Progressos no campo das Estruturas de Membrana. Ruy Marcelo de Oliveira Pauletti EPUSP

Transcrição

1 Progressos no campo das Estruturas de Membrana Ruy Marcelo de Oliveira Pauletti EPUSP 03 / 09 / 2009

2 Progressos no campo das Estruturas de Membrana 1. O Projeto das Estruturas de Membrana idéias básicas 2. Alguns Casos de Estudo 3. Tensoestruturas no Brasil 3. Evolução das Estruturas pneumáticas 4. Coberturas de estádios no Brasil e no mundo 5. Debate

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4 Estruturas Retesadas ( Tensoestruturas ): aquelas que, para funcionarem a contento, dependem de seus elementos estarem retesados, e não frouxos. Retesar (v.t.): entesar, tornar tenso ou retesado, esticar, enrijar; pôr a direito. Retesado (adj.): entesado, enrijado, tenso, hirto, bem teso. Retesamento (s.m.): ato ou efeito de retesar. [Caldas-Aulete, 1956]

5 Estruturas leves - Light structures

6 Estruturas luminosas ( Light structures, structures of light H. Berger) R.M.O.Pauletti -

7 Estruturas luminosas ( Light structures, structures of light H. Berger)

8 Estruturas luminosas ( Light structures, structures of light H. Berger)

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11 Vienna International Airport Control Tower, 2005

12 Suvarnabhumi Airport, Bangkok, Thailand

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15 Ocean Dome, Japan the world's largest indoor water park (300m-100m-38m), with a retractable roof.

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17 Domo do Milênio Londres, 2000

18 Domo do Milênio: cobertura e sistema de cabos. Detalhes Domo do Milênio...

19 Estruturas retesadas são flexíveis : (a) uma estrutura rígida, como uma viga, não muda drasticamente de forma, ao variar do carregamento (b) uma estrutura flexível, como um cabo, muda drasticamente de forma, ao variar do carregamento R.M.O.Pauletti -

20 Passarela semi-destruída em Mardan, Paquistão agosto 2006 R.M.O.Pauletti -

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22 Por serem flexíveis, as estruturas retesadas devem se conformar às formas funiculares associadas a um dado padrão de carregamentos: Aquelas que equilibram um conjunto de cargas, sem o surgimento de esforços de flexão R.M.O.Pauletti -

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26 Ponte sobre o estreito de Menai (1826, vão livre 177m)

27 Estados de Solicitação Interna Barra curta em compressão: Barra esbelta em compressão: Flambagem! Barra esbelta em tração: Barra sujeita à flexão: R.M.O.Pauletti -

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29 Flexão Compressão / Tração R.M.O.Pauletti -

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31 Superfícies de dupla curvatura: Superfícies sinclásticas: dupla curvatura no mesmo sentido Superfícies de curvatura simples Superfícies anticlásticas dupla curvatura em sentidos reversos R.M.O.Pauletti -

32 R.M.O.Pauletti -

33 Planificação Superfícies de curvatura simples apenas podem ser planificadas sem distorção; Superfícies de dupla curvatura sofrem distorção ao serem planificadas. R.M.O.Pauletti -

34 R.M.O.Pauletti -

35 O Processo de Projeto das Estruturas retesadas No other class of architectural structural systems is as dependent upon the use of digital computers as are tensile membrane structures. David Campbel [ASCE Second Civil Engineering Automation Conference, 1991]. R.M.O.Pauletti -

36 INTENÇÃO ARQUITETÔNICA: R.M.O.Pauletti -

37 INTENÇÃO ARQUITETÔNICA: PROJETO / ANÁLISE: Forma inicial, inviável Busca da forma Determinação dos padrões de corte Forma final, viável Resposta aos carregamentos Padronagem e panificação Resposta aos carregamentos R.M.O.Pauletti -

38 INTENÇÃO ARQUITETÔNICA: PROJETO / ANÁLISE: Forma inicial, inviável Busca da forma Determinação dos padrões de corte Forma final, viável Resposta aos carregamentos Padronagem e panificação Resposta aos carregamentos SOLUÇÃO DE PROJETO R.M.O.Pauletti -

