[pt] Este trabalho consiste no desenvolvimento de um modelo numérico para simular o fraturamento em estruturas de concreto. Como ferramentas principais são utilizados o Método dos Elementos Finitos (MEF) e alguns conceitos da Mecânica da fratura aplicada ao concreto. A principal palavra-chave que caracteriza este trabalho é o -elemento de interface-. Este elemento finito permite modelar descontinuidades na malha de elementos finitos entre as arestas dos elementos. Neste trabalho, estes elementos são utilizados para representar fissuras em estruturas de concreto. A modelagem destas fissuras é suportada por um conceito de fissura discreta, o qual está acoplado a um modelo constitutivo elástico com amolecimento, específico para a fissura ou para o elemento de interface.Neste trabalho, as análises não-lineares abrangeram sistemas estruturais com modo de fraturamento I. / [en] This work consists in the development of a numerical model in order to simulate the fracture process in concrete structures. This model is supported by concepts of the Finite Element Method and the Fracture Mechanics applied to concrete. The main keyword which characterizes this work is interface element. This finite element permits the modelling of discontinuities in the finite element mesh among the edges of the elements. In this work, these elements are used to represent cracks in concrete structures. The cracks modelling is supported by the discrete crack concept, which is associated to a constitutive model called elastic-softening, specific for the crack or for the interface element. In this work, the nonlinear analyses were limited to structural systems under fracture mode I.This work consists in the development of a numerical model in order to simulate the fracture process in concrete structures. This model is supported by concepts of the Finite Element Method and the Fracture Mechanics applied to concrete. The main keyword which characterizes this work is interface element. This finite element permits the modelling of discontinuities in the finite element mesh among the edges of the elements. In this work, these elements are used to represent cracks in concrete structures. The cracks modelling is supported by the discrete crack concept, which is associated to a constitutive model called elastic-softening, specific for the crack or for the interface element. In this work, the nonlinear analyses were limited to structural systems under fracture mode I.This work consists in the development of a numerical model in order to simulate the fracture process in concrete structures. This model is supported by concepts of the Finite Element Method and the Fracture Mechanics applied to concrete. The main keyword which characterizes this work is interface element. This finite element permits the modelling of discontinuities in the finite element mesh among the edges of the elements. In this work, these elements are used to represent cracks in concrete structures. The cracks modelling is supported by the discrete crack concept, which is associated to a constitutive model called elastic-softening, specific for the crack or for the interface element. In this work, the nonlinear analyses were limited to structural systems under fracture mode I. / [es] Este trabajo consiste en el desarrollo de un modelo numérico para simular fracturas en extructuras de concreto. Se utilizan como herramientas principales el Método de los elementos Finitos (MEF) y algunos conceptos de la Mecánica de la fractura aplicada al concreto. La principal palabra clave que caracteriza este trabajo es el -elemento de interfaz-. Este elemento finito permite modelar discontinuidades en la malla de elementos finitos entre las aristas de los elementos. En este trabajo, los elementos son utilizados para representar fisuras en extructuras de concreto. El modelo de estas fisuras se soporta por un concepto de fisura discreta, que está acoplado a un modelo constitutivo elástico, específico para la fisura o para el elemento de interfaz. En este trabajo, los análisis no lineales consideran sistemas extructurales con modo de fractura I.

