Formulação numérica-computacional para análise linear estática e dinâmica de cascas de espessura variável.

Abstract

Na arquitetura a relação forma-estrutura poucas vezes é projetada paralelamente, isto é, arquiteto e engenheiro trabalham independentemente, porém nem sempre deve ser assim. Alguns sistemas estruturais exigem uma colaboração mútua, tal o caso das estruturas de superfície ativa dentro das quais encontram-se as cascas. As cascas são sistemas ideais na otimização de recurso, cobrindo grandes vãos com pouco material, mas tanto a sua complexidade de análise como construtiva tem deixando-as de lado na consideração de resposta estrutural-arquitetônica. Neste trabalho realiza-se a formulação e implementação de um elemento finito de casca curvo, procurando uma melhor resposta do que o elemento plano, os quais têm sido bastante utilizados na análise de cascas, exigindo uma discretização muito refinada para se aproximar à geometria da superfície curva e fornecer bons resultados. Na implementação do elemento utiliza-se o programa FEMOOP desenvolvido na PUC-RJ. Nesse programa já existem vários elementos, inclusive um elemento plano para a análise de cascas, que são implementados como classes derivadas da classe base chamada cElement. Nesse trabalho é implementada uma nova classe derivada. Considera-se um elemento solido tridimensional degenerado, restrito ao comportamento de uma casca fina sob as hipóteses de Reissner Mindlin. Este elemento é representado como um elemento lagrangeano quadrilateral curvo isoparamétrico de nove nós com cinco graus de liberdade por nó, empregando-se uma interpolação linear na espessura e uma interpolação quadrática nos lados do elemento. Na avaliação do elemento analisaram-se estruturas de casca de espessura constate e espessura variável. Os resultados dos primeiros exemplos foram comparados com outros autores, porém no segundo caso, as respostas foram contrastadas com respostas obtidas no programa comercial SAP2000 (elemento Shell). Em termos de aplicabilidade do elemento implementado analisaram-se duas passarelas de pedestre apoiadas sobre estruturas curvas, procurando com a modificação na espessura da casca, garantir o melhor comportamento da estrutura sob ações dinâmica referente a atividades rítmicas.