Design and construction of sandwich concrete shell roofs with the shape of a reserved hanging membrane

Coberturas em casca de concreto apresentam bom desempenho estrutural, desde que a forma de sua superfície média seja adequada para resistir predominantemente com esforços de membrana ao carregamento atuante. Atualmente, é possível utilizar-se métodos numéricos para determinar a forma mais adequada de uma casca para carregamentos de naturezas diversas e várias condições de apoio, projetando-se cascas com forma livre. Uma das grandes dificuldades para aplicação dessas estruturas consiste em compatibilizar um processo executivo adequado para moldagem de formas livres, que têm características geométricas muito complexas. A utilização de processo executivo de construção tipo sanduíche, com concreto ou argamassa projetados, é vista neste trabalho como uma alternativa para a viabilização dessas estruturas. Propõe-se definir procedimentos para o projeto de cascas com forma livre, utilizando-se recursos computacionais para definição da forma e análise da estrutura, e um método construtivo adequado a esse tipo de estrutura. Apresentam-se os resultados de geração de formas livres com métodos numéricos disponíveis, bem como parâmetros que podem auxiliar na aplicação dessas formas livres em projetos de coberturas em casca, baseados em resultados numéricos de análise dessas estruturas. São descritas as experiências de execução de dois protótipos de cobertura em casca, com aplicação de argamassa em núcleo de material leve, posicionado entre telas de aço moldadas na forma de membranas pênseis invertidas. Apresentam-se os resultados obtidos em prova de carga de um dos protótipos executados, bem como comparações desses resultados com os obtidos em modelos numéricos, comprovando-se o bom desempenho da estrutura, mesmo sendo a seção formada por duas faces finas sem conexão rígida. Acredita-se que o procedimento executivo proposto para moldagem de cascas com forma livre pode, com pequenas melhorias, ser utilizado na execução de estruturas semelhantes, mesmo com dimensões maiores, compondo-se, dessa maneira, um processo tecnológico viável.Concrete shell roofs are very efficient structures when designed to support the loads mainly by membrane forces. Nowadays, there are numerical methods that can be used to determine the suitable shell shape, once it is given the loading and the boundary conditions, with a great variety of these parameters, thus creating the so called free form shells. When applying these shell shapes at practical situations, using conventional concrete construction technology, problems appear because of their very complex geometrical characteristics. Sandwich type construction and shotcrete have been seen in this work as alternatives to solve many construction problems involved with free form shell construction. It is propposed that conceptual design of free form shells, with basis on computational methods, be applied together with a adequate construction method to define a design methodology. Results of the application of numerical methods for shell shape generation are presented, as well as data that can be used when apllying these shell shapes in roof design. Two prototypes were built by applying mortar on ligthweight curved panels fixed between two steel meshs. The results of a loading test performed on one of these prototypes are described and compared with those obtained in a numerical simulation. The prototype proved to be so stiff, beware the fact that the thin faces of the sandwich section did not have rigid shear connections. One believes that there are sufficient data to ensure that the proposed construction method is very suitable to cast free form shell roofs and so it can be used, with few improvements, even on large span structures