En esta tesis se ha diseñado y ensayado cuatro vigas de concreto postensado con tendones adheridos y no adheridos para analizar su comportamiento en flexión. Se comparó el desempeño de ambos tipos de sistema de postensado basados en la resistencia en servicio, la resistencia máxima, las deflexiones, la recuperación de deflexión y el patrón de agrietamiento Las cuatro vigas tuvieron la misma sección “T” de concreto, establecida en base a un hipotético sistema de techo comparable con una losa aligerada que es bastante usada en nuestro país. La sección “T” presenta un peralte de 300 mm, un espesor de ala de 50 mm, un ancho de ala de 650 mm y un ancho del alma de 150 mm. La principal variable fue el uso de tendones de preesfuerzo adheridos y no adheridos en las vigas de concreto. Por lo tanto, para estudiar su influencia se ensayaron dos especímenes iguales VA-1 y VA-2 que presentan como refuerzo postensado un único tendón adherido de 12.7 mm (0.5”) de diámetro y dos especímenes iguales VNA-1 y VNA-2 con un único tendón no adherido de 12.7 mm (0.5”) de diámetro. En todas las vigas se dispuso una trayectoria parabólica del tendón con excentricidad máxima al centro de luz. La luz de ensayo fue de 4000 mm y se aplicaron dos cargas puntuales a 1500 mm de cada extremo, teniendo una longitud central de 1000 mm en flexión pura. El diseño de las vigas fue realizado siguiendo las disposiciones del Capítulo 18 (concreto preesforzado) de nuestra norma de concreto armado E.060. Se concluye que las vigas con el tendón adherido y no adherido presentan un comportamiento similar siempre y cuando se coloque el acero convencional exigido por la norma de concreto armado E.060 para las vigas con el tendón no adherido. El análisis en base a las relaciones momento-curvatura permitió la predicción teórica para las vigas postensadas con tendones adheridos. Esta información puede servir para futuros ensayos experimentales de elementos y estructuras preesforzadas con la finalidad de aportar al capítulo de concreto preesforzado de nuestra norma. / Tesis

Entre as peças fundamentais que compõem as estruturas de concreto armado encontram-se as lajes, as quais vêm sendo objeto de contínuo aperfeiçoamento no que diz respeito ao conforto, à segurança e à economia. O desenvolvimento de técnicas construtivas econômicas propiciou o aparecimento das lajes pré-fabricadas, com vantagens em relação às lajes maciças, como: redução do consumo de madeira para as fôrmas, redução do consumo de concreto, com a conseqüente diminuição dos esforços nas peças estruturais, e nas fundações. Tudo isto redundando evidentemente em menor tempo de execução e maior economia no custo da construção. Procurou-se neste trabalho reunir informações que possibilitem uma visão global sobre o tema, abordando-se, para isso, aspectos históricos das lajes pré-fabricadas, descrição dos elementos que as compõem, estudo do processo construtivo, dimensionamento, ensaios de laboratório em vigas com armaduras treliçadas e, finalmente, a análise da segurança destas lajes na fase de construção. Esta pesquisa mostrou que a qualidade e o desempenho estrutural destas lajes depende, em grande parte, dos cuidados tomados durante a fase construtiva, especialmente no que diz respeito ao escoramento. Assim, consegue-se evitar acidentes em obras ocasionados por erros cometidos nessa etapa. / Among the fundamental elements of reinforced concrete structures, slabs have been the object of continuous improvement regarding of comfort, safety and economy. The development of economical construction techniques has permitted the forecoming of precast slabs, with advantages over massive slabs, such as: reducing the consumption of formwork, concrete, and consequently a reduction of the stress on the structural elements and foundations. All these, obviously, result in quicker execution and greater economy in construction costs. This study has attempted to gather the necessary information to provide a global view of this subject; approaching historical aspects of precast slabs, a description of its elements and construction process, dimensioning, laboratory experiments upon truss-framed reinforced beams, and finally, an analysis of security in the construction phase. It was concluded that the quality and structural performance of these slabs depend greatly on the care taken during the construction phase, particulary in respect to bracing. Thus, accidents caused by errors comitted at this stage are avoided.