[pt] Neste trabalho apresenta-se uma análise dos principais procedimentos desenvolvidos para calcular a tenacidade à fratura sob condições elastoplásticas. São avaliadas as principais medidas de tenacidade, bem como as diferenças, características, fontes de conservadorismo e as principais referências bibliográficas que relatam diferenças nas metodologias de cálculo para prever as cargas de falha em estruturas com defeito. Também são analisados os principais procedimentos de avaliação da Integridade Estrutural de estruturas com defeito (Fitness For Service, FFS). Testes de tenacidade são feitos variando as condições de restrição em torno da trinca (geometria do CP, tamanho inicial de trinca, entalhe lateral). Foram levantadas as curvas JR para todos os CPs testados, e previsões de carga de fratura são feitas segundo os principais procedimentos FFS, e testes são realizados em placas trincadas centralmente com o objetivo de registrar as cargas de falha do defeito, para compará-las com as previsões dos procedimentos FFS e avaliar o conservadorismo de cada um deles. Como outra contribuição ao trabalho, simulações numéricas dos ensaios de tenacidade são desenvolvidas com o objetivos de reproduzir os testes feitos e calibrar os parâmetros de simulação de rasgamento dúctil em estruturas com defeito. / [en] This work presents an analysis of the main procedures developed to calculate fracture toughness under elastoplastic conditions. The main measures of toughness, differences, characteristics, and sources of conservatism are evaluated. Also, the main bibliographies reporting differences in calculation methods to predict failure loads in flawed structures are examined. Lastly, the main assessment procedures of Structural Integrity of structures with flaws (fitness for service, FFS) are also analyzed.Toughness tests are performed varying the constraint conditions near the crack tip (geometry, initial crack size, side grooves). JR curves and fracture load predictions were made according to the principal FFS procedures. Also, experimental tests are performed on centrally cracked plates in order to record the failure loads of the structure, to compare them with the predictions of FFS procedures and to evaluate their conservatism. Other contributions of this work are numerical simulations of toughness tests, developed in order to reproduce the tests and calibrate the simulation parameters of ductile tearing in structures with flaws.

[pt] A teoria da termoporoelasticidade tem sido amplamente discutida e apresentada em diversos estudos de estabilidade de poço. O gradiente de quebra, definido como a pressão necessária para iniciar a propagação de uma fratura, é afetado fortemente pela temperatura. Em casos de perfuração, por exemplo, um esfriamento devido a circulação de fluido pode induzir perdas para formação. Este trabalho propõe investigar a influência da variação da temperatura no gradiente de quebra em cenários de alívio de pressão de anulares confinados (APB) durante a produção do poço e shut-in pós blowout. Em projetos de poços, para mitigar o efeito de APB, é utilizado o gradiente de fratura, correspondendo ao gradiente de tensão horizontal mínima ou gradiente de absorção. Porém, o gradiente de início da propagação é maior que estes e pode ser ainda potencializado pelo aumento da temperatura, o que pode levar a um subdimensionamento do poço e a uma eventual falha de integridade. Adicionalmente, é avaliado o gradiente de quebra numa situação de descontrole de poço (blowout) e a capacidade da rocha resistir ao shut-in. Para cumprir tais objetivos foram criados modelos geomecânicos 1D e realizadas simulações temo-hidráulicas de três poços. Foi desenvolvida uma planilha de cálculo em Mathcad® que incorporasse o efeito termoporoelástico na determinação do gradiente de quebra. Como resultado foram encontradas variações de até 16 por cento no valor do gradiente de quebra. Para os poços analisados essas variações imporam reduções significativas nos fatores de segurança nos dimensionamentos do poços. / [en] The theory of thermoporoelasticity has been widely discussed and presented invarious wellbore stability works. The breakdown gradient, defined as the pressurerequired to initiate fracture propagation, is strongly affected by temperature. In drillingscenarios, for example, cooling due to fluid circulation can induce losses to theformation. This work aims to investigate the influence of temperature variation on thebreakdown gradient in confined annular pressure build-up (APB) scenarios during wellproduction and containment. In well projects, to mitigate APB effects, the fracturegradient is used, corresponding to the minimum horizontal stress gradient or absorptiongradient. However, the initiation gradient is higher than these and can be furtherenhanced by temperature increase, which may lead to underdesigning of the well andeventual integrity failure. Additionally, the breakdown gradient is evaluated in ablowout situation and the rock s formation ability to withstand shut-in. To achieve theseobjectives, 1D geomechanical models were created and thermo-hydraulic simulationsof three wells were performed. A Mathcad® calculation spreadsheet was developed toincorporate the thermo-poroelastic effect in determining the breakdown gradient. As aresult, variations of up to 16 percent were found in the value of the breakdown gradient. Forthe analyzed wells, these variations imposed a significant redution in the well designsafety factors.

