No presente trabalho é apresentada uma versão do Método dos Elementos Discretos formado por barras (DEM) no estudo do colapso de estruturas. O Método dos Elementos Discretos foi introduzido, especialmente, para a simulação numérica de problemas de dano e fratura. Esse método tem habilidade natural para introduzir descontinuidades de uma maneira muito direta e intuitiva. Além disso, métodos discretos oferecem uma estrutura conveniente para dar conta da desordem da microestrutura do material por meio de modelos estatísticos. A versão do DEM utilizada neste trabalho consiste na discretização do contínuo em barras que formam uma treliça espacial regular, onde massas equivalentes são concentradas nos nós, e as rigidezes das barras são equivalentes ao contínuo que tentam representar. Leis uniaxiais de dano permitem modelar fratura e dano anisotrópico com relativa facilidade. Esta versão foi amplamente testada em diversos campos da Engenharia, entre eles, problemas dinâmicos, de impacto, geração e propagação de sismos, estudo de efeito de escala em rochas e concreto, análise da microestrutura de materiais. Este trabalho apresenta dois grandes temas, nos quais foram realizadas implementações no DEM que aumentam sua aplicabilidade. Também são implementadas modificações nas leis constitutivas antes utilizadas, e apresentadas, também, novas leis para dar flexibilidade na calibração dos modelos. São comparados os resultados utilizando as diversas leis na análise do efeito de escala de placas submetidas à tração. Também são analisados os resultados obtidos sob a óptica da teoria de escala multifractal. Neste campo, encontram-se respostas muito interessantes que explicam os mecanismos de fratura, assim como dão uma noção de que alterações deveriam ser realizadas no DEM para conseguir que o método fique completamente objetivo em relação à escala. Nesse processo, estudam-se diferentes formas de obter as dimensões fractais de placas de rocha submetidas à tração e é analisada a influência de alguns dos parâmetros do DEM, além da relação constitutiva utilizada. Finalmente, o DEM é introduzido dentro do sistema comercial Abaqus, com objetivo de resolver problemas com grande quantidade de graus de liberdade ou com as condições de contorno ou de carregamento muito complexos. Apresentam-se exemplos de validação e exemplos de aplicação que mostram as vantagens das inovações realizadas. / This paper presents a version of the Truss-like Discrete Element Method in the study of the collapse of structures. The discrete element method was introduced especially for numerical simulation of fracture and damage problems. This method has the natural ability to introduce discontinuities in a very direct and intuitive way. Moreover, discrete methods offer a convenient framework to account for the disorder of the material microstructure by means of statistical models. The truss-like Discrete Element Method (DEM) used in this work represents the continuum by means of a periodic spatial arrangement of bars with the masses lumped at their ends. The rigidity of the bars is equivalent to the continuum to trying to represent. Uniaxial damage Laws allow model fracture and anisotropic damage with relative ease. This version was widely tested in various engineering fields including: dynamics problems, impact, generation and propagation of earthquakes, study of scale effect in rock and concrete analysis of the microstructure of materials. This work presents two major issues in witch were performed DEM implementations that increase its applicability. To obtain a better description of the model modifications in the constitutive laws are implemented and new ones are presented. The scale effect results of plates of rock subjected to traction obtained to different laws are compared. These obtained results are examined under the Multifractal scaling law theory. In this field, very interesting answers that explain the mechanisms of fracture are found. They gives some notions of which changes should be made in DEM to obtain a fully scale objective method. In the process, different ways to obtain the fractal dimension of rock plates subjected to traction are studied. The influence of some DEM parameter and constitutive laws are also analyzed. Finally, the DEM has been implemented within the commercial system ABAQUS to solve problems with a large number of degrees of freedom or very complex contour or loading conditions. Presents examples of validation and application that show the benefits of innovations through.