Sistemas mistos de aço e concreto são aqueles em que o elemento de aço trabalha estruturalmente em conjunto com o concreto. Essa associação dos materiais resulta numa melhor utilização de ambos os materiais tanto quanto à capacidade resistente, quanto em caráter construtivo, funcional e estético. O presente trabalho tem como finalidade a análise de vigas de aço e mistas de aço e concreto parcialmente revestidas em situação de incêndio. Esse estudo tem grande importância tendo em vista os incidentes com altas temperaturas em edificações ocorridos ao longo dos anos. O aumento de temperatura nas estruturas é um efeito nocivo, pois prejudica a rigidez e a resistência dos materiais, podendo levar estruturas ao colapso. As análises das vigas mistas aço e concreto parcialmente revestidas em situação de incêndio foram feitas através de análises experimentais que foram realizadas no forno horizontal à gás do Laboratório de Engenharia de Estruturas da EESC/USP. Foram realizados ensaios de flexão em pontos em altas temperaturas e a variável nos ensaios foi o fator de carga aplicado no meio do vão das vigas. Foi possível comparar o comportamento das vigas metálica e mistas, bem como as temperaturas em vários pontos ao longo do elemento por meio de termopares colocados em pontos estratégicos. Transdutores de deslocamento também foram usados para saber o valor de deslocamento nos apoios e no meio do vão das vigas. Uma análise térmica bidimensional através do ABAQUS também foi feita para comparação de resultados. Conclui-se que para uma mesma carga aplicada os deslocamentos foram mais expressivos nos ensaios das vigas em situação de incêndio se comparados aos valores obtidos nos ensaios à temperatura ambiente, observou-se o efeito benéfico do revestimento de concreto ao perfil metálico, responsável por um ganho expressivo de resistência ao fogo quando comparado aos elementos puramente metálicos e por fim obteve-se boa concordância entre as temperaturas encontradas por modelagem numérica através do ABAQUS e dos ensaios experimentais realizados. / Composite steel and concrete systems are those in which the steel element works structurally in conjunction with the concrete. This association of the materials results in a better use of both materials as much as the resistant capacity, as well as in a constructive, functional and aesthetic character. The present work has the purpose of analyzing steel beams and mixed steel and concrete partially coated in a fire situation. This study has great importance in view of the incidents with high temperatures in buildings that have occurred over the years. The increase in temperature in the structures is a harmful effect, as it impairs the rigidity and the resistance of the materials, which can lead to collapse structures. The analyzes of the composite steel and concrete composite beams in a fire situation were made through experimental analyzes that were carried out in the horizontal gas furnace of the Laboratory of Structural Engineering of EESC/USP. Bending tests were performed on points at high temperatures and the variable in the tests was the load factor applied in the middle of the span of the beams. It was possible to compare the behavior of the metallic and composite beams as well as the temperatures at various points along the element by means of thermocouples placed at strategic points. Displacement transducers were also used to know the displacement value in the supports and in the middle of the span of the beams. A two-dimensional thermal analysis through ABAQUS was also done for comparison of results. It was concluded that for the same applied load the displacements were more expressive in the tests of the beams in the fire situation compared to the values obtained in the tests at room temperature, the beneficial effect of the concrete coating was observed on the metallic profile, responsible for a an expressive gain of fire resistance when compared to the purely metallic elements and finally a good agreement was obtained between the temperatures found by numerical modeling through ABAQUS and the experimental tests performed.

