Pontes a funcionar como músculos

Por a 12 de Janeiro de 2007

O corpo humano serviu de inspiração a Pedro Pacheco, investigador da FEUP, para conceber uma nova técnica de construir pontes em que a rigidez é conseguida à custa de energia em vez de massa. A nova técnica, que promete revolucionar a forma de erigir pontes em todo o mundo, foi apresentada ao Construir pelo investigador

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Foi depois de estudar aprofundadamente o funcionamento do corpo humano que Pedro Pacheco, investigador da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP), se centrou no músculo com o intuito de adaptar o desempenho deste às estruturas das pontes de betão. O resultado é um sistema construtivo que torna as travessias mais leves, mais seguras e mais económicas.

A inovadora técnica, designada de pré-esforço orgânico (OPS), é empregada durante o processo de betonagem, durante a qual a quantidade de carga colocada nos cimbres autoportantes (usados na construção das pontes) consegue ser ajustada através de forças impelidas por cabos.

A analogia com o corpo humano é constante. No sistema OPS, a estrutura é o esqueleto, e os sensores funcionam como os nervos, por sua vez ligados por cabos eléctricos a um autómato (o cérebro). Quando é detectada uma deformação na estrutura, os sensores informam o autómato, que ordena aos macacos hidráulicos (tendões) para esticarem os cabos. Ao esticarem, estes compensam a deformação. A estrutura volta ao sítio e a dor cessa.

O objectivo é tornar as pontes estruturas “vivas”, capazes de responder a estímulos, ao contrário das habituais construções utilizadas na engenharia civil, que são fixas. O sistema OPS, tal como o músculo humano, quando é submetido à acção de uma carga, consegue manter-se imutável através do uso da força. A rigidez é conseguida à custa de energia e não de massa, “o que é uma enorme vantagem, porque a energia não pesa”, refere Pedro Pacheco.

Outros benefícios do inovador sistema passam pela economia. Devido ao “músculo”, é possível que a estrutura comporte bastante menos quantidade de betão, conseguindo-se diminuir a necessidade de massa estrutural e pode reduzindo-se globalmente em 20 ou 30 por cento o custo do equipamento.

A segurança é outra vantagem. Com os sensores, qualquer erro de fábrica ou qualquer defeito é imediatamente detectado. A estrutura está constantemente a ser medida, o que a torna mais segura.

Soluções da Natureza

Apesar de sempre ter sentido um apelo para a engenharia de estruturas, especialmente para projectar pontes, Pedro Pacheco desde cedo mostrou interesse também pela natureza, que descreve como “um valor supremo extremamente eficaz”.

A tese de mestrado do investigador portuense, concluída em 1993, era já um indício do que se seguiria. Intitulado “Soluções da Natureza para problemas estruturais”, dedicava-se ao estudo dos três reinos da natureza: mineral, vegetal e animal, numa perspectiva de engenharia de estruturas. Inicialmente, o objectivo era simplesmente observar a natureza para perceber como se processa o desempenho estrutural de árvores ou raízes.

A base científica é a Biomimética: designação recente para o estudo da natureza como fonte de inspiração para o desenvolvimento cientifico.

Mas só mais tarde se apercebeu de que na natureza iria encontrar respostas para muitas das questões que diariamente o absorviam. Enigmático, começa por explicar: “Conhece aquela sensação de estar a pensar numa música e uma pessoa ao pé de si começar a cantar a mesma música?”.

No início tratava-se sobretudo da postura científica aliada à curiosidade de observar, para aprender como as estruturas funcionavam. Depois de estudar o esforço nas árvores, chegou ao corpo humano: nomeadamente aos braços e aos músculos. Na altura ficou logo com a sensação de que poderia haver outras aplicações claramente inspiradas no músculo.

Foi a partir deste momento que se decidiu a estudar a matéria mais a sério e assim nasce a tese de doutoramento, intitulada “Pré-Esforço Orgânico: Um exemplo de sistema efector”. Durante um ano dedicou-se ao estudo de anatomia com ajuda do professor Nuno Grande, do Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar (ICBAS). Andou pelo teatro anatómico a analisar o corpo humano com profundidade até perceber na íntegra como o músculo funciona.

Hoje, o engenheiro recorda o período em que estudou medicina como estimulante e enriquecedor, mas ao mesmo tempo estranho e surpreendente. “Lembro-me perfeitamente de estar com alunos de anatomia, de medicina ao lado no teatro anatómico e ter uma sensação estranha, porque não era o meu ambiente natural”, relata.

O resultado foi um sistema totalmente original e inovador no seio da engenharia civil. A primeira apresentação científica que fez sobre este tema foi numa conferência de engenheiros de estruturas. “Lembro-me que se gerou um certo sorriso na sala quando ao segundo slide começaram a aparecer ossos e cartilagens”. Actualmente, a patente está registada em 68 países.

Em 2001, Pedro Pacheco seria distinguido com o 2º prémio no concurso internacional de Teses de Doutoramento em Betão Estrutural do FIB (Féderation Internationale du Béton). Para o investigador, a importância desse momento passou pelo “factor de credibilização”, que gerou. O reconhecimento internacional, através da atribuição do prestigiante prémio, deu um empurrão à viabilização do projecto.