É uma verdade incontestável que a fadiga constitui um dos problemas mais críticos em engenharia, especialmente em estruturas formadas por materiais dúcteis. Por essa razão, uma grande quantidade de métodos e estudos tem sido desenvolvida para tratar deste problema. No entanto, no caso de materiais quase frágeis como concreto, rochas cerâmicas e alguns tipos de materiais compostos, o efeito que cargas oscilantes produzem sobre estes materiais é menos conhecido e aparentemente também menos crítico. No presente trabalho, se utiliza uma versão do método dos elementos discretos formado por barras para explorar as possibilidades do mesmo na simulação do efeito de fadiga em materiais quase frágeis. Simulações sobre corpos de prova simples são apresentadas e vários aspectos deste estudo são discutidos, entre eles: influência da escala, influência da aleatoriedade nas propriedades do material simulado e se a lei de crescimento prevista por Paris (1961) se apresenta nas simulações realizadas. Finalmente, nas considerações finais, são salientadas as possibilidades que se abrem ao aplicar o modelo de elementos discretos apresentado no estudo de materiais quase frágeis submetidos à ação de cargas oscilantes. / It is an unquestionable truth that fatigue consists in one of the most critical problems of engineering, especially in ductile material structures. For that reason, a great amount of methods and studies has been developed to deal with this matter. However, when it comes to quasi brittle materials like concrete, ceramic stones and a few kinds of composites, the effect of cyclic loading on these materials is less well known, and apparently also less critical. In this work, a version of the discrete elements method formed by bars is applied to explore the possibilities of its use on simulating the effect of fatigue over quasi brittle materials. Simulations are presented over simple test specimens and several features of this study are discussed, among them: the influence of specimen scale, the influence of random distribution on material properties and if crack growth laws previewed by Paris, (Paris et al., 1961) are verified in the performed simulations. In the final considerations, the possibilities brought by applying the discrete elements method in this study of quasi brittle materials submitted to cyclic loading are highlighted.

A utilização de técnicas de emissão acústica para detectar e mapear o dano em estruturas tem sofrido grandes avanços nos últimos anos, em parte devido a possibilidade de poder contar com instrumentos de maior exatidão e precisão. Metodologias são utilizadas para, através dos resultados adquiridos, obter informação de como e onde a estrutura investigada está rompendo. Desenvolvimentos teóricos importantes na área de análise sísmica tem trazido um ferramental teórico que pode ser aplicado em estudos de estruturas e corpos de prova. Dentro deste contexto, neste trabalho é apresentado o estudo da localização e caracterização de defeitos utilizando técnicas conhecidas de emissão acústica. Ensaios em materiais de baixo módulo de elasticidade (poliestireno expandido) possibilitou o trabalho com os microfones de baixa frequência disponíveis para realização dos experimentos. Juntamente com os ensaios experimentais, simulações utilizando o método numérico dos elementos discretos (DEM) foram realizados. Os resultados obtidos nos ensaios e nas simulações foram processados e conclusões sobre a forma de ruptura esperada foram feitas. Informações relativas à evolução das cargas durante os ensaios e simulações, e comparativos da evolução com o número de eventos são apresentados. Ensaios de três tamanhos diferentes de corpos de prova permitiram medir o efeito de escala esperado. Técnicas de localização dos eventos em corpos de prova de maiores dimensões também são aplicadas para efetuar a localização de defeitos utilizando emissão acústica, bem como a interpretação e análise dos dados obtidos. Utilizando o cálculo da velocidade de propagação da onda sonora no material, uma técnica de localização foi apresentada e utilizada para calcular posições de zona de fratura, a fim de identificar regiões que possuem defeitos. / The usage of acoustic emission techniques in order to detect damage in structures has undergone great advances in the last years, partly because of the possibility to rely on instruments of highest accuracy and precision. Methodologies are used to obtain information about how and where the structure cracks. Important theoretical developments in the seismic analysis field have provided tools that can be applied in studies on structures and specimens. This work aims to study the localization and characterization of defects using acoustic emission techniques. Experimental tests on specimens with low elasticity modulus gave the possibility to work with the piezoeletric sensors available. Computational analyses using the discrete elements method (DEM) were performed. Conclusions about the expected rupture characteristics are shown. Information about the evolution loading during the tests, and a comparative of events evolution are shown. Tests on three different sizes of specimens allowed the scale effect analysis. Event location techniques on higher length specimens, using acoustic emission, are used to perform defects localization in order to obtain information about the defects position.

