[pt] Arco segmentado é uma estrutura composta de vários segmentos retilíneos,emendados em pontos pertencentes a uma curva em forma de arco que circunscreve a estrutura. A coincidência dos pontos das emendas (nós) com essa curva permite a redução dos momentos fletores nesses pontos. O arco segmentado assim idealizado apresenta algumas vantagens para a indústria de pré-moldados, quais sejam: permite a utilização das fôrmas empregadas na moldagem de outros tipos de peças retilíneas como pilares e vigas; permite a construção de arcos com qualquer relação entre a flecha e o vão, empregando-se as mesmas fôrmas, bastando para isso variar os ângulos entre os segmentos emendados. Neste trabalho é feito um estudo teórico sobre a estabilidade dos arcos segmentados,utilizando para isto o modelo computacional baseado no método nos elementos finitos. Dentro deste estudo são realizadas análises sobre a influência da relação altura/vão, da variação do número de segmentos, da presença de imperfeições iniciais e da ação do vento no comportamento global destes arcos. Também é desenvolvido um procedimento para o cálculo da carga crítica dos arcos segmentados bi e tri-articulados e que leva em consideração tanto as cargas caracterizadas por pontos limite como as por pontos de bifurcação. São apresentados os detalhes e resultados de um ensaio experimental de um arco segmentado de concreto armado, que teve como objetivo principal a verificação do comportamento global deste tipo de estrutura e da eficiência do modelo computacional aqui utilizado. / [en] Segmental arch is a structure made of several straight segments of precast concrete connected at points belonging to a curve in the form of an arch which circumscribes the structure. This type of arch has some advantages for the precasting industry: a) it allows the use of the same forms used to cast other types of straight pieces such as beams and columns; b) it allows the construction of arches with any height/span ratio, using the same forms, which is achieved just by varying the angle between the connected segments. In this work, a study of the stability of this type of arch is developed, with the use of a computer model based on the finite elements method. In side of this study, the effects of height/span ratio variation, segment number variation, initial imperfections presence and the wind action are investigated. In addition, a calculus procedure of the critical load to the segmental arches is developed. This procedure takes in consideration the loads characterized by limit points as much as that by bifurcation points. Is also presented an experimental test, of a segmental arch made of reinforced concrete, that was conducted with the purpose of studying the global behavior of this type of structure, and verify the efficiency of the computer model used. / [es] El arco segmentado es una extructura compuesta de varios segmentos rectilíneos,enmendados en puntos que pertenecen a una curva en forma de arco que circunscribe la extructura. La intercepción de los puntos de las enmiendas (nodos) con esa curva permite la reducción de los momentos flectores en esos puntos. El arco segmentado presenta algunas ventajas para la industria de premoldados como son: permite la reutilización de las formas para el moldeado de otros tipos de piezas rectilíneas como pilares y vigas; permite la construcción de arcos con cualquier relación entre la flecha y el vano, utilizando las mismas formas, tan solo variando los ángulos entre los segmentos enmendados. En este trabajo, se desarrolla un estudio teórico sobre la estabilidad de los arcos segmentados,utilizando el modelo computacional basado en el método en los elementos finitos. Dentro de este estudio se analiza la influencia de: la relación altura/vano, la variación del número de segmentos, la presencia de imperfecciones iniciales y la acción del viento en el comportamiento global de estes arcos. También se desarrolla un procedimiento para el cálculo de la carga crítica de los arcos segmentados bi y triarticulados que lleva en consideración tanto las cargas caracterizadas por puntos límites como por puntos de bifurcación. Se presentan detalles y resultados de un ensayo experimental de un arco segmentado de concreto armado, cuyo objetivo principal es verificar el comportamiento global de este tipo de extructura y la eficiencia del modelo computacional aqui utilizado.