Sistemas mistos de aço e concreto são aqueles em que o elemento de aço trabalha estruturalmente em conjunto com o concreto. Essa associação dos materiais resulta numa melhor utilização de ambos os materiais tanto quanto à capacidade resistente, quanto em caráter construtivo, funcional e estético. O presente trabalho tem como finalidade a análise de vigas de aço e mistas de aço e concreto parcialmente revestidas em situação de incêndio. Esse estudo tem grande importância tendo em vista os incidentes com altas temperaturas em edificações ocorridos ao longo dos anos. O aumento de temperatura nas estruturas é um efeito nocivo, pois prejudica a rigidez e a resistência dos materiais, podendo levar estruturas ao colapso. As análises das vigas mistas aço e concreto parcialmente revestidas em situação de incêndio foram feitas através de análises experimentais que foram realizadas no forno horizontal à gás do Laboratório de Engenharia de Estruturas da EESC/USP. Foram realizados ensaios de flexão em pontos em altas temperaturas e a variável nos ensaios foi o fator de carga aplicado no meio do vão das vigas. Foi possível comparar o comportamento das vigas metálica e mistas, bem como as temperaturas em vários pontos ao longo do elemento por meio de termopares colocados em pontos estratégicos. Transdutores de deslocamento também foram usados para saber o valor de deslocamento nos apoios e no meio do vão das vigas. Uma análise térmica bidimensional através do ABAQUS também foi feita para comparação de resultados. Conclui-se que para uma mesma carga aplicada os deslocamentos foram mais expressivos nos ensaios das vigas em situação de incêndio se comparados aos valores obtidos nos ensaios à temperatura ambiente, observou-se o efeito benéfico do revestimento de concreto ao perfil metálico, responsável por um ganho expressivo de resistência ao fogo quando comparado aos elementos puramente metálicos e por fim obteve-se boa concordância entre as temperaturas encontradas por modelagem numérica através do ABAQUS e dos ensaios experimentais realizados. / Composite steel and concrete systems are those in which the steel element works structurally in conjunction with the concrete. This association of the materials results in a better use of both materials as much as the resistant capacity, as well as in a constructive, functional and aesthetic character. The present work has the purpose of analyzing steel beams and mixed steel and concrete partially coated in a fire situation. This study has great importance in view of the incidents with high temperatures in buildings that have occurred over the years. The increase in temperature in the structures is a harmful effect, as it impairs the rigidity and the resistance of the materials, which can lead to collapse structures. The analyzes of the composite steel and concrete composite beams in a fire situation were made through experimental analyzes that were carried out in the horizontal gas furnace of the Laboratory of Structural Engineering of EESC/USP. Bending tests were performed on points at high temperatures and the variable in the tests was the load factor applied in the middle of the span of the beams. It was possible to compare the behavior of the metallic and composite beams as well as the temperatures at various points along the element by means of thermocouples placed at strategic points. Displacement transducers were also used to know the displacement value in the supports and in the middle of the span of the beams. A two-dimensional thermal analysis through ABAQUS was also done for comparison of results. It was concluded that for the same applied load the displacements were more expressive in the tests of the beams in the fire situation compared to the values obtained in the tests at room temperature, the beneficial effect of the concrete coating was observed on the metallic profile, responsible for a an expressive gain of fire resistance when compared to the purely metallic elements and finally a good agreement was obtained between the temperatures found by numerical modeling through ABAQUS and the experimental tests performed.