No presente trabalho é apresentada uma versão do Método dos Elementos Discretos formado por barras (DEM) no estudo do colapso de estruturas. O Método dos Elementos Discretos foi introduzido, especialmente, para a simulação numérica de problemas de dano e fratura. Esse método tem habilidade natural para introduzir descontinuidades de uma maneira muito direta e intuitiva. Além disso, métodos discretos oferecem uma estrutura conveniente para dar conta da desordem da microestrutura do material por meio de modelos estatísticos. A versão do DEM utilizada neste trabalho consiste na discretização do contínuo em barras que formam uma treliça espacial regular, onde massas equivalentes são concentradas nos nós, e as rigidezes das barras são equivalentes ao contínuo que tentam representar. Leis uniaxiais de dano permitem modelar fratura e dano anisotrópico com relativa facilidade. Esta versão foi amplamente testada em diversos campos da Engenharia, entre eles, problemas dinâmicos, de impacto, geração e propagação de sismos, estudo de efeito de escala em rochas e concreto, análise da microestrutura de materiais. Este trabalho apresenta dois grandes temas, nos quais foram realizadas implementações no DEM que aumentam sua aplicabilidade. Também são implementadas modificações nas leis constitutivas antes utilizadas, e apresentadas, também, novas leis para dar flexibilidade na calibração dos modelos. São comparados os resultados utilizando as diversas leis na análise do efeito de escala de placas submetidas à tração. Também são analisados os resultados obtidos sob a óptica da teoria de escala multifractal. Neste campo, encontram-se respostas muito interessantes que explicam os mecanismos de fratura, assim como dão uma noção de que alterações deveriam ser realizadas no DEM para conseguir que o método fique completamente objetivo em relação à escala. Nesse processo, estudam-se diferentes formas de obter as dimensões fractais de placas de rocha submetidas à tração e é analisada a influência de alguns dos parâmetros do DEM, além da relação constitutiva utilizada. Finalmente, o DEM é introduzido dentro do sistema comercial Abaqus, com objetivo de resolver problemas com grande quantidade de graus de liberdade ou com as condições de contorno ou de carregamento muito complexos. Apresentam-se exemplos de validação e exemplos de aplicação que mostram as vantagens das inovações realizadas. / This paper presents a version of the Truss-like Discrete Element Method in the study of the collapse of structures. The discrete element method was introduced especially for numerical simulation of fracture and damage problems. This method has the natural ability to introduce discontinuities in a very direct and intuitive way. Moreover, discrete methods offer a convenient framework to account for the disorder of the material microstructure by means of statistical models. The truss-like Discrete Element Method (DEM) used in this work represents the continuum by means of a periodic spatial arrangement of bars with the masses lumped at their ends. The rigidity of the bars is equivalent to the continuum to trying to represent. Uniaxial damage Laws allow model fracture and anisotropic damage with relative ease. This version was widely tested in various engineering fields including: dynamics problems, impact, generation and propagation of earthquakes, study of scale effect in rock and concrete analysis of the microstructure of materials. This work presents two major issues in witch were performed DEM implementations that increase its applicability. To obtain a better description of the model modifications in the constitutive laws are implemented and new ones are presented. The scale effect results of plates of rock subjected to traction obtained to different laws are compared. These obtained results are examined under the Multifractal scaling law theory. In this field, very interesting answers that explain the mechanisms of fracture are found. They gives some notions of which changes should be made in DEM to obtain a fully scale objective method. In the process, different ways to obtain the fractal dimension of rock plates subjected to traction are studied. The influence of some DEM parameter and constitutive laws are also analyzed. Finally, the DEM has been implemented within the commercial system ABAQUS to solve problems with a large number of degrees of freedom or very complex contour or loading conditions. Presents examples of validation and application that show the benefits of innovations through.