[pt] Frente às dificuldades de perfurar poços em reservatórios caracterizados por carbonatos fraturados e depletados, com frequente ocorrência de massivas perdas de fluido para formação e impossibilidade de manter o retorno de fluido para superfície, foi desenvolvida a técnica FMCD- Floating Mud Cap Drilling. A técnica consiste na perfuração com bombeio contínuo de fluido pela coluna de perfuração e também pelo anular do poço, injetando todo fluido e formação cortada pela broca para o reservatório. Na técnica convencional de perfuração, o fluido é bombeado pela coluna e retorna pelo anular, sendo possível monitorar continuamente a ocorrência de kicks - influxos acidentais de hidrocarbonetos no poço No entanto, na técnica FMCD, devido à ausência de retorno de fluido no anular, torna-se necessário adotar métodos não convencionais de monitoramento e prevenção de kicks, sendo o principal método, a injeção continua de fluido pelo anular, a uma vazão determinada, que evite influxos do reservatório e migração de hidrocarbonetos para superfície, denominada vazão de segurança. Inicialmente é apresentada uma contextualização da perfuração de poços offshore com técnica convencional e técnica FMCD, associada a uma ampla revisão bibliográfica sobre a técnica, e também de modelos e experimentos de fluxo óleo-água. Por fim, como objetivo principal da dissertação, é realizado a discussão de premissas, análise da vazão de segurança e métodos de monitoramento de influxos. Contudo, é esperado que a revisão bibliográfica e análises desenvolvidas, auxiliem em futuros projetos de perfuração com a técnica FMCD- Floating Mud Cap. Drilling. / [en] With the oil carbonate reservoirs exploration and exploitation around the world and the Brazilian coast, new challenges for well drilling are found which requires new techniques to be developed. The carbonate reservoirs can present fractures with high conductivity along its structure, often accompanied by geological faults. When associate with scenarios where the reservoirs are depleted, due to the ongoing production of these oil fields, may lead to fluid severe losses into the formation during the news well construction. For decades, in case of total loss at offshore wells drilling, the proposed solution has been to pump sealing material into the formation and, persisting the losses, to end it with a cement plug in open hole and make another attempt to drill the interval. When these procedures were not effective, the wells were often abandoned. On one side, it should be emphasized, that pumping sealant material and cement into the producing reservoir is undesirable, due to the possibility of damaging the intervals of greater permeability and production potential which may bring reduction in productivity (or injectivity) of the well. On the other side, continuing the drilling with fluid total loss may be intolerable from the operational safety point of view, as it is not possible to use conventional kick detection methods, that are mainly based on drilling fluid mass control. Facing these difficulties of drilling wells in reservoirs characterized by fractured and depleted carbonates, the FMCD (Floating Mud Cap Drilling) technique was developed. The technique consists of drilling with continuous pumping of fluid both through the drilling column and the well annulus, injecting all fluid and formation cuts into the reservoir.

[pt] Esta pesquisa aborda o processo de fraturamento hidráulico ou processo de propagação de fraturas em rocha através da injeção de um fluido sob pressão, o que gera fissuras no material que se propagam de acordo com a quantidade de fluido injetado. Esta técnica leva a um incremento da transmissividade hidráulica da rocha e, como consequência, ocorre um incremento da produção de óleo. Diversos trabalhos analíticos e numéricos têm sido propostos para estudar o mecanismo de fratura, geralmente baseados em meios contínuos ou através da utilização de elementos de interface em uma trajetória de propagação conhecida. Neste trabalho, a propagação de uma fratura é simulada utilizando o modelo potencial PPR[72] através da sua implementação extrínseca. Assim, os elementos coesivos de interface são inseridos na malha de elementos finitos de forma adapativa para capturar o processo de fraturamento. A pressão do fluido é simulada utilizando o modelo de lattice-Boltzmann[84]. Através de um processo interativo, os contornos da fratura, computados utilizando o método dos elementos finitos, são transferidos para o modelo de lattice-Boltzmann como uma condição de contorno. Assim, a força que o fluido exerce nestes contornos, gerada pela injeção do fluido, pode ser calculada. Estas forças são utilizadas no modelo de elementos finitos como uma força externa aplicada nas faces da fratura. A nova posição das faces da fratura é calculada e transferida novamente para o modelo de lattice-Boltzmann como condição de contorno. Este processo interativo fluido-estrutura permite modelar o processo de fraturamento hidráulico em trajetórias de propagação irregulares. / [en] This research addresses hydraulic fracturing or hydro-fracking, i.e. fracture propagation process in rocks through the injection of a fluid under pressure, which generates cracks in the rock that propagate according to the amount of fluid injected. This technique leads to an increase of the hydraulic transmissivity of the rock mass and, consequently, improves oil production. Several analytical and numerical models have been proposed to study this fracture mechanism, generally based in continuum mechanics or using interface elements through a known propagation path. In this work, the crack propagation is simulated using the PPR potential-based cohesive zone model[72] by means of an extrinsic implementation. Thus, interface cohesive elements are adaptively inserted in the mesh to capture the softening fracture process. The fluid pressure is simulated using the lattice Boltzmann model[84] through an iterative procedure. The boundaries of the crack, computed using the finite element method, are transferred to the lattice Bolztmann model as boundary conditions, where the fluid pressure (or fluid forces) applied on these boundaries, caused by the fluid injected, can be calculated. These forces are then used in the finite element model as external forces applied on the faces of the crack. The new position of the crack faces is then calculated and transferred to the lattice-Boltzmann model to update the boundary conditions. This feedback-loop for fluid-structure interaction allows modeling of hydraulic fracturing processes for irregular path propagation.