39 INTENÇÃO ARQUITETÔNICA: PROJETO / ANÁLISE: Forma inicial, inviável Busca da forma Determinação dos padrões de corte Forma final, viável Resposta aos carregamentos Padronagem e panificação Resposta aos carregamentos SOLUÇÃO DE PROJETO R.M.O.Pauletti -

40 Costa Minimal Surface The Costa surface is a complete minimal embedded surface of finite topology (i.e., it has no boundary and does not intersect itself). It has genus 1 with three punctures (Schwalbe and Wagon 1999). Until this surface was discovered by Costa (1984), the only other known complete minimal embeddable surfaces in with no self-intersections were the plane (genus 0), catenoid (genus 0 with two punctures), and helicoid (genus 0 with two punctures), and it was conjectured that these were the only such surfaces. Rather amazingly, the Costa surface belongs to the dihedral group of symmetries.

41 Helaman Ferguson, 1999 Helaman Ferguson, 2008 It has also been constructed as a snow sculpture (Ferguson et al. 1999, Wagon 1999; left figure). On Feb. 20, 2008, a large stone sculpture by Helaman Ferguson was installed on the south deck of the Olin-Rice Science Center at Macalester College (left figure; photo courtesy of Stan Wagon).

42 1 ELEMENTS REAL NUM AUG :36:09 AUG F1 F2 F2 F1 Z Y X Y X Z F2 F2 F3 F3 Y Z X F3 F3 F2 F2 F1 F2 F2 F1 Z Y X

43 AUSTRALIAN WILDLIFE HEALTH CENTRE (extracted from

44 Estruturas Retesadas Casos de Estudo Memorial dos Povos de Belém do Pará Igreja Batista Central, Fortaleza Mercado Aberto de Goiânia Domo Pneumático de Angra III R.M.O.Pauletti -

45 The membrane roof of the Memorial dos Povos of Belém do Pará R.M.O.Pauletti -

46 4 - lc2 (retesamento) - reacoes DEC :44: Z Y X R.M.O.Pauletti -

47 Esforços devidos ao vento lateral 1 ELEMENTS RFOR displacement norms, for the Y-wind load case DEC :45: Z Y X Maximum 1 st principal stresses (S1) for the Y-wind load case memorial 4 - lc4 (vento y ) - reacoes

48 DEC :23:39 Cutting patterns R.M.O.Pauletti -

49 1 st principal stresses Before flattening Flattening process 1 st principal stresses after pull-back 1 st principal stresses after flattening (residual stresses)

50 Maximum first principal stresses for the prestress load case, as initially calculated Maximum first principal stresses after planification and pull-back Displacements due to relaxation of pull-back stresses Maximum first principal stresses after relaxation of pull-back stresses

51 R.M.O.Pauletti -

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55 Cobertura em Membrana Retesada Igreja Batista Central Fortaleza Concepção Arquitetônica: Nasser-Hissa Arquitetos Associados Projeto e Análise Estrutural da Membrana: Ruy Marcelo Pauletti Reyolando M.L.R.F. Brasil Estrutura Metálica: Paulo André Barroso

56 1 ELEMENTS U APR :02:43 1 ELEMENTS U APR :06:28 Z X Z Y X Y novo3 1 NODAL SOLUTION STEP=2 SUB =1 TIME=2 S1 (AVG) DMX = SMN =.235E+07 SMX =.162E+08 MAR :38:56 novo3 MX Y MN Z X.235E E E E E E E E E E+08 ibc -revisao 4: ancoragens desniveladas R.M.O.Pauletti -

57 1 ELEMENTS PRES-NORM Z Y MAR :15:12 X novo4 - malha refinada, matrizes assimetricas ELEMENTS PRES-NORM Z Y X MAR :34: novo5 - vento y, malha refinada, matrizes assimetricas

