Castelão foi 'testado como avião' e antecipou tecnologia usada em superprédios de Fortaleza
.webp?f=16x9&h=270&w=480&$p$f$h$w=3e0f0ac)
Pouca gente sabe, mas antes de ser reinaugurada para a Copa do Mundo de 2014, a Arena Castelão passou por testes semelhantes aos usados no projeto de aviões. Em 2011, o estádio foi avaliado em um túnel de vento do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), em São Paulo.
O túnel de vento é uma instalação projetada para estudar o comportamento do ar ao redor de objetos, como aviões, carros, edifícios e até atletas, em condições controladas. No caso do Castelão, o objetivo era simples: assegurar que a nova cobertura do estádio não correria riscos com os ventos fortes de Fortaleza.
Veja também
Por que esse teste precisou ser feito
A necessidade desse teste surgiu porque a Federação Internacional de Futebol Associação (Fifa) exigiu grandes coberturas, com o objetivo de proteger o público do sol e, ao mesmo tempo, garantir luz natural ao gramado.
No Castelão, isso se materializou em uma cobertura inédita, com a maior parte da área opaca ao sol, mas com extremidades internas transparentes para a entrada de luz.
O problema é que essa grande e curva estrutura pode reagir ao vento de maneira imprevisível. Quando o vento passa mais rápido por cima da cobertura, ele pode criar uma força que puxa a estrutura para cima, como acontece com a asa de um avião durante a decolagem. Esse efeito poderia, em situações extremas, arrancar partes da cobertura ou os painéis de vidro.
Isso quer dizer que coberturas como a do Castelão poderiam se comportar como um perfil aerodinâmico. Quando o vento acelera sobre a face superior (extradorso), a pressão externa cai e passa a existir uma diferença de pressão entre o lado exterior e o interior da placa.
Com isso, surge uma força de sucção que poderia arrancar a cobertura e a camada de vidro, fazendo com que “decolassem”, fenômeno explicado pelo Princípio de Bernoulli (relação entre a velocidade e a pressão de um fluido). O que ocorre com um avião na corrida de decolagem, contudo, não poderia acontecer na nova cobertura da Arena Castelão.
Como foram feitos os testes
Por isso, os engenheiros que projetaram a cobertura precisavam saber se essa nova estrutura seria resistente ao vento de Fortaleza, e a camada de vidro que há externamente em parte do estádio também precisava ser ensaiada para garantir que não haveria maneiras de ser arrancada fora.
Normas tradicionais, como a ABNT NBR 6123 (Forças devidas ao vento em edificações), pensadas para prédios prismáticos, não resolviam adequadamente o problema enfrentado pelos projetistas. Era preciso medir na prática, mas como?
A resposta foi dada pelo túnel de vento do IPT. A instalação possui uma seção transversal de testes de 3 metros de largura por 2 metros de altura e recebeu o Castelão em maquete rígida, na escala 1:200.
O túnel possui um ventilador capaz de soprar ar em diferentes velocidades médias sobre os corpos de prova, que são instrumentados para que se tenha a pressão aerodinâmica medida em toda a estrutura (com a pressão, calculam-se as forças que a estrutura sofrerá).
Resumidamente, a maquete do Castelão em tamanho reduzido foi colocada dentro do túnel de vento, onde o vento era soprado em diferentes intensidades, enquanto sensores mediam a força exercida sobre a cobertura.
Na entrada do túnel, há dispositivos chamados colmeias e telas, que uniformizam o escoamento do ar, reduzindo a turbulência. Na sequência, são posicionados geradores de vórtices e rugosidades no piso, para simular as características de velocidade e turbulência do vento natural.
Simulação do vento no entorno do Castelão
Os pesquisadores também precisaram simular o vento real da cidade, pois Fortaleza tem ventos fortes, mas o entorno do estádio possui construções baixas.
Para reproduzir fielmente a intensidade dos ventos, pequenos blocos foram colocados no túnel, imitando casas e prédios ao redor da arena, conforme explica Gilder Nader, físico do IPT, responsável pelo relatório do ensaio.
“Uma coisa é a velocidade na orla; outra é o vento que atinge o Castelão”, observa o físico. A chamada velocidade básica de vento da cidade — cerca de 30 m/s (108 km/h) — é conhecida a partir de medições em área plana, mais precisamente no aeroporto da cidade, com sensores a 10 metros do solo.
Como a própria arquitetura do Castelão gera turbilhonamento do ar, segundo a teoria da mecânica dos fluidos, a partir de uma velocidade experimental o teste estaria bem similar ao real.
“A 15 m/s (54 km/h), no túnel de vento, tínhamos certeza de que os resultados do túnel seriam consistentes com a vida real”, explica Nader.
Como era a maquete
No túnel do IPT, diferentemente de pontes esbeltas, a maquete da Arena Castelão era rígida, sem preocupação em imitar materiais reais, de acordo Nader.