Nos últimos anos o conhecimento do comportamento de estruturas de concreto armado reforçadas com materiais compósitos aumentou significativamente, devido aos esforços em pesquisa induzidos pelo crescente interesse da indústria da construção.Todavia, precisam ser mais bem investigadas questões relativas à ligação concreto-reforço, assim como a durabilidade e a resposta ao longo do tempo de estruturas reforçadas. Buscando colaborar neste sentido, o objetivo principal desta tese foi estudar os mecanismos de falha prematura, devido ao carregamento cíclico ao efeito da concentração de tensão no compósito na região de fissuração do concreto. O comportamento da ligação foi estudado simulando experimentalmente situações de fissuração por flexão e cisalhamento, separadamente. Os resultados não confirmaram a hipótese de que os deslocamentos diferenciais na borda de uma fissura geram esforços de cisalhamento que provocam primeiramente a ruptura do compósito, indicando que o principal problema pode ser deformações localizadas. Confirmaram, porém, a importância de ancoragens adicionais e indicaram que o comprimento de ancoragem necessário nos compósitos não é muito elevado, aproximadamente 200mm. Já a influência do carregamento cíclico foi estudada em dois grupos de vigas, de tamanho reduzido e em escala real, submetidas a diferentes níveis de variação da tensão (20% a 70%) e tensão mínima (10% a 40%), no intuito de obter informações do comportamento à fadiga em diversas circunstâncias. Compósitos formados com fibras de vidro e aramida foram testados como alternativas de menor custo, além do carbono. Os resultados mostraram que o comportamento à fadiga dos diferentes compósitos varia, com vantagem para o PRF de carbono. A falha por fadiga é governada pela fratura das barras de aço, mas a presença do reforço aumenta a vida útil, não só reduzindo a tensão na armadura mas também retardando a falha. A presença do reforço, especialmente quando são usadas diversas camadas de fibras, parece contribuir para o retardamento da falha por fadiga, devido ao controle do processo de fissuração. Os resultados permitiram criar modelos de regressão linear para previsão da resistência à fadiga, para vigas reforçadas e não reforçadas, que se ajustaram bem aos dados de vários pesquisadores em comparação a outros modelos. O modelo proposto indica que quando são aplicadas tensões altas, a falha por fadiga pode ocorrer primeiramente no compósito ou na interface. Estudos adicionais, para caracterizar o comportamento à fadiga de estruturas reforçadas com PRF quando as tensões ou variações no reforço são elevadas e para confirmar se o limite à fadiga dos PRF realmente se localiza em torno de uma variação de tensão de 200MPa, valor superior ao recomendado pelo ACI 215R (150MPa). / Knowledge about the behavior of RC structures strengthened with fiber reinforced polymers has significantly increased in the last few years, due to a strong research effort induced by a growing interest from practitioners. Nonetheless, there are still some important issues regarding the behavior of these materials that require attention, such as characterization of premature failure mechanisms, durability requirements and long time response under load. The main objective of this study was to analyze failure mechanisms related to fatigue due to cyclic loads and tension concentration in the composite in regions of cover concrete cracking. The bonding behavior in regions where the cover concrete was cracked was studied by experimental simulation of flexural and shear cracking, separately. The results did not confirm the initial hypothesis that crack tip differential displacements induce shear stresses that produce early composite failure, indicating that the main problem was probably due to localized tensile strain. The data collected, however, highlighted the importance of using additional anchorage laces and suggested that the effective anchorage length of a PRF is approximately 200mm. The effects of cyclic loads was investigated in real scale and reduced size beams, subjected to different levels of stress variation (20% to 70%) and distinct values of minimum stress (10% to 40%), in order to gather information about behavior under various circumstances. Glass and aramid fiber composites were tested as lower cost reinforcement alternatives. The results showed that the fatigue behavior of different composites varies, with CFRP having the best performance. Failure is normally controlled by the fatigue of the steel bars, but the presence of the reinforcement reduces the stress levels in the steel and increases fatigue service life considerably. The presence of the reinforcement, especially when multi-layered, also seems to delay the fatigue failure due to cracking control. Regression models were developed to predict the fatigue service life of strengthened beams that had a better fit to experimental data collected in this work and by other researchers than other models tested. The model suggests that when high stresses are applied, fatigue might occur first in the composite or the bonding interface. Additional work is required to confirm the indication that the fatigue limit of strengthened beams is associated with a stress level of 200MPa in the rebar, higher than the recommended value (150 MPa) used in the ACI design guideline 215R.

