Análise dinâmica e estudo de conforto humano das arquibancadas do Estádio Nacional de Brasília

Ao longo dos anos, inúmeros estádios de futebol no Brasil têm sido projetados para suportar as cargas acidentais (carga de pessoas) como sendo do tipo estática (4kN/m2). Entretanto, ultimamente com base na mudança do comportamento do público, especialmente em jogos de futebol, através da ação de torcidas organizadas e, ainda, com o emprego desses estádios para shows de música, os sistemas estruturais passaram a sofrer um maior impacto pela natureza dinâmica dos carregamentos solicitantes. Assim sendo, alguns destes estádios passaram a apresentar problemas de vibrações excessivas e tornou-se necessária a consideração efetiva das cargas dinâmicas nos projetos estruturais. Deste modo, este trabalho de pesquisa objetiva o estudo do comportamento dinâmico e avaliação do desempenho do sistema estrutural das arquibancadas do Estádio Nacional de Brasília, no que diz respeito ao conforto humano. Cabe ressaltar que o referido estádio foi projetado e construído para ser utilizado na Copa do Mundo de 2014, realizada no Brasil. Os resultados alcançados ao longo do desenvolvimento deste estudo são confrontados com aqueles fornecidos por normas e recomendações internacionais de projeto. Os resultados revelam a importância da análise dinâmica para o projeto de estádios de futebol, no que tange a obtenção de dados relevantes para o conforto humano e, bem como, segurança dos usuários desse tipo de estrutura.

Over the years, many soccer stadiums in Brazil have been designed to withstand accidental loads (people loads) to be of static type (4kN/m2). However, based on the changes in the peoples behaviour, especially in soccer matches, through the action of groups of fans and also with the use of these structures for music shows, these structural systems have been subjected to dynamic impacts related to the dynamic nature of the applied loads. Therefore, some of these stadiums have presented excessive vibration problems and have required an effective consideration of the dynamic loadings in the structural design. This way, this research aims to study the dynamic behaviour and evaluate the structural system performance of the Brasilia National Stadium grandstands, when the human comfort is considered. It should be noted that the stadium was designed and constructed to be used at the World Cup 2014, held in Brazil. The results achieved during the development of this study are compared with those provided by design standards and international recommendations. The presented results show the relevance of the dynamic analysis in the structural design of soccer stadiums, with respect to obtaining relevant data for human comfort and as well safety of users of this type of structure.

INTRODUÇÃO, 23

1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA, 27
1.1 Análise de vibrações de sistemas estruturais submetidos a atividades humanas rítmicas, 27

2 CRITÉRIOS E NORMAS DE PROJETO, 35
2.1 Norma Brasileira – Projeto e Execução de Obras de Concreto Armado: NBR 6118 (2007), 35
2.2 Guia Prático do AISC (2003), 36
2.3 Norma ISO – International Standard (Evaluation of Human Exposure to Whole Body Vibrations): ISO 2631/1 (1985), 43
2.4 Norma ISO – International Standard (Evaluation of Human Exposure to Whole Body Vibrations): ISO 2631/1 (1997), 46
2.5 CEB 209 (1991), 50
2.6 Guia do SCI/2009, 51
2.7 Valores limites de aceleração propostos por Bachmann e Ammann (1987), 54

3 MODELAGEM DO CARREGAMENTO DINÂMICO, 55
3.1 Introdução, 55
3.2 Caracterização das ações dinâmicas, 56
3.3 Modelo de carregamento proposto por Faisca (2003) – Modelo de carregamento I (MC-I), 58
3.4 Modelo de carregamento proposto por Ellis e Ji (2004) – Modelo de carregamento II (MC-II), 62
3.5 Comparação entre os modelos de carregamento, 67
3.6 Coeficiente de impacto, 71

4 MODELO ESTRUTURAL, 74
4.1 Introdução, 74
4.2 Modelo estrutural do Estádio de Brasília, 74
4.3 Posicionamento do carregamento dinâmico, 82

5 MODELAGEM EM ELEMENTOS FINITOS, 86
5.1 Introdução, 86
5.2 Modelagem, 86
5.3 Modelagem do amortecimento, 94

6 ANÁLISE MODAL, 96
6.1 Análise das frequências naturais (autovalores), 96
6.2 Análise dos modos de vibração (autovetores), 97

7 ANÁLISE DE VIBRAÇÃO FORÇADA, 107
7.1 Generalidades, 107
7.2 Estudo do comportamento geral no domínio do tempo e da frequência para as cinco situações de carregamento (SC-I a SC-V),  109
7.2.1 Modelo de carregamento de Faisca (2003), 109
7.2.2 Modelo de carregamento de Ellis e Ji (2004), 116

8 ANÁLISE DO CONFORTO HUMANO, 123
8.1 Considerações gerais, 123
8.2 Comparação entre os modelos matemáticos propostos por Faisca (2003)
e Ellis e Ji (2004), 123
8.3 Análise quantitativa das situações de carregamento (SC-I a SC-V), 126
8.4 Análise quantitativa dos valores máximos das acelerações de pico, 140

9 CONSIDERAÇÕES FINAIS, 144
9.1 Introdução, 144
9.2 Conclusões Alcançadas, 144
9.3 Sugestões para trabalhos futuros, 149

REFERÊNCIAS, 150

APÊNDICE – Geometria da estrutura, 157