ESTÁDIOS ESPORTIVOS. Autor : Flavio C. D Alambert. 1. Introdução. 2. Estádio Olímpico João Havelange- nasce um gigante

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1 ESTÁDIOS ESPORTIVOS Autor : Flavio C. D Alambert Projeto Alpha Engenharia de Estruturas, São Paulo, Brasil, projetoalpha@terra.com.br Palavras-chave: CONSTRUMETAL ESTÁDIOS ESPORTIVOS. 1. Introdução Em 2007 o Rio foi anfitrião dos Jogos Pan Americanos, o interesse foi muito grande, pois desde a copa do mundo de futebol de 1950,o Brasil não sediava evento desportivo de peso intercontinental Como parte das responsabilidades assumidas pelo Governo Municipal do Rio de Janeiro, estavam a construção de diversas praças esportivas, dentre elas duas se destacaram pelo arrojo da concepção arquitetônica e pelas soluções estruturais adotadas, Estádio Olímpico João Havelange e Parque Aquático Maria Lenk. O tema sobre a utilização de estruturas metálicas em Estádios Esportivos se torna bem atual tendo em vista a futura participação do Brasil como sede da Copa do Mundo de Futebol 2014, vários clubes e entidades estão se movimentando no sentido de construir ou reformar os Estádios Brasileiros. 2. Estádio Olímpico João Havelange- nasce um gigante 2.1 Projeto arquitetônico Foi na genialidade de Oscar Niemeyer que havia projetado um grande arco para suportar a cobertura do Estádio Nacional, mais tarde batizado Maracanã, para a copa do mundo de 1950 (figura 01- projeto ficou em 2 o lugar), que os arquitetos Carlos Porto e Gilson Ramos dos Santos se inspiraram para desenvolver o projeto da cobertura do Estádio Olímpico João Havelange. A primeira versão foi elaborada em 1995 (figura 02), sendo atualizada e incrementada até a versão final colocada para concorrência em 2003, já com o objetivo do Pan Americano Rio O arrojo arquitetônico sempre esteve presente, no estudo da forma e da monumentalidade, com o claro objetivo de criar um marco na paisagem urbana carioca. Figura 01 Proposta para Cobertura do Estádio Nacional- Oscar Niemeyer. 1

2 Figura 02 Projeto para o EOJH versão 1995Carlos Porto- Gilson Ramos. Figura 03 Projeto do EOJH versão para concorrência 2.2 Projeto estrutural O início do projeto estrutural se deu em 2003 com a elaboração de estudos de opções que viabilizassem a obra frente ao orçamento disponível, as mudanças estruturais foram progressivamente sendo analisadas e aprovadas pela arquitetura. O ponto crucial sempre foi o dimensionamento e a produção dos arcos principais que sustentam a cobertura, para se chegar à configuração final de tubo único com 2000 mm de diâmetro, foram desenvolvidas opções com a utilização de arcos treliçados, arcos compostos pela composição de 2 tubos com 1200 mm de diâmetro. eram suspensos Figura 04 Estudo estruturais realizados 2

3 Figura 05 Modelo Estrutural versão final os cantos são suportados por pórticos internos A estrutura de cobertura do Estádio Olímpico João Havelange (EOJH) é composta por 4 grandes arcos tubulares, que através de tirantes de suspensão suportam 42 tesouras treliçadas com 50 metros de comprimento formando um anel arqueado para apoio do sistema de cobertura. Nos setores Leste e Oeste temos 2 arcos planos com vão livre de 221 m, formados por perfis tubulares com 2000 mm de diâmetro e espessuras variando de 22 a 25 mm, cada arco é estabilizado por tirante inferior tensionado composto por tubo com diâmetro de 800 mm e espessura de 19 mm. A flecha entres arcos e tirantes é de 31,40 m, estes conjuntos estão apoiados em mega colunas de concreto armado com seção tubular circular, as colunas tem altura de 42 m, diâmetro de 4,80 m e espessura da parede de 35 cm. Nos setores Norte e Sul temos 2 arcos planos com vão livre de 163 m, formados por perfis tubulares com 2000 mm de diâmetro e espessuras variando de 19 a 25 mm, cada arco 2 é estabilizado por tirante inferior tensionado composto por tubo com diâmetro de 800 mm e espessura de 19 mm. A flecha entre arcos e tirantes é de 23,18 m, estes conjuntos estão apoiados em mega colunas de concreto armado com seção tubular circular, as colunas tem altura de 42 m, diâmetro de 4,80 m e espessura da parede de 35 cm - Arcos Leste- Oeste Vão Livre =221 m Arcos Norte Sul Vão Livre = 163 m Pendurais suspensão - Figura 06 Vista aérea da cobertura EOJH 3

