[pt] As estruturas espaciais tubulares padronizadas vem sendo cada vez mais utilizadas na construção civil brasileira; observa-se porém, que o tipo das ligações que comumente estão presentes nestas construções são as do tipo excêntrica com ponta amassada, decorrentes do baixo custo econômico que estas oferecem. Pouco se sabe sobre o comportamento estrutural destas ligações, já que as normas que geralmente são adotadas para o cálculo das resistências das barras componentes do reticulado não levam em consideração a redução de inércia que é feita nas extremidades destas para a formação deste tipo de ligação. A não consideração da redução da inércia nas extremidades das barras tem levado à constatação de que é cada vez mais freqüente a presença de problemas de instabilidade estrutural que pode levar ao colapso parcial ou até mesmo total da estrutura. Por outro lado ainda existem estudos que comprovem a veracidade das hipóteses de cálculo que foram assumidas para este tipo de ligação. Com o objetivo de melhor compreender este comportamento, são abordados neste trabalho alguns aspectos estruturais e construtivos das estruturas metálicas espaciais, através de uma série de ensaios experimentais. Inicialmente apresenta-se um breve histórico dos sistemas estruturais. Isto é seguido de informações gerais a respeito da classificação das estruturas espaciais e do tipo de ligação mais usadas. A seguir é feito um estudo dos programas existentes na PUC-RIO e que foram utilizados para à análise estrutural da treliça espacial a ser ensaiada. Apresenta-se também um breve roteiro de cálculo para uma cobertura em treliça espacial. Finalmente são apresentados resultados experimentais de testes em escala real de uma estrutura de 12,0 x 12,0 m, avaliando os modos de ruínas presentes. Estes resultados são confrontados com os valores das resistências nominais de projeto seguindo as recomendações de norma. / [en] This work presents an investigation of the structural behaviour of tubular space trusses composed of continuous end flattened members stacked above each other and joined together by a single bolt. One of the main motivations for this work comes from the fact that this structural solution is very commonly used in Brazil. The main reasons for that are the economy achieved in fabrication and the simplicity of erection associated with that structural solution. This solution also proves to be competitive when compared to other commercial systems. On the other hand, the structural design of these trusses are still subjected to some criticism since the loss of stiffness in the bars´ extremities is not taken into account. To enlighten this problem a full-scale experimental programme was performed in a 12m x 12m space structure. The adopted structure consisted of a diagonal on square mesh with top and bottom chord members of 2000mm and 1414mm and a 1500mm mesh height. The aim of the this programme was to investigate the ultimate compression resistance of the structural members taking into account the effect of the flattened ends and the type of connection used. The experiments ranged from tests where all the structural nodes used a single eccentric bolt to others where plated connectors were used in the supports to eliminate second- order moments. The experimental results demonstrated that the ultimate resistance of the structure with the eccentric connections only presented a small reduction when compared to other non-eccentric systems. The tests also confirmed that the flattened end of the members and the geometric characteristics of plated connectors are very significant parameters in the structure´s ultimate behaviour. / [es] Las extructuras espaciales tubulares padronizadas han ganado mayor espacio en la construcción civil brasilera. No obstante, se observa que en estas construcciones, conmúnmente se utilizan uniones tipo excéntrica con punta suavizada, debido a su bajo costo. Poco se sabe sobre el comportamiento extructural de estas uniones, ya que las normas que generalmente se adoptan para el cálculo de las resistencias de las barras que componen el reticulado no consideran la reducción de inercia en las extremidades de las barras para la formación de este tipo de unión. Se ha constantado que al no considerar la reducción de la inercia en las extremidades de las barras aparecen com mayor frecuencia problemas de inestabilidad extructural que pueden llevar al colapso parcial o incluso total de la extructura. Por otro lado, existen estudios que comprueban la veracidad de las hipótesis de cálculo que fueron asumidas para este tipo de unión. Con el objetivo de comprender mejor este comportamiento, se abordan en este trabajo algunos aspectos extructurales y constructivos de las extructuras metálicas espaciales, a través de una serie de ensayos experimentales. Inicialmente se presenta un breve histórico de los sistemas extructurales, con informaciones generales sobre clasificación de las extructuras espaciales y los tipos de unión más usadas. Seguidamente se presentan los programas existentes en la PUC-RIO que fueron utilizados para el análisis extructural de la celosía espacial que sería ensayada. Se presenta también un breve algoritmo para el cálculo para una cobertura en celosía espacial. Finalmente se presentan los resultados experimentales de pruebas en escala real de una extructura de 12,0 x 12,0 n, evaluando los modos de ruínas presentes. Estes resultados se comparan con los valores de las resistencias nominales del proyecto siguiendo las recomendaciones de la norma.