[pt] Modelos de bielas e tirantes são, em última análise, representações discretas dos campos de tensão nos elementos estruturais de concreto armado próximos da ruptura e visam possibilitar um projeto consistente de todos os elementos estruturais. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um programa de otimização topológica que gere e permita a visualização de um modelo de bielas e tirantes para elementos estruturais de concreto armado. O modelo gerado auxilia o engenheiro de projetos na compreensão dos caminhos de forças. Inicialmente o usuário deve ter como dado de entrada uma malha refinada em elementos finitos. A partir daí o programa calcula as tensões através da análise elástica por elementos finitos. As técnicas de otimização topológica usadas neste trabalho foram a do método da flexibilização súbita ( hard- kill method ) e a do método da remoção. No primeiro processo, os elementos com tensões baixas, que estão sendo usados ineficientemente têm seus módulos de elasticidade bruscamente reduzidos, enquanto que no método da remoção, estes elementos são retirados da malha. Tanto para modificar o módulo de elasticidade do elemento, quanto para retirar o elemento da malha, as tensões principais nos elementos são comparadas com uma tensão de referência definida como uma fração da maior tensão principal na malha. Caso essa tensão principal no elemento seja menor que a referida tensão de referência o elemento tem seu módulo de elasticidade modificado ou é eliminado conforme o método. A distribuição de tensão nos elementos é acompanhada pelo usuário através do módulo de visualização do programa e o processo de otimização topológica é repetido até que o critério de convergência imposto seja alcançado. / [en] Strut and tie models are ultimately discrete representations of the stress fields in the structural elements of reinforced concrete close to failure and they are meant to help the engineer to design a consistent project of all structural elements. This work aims to develop a program of topological optimisation that generates and allows the visualisation of a strut and tie model for structural elements of reinforced concrete. The generated model helps the project engineer to understand the load paths inside the element. Initially the user should have as data a refined finite element mesh. Starting from this point the program calculates the stress fields through a linear elastic finite element analysis. The techniques used for topological optimisation in this work are namely the hard-kill method and the method of removal. In the first process, the elements with low stress levels, that are not being used efficiently, have their elasticity modules abruptly reduced, while in the method of removal, these elements are removed from the mesh. Either to modify the elasticity module of the element or to remove the element from the mesh the principal stresses in each element are compared with a reference stress defined as a fraction of the largest principal stress in the mesh. If the principal stress in the element is smaller than this above mentioned reference stress the element has its elasticity module modified or is removed, depending on the method. The distribution of stresses in the elements can be followed by the user through the module of visualisation of the program and the process of topological optimisation is repeated until the specified convergence criterion is reached. / [es] Modelos de bielas y tirantes son, en último análisis, representaciones discretas de los campos de tensión de los elementos extructurales de concreto armado próximos a la ruptura. Su objetivo principal es ejecutar un proyecto que incluya todos los elementos extructurales. Este trabajo tiene como objetivo desarrollar un programa de optimización topológica que genere y permita la visualización de un modelo de bielas y tirantes para elementos extructurales de concreto armado. El modelo generado auxilia al ingeniero de proyectos en la comprensión de los caminos de fuerzas. Inicialmente el usuario debe tener como dato de entrada una malla refinada de elementos finitos. Así, el programa calcula las tensiones a través del análisis elástica por elementos finitos. Las técnicas de optimización topológica usadas en este trabajo fueron el método de la flexibilización súbita ( hard- kill method ) y el método de la remoción. En el primer proceso, los elementos con tensiones bajas, que están siendo utilizados ineficientemente tienen sus módulos de elasticidad bruscamente reducidos, mientras que en el método de la remoción, estos elementos son retirados de la malla. Tanto para modificar el módulo de elasticidad, cuanto para retirar el elemento de la malla, las tensiones principales en los elementos se comparan con una tensión de referencia definida como una fracción de la mayor tensión principal en la malla. En el caso en que esa tensión principal en el elemento sea menor que la tensión de referencia, el elemento tiene su módulo de elasticidad modificado o es eliminado conforme el método. El usuario acompaña la distribuición de tensión en los elementos a través del módulo de visualización del programa y el proceso de optimización topológica se repite hasta alcanzar el criterio de convergencia impuesto.