4 Figura 07 Detalhe Interno do Tubo φ 2000 mm dos Arcos Figuras 08 e 09 Vista geral do arco leste Devido a complexidade do projeto e diversidade do comportamento estrutural, foram utilizados quase todos os perfis e chapas disponíveis no mercado brasileiro, tendo inclusive a inovação no uso de joists com perfis laminados de pequeno porte (PEL). Cobertura é composta por 42 tesouras com comprimento de 50 m que coincidem a cada 2 pórticos de concreto do estádio, as tesouras estão espaçadas de aproximadamente 20 m e interligadas por joists, que por sua vez travam as tesouras e recebem o sistema de cobertura. 4

5 Figuras 10 e 11 Módulo rígido típico no chão e em montagem 2.3 Sistema de cobertura O sistema de cobertura foi projetado para obter um excelente desempenho tanto estrutural como acústico e de estanqueidade, para tanto utilizou-se perfil de aço para obter a resistência mecânica aos fortes esforços de vento, revestimento térmico rígido com 50 mm de espessura e manta flexível superior impermeabilizando totalmente os m2 da cobertura e permitindo alongamentos de até 300 % do seu comprimento unitário sem romper. Figura 12 Sistema de Cobertura 2.4) Análise do Vento: Para a determinação correta do efeito de vento sobre a cobertura, foram realizados testes em modelo reduzido no túnel de vento do laboratório RWDI no Canadá, considerando vento centenário, após várias análises determinou-se a adoção de 16 carregamentos: 1 a e 1b = sobrepressão 2 a e 2b = sucção 3 a, 3 b e 3 c = Desbalanceamento em relação ao eixo x-x ( Leste- Oeste) 4 a, 4 b e 4 c = Desbalanceamento em relação ao eixo Y-Y (Norte-Sul) 5 Desbalanceamento de ¼ da cobertura ( modos de vibração 3 e 4) 6 Modo 2 da frequência natural e 7 a 10 efeitos localizados de grande intensidade 5

6 Figura 13 Modelo durante ensaio no Túnel de Vento. - Ventos de baixa intesidade Ventos de alta intensidade - Podem atuar em qualquer direção Ventos centenários Figura 13- Histogramas envoltórios da ação dos ventos 2.5) Dimensionamento Estrutural - Os modos de instabilidade para para tubos comprimidos axialmente podem ser decorrentes da flambagem global ou local, a perda de estabilidade por flambagem global depende da relação L/r ( índice de esbeltez global) já a flambagem local depende diretamente da relação D/t (diâmetro externo/ espessura da parede do tubo), em nosso caso, a relação D/t varia de 80 a 105, portanto podendo sofrer perda de estabilidade tanto da forma inelástica como elástica. A verificação da flambagem local é afetada diretamente pela relação D/t, pelas imperfeições da peça, tensões residuais e características do material. A estrutura dos arcos foi projetada de acordo com a norma API 2 A ( ver referência b), código reconhecido e utilizada mundialmente, o API 2A resulta como o mais equilibrado na análise de tubos cilíndricos submetidos a esforços diversos, porém trata também com grande rigidez das tolerâncias dimensionais na confecção e montagem das peças. 6

7 2.6). Detalhes Construtivos - Em razão dos grandes esforços solicitantes nos elementos estruturais e suas respectivas ligações, cuidado especial foi tomado no desenvolvimento dos detalhes construtivos, resultando peças de grande impacto visual. Figura 14- Detalhe do Tubo no Modelo de detalhamento e na Fabricação Histogramas envoltórios da ação dos ventos Figura 15- Detalhe do Aparelho de Apoio no Modelo de detalhamento e na Montagem Detalhe do Tubo no Modelo de detalhamento e na Fabricação Histogramas envoltórios 2.7) Montagem das Estruturas O grande diferencial e desafio desta obra, foi o de projetar uma estrutura leve e resistente adequada para fabricação e montagem e atendendo às rigorosas tolerâncias impostas pelas normas técnicas. Figura 16 Montagem do Arco Lado Oeste 7