Nos últimos anos o conhecimento do comportamento de estruturas de concreto armado reforçadas com materiais compósitos aumentou significativamente, devido aos esforços em pesquisa induzidos pelo crescente interesse da indústria da construção.Todavia, precisam ser mais bem investigadas questões relativas à ligação concreto-reforço, assim como a durabilidade e a resposta ao longo do tempo de estruturas reforçadas. Buscando colaborar neste sentido, o objetivo principal desta tese foi estudar os mecanismos de falha prematura, devido ao carregamento cíclico ao efeito da concentração de tensão no compósito na região de fissuração do concreto. O comportamento da ligação foi estudado simulando experimentalmente situações de fissuração por flexão e cisalhamento, separadamente. Os resultados não confirmaram a hipótese de que os deslocamentos diferenciais na borda de uma fissura geram esforços de cisalhamento que provocam primeiramente a ruptura do compósito, indicando que o principal problema pode ser deformações localizadas. Confirmaram, porém, a importância de ancoragens adicionais e indicaram que o comprimento de ancoragem necessário nos compósitos não é muito elevado, aproximadamente 200mm. Já a influência do carregamento cíclico foi estudada em dois grupos de vigas, de tamanho reduzido e em escala real, submetidas a diferentes níveis de variação da tensão (20% a 70%) e tensão mínima (10% a 40%), no intuito de obter informações do comportamento à fadiga em diversas circunstâncias. Compósitos formados com fibras de vidro e aramida foram testados como alternativas de menor custo, além do carbono. Os resultados mostraram que o comportamento à fadiga dos diferentes compósitos varia, com vantagem para o PRF de carbono. A falha por fadiga é governada pela fratura das barras de aço, mas a presença do reforço aumenta a vida útil, não só reduzindo a tensão na armadura mas também retardando a falha. A presença do reforço, especialmente quando são usadas diversas camadas de fibras, parece contribuir para o retardamento da falha por fadiga, devido ao controle do processo de fissuração. Os resultados permitiram criar modelos de regressão linear para previsão da resistência à fadiga, para vigas reforçadas e não reforçadas, que se ajustaram bem aos dados de vários pesquisadores em comparação a outros modelos. O modelo proposto indica que quando são aplicadas tensões altas, a falha por fadiga pode ocorrer primeiramente no compósito ou na interface. Estudos adicionais, para caracterizar o comportamento à fadiga de estruturas reforçadas com PRF quando as tensões ou variações no reforço são elevadas e para confirmar se o limite à fadiga dos PRF realmente se localiza em torno de uma variação de tensão de 200MPa, valor superior ao recomendado pelo ACI 215R (150MPa). / Knowledge about the behavior of RC structures strengthened with fiber reinforced polymers has significantly increased in the last few years, due to a strong research effort induced by a growing interest from practitioners. Nonetheless, there are still some important issues regarding the behavior of these materials that require attention, such as characterization of premature failure mechanisms, durability requirements and long time response under load. The main objective of this study was to analyze failure mechanisms related to fatigue due to cyclic loads and tension concentration in the composite in regions of cover concrete cracking. The bonding behavior in regions where the cover concrete was cracked was studied by experimental simulation of flexural and shear cracking, separately. The results did not confirm the initial hypothesis that crack tip differential displacements induce shear stresses that produce early composite failure, indicating that the main problem was probably due to localized tensile strain. The data collected, however, highlighted the importance of using additional anchorage laces and suggested that the effective anchorage length of a PRF is approximately 200mm. The effects of cyclic loads was investigated in real scale and reduced size beams, subjected to different levels of stress variation (20% to 70%) and distinct values of minimum stress (10% to 40%), in order to gather information about behavior under various circumstances. Glass and aramid fiber composites were tested as lower cost reinforcement alternatives. The results showed that the fatigue behavior of different composites varies, with CFRP having the best performance. Failure is normally controlled by the fatigue of the steel bars, but the presence of the reinforcement reduces the stress levels in the steel and increases fatigue service life considerably. The presence of the reinforcement, especially when multi-layered, also seems to delay the fatigue failure due to cracking control. Regression models were developed to predict the fatigue service life of strengthened beams that had a better fit to experimental data collected in this work and by other researchers than other models tested. The model suggests that when high stresses are applied, fatigue might occur first in the composite or the bonding interface. Additional work is required to confirm the indication that the fatigue limit of strengthened beams is associated with a stress level of 200MPa in the rebar, higher than the recommended value (150 MPa) used in the ACI design guideline 215R.