É uma verdade incontestável que a fadiga constitui um dos problemas mais críticos em engenharia, especialmente em estruturas formadas por materiais dúcteis. Por essa razão, uma grande quantidade de métodos e estudos tem sido desenvolvida para tratar deste problema. No entanto, no caso de materiais quase frágeis como concreto, rochas cerâmicas e alguns tipos de materiais compostos, o efeito que cargas oscilantes produzem sobre estes materiais é menos conhecido e aparentemente também menos crítico. No presente trabalho, se utiliza uma versão do método dos elementos discretos formado por barras para explorar as possibilidades do mesmo na simulação do efeito de fadiga em materiais quase frágeis. Simulações sobre corpos de prova simples são apresentadas e vários aspectos deste estudo são discutidos, entre eles: influência da escala, influência da aleatoriedade nas propriedades do material simulado e se a lei de crescimento prevista por Paris (1961) se apresenta nas simulações realizadas. Finalmente, nas considerações finais, são salientadas as possibilidades que se abrem ao aplicar o modelo de elementos discretos apresentado no estudo de materiais quase frágeis submetidos à ação de cargas oscilantes. / It is an unquestionable truth that fatigue consists in one of the most critical problems of engineering, especially in ductile material structures. For that reason, a great amount of methods and studies has been developed to deal with this matter. However, when it comes to quasi brittle materials like concrete, ceramic stones and a few kinds of composites, the effect of cyclic loading on these materials is less well known, and apparently also less critical. In this work, a version of the discrete elements method formed by bars is applied to explore the possibilities of its use on simulating the effect of fatigue over quasi brittle materials. Simulations are presented over simple test specimens and several features of this study are discussed, among them: the influence of specimen scale, the influence of random distribution on material properties and if crack growth laws previewed by Paris, (Paris et al., 1961) are verified in the performed simulations. In the final considerations, the possibilities brought by applying the discrete elements method in this study of quasi brittle materials submitted to cyclic loading are highlighted.

Este trabalho apresenta uma formulação do Método dos Elementos Discretos (MED) utilizando uma abordagem vetorial para o tratamento das rotações. As rotações são calculadas com a parametrização de Rodrigues. As principais contribuições do trabalho são: o cálculo dos deslocamentos tangentes utilizando o vetor das rotações incrementais da parametrização de Rodrigues; e, a integração do movimento de rotação utilizando o método leapfrog com as expressões da parametrização das rotações de Rodrigues. A formulação é apresentada para partículas esféricas e superelipsóides. O cálculo do deslocamento tangente, que é utilizado para o cálculo das forças de atrito, é feito a partir da velocidade angular da partícula. Em geral, o deslocamento tangente é calculado a partir da velocidade linear instantânea do ponto de contato. Aqui, o deslocamento do ponto de contato é dado pelo movimento da partícula, tanto de translação quanto de rotação. Apesar da abordagem por meio de rotações, é mostrado este cálculo pode ser feito sem o uso de tensores de segunda ordem. O movimento da partícula é descrito por uma abordagem incremental. É apresentada uma formulação do método de integração leapfrog com a utilização da expressão das rotações sucessivas da parametrização de Rodrigues. A detecção do contato entre superelipsóides é feita por um método do tipo \"vetor normal comum\", resolvido como um problema de minimização. Os resultados mostram que a parametrização de Rodrigues pode ser utilizada com método dos elementos discretos tanto para a execução da rotação quanto para o cálculo de grandezas que envolvem este tipo de movimento como o deslocamento tangente. / This work presents a formulation for Discrete Element Method (DEM) adopting a vector ap-proach to solve rotations. Herein, rotations are solved using Rodrigues parameterization. The main contributions of this work are: tangential displacements using the incremental rotation vector from Rodrigues parameterization, and integration of the rotation movement using leap-frog method and Rodrigues rotation tensor. The formulations are presented to spheres and superelliptical particles. Tangential displacements, which are used to get friction forces, are calculated through angular velocity. In most of DEM implementations, tangential displacements are calculated through the instantaneous linear velocity of the contact point. Instead, here the displacement of the contact point is given through the rotation of the particle. It is showed that the vector of in-cremental rotations can be calculated through the angular velocity. Particle movement is described using an updated Lagrangian approach. Leapfrog method is formulated in such a way to use the Rodrigues expression for successive rotations. Contact detection between superellipsoids is solved using a technic called \"common normal approach\", and it is solved as a minimization problem. The results show that the Rodrigues parameterization can be applied to discrete element method to both execute rotations and to evaluate physical quantities that are related to this kind of movement as tangential displacement.