Da teoria à prática

O projecto-piloto para a aplicação do sistema de pré-esforço orgânico foi a Ponte sobre o rio Sousa (Lousada). Após 11 anos de estudos, a exequibilidade do OPS ficou finalmente comprovada com esta obra, feita em parceria com a construtora Mota-Engil e concluída em 2005. Pedro Pacheco afiança que a empreitada correu ainda melhor do que as expectativas: “foi excepcional. Estávamos à espera de alguns imprevistos, mas correu muito bem”. A nível financeiro, a solução ficou 15 por cento mais barata e em termos de prazos, terminou 35 dias mais cedo do que estava previsto.

Durante o decorrer da obra, deu-se uma forte interacção entre os investigadores do grupo OPS e os técnicos da Mota-Engil, sempre na lógica da inovação. Daí o resultado ter sido «uma solução simples, exequível, funcional e segura».

Pedro Pacheco destaca, contudo, que este é um “sistema que ainda está na sua infância”. A primeira aplicação trouxe uma aprendizagem enorme em termos científicos que se espera vir a ser cada vez mais desenvolvida.

O dia mais marcante foi na construção da ponte sobre o Rio Sousa foi a 7 de Abril de 2005: o dia da primeira betonagem com o sistema OPS. Para o investigador foi «um dia muito especial por ter sido a primeira vez na história em que se fez uma coisa do género». O receio e as dúvidas eram grandes. Conta que um técnico foi ter com ele na véspera e interrogou: «Ó professor, isto está seguro? Acha que funciona mesmo?». Apesar dos vários anos de estudos, de testes e de verificações, era a primeira vez que se ia conferir se o sistema funcionava mesmo. Iam estar mais de trinta homens em cima da ponte, e nunca se tinha visto o sistema a trabalhar na prática. «A certa altura já se faziam apostas para ver se aquilo ia correr bem ou não», recorda. Só passadas cerca de oito horas de betonagem, quando já estavam colocadas 600 toneladas de betão é que as dúvidas principiaram a dissipar-se e os técnicos acreditaram na realidade do sistema. O entusiasmo de Pedro Pacheco é evidente quando fala neste momento: “foi extraordinário, uma grande aventura”.

Um dos sinais do bom desempenho foi a estrutura quase não se mexer. Ao carregar com betão um cimbre normal, este desce entre 6 a 8 centímetros, enquanto que com o OPS a funcionar, desce apenas 2 milímetros e meio. “Não é uma estrutura morta, é uma estrutura viva”, descreve.

A empresa: BERD

Neste momento, Pedro Pacheco está plenamente envolvido na criação de uma empresa que une as componentes industrial, de projecto e financeira em torno do desenvolvimento e internacionalização do OPS. Trata-se da recém-nascida BERD (Bridge Engineering Research and Design). Criada no triângulo FEUP, Mota-Engil e APICapital, está neste momento a começar a interagir com o mercado. Pedro Pacheco destaca o valor dos “investigadores excepcionais” que compõem a equipa e ainda na ligação com a Mota-Engil como a chave do sucesso da empresa. O investigador estima que os primeiros anos de penetração no mercado sejam duros. Mas à quota-parte de incerteza, soma-se uma determinação muito maior: “Estamos preparados para apanhar uma coça”, afirma, audacioso.

Para Pedro Pacheco, a maior incógnita que se afigura à nova empresa é o tempo. Fora isso, não tem grandes dúvidas: “A solução é mais simples, mais segura, mais económica, funcional e vai vencer”. O mais difícil é saber quanto tempo vai levar até se implementar no mercado.

Reconhece que fazer penetrar no mercado da engenharia civil uma tecnologia nova será bastante difícil: “a engenharia civil na sua generalidade é muito conservadora, demora muito tempo a mudar de soluções”. E este sistema contém uma componente tecnológica inovadora forte. Há um sistema de controlo activo, em que a estrutura depende de software. Daí que se afigure também um vasto trabalho de preparação da aceitação sociológica e psicológica. “Ultrapassado isso, é inevitável que isto seja usado em todo o mundo”.

Sabendo que o seu projecto vai ser certamente alvo de cópias, algo que vê como «uma fatalidade», afirma que aquilo que o grupo OPS pode fazer é procurar ser também “beneficiado com a implementação do sistema”.

O actual sistema de pré-esforço orgânico foi concebido exclusivamente para implementação em pontes de betão, mas a adaptação deste mecanismo a outro tipo de estruturas está também em cima da mesa. A BERD terá uma componente totalmente dedicada à elaboração de projectos de execução, e à construção, e outra parte focada constantemente na investigação. “A única forma de estar no mercado e ter benefícios de valor acrescentado é estar a inovar constantemente, estar à procura de novas soluções”, por isso, o aperfeiçoamento do OPS e o estudo de aplicações a outro tipo de estruturas vai continuar a ser desenvolvido.

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