de proteção. Mas é aquilo que existe por sob a estrutura que a torna realmente diferente.

Em lugar de vigas de concreto ou aço, a estrutura consiste de 23 arcos formados por um tecido de carbono e fibra de vidro. Tratam-se de tubos com o diâmetro de 30 cm que foram inflados, dobrados na forma necessária e reforçados com uma resina plástica, e depois instalados lado a lado e recheados com concreto, como se fossem gigantescos canelones.

Cobertos por um revestimento composto e terra compactada, os arcos servem de apoio a uma via de rodagem convencional, formada com cascalho e recoberta de asfalto.

A ponte é a primeira de muitas de seu tipo, pelo menos na expectativa de seus projetistas, uma equipe da Universidade do Maine em Orono, a cerca de 80 km de distância do local. O modelo combina um novo uso de materiais compostos a métodos mais tradicionais de construção, como o concreto.

Como estimativas determinam que até 160 mil das 600 mil pontes existentes nas rodovias americanas precisam ser substituídas ou reparadas, caso esse projeto híbrido ou modelos semelhantes venham a ser adotados, isso poderia representar uma revolução no uso dos plásticos reforçados por fibra, conhecidos como FRP, nas rodovias americanas.

“Para nós, a ponte serviu como experiência”, disse Habib Dagher, professor de engenharia e diretor do Centro de Estruturas Avançadas e Materiais Compostos da universidade, que desenvolveu o projeto nos últimos sete anos. “Era hora de tirá-lo do laboratório e determinar se funcionava na prática”.

A ponte, cuja construção foi realizada em novembro ao custo de cerca de US$ 600 mil, vem sendo monitorada por meio de sensores de deflexão e outros instrumentos, e até agora vem resistindo bem ao movimento diário do tráfego em torno de Pittsfield. “Tudo saiu notavelmente bem”, diz Dagher. “Aprendemos muito com a construção, e o custo final ficou US$ 170 mil abaixo do de uma ponte de concreto convencional”.

O projeto funcionou tão bem, de fato, que atraiu a atenção do governo Obama. Ray LaHood, secretário dos Transportes, visitou a universidade em agosto, e uma segunda ponte do mesmo tipo foi concluída algumas semanas atrás, mais ao norte, em Anson. O projeto com sustentação por arcos de fibra ofereceu o mais baixo custo entre as sete propostas apresentadas para a construção da estrutura.

Estrutura da ponte

Por muito tempo usados como material básico para pranchas de surfe ou barcos de passeio, e mais recentemente utilizados também em asas e outros componentes para aviões, os polímeros plásticos reforçados com fibras começaram a ser pesquisados para uso em pontes nos anos 80. Os engenheiros civis os consideravam atraentes pelos mesmos motivos que ajudaram a convencer projetistas de outras áreas de atuação: sua força, peso leve e resistência à corrosão.

Mas esses materiais até agora não resultaram em uma revolução na infraestrutura rodoviária. Faixas e placas de FRP foram utilizadas para reparar concreto ou aço deteriorado em pontes já existentes, ou para reforçar estruturas de maneira a torná-las mais resistentes a terremotos.

Pilastras de fibra de vidro substituíram o concreto em algumas obras de concreto reforçado, porque a corrosão que os produtos químicos utilizados para degelar estradas causam nos vergalhões de aço, que servem de estrutura ao concreto, uma ação destrutiva.

Mas no que tange a componentes estruturais em larga escala, porém, os plásticos reforçados por fibra tiveram impacto muito menor. Eles vêm sendo usados principalmente em revestimentos superiores de pontes, para os quais a resistência à corrosão é crítica, e nos quais seu peso mais leve permite uma carga mais elevada de veículos. No entanto, apenas algumas poucas pontes foram construídas utilizando elementos estruturais básicos feitos de FRP.

Um dos motivos para que os componentes de FRP não tenham ganho tanto terreno quanto se previa, dizem os especialistas, é o fato de que engenheiros e construtoras têm pouca experiência com esses materiais, e não foram desenvolvidas diretrizes padronizadas para o seu uso na construção de rodovias.

Os engenheiros “precisam enfrentar questões de segurança que envolvem risco de morte”, diz John Busel, diretor da iniciativa de crescimento de materiais compostos na Associação Americana de Fabricantes de Materiais Compostos. “Eles precisam compreender a maneira pela qual os materiais são desenvolvidos e sua durabilidade real, antes que os especifiquem como parte de seus projetos”.