58 SUB =1 TIME=3 USUM (AVG) RSYS=0 DMX =1.615 SMX =1.615 MX 1 NODAL SOLUTION STEP=3 SUB =1 TIME=3 S1 (AVG) DMX =1.607 SMN = SMX =.277E+08 Z X Y MAR :25:15 MN MX Z Y X MN novo4 - malha refinada, matrizes assimetricas 1 NODAL SOLUTION STEP=3 SUB =1 TIME=3 USUM (AVG) RSYS=0 DMX =1.607 SMX =1.607 MN MAR :26: E E E E E E E E E+08 novo5 - vento y, malha refinada, matrizes assimetricas 1 NODAL SOLUTION STEP=3 SUB =1 TIME=3 S2 (AVG) DMX =1.615 SMN =1384 SMX =.847E+07 MN Z Y X MAR :17:56 Z X Y MX MX novo5 - vento y, malha refinada, matrizes assimetricas E E E E E E E E+07 novo4 - malha refinada, matrizes assimetricas R.M.O.Pauletti -

59 f38-e f39-e f40-e f41-e f42-e f47-e f43-e f46-e f44-e f45-e f26-e f27-e f37-e f28-e f36-e f29-e f30-e f35-e f31-e f33-e f34-e f32-e f62-e f61-e f60-e f48-e f59-e f49-e f58-e f50-e f57-e f51-e f56-e f52-e f55-e f53-e f54-e f38-e f37-e f40-e f41-e f42-e f43-e f44-e f45-e f46-e f47-e f48-e f34-e f33-e f50-e f51-e f52-e f54-e f28-e f55-e f56-e f57-e f58-e f59-e f60-e f61-e f25-e f21-e f21-e f23-e f24-e f10-e f11-e f12-e f13-e f14-e f15-e f16-e f17-e f18-e f19-e f20-e f04-e f05-e f06-e f07-e f08-e f09-e f03-e f02-e f01-e f22-e f20-e f01-e f19-e f02-e f18-e f03-e f17-e f04-e f16-e f05-e f15-e f06-e f14-e f07-e f13-e f08-e f09-e f12-e f10-e f11-e 1 AREAS TYPE NUM f27-e f26-e f25-e f24-e f23-e f22-e APR :39:02 f29-e f30-e f31-e f32-e f35-e f36-e f39-e f49-e f53-e f62-e ibc-rev4: areas para planificacao

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66 Inauguration, Nov 27, 2003

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68 Goiânia s Open Market (2006)

69 Y B A A B C A A X X B Y A A C A A B

70 1 ELEMENTS REAL NUM Y Z X SEP :31:34 goiania-03

71 1 ELEMENTS REAL NUM Y Z X SEP :08:08 Mastelete (comprime a sapata) Tirante (traciona a sapata) goiania-03

72 NODAL SOLUTION STEP=3 SUB =2 TIME=3 USUM RSYS=0 DMX =1.089 SMX =1.089 Z X Y (AVG) SEP :26:01 MX MN 0 goiania ,15-1,5 +1,0 1 NODAL SOLUTION STEP=5 SUB =2 TIME=5 USUM Z Y X (AVG) RSYS=0 DMX = SMX = SEP :26:59 +0,67 MX -0,46 kn/m 2-0,6 MN +0,4 +0,27 0 goiania

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77 Domo Pneumático para Angra III

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80 Tension Structures in Brazil Ruy Marcelo de Oliveira Pauletti University of São Paulo

81 Samka a hammock produceb by indians Kinja / Waimiri-Atroari / Crichaná (Amazonas and Roraima)

82 Pavilhão de Exposições do Rio Grande do Sul São Paulo s IV Centennial Celebrations, 1954 Archs. A. Borges and R.C. Alliana (102m x 60m in plant; 20m maximum height)

83 Ibirapuera Park (1954 )

84 Pavilhão de São Cristovão, Archs. Sérgio Bernardes and Paulo Fragoso Built in 1957, for the 1958 International Exposition of Industry and Commerce

85 1978 The 32,000m2 roof, word record of free span at the time, collapsed in 1991, due to fire 1991

86 Today: Centro de Tradições Nordestinas Luiz Gonzaga

87 Auditório Araújo Vianna Porto Alegre (1964) Membrane Roof 1996 Nelson Fiedler (closed since 2005 due to membrane deterioration)

88 I Simposio Latinoamericano de Tensoestructuras - 6 / 7 May, 2002

89 492 participantes inscritos ; 196 estudantes de graduação ou pós-graduação; 35 participantes estrangeiros, provenientes de 14 países I Simposio Latinoamericano de tensoestructuras

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91 IASS SLTE 2014 BRASIL?!