[pt] As principais recomendações para o dimensionamento de vigas-parede, como o ACI 318-95, o CEB-FIP, a Norma Canadense CAN-A23.3-M84 e o Guia 2 da CIRIA, apresentam métodos de cálculo que não cobrem satisfatoriamente o projeto de tais vigas. Outras normas, ainda, não trazem nenhuma indicação especial de dimensionamento. A própria Norma Brasileira, a NBR 6118, por exemplo, declara apenas que vigas desse tipo devem ser calculadas como chapas no regime elástico. O Código Britânico corrente BS 8110 explicitamente comenta que “para o projeto de vigas-parede, referência deve ser feita à literatura especializada”. Por razões como as citadas acima, a obtenção de um método racional, baseado em um claro mecanismo de ruptura e que leve em conta os principais parâmetros que influenciam a resistência última das vigas-parede tem sido o objetivo de vários pesquisadores de todo o mundo nas duas últimas décadas. Neste trabalho são apresentados, comentados e analisados vários métodos de dimensionamento de vigas-parede biapoiadas de concreto armado. Os métodos de cálculo são aplicados ao total de trinta e sete vigas ensaiadas no Laboratório de Estruturas e Materiais (L.E.M) da PUC-Rio, desde 1979, e a algumas vigas descritas na literatura, visando a obtenção de um método que gere resultados de carga última os mais próximos possíveis dos obtidos experimentalmente, e tendo como objetivo futuro a obtenção de recomendações que possam ser propostas para a Norma Brasileira.Os ensaios das trinta e sete vigas, no total, referenciadas acima, fazem parte de pesquisas teórico-experimentais realizadas na PUC-Rio por Guimarães (1980), Vasconcelos (1982) e Velasco (1984), sob a orientação do Prof. K. Ghavami. Várias conclusões foram obtidas em cada uma dessas dissertações de mestrado, separadamente, mas nenhum estudo havia sido feito no sentido de comparar os resultados encontrados. O presente trabalho também tem como objetivo obter informações comparativas relacionadas às 37 vigas citadas, com o respaldo da literatura atualizada. / [en] The major codes that contain recommendations and discussions concerning the design of deep beams, including the ACI Building Code 318-95, the Canadian Code CAN-A23.3- M84, the CEB-FIP Model Code and the CIRIA Guide 2, present design methods that do not cover adequately the dimensioning of this type of beams. Nevertheless, some other codes don’t give any special recommendation. The Brazilian Code (NBR 6118), for instance, just explains that this type of beams should be calculated as a plate in elastic range. Another example is the current British Code BS 8110, which explicitly states that “for design of deep beams, reference should be made to specialist literature”. Because of reasons as those mentioned above, obtaining a rational method not only based on a clear mechanism of failure but taking into account the main parameters that have influence on the ultimate strength of deep beams, has been the purpose of several researchers in the whole world in the last two decades. In this work, some methods for the design of simply supported reinforced concrete deep beams are presented, examined and commented upon. These methods are applied to a total of 37 beams tested in the Laboratory of Structures and Materials (L.E.M) of PUC-Rio, since 1979, and to some beams reported in the literature, in order to yield a method which can predict results of ultimate load closer to those ones obtained experimentally. The future aim is to achieve recommendations that could be proposed to the Brazilian Code. The tests of the 37 beams just referred are included in theoretical-experimental research done by Guimarães (1980), Vasconcelos (1982) and Velasco (1984), which took place in PUC-Rio, orientated by Professor Khosrow Ghavami. Several concluding remarks were obtained in each Master Thesis, apart from one another, but there wasn’t any work that compared these results. The present work is also intended to provide some comparative information regarding the 37 deep beams mentioned above, with the support given by the current literature. / [es] Las principales recomendaciones para el dimensionamiento de vigas- parede, como el ACI 318-95, el CEB-FIP, la Norma Canadiense CAN-A23.3-M84 y la Guía 2 de la CIRIA, presentan métodos de cálculo que no cubren satisfactoriamente el proyecto de tales vigas. Otras normas no ofrecen ninguna indicación especial de dimensionamiento. La própria Norma Brasileira, la NBR 6118, por ejemplo, declara solamente que vigas de ese tipo deben ser calculadas como chapas en el régimen elástico. El Código Británico actual BS 8110 explicitamente comenta que para