Cientistas da Empa estão salvando pontes de ferro do século 19 do colapso. Os rebocos de fibra de carbono estão fortalecendo as estruturas em ruínas. Uma ponte ferroviária na Suíça e uma ponte rodoviária na Austrália já foram reforçadas com sucesso. Muitas pontes históricas poderiam se seguir. "Partners in crime" são especialistas em fadiga do aço na EPFL.

Mantendo, não descartando - não só verdadeiro para vilas art nouveau, carros esportivos do pré-guerra ou órgãos Hammond da década de 1950, 'mantendo, não demolir 'também é uma boa ideia para ferrovias antigas ou pontes rodoviárias. Esses monumentos industriais, muitas vezes concebida e calculada por engenheiros de construção de aço do século 19, estão enferrujando silenciosamente ou rangendo audivelmente sob o peso dos modernos trens intermunicipais e caminhões pesados.

A boa notícia é:eles podem ser salvos. Uma cinta de suporte feita de CFRP (polímeros reforçados com fibra de carbono), reversivelmente fixado na ponte e em linha com os regulamentos de proteção de monumentos, fortalece a resistência das velhas estruturas, tornando-os seguros e ajudando-os a sobreviver ao desgaste do dia-a-dia melhor e por mais tempo.

Método suave para estruturas pesadas

Masoud Motavalli e Elyas Ghafoori já reforçaram duas pontes antigas usando este método "suave":a ponte ferroviária de Münchenstein perto de Basileia, construído em 1892, e a ponte rodoviária Diamond Creek na Austrália, construído em 1896. Se o seu sistema atingir um avanço global, haveria muito trabalho a fazer:aproximadamente 30% de todas as pontes na Europa têm mais de 100 anos. A situação é semelhante nos EUA, Austrália e Japão. Autoridades rodoviárias e empresas ferroviárias estão em uma busca global por métodos para manter essas estruturas viáveis. E é possível que o Empa tenha a chave. O parceiro de pesquisa da Empa é Alain Nussbaumer. Na EPFL, ele desenvolve pesquisas sobre a mecânica da fadiga e da fratura de estruturas de aço. Nussbaumer também orienta as dissertações em andamento na Empa como parte desses projetos de pesquisa.

CFRP é frequentemente o material de escolha para estruturas de reforço. É resistente à ferrugem e não apresenta fadiga do material. Também é leve e não sobrecarrega a estrutura com peso extra da mesma forma que o reforço de aço faria. Sob seu CEO anterior, Urs Meier, A Empa acumulou muita experiência na década de 1990 com reforços de CFRP em construções de concreto e madeira.

Uma âncora em vez de cola

Ao contrário de madeira ou concreto, Contudo, onde o reforço de CFRP pode simplesmente ser colado, é consideravelmente mais complicado fixá-lo em vigas de aço antigas. Freqüentemente, as vigas da ponte estão enferrujadas ou cobertas com grossas camadas de tinta. Às vezes, os rebites nas vigas de aço impedem que os emplastros de CFRP fiquem presos suavemente. Ghafoori contorna esses problemas fixando as placas na ponte usando âncoras em vez de colar o CFRP diretamente na ponte. Isso significa que não há necessidade de lixar suavemente grandes superfícies. Um bônus adicional:a ponte não precisa ser fechada ao tráfego durante a montagem das tiras de CFRP. Da mesma forma, a ponte não precisa ser envolvida em filme - algo que geralmente é necessário com pontes antigas que atravessam rios para evitar que lascas de tinta contendo metais pesados ​​caiam na água.