Entre as peças fundamentais que compõem as estruturas de concreto armado encontram-se as lajes, as quais vêm sendo objeto de contínuo aperfeiçoamento no que diz respeito ao conforto, à segurança e à economia. O desenvolvimento de técnicas construtivas econômicas propiciou o aparecimento das lajes pré-fabricadas, com vantagens em relação às lajes maciças, como: redução do consumo de madeira para as fôrmas, redução do consumo de concreto, com a conseqüente diminuição dos esforços nas peças estruturais, e nas fundações. Tudo isto redundando evidentemente em menor tempo de execução e maior economia no custo da construção. Procurou-se neste trabalho reunir informações que possibilitem uma visão global sobre o tema, abordando-se, para isso, aspectos históricos das lajes pré-fabricadas, descrição dos elementos que as compõem, estudo do processo construtivo, dimensionamento, ensaios de laboratório em vigas com armaduras treliçadas e, finalmente, a análise da segurança destas lajes na fase de construção. Esta pesquisa mostrou que a qualidade e o desempenho estrutural destas lajes depende, em grande parte, dos cuidados tomados durante a fase construtiva, especialmente no que diz respeito ao escoramento. Assim, consegue-se evitar acidentes em obras ocasionados por erros cometidos nessa etapa. / Among the fundamental elements of reinforced concrete structures, slabs have been the object of continuous improvement regarding of comfort, safety and economy. The development of economical construction techniques has permitted the forecoming of precast slabs, with advantages over massive slabs, such as: reducing the consumption of formwork, concrete, and consequently a reduction of the stress on the structural elements and foundations. All these, obviously, result in quicker execution and greater economy in construction costs. This study has attempted to gather the necessary information to provide a global view of this subject; approaching historical aspects of precast slabs, a description of its elements and construction process, dimensioning, laboratory experiments upon truss-framed reinforced beams, and finally, an analysis of security in the construction phase. It was concluded that the quality and structural performance of these slabs depend greatly on the care taken during the construction phase, particulary in respect to bracing. Thus, accidents caused by errors comitted at this stage are avoided.

Nos últimos anos o conhecimento do comportamento de estruturas de concreto armado reforçadas com materiais compósitos aumentou significativamente, devido aos esforços em pesquisa induzidos pelo crescente interesse da indústria da construção.Todavia, precisam ser mais bem investigadas questões relativas à ligação concreto-reforço, assim como a durabilidade e a resposta ao longo do tempo de estruturas reforçadas. Buscando colaborar neste sentido, o objetivo principal desta tese foi estudar os mecanismos de falha prematura, devido ao carregamento cíclico ao efeito da concentração de tensão no compósito na região de fissuração do concreto. O comportamento da ligação foi estudado simulando experimentalmente situações de fissuração por flexão e cisalhamento, separadamente. Os resultados não confirmaram a hipótese de que os deslocamentos diferenciais na borda de uma fissura geram esforços de cisalhamento que provocam primeiramente a ruptura do compósito, indicando que o principal problema pode ser deformações localizadas. Confirmaram, porém, a importância de ancoragens adicionais e indicaram que o comprimento de ancoragem necessário nos compósitos não é muito elevado, aproximadamente 200mm. Já a influência do carregamento cíclico foi estudada em dois grupos de vigas, de tamanho reduzido e em escala real, submetidas a diferentes níveis de variação da tensão (20% a 70%) e tensão mínima (10% a 40%), no intuito de obter informações do comportamento à fadiga em diversas circunstâncias. Compósitos formados com fibras de vidro e aramida foram testados como alternativas de menor custo, além do carbono. Os resultados mostraram que o comportamento à fadiga dos diferentes compósitos varia, com vantagem para o PRF de carbono. A falha por fadiga é governada pela fratura das barras de aço, mas a presença do reforço aumenta a vida útil, não só reduzindo a tensão na armadura mas também retardando a falha. A presença do reforço, especialmente quando são usadas diversas camadas de fibras, parece contribuir para o retardamento da falha por fadiga, devido ao controle do processo de fissuração. Os resultados permitiram criar modelos de regressão linear para previsão da resistência à fadiga, para vigas reforçadas e não reforçadas, que se ajustaram bem aos dados de vários pesquisadores em comparação a outros modelos. O modelo proposto indica que