Montanha-russa: excelente assunto para os amantes de aventura e para os entusiastas em jogos de gerenciamento. Particularmente, me encaixo nos dois, mas pratico mais o segundo: amo a franquia de jogos RollerCoaster Tycoon. Gostaria de ter tido a mesma quantidade de horas gritando de ponta cabeça em uma montanha-russa do que tenho construindo virtualmente.

De qualquer forma, montanhas-russas são uma atração capaz de capturar milhares de pessoas, sempre trazendo uma série de sentimentos e de questionamentos: será que é seguro? Será que aguento sem passar mal? Será que essa madeira não tá podre e esse aço não está enferrujado? Bem, não sei se essa última questão é muito corriqueira, mas para um engenheiro de materiais certamente é (bem, pra mim, é).

E é muito interessante pensar em montanha-russa em termos de materiais, visto que é justamente nessa linha que elas são classificadas. Basicamente, existem dois grandes grupos de montanhas-russas: as de madeira e as de aço. Essa é uma classificação simples, que categoriza as atrações pelo tipo de material com que são construídas, visto o nível de engenharia para desenvolve-las e quais tipos de emoções querem despertar nas pessoas. Se a ideia é proporcionar inversões controladas, se opta por aço; se é proporcionar sensação de descontrole, se opta por madeira. Ambas intensas!

Figura 1 — Montanha-russa de madeira feita pelo autor no jogo RollerCoaster Tycoon 2.

Agora, quando pensamos em montanhas-russas, a distinção entre madeira e aço não é apenas uma questão estética ou de design, mas está profundamente relacionada às propriedades mecânicas e físicas dos materiais, que influenciam diretamente na performance, durabilidade e justamente na sensação que os passageiros experimentam. Outro ponto importante a salientar é que o material que classifica a montanha-russa não é necessariamente o dos suportes, mas sim o material que constitui os trilhos da montanha-russa.

Montanhas-russas de Aço: Precisão e Inovação

O aço, um dos materiais mais amplamente utilizados na construção de montanhas-russas modernas, oferece propriedades mecânicas excepcionais que o tornam ideal para projetos que exigem grande precisão. Aços estruturais têm alta resistência à tração, o que significa que podem suportar forças consideráveis sem deformar-se permanentemente. Quando utilizado nas montanhas-russas, o aço permite a criação de trilhos que, além de fortes, são precisos, o que garante uma experiência de passeio muito “suave” e controlada.

Figura 2 — blue fire, uma montanha-russa de aço. Fonte: https://www.europapark.de/en/theme-park/attractions/blue-fire-megacoaster

Os trilhos das montanhas-russas de aço são geralmente fabricados a partir de tubos de aço que passam por processos de aquecimento e moldagem, durante os quais são curvados de maneira extremamente precisa. O desafio aqui está na física do material: o aço tende a dobrar ou em seu ponto mais fraco, ou no ponto com maiores forças (cargas mecânicas, em outras palavras). Portanto, o processo de curvatura deve ser altamente controlado para evitar deformações indesejadas, e qualquer erro, por menor que seja, pode resultar em um passeio irregular ou até inseguro.

A importância da precisão se reflete na tolerância necessária durante o processo de fabricação. Em muitos casos, as variações permitidas são da ordem de décimos de milímetro. Isso se deve ao fato de que, para garantir um passeio suave, a geometria dos trilhos deve seguir rigorosamente o design proposto. Qualquer desvio pode resultar em vibrações indesejadas ou até falhas estruturais. Empresas que fabricam montanhas-russas de aço mantêm em segredo os detalhes exatos de seus processos de fabricação, justamente para proteger suas técnicas exclusivas de curvatura e montagem.

Entretanto, apesar de suas vantagens, o aço não está isento de desafios. Como qualquer material, ele sofre com a fadiga ao longo do tempo. A fadiga é um fenômeno no qual o material é enfraquecido devido à aplicação repetida de cargas cíclicas — no caso das montanhas-russas, essas cargas vêm das forças dinâmicas aplicadas pelos trens durante o funcionamento. Curvas acentuadas, inversões e transições rápidas são pontos onde as forças são mais intensas, e isso pode eventualmente levar ao surgimento de microfissuras no aço. Com o tempo, essas pequenas falhas podem crescer, comprometendo a integridade da estrutura, o que exige a substituição completa ou a reforma de grandes segmentos do trilho — um processo caro e demorado.