92 Brazilian Companies on Membrane Structures

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94 Shopping Nova américa, RJ, 2006 Shopping Osasco, SP, 2006 Clube Hebraica, SP, 2004

95 Mercado Municipal Ver-o-Peso Belém do Pará Arch. Flavio de Carvalho and Pedro Rivera, 4.300m² (Ano 2000)

96 Arquibancada Beach Soccer São Luiz, MA 750m² (2001) Arq. Carlos Campello Garagem Aeroporto Internacional do Recife 1500m² (2001) Palco do Piscinão de Ramos - Rio de Janeiro RJ m² (2001) Capela de Frei Galvão e Sta. Crescencia Guaratinguetá SP (2007), Arqs. Lília Campelo, Artur Diniz; Carlos Bauer (membrane) Usina Termo-elétrica Norte Macaé RJ, 160m² (2007)

97 Anfiteatro Praça Salvador Arena, São Bernardo do Campo, SP, Arch. Jurandir, 1200m² (2005) Paulínia Rodoviária Shopping Paulínia SP 2200m² (2006), Arch. Primi e Apolloni Cabral Night Club SP, 450m² (2003) Arch. Paulo Del Santo

98 Rock in Rio MTV Vídeo Music Awards Brasil metros (2006)

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100 Garrafas PET no Tietê Artist: Eduardo Srur

101 Tensoestruturas "Feira da Cidade de Ananindeua, PA (2006) Arch. José Maria Coelho Bassalo and Flávio Campos do Nascimento

102 Tensoestruturas "Feira da Cidade de Ananindeua, PA (2006) Arch. José Maria Coelho Bassalo and Flávio Campos do Nascimento

103 Tensoestruturas "Feira da Cidade de Ananindeua, PA (2006) Arch. José Maria Coelho Bassalo and Flávio Campos do Nascimento

104 Tensoestruturas Tensoestruturas

105 CENPES II - Petrobrás Research Center

106 CENPES II

107 Some remarks on membrane market in Brasil: Budgets are heavily constrained; No regulations at all; Membranes are seen as cheap, non-permanent structures; Because of that, clients are reluctant to invest in high quality solutions; A vicious cicle! Most architects still have limited formal repertoire and understanding on membranes; Few engineers are skilled enough to proper design Things are changing swiftly, and for the better

108 Pneumatic Structures (a) Insufflated; (b) Aspirated; (c) Inflated

109 Passarola - The first known hot air baloon ever built (1709) Bartolomeu de Gusmão, ( ) Jesuit priest born in Santos, Brazil.

110 (a) Balão de ar quente dos irmãos Montgolfier (1783) (c) Balão de hidrogênio de Jacques Charles (1783)

111 Santos Dumont s Dirigible n. 1 (1898) Santos Dumont wins the Deutsch Prize with his dirigible n. 6 (1901) Dirigible n. 10 on Scientific American Nov. 7, 1903

112 Camuflagens infláveis empregadas pelos britânicos, durante a II Guerra Mundial

113 Radome no Maine, EUA (1961)

114 Pavilhão Atomos para a Paz, no Rio de Janeiro (1960) Projetado por Victor Lundy, produzido por Birdair.

115 Tokio Big-Egg Dome (1988)

116 Tokio Big-Egg Dome (1988)

117 Guthrie Pavilion, Malásia (1998)

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120 MILLENIUM ARCHES - STOCKHOLM NEW YEAR, JANUARY 1, 2000

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125 Dreamspace Maurice Agis,

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128 Archipelago Alan Parkinson

129 Archipelago Alan Parkinson

130 Garrafas PET no Tietê (concepção Eduardo Srur)

131 Pavilhão da Exposição Petrobrás - A Energia de Um Sonho Arq. José Wagner Garcia

132 Eden Project, Cornwall, UK

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135 National Space Center, Leicester, UK