No presente trabalho é apresentada uma versão do Método dos Elementos Discretos formado por barras (DEM) no estudo do colapso de estruturas. O Método dos Elementos Discretos foi introduzido, especialmente, para a simulação numérica de problemas de dano e fratura. Esse método tem habilidade natural para introduzir descontinuidades de uma maneira muito direta e intuitiva. Além disso, métodos discretos oferecem uma estrutura conveniente para dar conta da desordem da microestrutura do material por meio de modelos estatísticos. A versão do DEM utilizada neste trabalho consiste na discretização do contínuo em barras que formam uma treliça espacial regular, onde massas equivalentes são concentradas nos nós, e as rigidezes das barras são equivalentes ao contínuo que tentam representar. Leis uniaxiais de dano permitem modelar fratura e dano anisotrópico com relativa facilidade. Esta versão foi amplamente testada em diversos campos da Engenharia, entre eles, problemas dinâmicos, de impacto, geração e propagação de sismos, estudo de efeito de escala em rochas e concreto, análise da microestrutura de materiais. Este trabalho apresenta dois grandes temas, nos quais foram realizadas implementações no DEM que aumentam sua aplicabilidade. Também são implementadas modificações nas leis constitutivas antes utilizadas, e apresentadas, também, novas leis para dar flexibilidade na calibração dos modelos. São comparados os resultados utilizando as diversas leis na análise do efeito de escala de placas submetidas à tração. Também são analisados os resultados obtidos sob a óptica da teoria de escala multifractal. Neste campo, encontram-se respostas muito interessantes que explicam os mecanismos de fratura, assim como dão uma noção de que alterações deveriam ser realizadas no DEM para conseguir que o método fique completamente objetivo em relação à escala. Nesse processo, estudam-se diferentes formas de obter as dimensões fractais de placas de rocha submetidas à tração e é analisada a influência de alguns dos parâmetros do DEM, além da relação constitutiva utilizada. Finalmente, o DEM é introduzido dentro do sistema comercial Abaqus, com objetivo de resolver problemas com grande quantidade de graus de liberdade ou com as condições de contorno ou de carregamento muito complexos. Apresentam-se exemplos de validação e exemplos de aplicação que mostram as vantagens das inovações realizadas. / This paper presents a version of the Truss-like Discrete Element Method in the study of the collapse of structures. The discrete element method was introduced especially for numerical simulation of fracture and damage problems. This method has the natural ability to introduce discontinuities in a very direct and intuitive way. Moreover, discrete methods offer a convenient framework to account for the disorder of the material microstructure by means of statistical models. The truss-like Discrete Element Method (DEM) used in this work represents the continuum by means of a periodic spatial arrangement of bars with the masses lumped at their ends. The rigidity of the bars is equivalent to the continuum to trying to represent. Uniaxial damage Laws allow model fracture and anisotropic damage with relative ease. This version was widely tested in various engineering fields including: dynamics problems, impact, generation and propagation of earthquakes, study of scale effect in rock and concrete analysis of the microstructure of materials. This work presents two major issues in witch were performed DEM implementations that increase its applicability. To obtain a better description of the model modifications in the constitutive laws are implemented and new ones are presented. The scale effect results of plates of rock subjected to traction obtained to different laws are compared. These obtained results are examined under the Multifractal scaling law theory. In this field, very interesting answers that explain the mechanisms of fracture are found. They gives some notions of which changes should be made in DEM to obtain a fully scale objective method. In the process, different ways to obtain the fractal dimension of rock plates subjected to traction are studied. The influence of some DEM parameter and constitutive laws are also analyzed. Finally, the DEM has been implemented within the commercial system ABAQUS to solve problems with a large number of degrees of freedom or very complex contour or loading conditions. Presents examples of validation and application that show the benefits of innovations through.