Montanhas-russas de Madeira: Flexibilidade e Durabilidade

As montanhas-russas de madeira, por outro lado, oferecem uma experiência completamente diferente, tanto do ponto de vista estrutural quanto da sensação proporcionada aos passageiros. Ao contrário do aço, a madeira é um material anisotrópico, o que significa que suas propriedades variam dependendo da direção das fibras. Isso confere à madeira uma flexibilidade natural, que é aproveitada no design dessas atrações para criar uma experiência mais “selvagem”, muitas vezes descrita como menos previsível e mais instável, comparada às montanhas-russas de aço. Aqui a sensação de descontrole faz parte da aventura.

Figura 3 — Woodan, uma montanha-russa de madeira. Fonte: https://www.europapark.de/en/theme-park/attractions/wodan-timburcoaster

A estrutura de uma montanha-russa de madeira é composta de camadas de madeira laminada, empilhadas e fixadas juntas para formar a base do trilho. Sobre essa base de madeira, são instaladas faixas de aço, nas quais os trens rodam. Essa combinação de madeira e aço é essencial para o funcionamento da montanha-russa, pois a madeira proporciona a base estrutural, enquanto o aço garante que as rodas dos trens possam se mover de forma suave e controlada. Curiosamente, isso significa que toda montanha-russa de madeira tem, em certo grau, componentes de aço integrados — algo que pode passar despercebido para muitos passageiros.

A madeira utilizada nessas construções precisa ser escolhida cuidadosamente. O pinho amarelo do sul é frequentemente o material de escolha devido à sua alta resistência mecânica e ductilidade, o que permite que ele suporte as grandes forças exercidas pelos trens em movimento.

A flexibilidade da madeira é uma vantagem: ao contrário do aço, que é extremamente rígido, a estrutura de madeira pode se deformar ligeiramente sob carga, o que ajuda a absorver parte das forças dinâmicas e evitar falhas catastróficas. É por isso que se diz que, se uma montanha-russa de madeira não balança, algo está errado. O balanço controlado é uma parte essencial de sua engenharia, funcionando como um amortecedor natural que dissipa energia e prolonga a vida útil da estrutura.

Porém, essa flexibilidade também traz desvantagens. A madeira é muito mais suscetível a deformações ao longo do tempo, especialmente quando exposta às condições climáticas diversas. A umidade, o calor e o frio podem fazer com que a madeira se expanda e contraia, o que, combinado com o desgaste constante do uso diário, significa que as montanhas-russas de madeira exigem manutenções frequentes. Partes do trilho e da estrutura de suporte frequentemente precisam ser substituídas a cada poucos anos para garantir a segurança da atração. Esse processo, conhecido como “retracking”, envolve a substituição de segmentos inteiros de trilho de madeira e é uma operação intensiva em tempo e recursos.

A Fronteira Entre Madeira e Aço: Híbridos e Inversões

Nos últimos anos, a linha que separa as montanhas-russas de madeira e de aço começou a se desfocar, com o desenvolvimento de tecnologias que combinam o melhor dos dois mundos. Uma dessas inovações é a introdução de trilhos híbridos, nos quais as camadas superiores da estrutura de madeira são substituídas por trilhos de aço reforçados com concreto. Essa modificação não só aumenta a durabilidade dos trilhos e diminui a necessidade de manutenção, mas também possibilita que montanhas-russas de madeira realizem manobras mais ousadas, como inversões, que antes eram exclusivas das de aço.

Outro avanço importante foi a criação de trilhos de madeira pré-fabricados. Ao contrário das montanhas-russas tradicionais de madeira, cujos trilhos são construídos manualmente no local, esses trilhos são fabricados com alta precisão em ambientes controlados, utilizando maquinários avançados. Isso permite um controle muito maior sobre as dimensões e tolerâncias dos trilhos, resultando em uma experiência de passeio muito mais suave, comparável à das montanhas-russas de aço.

Figura 4 — New Texas Giant, uma montanha-russa híbrida. Fonte: https://www.sixflags.com/overtexas/attractions/new-texas-giant

Aço ou madeira: é só isso?

Bem, dentro dessa classificação, é só isso. Dentro de um contexto de engenharia de materiais, as opções não param por aí. Outros materiais são utilizados para construção de uma montanha-russa. Dentre deles, podemos citar dois: concreto e poliuretano. O primeiro é utilizado para a construção das fundações, enquanto o segundo, nas rodas dos trens. Obviamente, não para por aí e o vasto mundo dos materiais é aplicado para atender as expectativas da atração. E, no final, com todas as emoções e sentimentos que uma montanha-russa traz, nunca será só isso.

Referência: Weisenberger, Nick. Coasters 101: An Engineer’s Guide to Roller Coaster Design. Nick Weisenberger, 2013.