O uso de modelos físicos no design de estruturas de casca fina
Os modelos físicos de pequena escala têm sido usados para determinar a solução mais eficiente de compressão pura e de estruturas tensionadas desde o século XVII, e para prever o comportamento estrutural de algumas estruturas à escala real desde meados do século XIX. A grande virtude deste modelo de experimentação era, e é, a sua capacidade de lidar com novos tipos de estruturas sem códigos de design e, até, sem precedentes. Este artigo analisa o desenvolvimento de testes baseados em modelos no design de estruturas de casca fina da década de 1920 à de 1970.
Introdução
Os modelos têm sido usados pelos designers da construção pelo menos há 2500 anos. Este artigo aborda os vários aspetos dos testes baseados em modelos do século XX que os engenheiros de estruturas usaram durante as etapas de design das estruturas de casca fina com o objetivo de determinar resultados quantitativos acerca da forma estrutural, deformações, pressões, pontos de flexão, ação do vento, comportamento dinâmico, resistência máxima, estabilidade, cargas de colapso e fatores de segurança. O autor aborda estes aspetos em detalhe noutras publicações 1234.
A tarefa do engenheiro de estruturas é ambivalente:
- Proporcionar dimensões de componentes, a sua forma geométrica e o modo como se articulam, além de especificações de materiais, de modo a habilitar o construtor a iniciar o processo de construção;
- Ganhar a confiança do engenheiro e do construtor, de modo a que estejam seguros de que a estrutura proposta pode ser construída e, uma vez construída, servirá o seu propósito.
O objetivo de testar modelos dimensionados de estruturas é auxiliar o designer a concretizar estas tarefas quando os cálculos que recorrem à teoria estrutural são considerados inadequados, demasiado complexos ou demorados. Esta situação surgiu especialmente quando estavam a ser desenvolvidos novos materiais, e ocorreu particularmente no século XX, no design de estruturas finas de betão armado e estruturas treliçadas de betão armado e madeira.
No plano intuitivo, qualquer um assumiria que o comportamento de um modelo de teste pode ser dimensionado de forma linear até ao tamanho real. No entanto, tal não acontece com todos os aspetos do comportamento estrutural. Este fenómeno assume duas variantes:
- Há modelos que podem ser dimensionados de forma linear, como o formato de uma corrente suspensa de pesos ou uma membrana; e, pela Lei da Inversão de Hooke, o formato de arcos funiculares, abóbadas e cúpulas;
- Há modelos que não podem, como a massa de uma estrutura, a resistência à flexão, a rigidez de uma viga ou de uma estrutura de casca fina, além da carga de encurvadura de uma coluna ou casca fina.(...)
Artigo publicado na Edição nº 84
Bill Addis, Universidade de Cambridge, Faculdade de Arquitetura e História da Arte
Outros artigos que lhe podem interessar