[pt] Este trabalho tem como objetivo principal a aplicação do método híbrido dos elementos de contorno a problemas da mecânica da fratura linearmente elástica. São apresentados os desenvolvimentos de várias formulações e os principais aspectos das implementações computacionais referentes a cada uma delas. A consistência mecânica do método híbrido dos elementos de contorno facilita sobremaneira a compreensão dos diversos fatores envolvidos em sua aplicação à mecânica da fratura. Isto ocorre porque o apelo físico do método garante a interpretação adequada dos problemas presentes na análise dos mais diversos fenômenos da mecânica do contínuo. A contribuição mais relevante deste trabalho consiste na determinação de maneira rápida e direta do fator de intensidade de tensão em estruturas bidimensionais da elasticidade plana. Os efeitos de abertura e deslizamento das faces da trinca são considerados a partir da introdução de uma solução fundamental hipersingular, cujo entendimento físico é facilitado devido à consistência variacional do método híbrido. É proposta a utilização de uma função de Green, referente à série de Williams, nos nós do modelo estrutural correspondentes às pontas das trincas. Esta sistemática introduz os fatores de intensidade de tensão, modos I e II, como incógnitas do problema, sendo obtidos a partir da resolução do sistema de equações provenientes do método. Durante todo o desenvolvimento, são mostrados vários exemplos que validam e comprovam a aplicabilidade das formulações propostas, demonstrando a potencialidade do método quando aplicado à mecânica da fratura. / [en] Aim of this work is the application of the hybrid boundary element method to problems of the linear elastic fracture mechanics. Several formulations are introduced and the most relevant aspects of computational implementation are discussed. The mechanical consistency of the hybrid boundary element method enables the adequate mathematical description of the stress field related to a cracked continuum. The main attempt of this dissertation is to develop a computationally simples and fast procedure for the determination of stress intensity factors in two- dimensional elasticity. The effects of opening and sliding of the crack surfaces are considered by means of a hipersingular stress function, which are dealt with adequately in the frame of the variational formulation. It is shown that the stress series proposed by Williams for the local field around a crack tip may be considered as a Green´s function. As a consequence, the stress intensity factors corresponding to both Modes I and II are obtained as primary unknowns of the problem. Several numerical examples are presented in order top validate the formulations proposed. This shows the potentiality of the hybrid boundary element method for dealing with problems of the fracture mechanics. / [es] Este trabajo tiene como objetivo principal la aplicación del método híbrido de los elementos de contorno a problemas de mecánica de fracturas linealmente elásticas. Se describen varias formulaciones y los principales aspectos de su implementación computacional. La consistencia mecánica del método híbrido de los elementos de contorno facilita la comprensión de los diversos factores involucrados en su aplicación a la mecánica de fracturas. Esto ocurre porque el caracter físico del método garantiza la interpretación adecuada de los problemas que se presentan en el análisis de los más diversos fenómenos de la mecánica del contínuo. La contribuición más relevante de este trabajo consiste en la determinación de manera rápida y directa del factor de intensidad de tensión en extructuras bidimensionales de elasticidad plana. Son considerados los efectos de abertura y deslizamiento de las caras de la trinca a partir de la introducción de una solución fundamental hipersingular, cuya comprensión física se facilita debido a la consistencia variacional del método híbrido. Se propone la utilización de una función de Green, de la serie de Williams, en los nodos del modelo extructural correspondiente a las puntas de las trincas. Esta sistemática introduce los factores de intensidad de tensión, modos I y II, como incógnitas del problema, y se obtienen a partir de la resolución del sistema de ecuaciones provenientes del método. Durante todo el desarrollo, se muestran varios ejemplos que evalúan y comprueban la aplicabilidad de las formulaciones propuestas, demostrando la potencialidad del método cuando se aplica a la mecánica de fracturas.