É uma verdade incontestável que a fadiga constitui um dos problemas mais críticos em engenharia, especialmente em estruturas formadas por materiais dúcteis. Por essa razão, uma grande quantidade de métodos e estudos tem sido desenvolvida para tratar deste problema. No entanto, no caso de materiais quase frágeis como concreto, rochas cerâmicas e alguns tipos de materiais compostos, o efeito que cargas oscilantes produzem sobre estes materiais é menos conhecido e aparentemente também menos crítico. No presente trabalho, se utiliza uma versão do método dos elementos discretos formado por barras para explorar as possibilidades do mesmo na simulação do efeito de fadiga em materiais quase frágeis. Simulações sobre corpos de prova simples são apresentadas e vários aspectos deste estudo são discutidos, entre eles: influência da escala, influência da aleatoriedade nas propriedades do material simulado e se a lei de crescimento prevista por Paris (1961) se apresenta nas simulações realizadas. Finalmente, nas considerações finais, são salientadas as possibilidades que se abrem ao aplicar o modelo de elementos discretos apresentado no estudo de materiais quase frágeis submetidos à ação de cargas oscilantes. / It is an unquestionable truth that fatigue consists in one of the most critical problems of engineering, especially in ductile material structures. For that reason, a great amount of methods and studies has been developed to deal with this matter. However, when it comes to quasi brittle materials like concrete, ceramic stones and a few kinds of composites, the effect of cyclic loading on these materials is less well known, and apparently also less critical. In this work, a version of the discrete elements method formed by bars is applied to explore the possibilities of its use on simulating the effect of fatigue over quasi brittle materials. Simulations are presented over simple test specimens and several features of this study are discussed, among them: the influence of specimen scale, the influence of random distribution on material properties and if crack growth laws previewed by Paris, (Paris et al., 1961) are verified in the performed simulations. In the final considerations, the possibilities brought by applying the discrete elements method in this study of quasi brittle materials submitted to cyclic loading are highlighted.

A utilização de técnicas de emissão acústica para detectar e mapear o dano em estruturas tem sofrido grandes avanços nos últimos anos, em parte devido a possibilidade de poder contar com instrumentos de maior exatidão e precisão. Metodologias são utilizadas para, através dos resultados adquiridos, obter informação de como e onde a estrutura investigada está rompendo. Desenvolvimentos teóricos importantes na área de análise sísmica tem trazido um ferramental teórico que pode ser aplicado em estudos de estruturas e corpos de prova. Dentro deste contexto, neste trabalho é apresentado o estudo da localização e caracterização de defeitos utilizando técnicas conhecidas de emissão acústica. Ensaios em materiais de baixo módulo de elasticidade (poliestireno expandido) possibilitou o trabalho com os microfones de baixa frequência disponíveis para realização dos experimentos. Juntamente com os ensaios experimentais, simulações utilizando o método numérico dos elementos discretos (DEM) foram realizados. Os resultados obtidos nos ensaios e nas simulações foram processados e conclusões sobre a forma de ruptura esperada foram feitas. Informações relativas à evolução das cargas durante os ensaios e simulações, e comparativos da evolução com o número de eventos são apresentados. Ensaios de três tamanhos diferentes de corpos de prova permitiram medir o efeito de escala esperado. Técnicas de localização dos eventos em corpos de prova de maiores dimensões também são aplicadas para efetuar a localização de defeitos utilizando emissão acústica, bem como a interpretação e análise dos dados obtidos. Utilizando o cálculo da velocidade de propagação da onda sonora no material, uma técnica de localização foi apresentada e utilizada para calcular posições de zona de fratura, a fim de identificar regiões que possuem defeitos. / The usage of acoustic emission techniques in order to detect damage in structures has undergone great advances in the last years, partly because of the possibility to rely on instruments of highest accuracy and precision. Methodologies are used to obtain information about how and where the structure cracks. Important theoretical developments in the seismic analysis field have provided tools that can be applied in studies on structures and specimens. This work aims to study the localization and characterization of defects using acoustic emission techniques. Experimental tests on specimens with low elasticity modulus gave the possibility to work with the piezoeletric sensors available. Computational analyses using the discrete elements method (DEM) were performed. Conclusions about the expected rupture characteristics are shown. Information about the evolution loading during the tests, and a comparative of events evolution are shown. Tests on three different sizes of specimens allowed the scale effect analysis. Event location techniques on higher length specimens, using acoustic emission, are used to perform defects localization in order to obtain information about the defects position.