[pt] Os reservatórios de petróleo do pré-sal brasileiro são encontrados em rochas carbonáticas localizadas em ambiente offshore na borda da plataforma continental. Com o fim de explorar essas jazidas de forma mais segura e rentável, é essencial representá-las corretamente nos modelos de simulação de escoamento. Entretanto, esta não é uma tarefa simples. Essas rochas carbonáticas recorrentemente apresentam fraturas e carstes nos quais o escoamento se comporta de forma diferente da simulação tradicional utilizando porosidade única. Para solucionar o problema, existem técnicas que representam o escoamento através dos diversos meios porosos. No entanto, essas modelagens inserem diversas complexidades para a correta caracterização das formações geológicas e da previsão da produção. Nesse trabalho são analisados os impactos que algumas das características das fraturas, da matriz e da malha de poços têm no resultado das simulações com dupla porosidade e permeabilidade. / [en] Petroleum reservoirs of the Brazilian pre-salt are found in carbonate rocks located offshore at the edge of the continental shelf. To optimize the exploitation of these reservoirs, it is of paramount importance to properly represent them in the flow simulation models. Nevertheless, this is not a straightforward task. Carbonate rocks usually present fractures and karsts, where flow differs from what is traditionally represented by single porosity reservoir simulators. With the purpose of better modelling the fluid flow behavior through multiple media, alternative techniques exist. However, these alternatives require additional complexities and variables for the adequate characterization of the geologic formations and production forecast. In this work, the impact that some of the fracture and matrix characteristics and the well positioning have on the results of dual-porosity and dual-permeability simulations is addressed.

[pt] Com a constatação dos malefícios causados pelo asbesto durante sua extração e no seu manuseio durante o processo de fabricação dos componentes de cimento amianto, este material tem sofrido restrições ao seu uso em diversos países, tendo sido em alguns casos até proibido por legislação oficial, como no caso dos EUA, Canadá, México e da Comunidade Européia. Infelizmente, o cimento-amianto é um dos materiais de construção mais utilizados no Brasil. Com o objetivo de substituir este material por outro de baixo custo e grande disponibilidade local, tem-se pesquisado os compósitos de argamassa com fibras vegetais. Neste trabalho o comportamento à fratura de matrizes à base de cimento, reforçadas com fibras curtas de sisal distribuídas aleatoriamente, é estudado. Para tanto, foram utilizados espécimes prismáticos com entalhes tipo U de diferentes raios de curvatura na ponta, submetidos à flexão pura. Para estabelecer as propriedades do compósito desenvolvido, os ensaios foram realizados em: matriz plena de argamassa de cimento, compósitos de argamassa com 3%, em volume, de fibras de sisal com 25mm de comprimento e compósitos com fibras de 45mm. Em trabalhos anteriores[14], o campo de tensões na ponta do entalhe foi estudado utilizando-se extensômetros de resistência elétrica, o que não forneceu bons resultados. Isto por causa da impossibilidade de se trabalhar com extensômetros que sejam compatíveis com o tamanho do grão do compósito e com o tamanho da zona de concentração de tensões. Então, para este trabalho, o método da fotoelasticidade foi escolhido para estabelecer o campo de tensões na ponta dos entalhes de maneira a se determinar KI e kt. A aplicação da fotoelasticidade na forma de suas duas técnicas convencionais, que são os métodos de transmissão e reflexão, conduziu a bons resultados quando utilizados modelos fotoelásticos de policarbonato. No entanto, quando o método de reflexão foi utilizado em uma placa de policarbonato colada ao espécimes de compósito, a ordem de franja não se mostrou bem definida. Isto tornou difícil a determinação da magnitude das tensões. Desta forma, não foi possível se estimar KI e kt com precisão satisfatória. É recomendado que outros métodos como método de Moire sejam estudados para este propósito. / [en] Once recognised that asbestos can cause harm during its extraction and its handling during the fabrication process - which