[pt] A interação entre o cimento e outros constituintes desempenha um papel importante em várias aplicações de Engenharia, como nas indústrias de construçãocivil e de óleo e gás (OeG). Na indústria da construção, os compósitos cimentícios reforçados com fibras (CRF) ganharam grande destaque por suas excelentes propriedades mecânicas. As fibras podem aumentar a resistência crítica à fissuração do compósito, melhorando a durabilidade do concreto convencional e controlando a propagação de fissuras na matriz cimentícia. Além disso, as fibras desenvolvem um mecanismo de ponte de transferência de tensões na interface, alterando o comportamento pós-pico do compósito. Por outro lado, na indústria de OeG, cimento e aço são elementos estruturais essenciais que devem garantir a integridade de poços e fornecer isolamento para a passagem de fluidos, especialmente em cenários de abandono. Esse mecanismo na interface é considerado crítico, uma vez que uma interação não eficaz pode permitir a formação de caminhos de vazamento no microanular ao longo da interface cimento-aço, gerando a formação de fissuras. Neste sentido, um estudo abrangente dos mecanismos de dano desenvolvidos na interface do cimento é essencial em ambas as aplicações para entender o comportamento mecânico do material. Portanto, faz-se necessário o desenvolvimento de modelos de elementos finitos que considerem os mecanismos de pullout (descolamento, adesão e atrito) e os parâmetros de interface que governam o comportamento mecânico local do cimento. Embora existam numerosos estudos experimentais e modelos numéricos na literatura, o estado-da-arte atual carece de formulações que investiguem os mecanismos de mapeamento de dano e as interações de transferência de tensão na interface do cimento, especialmente considerando diferentes tipos de matriz de cimento e geometrias de fibra de aço.Esta tese aborda uma lacuna crítica na literatura ao propor a modelagem numérica do descolamento interfacial e mecanismos de evolução de dano para materiais cimentícios avançados e em aplicações de integridade de poços. Modelos de elementos finitos elastoplásticos, incorporando formulações coesivas baseadas em superfícies de contato, são empregados para simular o comportamento da interface do cimento. Além disso, ensaios experimentais de caracterização mecânica e análises de microtomografia são realizados para validar e apoiar os resultados do modelo numérico, avaliando a resistência ao cisalhamento e a propagação de dano na interface do cimento. Assim sendo, esta pesquisa pode oferecer contribuições para engenheiros de diferentes áreas aprimorarem o desempenho mecânico e prototipar novos materiais avançados por meio da investigação da evolução do dano. Os modelos de elementos finitos desenvolvidos emergem como ferramentas valiosas para avaliações de desempenho do cimento de maneira eficaz, simulando confiavelmente o comportamento de pullout/pushout. / [en] The interaction between cement and other constituents plays an important role in several engineering applications, such as in the construction and oil and gas (OandG) industries. In the construction industry, fiber-reinforced cementitious composites (FRC) have gained wide prominence for their excellent mechanical properties. Fibers can increase the post-cracking strength of the composite, improving concrete durability and controlling crack propagation in the cement matrix. Moreover, they perform a bridging mechanism at the interface, changing the material post-peak behavior. On the other hand, in the OandG industry, cement and steel are essential structural elements that should ensure well integrity and provide zonal isolation. This interaction is considered critical since a strong bond may prevent the generation of microannulus leakage paths along the cement and steel interface, which also can lead to crack propagation. In this sense, a comprehensive study of the damage mechanisms developed at the cement interface is essential in both applications to understand the material mechanical behavior. Therefore, it is possible to develop finite element models that consider the pullout mechanisms (debonding, adhesion, and friction) and the interface parameters that govern the local mechanical behavior of cement. While numerous experimental studies and numerical models exist, the current state-of-the-art lacks formulations investigating damage mapping and stress transfer interactions at the cement interface, particularly considering different cement matrix types and steel fiber geometries. This thesis addresses a critical gap in the literature by proposing the numerical modeling of interfacial debonding and damage evolution mechanisms for cement advanced materials and well integrity applications. Elastoplastic finite element models, incorporating surface-based cohesive formulations with contact, are employed to simulate cement interface behavior. Additionally, mechanical characterization tests and microCT analyses are conducted to validate and support the numerical model results, assessing shear strength and damage propagation at the cement interface. Therefore, this research can offer insights for engineers across disciplines to enhance mechanical performance and prototype new advanced materials by damage evolution investigation. The developed finite element models emerge as valuable tools for cost-effective evaluations of cement performance through reliably simulating pullout/pushout behavior.

[pt] Um dos métodos adotados para a caracterização das ligações mistas semirrígidas é o método das componentes descrito no Eurocode 3 e no Eurocode 4. O modelo de componentes desenvolvido nesse método considera para a contribuição mista à incorporação da componente da barra de armadura, aspectos relativos ao concreto e a resistência do conector. Porém, o modelo é baseado em suposições ainda não totalmente estudadas quanto à resposta estrutural da parcela mista da ligação, principalmente em regiões de momento negativo. Todo esse aspecto tem limitado o uso do método para o projeto de estruturas mistas. Esse fato motivou a concepção e o desenvolvimento de um programa experimental para investigar as ligações em estruturas mistas, por meio de testes de pull out, considerados os modos de falha devido a ruptura da barra, da ancoragem da barra e da solda dos conectores. Adicionalmente, foi realizada uma investigação da influência da solda dos conectores devido a falha desse elemento no decorrer de alguns ensaios. Os resultados dos ensaios desenvolvidos permitiram que conclusões gerais pudessem ser determinadas e possibilitaram um maior conhecimento sobre a solda e seus impactos ao sistema. A correta utilização de soluções de ligações mistas pode aumentar a competitividade do sistema estrutural, propiciando construções mais econômicas e eficientes. / [en] One of the methods adopted for the characterization of the composite semirigid joints is the method of the components described in Eurocode 3 and Eurocode 4. The model developed in the method considered for the composite contribution the incorporation of reinforcement bar components, aspects related to the concrete and the connector strength. However, the model is based on not fully validated assumptions as to structural response of the composite portion of the joint, mainly negative moment areas. All this aspect has limited the use of the method for the design of composite structures. This fact encouraged to the conception and development of an experimental program to investigate joints in composite structures, by means of pull out tests, considering the failure modes due to rupture of the reinforcement bar, of the anchorage of the bar, and of the weld connectors. Additionally was made a research of the weld connectors influence due to failure of this element in the course of a few pull out tests. The results of the tests developed have allowed general conclusions could be determined and made possible a better understanding of the weld and its impacts to the system. The correct use of composite joints solutions can increase the competitiveness of the structural system, providing more economical and efficient buildings