8 2.8) Deformabilidade e Tensões de Trabalho Foram desenvolvidos mais de 500 modelos estruturais com o objetivo de varrer todas as possibilidades de carregamento e de montagem. No descimbramento dos lados Norte e Sul, a Coppetec da UFRJ monitorou a introdução de carga nos arcos através da colocação de 28 extensômetros. Após o descimbramento dos arcos, foram efetuadas contínuas e sistemáticas leituras topográficas dos deslocamentos nos diversos elementos da cobertura, sendo constantemente comparados os valores encontrados com a expectativa dos modelos estruturais /06 08:30 03/06 11:00 05/06 08:20 11/06 08:00 16/06 15:30 18/06 8:00 19/6 8:00 20/6 8:00 21/6 8:00 22/6 8:00 23/6 8:00 24/6 8:10 25/6 8:10 26/6 8:20 27/6 8:10 28/6 8:10 29/6 8:30 3) PARQUE AQUÁTICO MARIA LENK 03/07 8:10 30/07 15:30 Figura 17 Ábaco de acompanhamento dos deslocamentos do Arco Norte Def Horiz Def Vert H. ALPHA H. TAL V. ALPHA V. TAL Estádio Esportivo com área total de m2 e área coberta com aproximadamente m2, faz parte do complexo Cidade dos Esportes (Autódromo + Arena Multiuso), no bairro de Jacarepaguá. Figura 17 Elevação interna do estádio 8

9 3.1) Sistema Estrutural A cobertura do Parque Aquático Maria Lenk é formada por 2 blocos simétricos, cada bloco possui 7 vigas treliçadas com 29,50 m de comprimento distantes entre si 16 m e 2 vigas treliçadas localizadas nas extremidades da cobertura com 10 m em balanços. Interligando as tesouras principais temos 13 linhas de vigas treliçadas secundárias (joists) que além de suportarem as telhas da cobertura, travam e estabilizam as vigas principais. Os joists tiveram uma função especial nas tesouras laterais e central proporcionando a transferência de cargas para os pórticos que continham mastros externos. Figura 18 Vista interna do estádio Figura 20 Viga tipo b Figura 19 Viga tipo a Figura 21 Viga tipo cextremidades 9

10 TIPO C TIPO C TIPO A TIPO B TIPO A Figura 22 Esquema geométrico das estruturas TIPO B TIPO C TIPO C Figura 23 Equilíbrio estático do conjunto 3.2) Especificação dos Materiais: Foram utilizados quase todos os perfis e chapas disponíveis no mercado brasileiro, com especial ênfase aos perfis tubulares que devido às suas características geométricas, foram fundamentais para a confecção dos mastros externos e das vigas treliçadas principais. 3.3) Análise do Vento: Devido ao curto prazo para elaboração dos projetos estruturais, não foi possível o desenvolvimento em laboratório do ensaio em túnel de vento para determinação dos coeficientes aerodinâmicos da cobertura, portanto adotou-se os parâmetros constantes na NBR 6123 para coberturas isoladas. Foram obtidas 48 combinações de carregamento para as análises de 1a ordem e de 2a ordem. 10

11 3.4) Projeto Arquitetônico O Parque Aquático Maria Lenk é o mais moderno e completo centro de esportes aquáticos da América Latina, proporcionando beleza, segurança e completa infraestrutura para competições internacionais de nado e saltos ornamentais. A estrutura de cobertura tem um papel importante no contexto arquitetônico proporcionando proteção ao sol e a chuva para os torcedores, assim como pelo arrojo estrutural formar uma identidade única, possível de servir como ponto de referência na paisagem urbana da cidade do Rio de Janeiro. Figura 24 Detalhe dos Mastros externos que sustentam os pórticos 3.5) Processos Construtivos Com os esforços obtidos através da análise estrutural, os nós principais foram estudados caso a caso pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), permitindo um melhor entendimento da distribuição das tensões internas e assim efetuar um correto dimensionamento das espessuras das chapas, soldas, etc. Seguem abaixo sequência de análise e do projeto de 1 junta principal Mastro/Pórtico Figuras 24 e 25 Modelagem e detalhamento do nó 11

12 Figura 26 Análise pelo MEF : Figura 27 Principais nós do mastromodelo do projeto e o realizado 12

13 Nós Padrão Para o dimensionamento dos nós padronizados utilizou-se os conceitos do livro Hollow Structural Section Connections and Trusses Tension Compression Figuras 28 e 29- Principais nós de composição dos pórticos A utilização dos perfis tubulares permitiu que as vigas treliçadas tivessem grande rigidez, facilitando o processo de movimentação das peças e montagem dos conjuntos. Os banzos foram compostos por perfis tipo tubo quadrado ([] 200x200x8,00) mm e as ligações de obra foram totalmente parafusadas, permitindo rapidez e precisão no canteiro. As vigas treliçadas foram preparadas no chão e içadas até a posição final com guindastes de 150 ton, sendo apoiadas na viga de concreto armado existente e em torre provisória localizada na parte interna do estádio. Os escoramentos foram retirados quando se conseguiu finalizar a montagem total do setor, com o posicionamento de todas as vigas treliçadas principais, as vigas secundárias (joists), os travamentos e contraventamentos. Concluída a montagem da estrutura e feita a verificação final no aperto dos parafusos, se liberou todos os escoramentos simultaneamente, Foto 30. Sistema de escoramento 13