[pt] Neste trabalho é feito um estudo experimental da relaxação de uma fibra sintética de alta resistência, conhecida como Kevlar 49, empregada na fabricação de cabos que podem ser usados como cabos de protensão. O objetivo é obter uma equação para o cálculo da relaxação e verificar a influência de um condicionamento mecânico (aplicação e remoção de uma tensão). Foram realizados ensaios em seis amostras da fibra sob cinco níveis de tensão, equivalentes a 10%, 20%, 30%, 40% e 50% da tensão de ruptura do material. Os ensaios foram realizados com a temperatura e umidade relativa do ar controlados na faixa de 21oC + 2oC e 77% + 7% respectivamente. O tempo de duração de cada ensaio foi de 72 horas. Os resultados revelaram que as curvas de relaxação são lineares quando plotadas numa escala logarítmica do tempo e que o coeficiente de relaxação é bem representado por uma função potencial e depende da tensão aplicada. Em adição revelaram que um condicionamento mecânico não altera o comportamento da fibra. / [en] High-strength aramid fibers have been used in the production of a variety of cables and ropes which have found several applications as structural members in bridges and other types of structures. For such applications, a sound knowledge of the time dependent material properties is highly important. An experimental investigation on the stress relaxation behavior of a high-strength aramid fiber was carried out, with the purpose of studying the viscoelastic properties of the material and the effect of a mechanical conditioning (application and removal of stress prior to testing) on these properties. The fiber used in this investigation is commercially known as Kevlar 49. The tests were conducted at five different stress levels, at constant temperature and moisture. The results showed that the fiber has a non-linear viscoelastic behavior and that the effect of the mechanical conditioning isn´t important. An equation for the prediction of the stress relaxation is presented. / [es] En este trabajo se realiza un estudio experimental de la relajamiento de una fibra sintética de alta resistencia, conocida como Kevlar 49, empleada en la fabricación de cables que pueden ser usados como cables de protensión. El objetivo es obtener una ecuación para el cálculo dela relajamiento y verificar la influencia de un condicionamento mecánico. Fueron realizados ensayos en seis muestras de la fibra bajo cinco niveles de tensión, equivalentes a 10%, 20%, 30%, 40% y 50% de la tensión de ruptura del material. Los ensayos fueron realizados con la temperatura y la humedad relativa del aire controlados en la faja de 21oC + 2oC y 77% + 7% respectivamente. El tiempo de duración de cada ensayo fue de 72 horas. Los resultados revelaron que las curvas de relajamiento son lineales cuando se utiliza una escala logarítmica para el tiempo y que el coeficiente de relajamiento está bien representado por una función potencial, que depende de la tensión aplicada. Adicionalmente, los ensayos revelaron que un condicionamento mecánico no altera el comportamiento de la fibra.

[pt] As ligações estruturais desempenham um papel fundamental no comportamento global das estruturas de aço. Muitos ensaios experimentais desta ligações têm sido desenvolvidos para que se possa avaliar corretamente a influência dos parâmetros físicos e geométricos que influenciam no comportamento destas ligações. Hoje em dia, as ligações no eixo de menor inércia da coluna de pórticos contraventados são dimensionadas como flexíveis. Maiores problemas ocorrem quando este contraventamento não é possível e as ligações rígidas são utilizadas. Todavia, garantir que esta ligação tenha um comportamento rígido, principalmente no eixo de menor inércia, é algo um tanto quanto discutível. Sendo assim, a utilização de ligações semi-rígidas tornou-se viável porque tem um comportamento estrutural que melhor se aproxima da realidade e ainda possibilita uma diminuição do preço final da estrutura. Este trabalho apresenta uma avaliação do comportamento estrutural de ligações viga-coluna em estruturas de aço no eixo de menor inércia. Uma investigação dos modelos existentes de ligações semi- rígidas na literatura foi realizada e identificou dois modelos estruturais fundamentais para esta investigação: o de Kishi e Chen para o eixo de maior inércia e o de Teixeira Gomes para a menor inércia. Os sistemas de classificação de ligações existentes foram avaliadas mas ainda não se tem conhecimento de um sistema específico para o eixo de menor inércia ou da validade do uso dos sistemas de classificação gerados para maior inércia quando aplicados na menor inércia. Uma análise experimental onde três ensaios de ligação de aço viga x coluna, em escala real foi executada. Esta análise