turns it into asbestos-cement - the use of this material has been restricted in some countries and in others prohibited by law, as in the case of the United States of America ,Canada, Mexico and the European Community. Unfortunately asbesto-cement is one of the most commonly used constructional material in Brazil. With the objective to substitute this material with any other of low cost and abundantly available, local material composites of mortar with vegetable fibres are being investigated. In this work the fracture behaviour of composites of cement mortar matrix, reinforced with short sisal fibres randomly distributed, is studied. Four points bending specimens have been used with a "U" type notch of different curvature radii at the root, submitted to pure bending moment. To establish the properties of the developed composite, tests were carried out on: pure cement mortar matrix, composites of mortar with 3% of volume of sisal fibres with 25 mm length and composites with 45 mm fibre length. In a previous work, the stress field at the root of the notches was studied using electrical strain gauges, which did not give good results because it is not possible to find a strain gauge which could be compatible both with the grain size of the composite and the size of the stress concentration zone. Therefore the method of photoelasticity, was chosen in this work to establish the stress field at the root of the notch in order to determine KI and kt . The methods of transmission and reflection photoelasticity applied to polycarbonate material sheet, produced satisfactory results. However, when the reflection method was used with a thin sheet of polycarbonate material together applied to the surface of the test specimens, the fringe order was not well defined. This made it difficult to establish the magnitude of the stresses. Therefore it was not possible to estimate the values KI and kt with satisfactory accuracy. It is recommended that other methods such as shadow Moire to be used for the purpose. / [es] Con la constatación de los daños causados por el asbesto durante la extracción y en la manipulación subsecuente del proceso de fabricación de los componentes de cemento amianto, este material ha sufrido restricciones en su uso en diversos países y; en algunos casos ha sido prohibido por legislación oficial, como es el caso de los EUA, Canadá, México y de la Comunidad Europea. Infelizmente, el cemento-amianto es uno de los materiales de construcción más utilizados en Brasil. Con el objetivo de substituir este material por otro de bajo costo y gran disponibilidad local, se han invetigado los compuesto de argamasa con fibras vegetales. En este trabajo se estudia el comportamiento de la fractura de matrizes a base de cemento, reforzadas con fibras cortas de sisal distribuidas aleatoriamente. Para ello se utilizaron espécimenes prismáticos con soportes tipo U de diferentes rayos de curvatura en la punta, sometidos a flexión pura. Para establecer las propriedades del compuesto desarrollado, se realizaron ensayos en: matriz plena de argamasa de cemento, compuestos de argamasa con 3%, en volumen, de fibras de sisal con 25mm de largo y compuestos con fibras de 45mm. En trabajos anteriores[14], el campo de tensiones en la punta del soporte fue estudiado utilizando extensolómetros de resistencia eléctrica, que no dieron buenos resultados. Esto se debió a la imposibilidad de trabajar con extensolómetros compatibles con el tamaño del grión del compuesto y con el tamaño de la zona de concentración de tensiones. Entonces, para este trabajo se seleccionó el método de la fotoelasticidad para establecer el campo de tensiones en la punta de los soportes, determinando Ki y Kt. La aplicación de la fotoelasticidad a través de dos técnicas convencionales (métodos de transmisión y reflexión) condujo a buenos resultados al utilizar modelos fotoelásticos de policarbonato. Sin embargo, cuando se utilizó el método de reflexión en una placa de policarbonato colada a espécimenes del compuesto, el orden de la franja no se mostró bien definido. Ésto hizo difícil la determinación de la magnitud de las tensiones. De esta forma, no fue posible estimar Ki y Kt con una precisión satisfactoria. Se recomienda que otros métodos como el Método de Moire sean estudiados con este propósito.