quando são aplicadas tensões altas, a falha por fadiga pode ocorrer primeiramente no compósito ou na interface. Estudos adicionais, para caracterizar o comportamento à fadiga de estruturas reforçadas com PRF quando as tensões ou variações no reforço são elevadas e para confirmar se o limite à fadiga dos PRF realmente se localiza em torno de uma variação de tensão de 200MPa, valor superior ao recomendado pelo ACI 215R (150MPa). / Knowledge about the behavior of RC structures strengthened with fiber reinforced polymers has significantly increased in the last few years, due to a strong research effort induced by a growing interest from practitioners. Nonetheless, there are still some important issues regarding the behavior of these materials that require attention, such as characterization of premature failure mechanisms, durability requirements and long time response under load. The main objective of this study was to analyze failure mechanisms related to fatigue due to cyclic loads and tension concentration in the composite in regions of cover concrete cracking. The bonding behavior in regions where the cover concrete was cracked was studied by experimental simulation of flexural and shear cracking, separately. The results did not confirm the initial hypothesis that crack tip differential displacements induce shear stresses that produce early composite failure, indicating that the main problem was probably due to localized tensile strain. The data collected, however, highlighted the importance of using additional anchorage laces and suggested that the effective anchorage length of a PRF is approximately 200mm. The effects of cyclic loads was investigated in real scale and reduced size beams, subjected to different levels of stress variation (20% to 70%) and distinct values of minimum stress (10% to 40%), in order to gather information about behavior under various circumstances. Glass and aramid fiber composites were tested as lower cost reinforcement alternatives. The results showed that the fatigue behavior of different composites varies, with CFRP having the best performance. Failure is normally controlled by the fatigue of the steel bars, but the presence of the reinforcement reduces the stress levels in the steel and increases fatigue service life considerably. The presence of the reinforcement, especially when multi-layered, also seems to delay the fatigue failure due to cracking control. Regression models were developed to predict the fatigue service life of strengthened beams that had a better fit to experimental data collected in this work and by other researchers than other models tested. The model suggests that when high stresses are applied, fatigue might occur first in the composite or the bonding interface. Additional work is required to confirm the indication that the fatigue limit of strengthened beams is associated with a stress level of 200MPa in the rebar, higher than the recommended value (150 MPa) used in the ACI design guideline 215R.

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[pt] As vigas de aço com abertura de alma propiciam a passagem de tubulações de serviços e instalações, fornecendo boa capacidade de resistência aos esforços cortantes. As vigas casteladas e as vigas celulares apresentam limitações de dimensões da abertura que estão ligadas à altura do perfil base, geralmente produzindo-se um perfil 50 por cento maior em altura. Neste trabalho, são estudadas as vigas casteladas expandidas em altura, através da soldagem de uma chapa complementar de alma, de modo a se obter vigas de maior inércia, mais leves e com maiores aberturas. O presente trabalho aborda os resultados obtidos através da modelagem por elementos finitos com análise não linear física e geométrica, com vistas a investigação do comportamento estrutural quanto a resistência da seção transversal e rigidez visando-se a redução de custos de fabricação pela eliminação da soldagem de chapas de reforço na região da abertura. / [en] Steel beams with web openings allow integration between structural and tubular services and facilities, providing good shear strength capacity. The castellated and cellular beams have limitations due to this web openings and results in a profile with 50 per cent higher depth. In this research, depth expanded castellated beams with the use of an additional welded plate will be studied, aiming the obtainment of higher inertia as well as wider openings on lighter beams. The present work addresses the results results obtained through the finite element method using physical and geometric nonlinear analysis, observing the structural behavior regarding stiffness and strength in order to reduce manufacturing costs since the reinforcement plates in the areas will no more be required.