Os compósitos continuam com vida útil mais longa, manutenção reduzida e instalação mais rápida, impulsionando o crescimento em pontes, sistemas de tratamento e armazenamento de água, vergalhões e outras armações de concreto.
Superior esquerdo, sentido horário: Coberturas compostas para tanque de água de 38 milhões de galões em Bogotá, Colômbia; Plataforma de ponte composta sobre a rodovia A27 na Holanda; Tubos FRP para instalações de dessalinização ; e vergalhões FRP .
Os compósitos oferecem leveza, resistência à corrosão, alta resistência e longa vida útil — qualidades que os tornam um ajuste natural para projetos de infraestrutura. Os compósitos estão sendo usados para reabilitar estradas, pontes, sistemas de água/drenagem e paredões, para reforçar concreto e construir estruturas resilientes. E enquanto o uso está crescendo, os compósitos ainda representam menos de 1% em volume de materiais usados em infraestrutura.
Inúmeras soluções para pontes
A infraestrutura envelhecida continua a oferecer um mercado potencialmente enorme para materiais compósitos. Pontes em decomposição e deterioração precoce do concreto devido à corrosão e falha de vergalhões de aço têm sido bem documentadas. Reparos convencionais são demorados e disruptivos, com um custo projetado na casa dos bilhões. Em comparação com a vida útil de 25 anos do concreto reforçado com vergalhões de aço, a vida típica de 100 anos de compósitos resistentes à corrosão oferece vantagens de custo de ciclo de vida, além de instalação rápida, interrupção reduzida e benefícios de segurança.
De acordo com um relatório de março de 2021 da American Road & Transportation Builders Association, mais de 220.000 pontes nos EUA exigem atenção – 45.000 são estruturalmente deficientes e outras 79.500 devem ser substituídas. No ritmo atual, afirma o relatório, levaria 40 anos para reparar o atual acúmulo de pontes estruturalmente deficientes.
A necessidade crítica de pontes que possam resistir à corrosão e estender a vida útil faz parte de uma crescente conscientização de que os compósitos podem desempenhar um papel fundamental na reabilitação de infraestruturas em ruínas.
Projetos como pontes para pedestres continuam a ajudar lentamente a reverter este caso. Em 2020, o sistema de ponte de pedestres FiberSPAN FRP da Composite Advantage (Dayton, Ohio, EUA) foi escolhido pela Battery Park City Authority em Nova York para a ponte de pedestres West Thames , substituindo uma estrutura temporária implantada após os ataques de 11 de setembro em 2001. O deck de ponte FiberSPAN FRP também foi usado para reabilitar duas passarelas de pedestres para estações MARTA em Atlanta, Geórgia, substituindo concreto pesado e decadente.
Os decks compostos leves e de manutenção zero permitiram que os empreiteiros usassem as treliças de aço originais, minimizando os custos de reparo e mão de obra associados às atualizações de aço. O uso de concreto também teria sido proibitivo, porque levaria mais tempo para despejar e causaria interrupções adicionais e tempo de inatividade para a estação ferroviária.
Ponte composta desenvolvida pela Structural Composites e instalada no centro-norte do Tennessee.
O polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) também está sendo usado em pontes. A ponte Stuttgart Stadtbahn, instalada sobre a autoestrada A8 da Alemanha em maio de 2020, é a primeira ponte em arco em rede do mundo pendurada inteiramente em elementos de tensão de CFRP chamados cabides. Os 72 cabos são produzidos pela Carbo-Link AG (Fehraltorf, Suíça) usando fibra de carbono da Teijin (Wuppertal, Alemanha). Na verdade, eles eram mais baratos do que os cabos de aço originalmente planejados, permitindo a travessia de oito pistas sem pilares de sustentação, enquanto sua área de seção transversal era apenas um quarto em comparação com a solução de aço.
Além disso, devido ao seu peso leve, os elementos de tensão de 72 CFRP podem ser instalados sem guindaste por apenas três trabalhadores da construção. A incorporação de CFRP na ponte ferroviária de 127 metros de comprimento também é pioneira em sustentabilidade. O EMPA (Federal Material Testing and Research Institute, Suíça) provou que as emissões de CO 2 durante a fabricação de fibra de carbono são um terço do aço e o consumo de energia é reduzido em mais de 50%.
Tratamento de águas residuais e armazenamento de água
Recursos hídricos adequados estão criando novas oportunidades para compósitos. Os materiais compósitos desempenham um papel na dessalinização da água do mar , bem como na reciclagem de águas residuais e no armazenamento de águas subterrâneas. Os vasos de pressão de plástico reforçado com fibra de vidro (FRP) enrolados com filamentos mantêm as membranas de osmose reversa (RO), que provaram ser uma solução eficaz para a produção de água limpa por meio da reciclagem de águas residuais municipais e dessalinização por osmose reversa da água do mar (SWRO). Por exemplo, o West Basin Municipal Water District em Carson, Califórnia, tem atualmente um total de 1.238 vasos de pressão de fibra de vidro, quase todos classificados em 450 psi, para processamento de RO em instalações de reciclagem em El Segundo, Torrance e Carson. A água reciclada é entregue ao Water Replenishment District, que administra e protege as águas subterrâneas locais para 4 milhões de moradores em uma região de 420 milhas quadradas no sul do condado de Los Angeles. As 43 cidades em sua área de serviço usam ~225 milhões de galões/dia (~82 bilhões de galões/ano), ou cerca de metade do abastecimento de água da região.
Outro exemplo é a Pure Water San Diego, um programa de tratamento de águas residuais em fases e de vários anos que fornecerá um terço do abastecimento de água de San Diego localmente até 2035. Uma instalação de demonstração produziu 1 milhão de galões/dia (mgd) de água purificada desde junho 2011, usando 37 vasos de pressão de fibra de vidro RO classificados para 300 psi, fabricados pela Protec-Arisawa (Vista, Califórnia, EUA).
Mais 1.400 vasos de pressão serão instalados para a Fase 1, que produzirá 30 mgd. As fases 2 e 3, que fornecerão mais 53 mgd até 2035, também exigirão vasos de pressão. O sistema de reabastecimento de água subterrânea nas instalações do Orange County Water District, na Califórnia, usa osmose reversa por meio de 3.150 vasos de pressão de fibra de vidro, 25 pés x 8 polegadas de diâmetro, fabricados pela Protec-Arisawa. Cada recipiente é carregado com sete elementos de membrana RO.
Há uma mudança radical no uso de compósitos para infraestrutura, diz Gregg Blaszak, cofundador da Coastline Composites (Lancaster, Pa., EUA), uma empresa de consultoria que trabalha com fabricantes de compósitos de FRP. “Começamos a ver mais engenheiros realmente dando uma olhada nesses tipos de materiais porque eles são, na maioria das vezes, livres de manutenção. ” Um exemplo, diz ele, é o número crescente de projetos que especificam vergalhões de fibra de vidro para reforçar estruturas de concreto como uma alternativa ao vergalhão de aço tradicional.
Aproximadamente 11.000 quilômetros de vergalhões GFRP reforçam este canal de mitigação de inundações de concreto em Jizan, Arábia Saudita, e permitem sua vida útil de 100 anos.