[pt] Em reservatórios complexos com descontinuidades geológicas como falhas, os riscos na produção de petróleo e gás pelos métodos de injeção frequentemente utilizados são maiores. Um dos fenômenos que pode acarretar graves problemas de perda de produção e acidentes ambientais é a reativação de falhas geológicas. Isto ocorre devido às variações de tensões induzidas na formação, as quais podem ser suficientemente altas para reativar as falhas e modificar significativamente o comportamento do reservatório, gerando uma das situações mais críticas na indústria de petróleo. Nessa dissertação investiga-se através do método dos elementos finitos o fenômeno de reativação de falhas com base em modelos de representação explícita da falha através de elementos de interface. Adota-se ainda para efeitos de comparação uma modelagem da falha por meio de uma zona de falha através do conceito de contínuo equivalente. Uma metodologia com base em uma análise poro-elastoplástica desacoplada que permite estimar as pressões limite para a reativação durante a produção em reservatórios de petróleo de uma maneira versátil e eficiente foi empregada nas situações investigadas através do simulador Abaqus. Para tal, foram implementadas uma série de rotinas para incorporar ao programa Abaqus novos elementos de interface, governados pelo modelo constitutivo de Mohr-Coulomb. A metodologia apresentada foi avaliada e verificada através da simulação de um modelo sintético com falha normal comparando os resultados com uma solução analítica simplificada e com os resultados obtidos com o simulador de elementos finitos AEEPECD (Costa, 1984). São apresentados alguns exemplos de aplicação representando a falha com elementos de interface e como um contínuo equivalente. Os resultados obtidos nas análises demonstram a aplicabilidade da metodologia a problemas de campos reais. / [en] In complex reservoirs with geological discontinuities, such as faults, the risk in the production of oil and gas are increase by the injection methods frequently used. The injection and depletion processes induce stress variations in the formation. These can be high enough to reactivate faults and significantly modify the behavior of the reservoir, bringing on one of the most critical situations in the oil industry. In this context, this dissertation investigates the phenomenon of fault reactivation by employing the finite element method based on an explicit representation of the fault with interface elements. In addition, a fault zone model based on an equivalent continuum approach is adopted for comparison. The pressure limits during production of oil reservoirs considering fault reactivation are determined from pore-elastoplastic uncoupled analyses with the software Abaqus. With this purpouse, interfaces elements with Mohr-Coulomb constitutive model were implemented through user subroutine in Abaqus to represent, in an approximate way, the fault behavior. In addition, other tools were developed to facilitate the generation of the models to be analyzed. The presented methodology was evaluated and verified through the simulation of a synthetic model with a normal fault. The results were compared with a simplified analytical approach and the results obtained by finite element simulator AEEPECD (Costa, 1984). Some examples of applications are presented, in which faults are represented using interface elements and alternatively, through an equivalent continuum approach. The analysis results demonstrate the applicability of the methodology to real fields.