possibilitou a determinação da curva momento x rotação, resistência a flexão da ligação, evolução das tensões e deformações e possíveis modos de ruína. O presente trabalho também propõe um modelo preliminar de ligação semi-rígida com dupla cantoneira de alma e cantoneira de apoio, ou enrijecedor, no eixo de menor inércia visando sua utilização em edificações de estruturas de aço. Uma validação deste modelo preliminar foi realizada através de uma comparação com os resultados experimentais gerados. / [en] Connections perform a fundamental hole in the steel structure´s global behaviour. In order to evaluate the real influence of the physical and geometrical parameters that controls their behaviour, many experimental tests and analysis have been developed but a definitive answer to the problem in question still stands. Nowadays, the non-sway portal frame design still adopts bolted flexible connections in the column´s minor axis. Unfortunately, in the case of sway frames, the majority of connections are rigid, despite the fact that rigid connections have higher costs and rigid connections in the column minor axis have questionable true behaviour. To overcome these difficulties the use of semi-rigid connections can decrease the global structure cost, having an extra advantage of being closer to reality. This background served as motivation for the present investigation on the an evaluation of the structural behaviour of beam-column semi-rigid steel connections working in the column minor axis. A literature survey on the semi-rigid models currently in use in literature was accomplished. Two fundamental structural models were identified: the Kishi and Chen model for the bending on the column major axis and the model proposed by Gomes for the minor axis bending. A specific connection classification system developed for the major axis for the column minor axis was not found in the literature. The use of general classification for this task still deserves a validations study. An experimental programme consisting of three full scale tests of beam to column connections was carried out. This analysis enable the assessment of the moment versus rotation curve, moment capacity of the connection, stress patterns, strains and collapse mechanisms. This work also presents a preliminary semi-rigid model for the column´s minor axis, made with a double web angle and a support angle or a stiffner. A validation study of this preliminary model was accomplished through a comparison with the acquired experimental results. / [es] Las ligaduras extructurales desempeñam un papel fundamental en el comportamiento global de las extructuras de acero. Muchos ensayos experimentales han sido desarrollados para poder evaluar correctamente la influencia de los parámetros físicos y geométricos que influeyen en el comportamiento de estas ligaduras. Hoy en dia, las ligaduras en el eje de menor inercia de la columna de pórticos contraventados son dimensionadas como flexíbles. Mayores problemas ocurren cuando este contraventamento no es posible y se utilizan ligaduras rígidas. Pero garantizar que esta ligadura tenga un comportamiento rígido, principalmente en el eje de menor inercia, es algo bastante discutible. Así, la utilización de ligaduras semi-rígidas se hizo posible, porque tiene un comportamiento extructural que se aproxima mejor de la realidad y posibilita una diminuición del precio final de la extructura. Este trabajo presenta una evaluación del comportamiento extructural de ligaduras viga-columna en extructuras de acero en el eje de menor inercia. Se realizó una investigación de los modelos existentes de ligaduras semirígidas en la literatura y se identificó dos modelos extructurales fundamentales para esta investigación: el de Kishi y Chen para el eje de mayor inercia y el de Teixeira Gomes para el de menor inercia. Los sistemasde clasificación de ligaduras existentes fueron evaluados pero aún no se tiene conocimiento de un sistema específico para el eje de menor inercia o de la validad del uso de los sistemasde clasificación generados para mayor inercia cuando aplicados en menor inercia. Un análisis experimental donde tres ensayos de ligadura de acero viga x columna, en escala real fue ejecutada. Este análisis posibilitó la determinación de la curva momento x rotación, resistencia a la fexión de la ligadura, evolución de las tensiones y deformaciones y posibles modos de ruína. El presente trabajo propone un modelo preliminar de ligadura semirígida con dupla esquinera de alma y de apoyo, o enrijecedor, en el eje de menor inercia con el objetivo de utilizarlo en edificaciones de extructuras de acero. Una evaluación de este modelo preliminar fue realizada através de una comparación con los resultados experimentales generados.