Além disso, os novos materiais não interagem bem com os já existentes, em certas ocasiões. Um problema com os pisos de pontes feitos de FRP, por exemplo, é que a superfície de rodagem – asfalto ou concreto, aplicado na forma de uma camada de revestimento – pode se desgastar rapidamente, de acordo com Lijuan Cheng, professor assistente de engenharia da Universidade da Califórnia em Davis e autor de um estudo sobre o uso de FRP em pontes, realizado em 2006.

Mas o principal argumento contra o uso dos plásticos reforçados por fibra era econômico, até recentemente. “O problema número um sempre foi o do custo inicial elevado”, diz Paul Ziehl, professor assistente de engenharia na Universidade da Carolina do Sul. “E é uma questão difícil de contornar”.

Ziehl, que ajudou a projetar e a testar as vigas de FRP utilizadas na construção de uma pequena ponte no Texas, disse que o problema é que não existem dois projetos iguais. “Se você pretende projetar coisas que realmente façam sentido de um ponto de vista de engenharia otimizada, elas inicialmente serão itens isolados, extraordinários, até que a economia de escala comece a se fazer sentir”, ele disse. As vigas da ponte do Texas, por exemplo, foram projetadas especificamente para obra, e construídas utilizando um método que requer uso intensivo de mão-de-obra.

“O setor de construção é muito insistente quanto ao controle de custos”, disse Busel. Com os pisos de pontes feitos de FRP, ele acrescentou, “temos custo inicial mais elevado, ocasionalmente duas vezes mais elevado”, do que no caso das pontes convencionais.

O que as empreiteiras precisam compreender, diz ele, é que o uso desses materiais permite economizar em transporte, mão-de-obra e equipamentos, dado o uso de componentes mais leves, e também seria preciso considerar a potencial economia em termos de manutenção.

Esse tipo de economia era parte do objetivo, no projeto criado pela Universidade do Maine, diz Dagher. O uso de material de FRP mais dispendioso é limitado – o composto é empregado em larga medida como armação para o uso de concreto, mais barato. Os tubos ajudam a proteger o concreto contra os produtos químicos usados para remover o gelo, o que pode reduzir os custos de manutenção, e não é necessário utilizar vergalhões de aço como armação para a estrutura – cristas na superfície interna das peças de FRP ajudam a conectar os tubos ao concreto. “É como um reforço por exoesqueleto”, afirma Dagher.

Outros projetos

Os arcos dos projetos do Maine não são as únicas estruturas de projeto híbrido em uso. John Hillman, engenheiro e presidente da HC Bridge, em Wilmette, Illinois, desenvolveu vigas retas que combinam polímeros, concreto e aço. A viga básica consiste de um tubo retangular de FRP que abriga um conduíte interno em forma de arco.

O conduíte é enchido de concreto, que fornece força compressiva, e estruturas de aço na porção inferior do tubo fornecem força tensora. As vigas foram utilizadas em uma ponte ferroviária construída para fins de teste no Colorado, e em diversas pontes rodoviárias no Illinois e em Nova Jersey.

“Cada elemento dessas vigas foi projetado de maneira a ser compatível com meios convencionais de construção”, disse Hillman, que vem trabalhando em seu projeto já há 14 anos. “No momento, estamos bem perto da paridade com as estruturas de aço e concreto, em termos de custo total de instalação”.

As vigas de Hillman ainda precisam ser entregues por estrada, no entanto, ainda que sejam pequenas o bastante para que diversas sejam transportadas em um só caminhão. Já os arcos da Universidade do Maine, por outro lado, podem ser produzidos no local – o tecido é inflado, ganha forma com o uso de um molde e é enchido de concreto por meio de uma bomba a vácuo.

Antes que o concreto seja bombeado para o interior da estrutura, ela é leve o bastante para que seja instalada rapidamente, sem a necessidade de grandes guindastes ou outros equipamentos pesados de construção. A segunda ponte construída de acordo com o projeto da Universidade do Maine foi uma obra de apenas nove dias de duração, de acordo com Dagher.

Ele diz que uma empresa criada pelos envolvidos no projeto já está trabalhando em novos projetos de pontes, entre os quais uma estrutura de 250 metros que consistiria de diversos segmentos curtos. “No futuro, planejamos estruturas que terão segmentos de até 100 metros de comprimento”, disse Dagher. “Estamos entusiasmados com a possibilidade de levar essa ideia a um novo estágio”.

Fonte: Terra




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