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143 Complexo Aquático de Pequim Water Cube, ou H 2 O 3 ) Março, 2008

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145 Estrutura de Kelvin: Arranjo compacto de Octaedros Truncados

146 Estrutura de Wearie-Phelan: Arranjo compacto de tetrakaidecaedros e dodecaedros irregulares Um dodecaedro regular

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150 Estádio Olímpico de Pequim Bird s Nest Março, 2008 Location: Beijing, China Broke ground: December 2003 Owner: Government of the People's Republic of China Construction cost: ~USD $500 million Architect: Herzog & de Meuron, ArupSport, CAG Capacity: 80,000 / 91,000 (Olympics)

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156 2010 WORLD CUP, África do Sul Estadio de Green Point, Cidade do Cabo

157 2010 WORLD CUP, África do Sul Estadio de Green Point, Cidade do Cabo

158 2010 WORLD CUP, África do Sul Estadio de Green Point, Cidade do Cabo

159 2010 WORLD CUP, África do Sul Estadio de Green Point, Cidade do Cabo

160 2010 WORLD CUP, África do Sul Estadio de Porto Elizabete

161 2010 WORLD CUP, África do Sul Estadio de Port Elizabeth

162 2010 WORLD CUP, África do Sul Estadio Moses Mabhida, Durban

163 2010 WORLD CUP, África do Sul Estadio Moses Mabhida, Durban

164 2010 WORLD CUP, África do Sul Estadio Moses Mabhida, Durban

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166 ESTÁDIO OLÍMPICO JOÃO HAVELANGE Jogos Panamericanos 2007

167 Arquitetura: CARLOS PORTO e GILSON RAMOS DOS SANTOS PROJETO ESTRUTURAL DA COBERTURA: FLAVIO D ALAMBERT

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172 Modelo para ensaio em túnel de vento escala 1:400

173 Ao estudarmos os pórticos, veremos o caso das arquibancadas do Engenhão :

174 2014 WORLD CUP STADIA Cidades-Sede Belo Horizonte: Mineirão Brasília: Estádio Nacional de Brasília Cuiabá: Verdão Curitiba: Arena da Baixada Fortaleza: Castelão Manaus: Vivaldão Natal: Cidade das Dunas Porto Alegre: Arena do Beira-Rio Recife: Cidade-Copa Rio de Janeiro: Maracanã Salvador: Fonte Nova São Paulo: Morumbi

175 2014 WORLD CUP STADIA Estádio José Pinheiro Borda (BEIRA RIO) Porto Alegre - RS City: Porto Alegre/RS (1.5 millions) Team: Sport Club Internacional Current capacity:

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177 2014 WORLD CUP STADIA Estádio José Pinheiro Borda (BEIRA RIO) Porto Alegre - RS Project: Fernando Balvedi, Gabriel Garcia e Maurício Santos Capacity: pessoas Roof: Membrana tensionada com estrutura metálica Estimated value: R$ 60 millions

178 2014 WORLD CUP STADIA Estádio José Pinheiro Borda (BEIRA RIO) Porto Alegre - RS

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181 2014 WORLD CUP STADIA Arena do Grêmio - Porto Alegre - RS City: Porto Alegre (1.5 million) Capacity: ; Estimated value: 270 millions Project: Amsterdan Arena Advisory; Odebrecht,Construtora OAS Ltda. and Plarq Estudos de Arquitetura e Urbanismo Ltda

182 2014 WORLD CUP STADIA Estádio Governador Magalhães Pinto (Mineirão) Belo Horizonte - MG City: Belo Horizonte/MG (2.45 millions) Current capacity:

183 2014 WORLD CUP STADIA Estádio Governador Magalhães Pinto (Mineirão) Belo Horizonte - MG Project: Marcelo Viana Capacity: Roof: 88 pórticos de concreto armado, dispostos radialmente em torno de uma elipse Estimated value: 260 millions

184 2014 WORLD CUP STADIA Mané Garrincha - Brasília - DF City: Brasília/DF (2,4 millions) Teams: Brasília EC and Unidos do Cruzeiro Current capacity:

185 2014 WORLD CUP STADIA Mané Garrincha - Brasília - DF Project: Castro Mello Arquitetos ; Capacity: Projeto Inicical: Roof: Cable Truss Structure; Estimated value: R$400 millions

186 2014 WORLD CUP STADIA Mané Garrincha - Brasília - DF Projeto Novo

187 2014 WORLD CUP STADIA Estádio JOSÉ FRAGELLI (Verdão) Cuiabá - MT City: Cuiabá/MT (0.6 millions) Teams: Dom Bosco e Mixto Current capacity:

188 2014 WORLD CUP STADIA Estádio JOSÉ FRAGELLI (Verdão) Cuiabá - MT Project original : Secretário-adjunto de Obras Públicas da Sinfra/MT Jean Martins e Silva Nunes Capacity: Estimated value: R$ 350 millions

189 2014 WORLD CUP STADIA Estádio JOSÉ FRAGELLI (Verdão) Cuiabá - MT New Project

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191 2014 WORLD CUP STADIA Kyocera Arena Curitiba - PR City: Curitiba/PR (1.8 millions) Team: Atlético - PR Current capacity:

192 2014 WORLD CUP STADIA Kyocera Arena Curitiba - PR Project: Vigliecca & Associados + Carlos Arcos Capacity: Roof: telhas translúcidas Estimated value: R$ 30 millions

193 R.M.O.Pauletti -

194 2014 WORLD CUP STADIA Estádio Governador Plácido Castelo (Castelão) Fortaleza - CE City: Fortaleza CE (2.4 millions) Capacity: Project: José Liberal de Castro, Gehard Ernst Borman, Reginaldo Mendes Rangel, Marcílio Dias de Luna e Ivan da Silva Britto; Hugo Alcântara Mota

195 R.M.O.Pauletti -

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197 2014 WORLD CUP STADIA Estádio Vivaldo Lima (Vivaldão) Manaus/AM City: Manaus/AM Population: 1,65 millions Capacity:

198 2014 WORLD CUP STADIA Estádio Vivaldo Lima (Vivaldão) - Manaus/AM Project: Schlaich, Bergermann und Partner Capacity: Estimated value: 500 millions

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200 2014 WORLD CUP STADIA Estádio Estrela dos Reis Magos - Natal - RN City: Natal/RN Estádio: new Population: Capacity: Roof: not available Estimated value: R$ 260 millions Project inicial: Gley Karlys

201 R.M.O.Pauletti -

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203 2014 WORLD CUP STADIA Arena cidade da Copa Recife City: Recife/PE & Olinda 2.0 millions Estádio: Ainda não construído Project: inicial Arquiteto Zeca Brandão Capacity:

204 R.M.O.Pauletti -

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206 2014 WORLD CUP STADIA Estádio Jornalista Mário Filho (Maracanã) Rio de Janeiro - RJ City: Rio de Janeiro/RJ (6.15 millions) Teams: Botafogo, Flamengo and Fluminense Current capacity: Project: Rafael Galvão, Orlando Azevedo, Antônio Dias Carneiro e Pedro Paulo Bernardes Bastos

207 2014 WORLD CUP STADIA Estádio Jornalista Mário Filho (Maracanã) Rio de Janeiro - RJ Project: Inicial: Ricardo Rüther Capacity: Estimated cost: 500 to 1000 millions R$

208 R.M.O.Pauletti -

209 R.M.O.Pauletti -

210 2014 WORLD CUP STADIA Estádio Otávio Mangabeira (Fonte Nova) Salvador - BA

211 Waldstation - Frankfurt AOL Arena - Hamburg R.M.O.Pauletti -

212 2014 WORLD CUP STADIA Estádio Cícero Pompeu de Toledo (Morumbi) São Paulo - SP City: São Paulo/SP (11 millions) Team: São Paulo FC Capacity:

213 2014 WORLD CUP STADIA Estádio Cícero Pompeu de Toledo (Morumbi) - São Paulo - SP Project: Arch. Ruy Ohtake Capacity: Estimated value: R 180 millions

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