As âncoras que Ghafoori usa para prender seus emplastros de CFRP não são tão fáceis de recriar. “É importante que as fibras de carbono não quebrem ao anexar o CFRP”, diz Ghafoori. Ele vem experimentando essa técnica na Empa há mais de dez anos e usa as pesadas prensas hidráulicas da construção civil para seus experimentos. "Não foi fácil no início", a pesquisadora relata. "Quando eu estava testando as primeiras âncoras em um teste de tração para minha tese de mestrado em 2009, eles caíram durante a noite. Isso não me rendeu exatamente o respeito dos meus colegas. Fui até proibido de visitar o laboratório por alguns dias, pois meu trabalho era considerado muito perigoso. "

Nesse ínterim, o sistema de ancoragem desenvolvido na Empa está protegido por patente e há muito superou seus problemas de dentição:a ponte de Münchenstein foi reforçada com gesso protendido CFRP em 2015. Várias dezenas de trens de passageiros e mercadorias percorrem a histórica construção de aço a cada dia. Um sistema de monitoramento de longo prazo composto por uma rede de sensores sem fio mede a carga e os movimentos das peças da ponte e entrega os dados à Empa em tempo real.

Preparado para todas as ocasiões

Notícias sobre o projeto, que também forneceu o tópico para o Ph.D. de Ghafoori. tese, espalhar-se rapidamente nos círculos de especialistas. Como resultado, uma ponte muito semelhante na Austrália foi reforçada usando o sistema CFRP em janeiro de 2018:a Diamond Creek Bridge de 122 anos perto de Melbourne. "Aprendemos muito desde Munique", diz Ghafoori. Por exemplo, os pesquisadores conseguiram melhorar o formato das âncoras e tornar toda a construção mais plana. Isso é importante, porque muitas pontes têm caminhões passando por baixo delas. Se a cinta fosse projetada muito para baixo, reboques altos, em particular, podem colidir com a nova tecnologia.

A equipe também incorporou flutuações de temperatura entre verão e inverno no cálculo:As medições na ponte de Münchenstein mostraram que o reforço de CFRP na ponte é muito mais eficaz em dias quentes de verão do que no inverno. A razão é que o calor do verão faz com que a ponte de aço se expanda, mas o comprimento do reforço de CFRP permanece virtualmente o mesmo. Isso significa que a ponte é mantida unida com mais firmeza por sua cinta de suporte no verão do que no inverno.

Diamond Creek Bridge também possui sensores e fornecerá dados de carga online para a Empa por pelo menos um ano e meio. Para ver se o reforço tem efeito, os pesquisadores enviaram um caminhão de 42 toneladas pela ponte antes e depois de prender as tiras de CFRP. “Os dados iniciais mostraram que as forças atuantes na ponte são reduzidas pela metade”, diz Ghafoori. "Como uma estimativa conservadora, isso pode significar que a vida útil restante da ponte será duplicada. "

Pontes preparadas para o futuro

Hoje em dia Ghafoori e Motavalli estão recebendo cada vez mais visitas do exterior. O instituto francês de ciência e tecnologia para transporte, desenvolvimento e redes (IFSTTAR), o Centro Francês para a Mobilidade (CEREMA) e uma delegação chinesa anunciaram a sua intenção de vir, enquanto uma delegação norte-americana já visitou a Empa. O método pode ser usado em qualquer lugar do mundo sem muito esforço. "Para a Austrália, nós pré-montamos os clipes com as tiras de CFRP e os testamos aqui na Empa. Em seguida, simplesmente os enviamos para o canteiro de obras pelo correio ", diz Ghafoori. "Só tivemos que voar para lá mais tarde e montar tudo no local."

Claro que os pesquisadores querem avançar ainda mais seus conhecimentos. Tendo já reforçado vigas de aço retas, o objetivo agora é reforçar também os conectores em forma de X entre as vigas. Os pontos onde as costuras soldadas e as juntas de conexão se encontram são especialmente propensos à ferrugem e é também aqui que aparecem fissuras de fadiga que podem tornar a ponte instável. Um sistema de tiras de CFRP recém-desenvolvido poderia resolver esse problema em breve. Este tipo de suporte pode tornar muitas pontes de aço do século 19 à prova de futuro - permitindo que sobrevivam significativamente às suas contrapartes de concreto armado mais jovens.