“Para o cálculo de pressões, um modelo rígido que retratasse bem as formas do estádio era suficiente. A resposta estrutural — deslocamentos, vibrações, tensões — viria depois, em simulações computacionais com os mapas de pressão medidos (análise dinâmica)”, esclarece.
Há ainda um artifício que o túnel de vento permite realizar: “acelerar o tempo”. Como, para o ensaio, mais do que a análise de ar uniforme, era importante observar o efeito da turbulência na estrutura, o túnel permitiu realizar análises com a variação da frequência das vibrações.
“No túnel, um minuto de rajadas de vento pode equivaler a uma hora de rajadas na vida real”, conta Nader.
Análise de conforto térmico
Enquanto o vento era analisado com o rigor aerodinâmico devido, outra avaliação ocorria em paralelo: a análise de conforto térmico. Gilder Nader conta que, à época, o secretário de Estado responsável pela reforma do estádio desejava saber se a arena seria suportável em dias de sol forte.
O IPT mediu as velocidades internas do ar e avaliou as condições térmicas. O diagnóstico foi claro: onde houvesse sol direto, a sensação térmica ultrapassaria 40 °C, inviabilizando a permanência prolongada do público.
O parecer técnico recomendou que os jogos ocorressem após as 16h. A Fifa, naturalmente, não acatou. No jogo Holanda x México, em 29 de junho de 2014, às 13h, confirmou-se o óbvio: nas áreas ensolaradas, não havia ninguém nas arquibancadas; todo mundo correu para se abrigar.
Eu, que assisto a jogos no Castelão, ainda vejo equipes visitantes reclamarem da baixa circulação de ar no interior do equipamento, deixando nosso estádio bastante “abafado”.
Vibrações no Castelão
A reforma também mudou o comportamento dinâmico do estádio. Antes, eram usados tirantes protendidos (barras rígidas) para reduzir as vibrações da arquibancada induzidas pela torcida. Após a reforma do Castelão, os tirantes desde o solo foram retirados.
Para apoiar a nova cobertura, foram executados pilares metálicos espaciais curvos. As treliças planas que apoiam o corpo da cobertura são sustentadas por novos tirantes (barras de aço com diâmetros de 45 e 42 mm) que partem do topo dos pilares. Na reforma de 2012, manteve-se a mesma modulação estrutural dos setores de arquibancadas.
Testes em superprédios
O teste então realizado na maquete da Arena Castelão hoje é realizado com muito mais frequência: construtoras de Fortaleza estão levando seus superprédios da Beira-Mar também para ensaios de túnel de vento no IPT, segundo Gilder Nader.
A verticalização da orla impõe outra ordem de grandeza ao carregamento de vento para prédios retangulares superiores a 100 metros, e é oportuno e “barato” (relativamente) a realização do teste em túnel de vento. O teste custa da ordem de R$ 100 mil, irrisório frente ao custo total da obra.
“O preço de venda de um apartamento desse será superior a R$ 5 milhões”, comenta o físico do IPT.
Ceará também possui túnel de vento
A Universidade Estadual do Ceará (Uece) abriga, desde 2011, um túnel de vento (TV) de circuito fechado, sendo ele o único equipamento multiusuário de grande porte dessa natureza no Ceará, utilizado para atender demandas de empresas e instituições do governo em diversas áreas, tais como aeronáutica, eólica, construção civil, petróleo e gás, têxtil.
O TV ocupa uma área de mais de 500 m², possui seção de teste específica de 1 m² para velocidades de escoamento de mais de 100 km/h e intensidade de turbulência menor que 2%.
Seu projeto, da Aeroalcool (fabricante), atende a todos os requisitos de uniformidade de escoamento e baixo nível de turbulência para uma grande variedade de testes aerodinâmicos de modelos reduzidos, testes de anemômetros (instrumentos utilizados para medir a velocidade de um fluido, neste caso, do ar) e alguns ensaios de aerodinâmica industrial.
A responsável pelo Laboratório Associado de Inovação e Sustentabilidade (Lais), Mona Lisa Moura, explica que um túnel de vento "são instalações que permitem a simulação do mundo real de como o ar passa ao redor de um objeto, ou seja, pode-se avaliar o efeito desse ar em protótipos em escala".
"Os ensaios em túnel de vento (TV) constituem atividades multidisciplinares e de alto grau de complexidade científico-tecnológica. A ciência por trás de construir um bom túnel de vento é complexa”, completa. De acordo com ela, o projeto no Ceará já atendeu mais de 20 empresas.
“Tudo começou com a calibração de anemômetros para a Aeronáutica, especificamente oriunda do Parque de Material de Eletrônica da Aeronáutica do Rio de Janeiro (PAME-RJ), e hoje somam-se mais de 20 empresas (setor eólico, têxtil, petróleo e gás, transportes, aeronáutica, entre outras) beneficiadas com esse serviço no Estado do Ceará”, explica a professora.
Conforme Mona Lisa, a partir de uma parceria com a M&M Instrumentação, o laboratório já calibrous mais de 1.500 anemômetros para diversas empresas.
Esse texto reflete, exclusivamente, a opinião do autor.