Pontes emperradas, estradas em ruínas − o calor extremo está causando estragos na infraestrutura envelhecida dos Estados Unidos

O calor recorde do verão de 2024 está criando problemas para a infraestrutura de transporte, de estradas a ferrovias.

A Ponte da Terceira Avenida de Nova York, que se abre para o tráfego de navios no Rio Harlem, ficou presa por horas após seu metal se expandir com o calor e não conseguiu fechar. Estradas cederam em dias quentes em vários estados, incluindo Washington e Wisconsin. A Amtrak alertou os passageiros para se prepararem para problemas relacionados ao calor horas antes de uma interrupção de um dia inteiro entre Nova York e Nova Jersey; os riscos para linhas de energia e trilhos durante altas temperaturas são uma fonte crescente de atrasos para o sistema ferroviário.

Não ajuda que o calor cada vez pior esteja afetando um sistema de infraestrutura dos EUA que já está com problemas.

A Sociedade Americana de Engenheiros Civis deu à infraestrutura dos EUA uma nota geral de C- em seu último Relatório Nacional de Infraestrutura, lançado em 2021. Embora tenha havido alguma melhora — cerca de 7,5% das pontes dos EUA estavam em más condições, em comparação com mais de 12% uma década antes — muitas pontes estão envelhecendo, tornando-as difíceis de manter. Quarenta por cento do sistema rodoviário foi considerado em más ou medíocres condições, e os custos de manutenção aumentaram substancialmente.

A taxa na qual uma ponte ou estrada se deteriora depende não apenas dos materiais e métodos de construção usados, mas também do clima durante a vida útil da estrutura. Calor extremo, em particular, afeta significativamente a infraestrutura de transporte. À medida que a mudança climática avança, espera-se que a frequência e a intensidade das ondas de calor aumentem, exacerbando esses problemas.

Lidero o Smart Infrastructure and Testing Laboratory na University of Texas em Arlington, onde minha equipe trabalha em maneiras de monitorar melhor a saúde estrutural da infraestrutura. Veja por que a infraestrutura tem dificuldades no calor – e como os engenheiros estão inovando para ajudar a estender sua vida útil.

Estradas empenadas representam perigo para motoristas

Quando uma estrada é construída, ela é cortada em segmentos para criar espaço para o pavimento se expandir durante o calor alto ou se contrair no frio. Sem esse espaço, o pavimento pode encurvar quando o material da estrada esquenta. A encurvadura do pavimento de concreto se tornou um problema sério em vários estados.

O pavimento se torna vulnerável à flambagem por uma série de razões. O design da estrada, os materiais de que é feita, o clima quando foi construída e o clima durante sua vida útil podem afetar sua vida útil, assim como danos à estrada e reparos inadequados.

Temperaturas extremas e precipitação pesada podem causar danos significativos às estradas e comprometer a integridade estrutural dos sistemas ferroviários. Além disso, a elevação do nível do mar está acelerando a erosão costeira que pode minar estradas e linhas ferroviárias. A deterioração do pavimento leva a atrasos no trânsito e veículos danificados. E, mais criticamente, pode causar acidentes de trânsito.

Os trilhos quentes podem expandir e também entortar

A expansão ferroviária é outra preocupação significativa, especialmente com trilhos soldados contínuos, como as linhas principais utilizadas pelos trens.

Quando as temperaturas sobem, os trilhos se expandem devido ao calor. Essa expansão pode criar alta pressão e tensão dentro do material do trilho. Combinada com as forças exercidas pelos trens em movimento, essa pressão pode fazer com que os trilhos se dobrem para o lado e fiquem desalinhados. Às vezes, é chamada de “sun kink”.

Trilhos empenados são um sério risco à segurança que pode causar descarrilamentos. Essa é uma das razões pelas quais a Amtrak reduz sua velocidade em calor extremo, muitas vezes levando a atrasos na programação. O metrô de Washington, DC, reduz a velocidade de seus trens para máximo de 35 mph quando os trilhos atingem uma temperatura de 135 graus Fahrenheit (57 graus Celsius).

Prever essas tensões térmicas pode ser desafiador. Medições de temperatura dos trilhos por si só não são suficientes, porque há muitos fatores desconhecidos relacionados à estrutura da via e como ela se move. Isso torna difícil prever com precisão o quanto os trilhos irão se expandir ou contrair.

Os engenheiros podem reduzir o risco de expansão ferroviária usando materiais resistentes ao calor, como aço ferroviário hipereutetóide e aço ferroviário martensítico, ajustando o projeto dos trilhos e garantindo reparos oportunos.

Para evitar que as estradas encurvem, os engenheiros também têm medidas de proteção, como usar juntas serradas de corte único preenchidas com selante para fornecer flexibilidade enquanto mantêm a água fora. Eles também podem implementar práticas de concretagem em clima frio que evitam despejar concreto durante baixas temperaturas ou em bases frias, e podem usar concreto mais forte e durável. Realizar reparos oportunos quando o pavimento racha e fica danificado também pode ajudar a evitar encurvamentos.

Manter a infraestrutura saudável

A saúde da infraestrutura é semelhante à saúde humana: se os médicos detectam problemas como tumores ou câncer apenas nos estágios finais, geralmente é tarde demais. Assim como os corpos humanos, a infraestrutura precisa ser mantida desde o início para reduzir custos e aumentar o potencial para reabilitação eficaz.

Uma área em que meu departamento trabalha são os métodos de avaliação não destrutivos para monitorar infraestrutura sem causar danos ou exigir longos fechamentos de estradas.

Usamos sistemas de escaneamento móvel que são quase como máquinas de ressonância magnética portáteis para procurar fraquezas ou defeitos em pontes, estradas e pistas. Também estamos desenvolvendo sensores avançados que usam fenômenos de campo mecânico e magnético para avaliar a condição da infraestrutura, e estamos usando inteligência artificial para detectar problemas nos materiais.

A infraestrutura enfrentará desafios cada vez maiores conforme o clima muda e estradas, pontes e outras infraestruturas envelhecem. O grande número de estradas empenadas e outros problemas neste verão destacam a necessidade urgente de infraestrutura resiliente para enfrentar o futuro.