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-28T12:46:53Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) tese_diogotc_final.pdf: 7303783 bytes, checksum: f9959e8bb63b91d247de9903c2484d35 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-28T12:46:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) tese_diogotc_final.pdf: 7303783 bytes, checksum: f9959e8bb63b91d247de9903c2484d35 (MD5) Previous issue date: 2016-01-29 / Esta tese apresenta uma metodologia de paralelização híbrida aplicada ao Método dos Elementos Discretos (DEM - Discrete Element Method) que combina MPI e OpenMP com o intuito de melhoria de desempenho computacional. A metodologia utiliza estratégias de decomposição de domínio visando a distribuição do cálculo de modelos de larga escala em um cluster. A técnica proposta também particiona a carga de trabalho de cada subdomínio entre threads. Este procedimento adicional visa obter maiores desempenhos computacionais através do ajuste de utilização de mecanismos de troca de mensagens entre processos e paralelização por threads. O objetivo principal da técnica é reduzir os elevados tempos de comunicação entre processos em ambientes computacionais de memória compartilhada tais como os processadores modernos. A divisão de trabalho por threads emprega a curva de preenchimento de espaço de Hilbert (HSFC) visando a melhoria de localidade dos dados e evitando custos computacionais (overheads) resultantes de ordenações constantes para o vetor de partículas. As simulações numéricas apresentadas permitem avaliar os métodos de decomposição de domínio, técnicas de particionamento, mecanismos de controle de acesso à memória, dentre outros. Algoritmos distintos de particionamento e diferentes estratégias de solução paralela são abordados para ambientes computacionais de memória distribuída, compartilhada ou para um modelo híbrido que envolve os dois ambientes. A metodologia desenvolvida e a ferramenta computacional utilizada nas implementações realizadas, o software DEMOOP, fornecem recursos que podem ser aplicados em diversos problemas de engenharia envolvendo modelos de partículas em larga escala. Nesta tese alguns destes problemas são abordados, em especial aqueles relacionados com fluxo de partículas em rampas, em funis de descarga e em cenários reais de deslizamento de terra. Os resultados mostram que as estratégias de execução híbridas atingem, em geral, melhores desempenhos computacionais que aqueles que se baseiam unicamente em troca de mensagens. A técnica de paralelização híbrida desenvolvida também obtém um bom controle de balanço de carga entre threads. Os estudos de caso apresentados apresentam boa escalabilidade e eficiências paralelas. O método proposto permite uma execução configurável de modelos numéricos do DEM e introduz uma estratégia combinada que melhora localidade dos dados e um balanceamento de carga iterativo. / This thesis introduces a methodology of hybrid parallelization applied to the Discrete Element Method (DEM) that combines MPI and OpenMP to improve computational performance. The methodology uses domain decomposition strategies to distribute the computation of large-scale models in a cluster. It also partitions the workload of each subdomain among threads. This additional procedure aims to reach higher computational performance by adjusting the usage of message passing artifacts and threads. The main objective is to reduce the expensive communications between processes in computer resources of shared memory such as modern processors. The work division by threads employs Hilbert Space Filling Curves (HSFC) in order to improve data-locality and to avoid the overhead caused by the dynamical sorting of the particles array. Presented numerical simulations allow to evaluate several domain decomposition schemes, partitioning methods, mechanisms of memory access control, among others. The work investigate distinct schemes of parallel solution for both distributed and shared memory environments. The method and the computational tool employed, the software DEMOOP, provide applied resources for several engineering problems involving large scale particle models. Some of these problems are presented on this thesis, such as the particle flows that happen on inclined ramps, discharge hoppers and real scenarios of landslides. The results shows that the hybrid executions reach better computational performance than those based on message passing only, including a good control of load balancing among threads. Case studies present good scalability and parallel efficiencies. The proposed approach allows a configurable execution of numerical models and introduces a combined scheme that improves data-locality and an iterative workload balancing.