[pt] A aplicação de compósitos cimentícios usando fibras vegetais, em substituição a fibras de asbestos, é uma realidade em indústrias de fibrocimento em vários países do mundo, pois, apesar das boas propriedades mecânicas e durabilidade, a utilização de asbestos acarreta problemas de insalubridade. Fibras vegetais, pela disponibilidade e adequação à preservação ambiental, apresentam vantagens sobre fibras sintéticas. O bambu é excelente fornecedor de fibras, pelo rápido crescimento, baixo custo e qualidade das fibras. Usando-se a polpa do vegetal, pode-se inserir maiores teores de fibras que, distribuídas aleatoriamente, conferem características isotrópicas ao compósito. Estudos são realizados, visando melhorar o desempenho dos compósitos com fibras vegetais. Retração e fluência se constituem em formas de deformação ao longo do tempo que podem comprometer o desempenho e reduzir a durabilidade do material. Tratando-se de materiais heterogêneos e sujeitos à presença de falhas, em diversos níveis, a aplicação da mecânica da fratura pode tornar-se valiosa ferramenta para projeto e controle da integridade desses compósitos, sendo a inibição da iniciação e propagação de trincas uma das principais funções do reforço de fibras curtas. Esse trabalho buscou analisar o comportamento de compósitos cimentícios reforçados com polpa de bambu, quanto à retração e à fluência, e obter parâmetros que descrevessem seu modo de fratura. Enquanto a capacidade de sofrer retração plástica foi reduzida, a retração livre na secagem cresceu com o aumento do teor de polpa de bambu no compósito, chegando a 40% de incremento para 14% de polpa, após um ano. Sob retração restringida, resultados mostraram melhor desempenho dos compósitos com fibras, pela ausência de fissuras detectáveis por fissurômetro, em relação à matriz sem reforço, que apresentou fissura em torno de 4 horas de exposição à secagem. Estudo da reversibilidade da retração mostrou que para os compósitos predominam as deformações de contração. Houve aumento da fluência sob compressão simples, com a inserção do reforço fibroso na mistura. Na fluência sob flexão, houve aumento da fluência específica na face comprimida com o aumento do teor de polpa na mistura. A fluência específica sob tração na flexão resultou maior para a matriz sem reforço do que para os compósitos com polpa de bambu. No estudo sobre mecânica da fratura, os corposde- prova entalhados de compósito com polpa apresentaram melhoria considerável no comportamento à flexão em relação à matriz sem reforço. Os compósitos com polpa mostraram-se menos sensíveis ao entalhe, com o incremento do teor de reforço fibroso. Observou-se considerável amolecimento (softening) precedendo a ruptura devido à propagação da trinca, nos compósitos. As curvas de resistência (curvas-R) permitiram identificar os valores de KIR que, nos compósitos, mostrou manter certa constância, com o aumento do comprimento da trinca. Nesse platô da curva, os valores médios para KIR foram de 1,88 MPa.m1/2 e 1,84 MPa.m1/2, respectivamente, para compósitos com 8% e 14% de polpa de bambu. Nos compósitos, os perfis dos caminhos trilhados pelas trincas no crescimento foram tortuosos, sendo o mecanismo de fratura mais intensamente dominado pela presença do entalhe inicial na matriz sem reforço que nos compósitos. / [en] The application of cimentitious composites using vegetal fibers in substitution of asbestos is a worldwide fact in the fiber cement industry. Despite their good mechanical properties and durability, the use of asbestos fibers causes well-known health hazards. Although vegetal fibers have relatively poor mechanical properties compared with synthetic fibers, they have other advantages such as low cost and low energy demand during manufacture. Bamboo is an excellent fiber supplier, due to its fast growth and the quality of its fibers. Using vegetal pulp it is possible to insert considerable amounts of fiber in a cement matrix, which randomly distributed confer isotropic characteristics to the composite. Studies are carried out aiming to improve the performance of composites with vegetal fibers. Shrinkage and creep are sorts of time depending deformation that may significantly reduce the durability and performance of the cement based composite. Cementitious composites are essentially heterogeneous materials subject to the presence of flaws at different levels due to the presence of many internal microcraks in the material prior to loading. Therefore, the application of fracture mechanics could become a suitable tool for the design and control of the integrity of these composites, since the inhibition of crack initiation and propagation is one of the main functions of the short fiber reinforcement. This work sought to analyze the behavior of cimentitious composites reinforced with bamboo pulp under shrinkage and creep and to provide sufficient fracture parameters to describe the failure mode of the material. The results show that, whereas the plastic shrinkage reduces, the free drying shrinkage increases proportionally to bamboo pulp content in the composite, reaching a 40% increment for a 14% pulp content, after one year. Under restrained shrinkage, the composite with bamboo pulp presents better performance than unreinforced matrix. Namely, under same boundary conditions, while the unreinforced matrix presents cracks after about four hours, the composites present no cracks visible through a 10x magnifying glass, even after forty five days of drying. Study of the shrinkage reversibility of the composite showed that there is contraction deformation prevalence. Under simple compression, the creep capacity of the bamboo pulp composites increases proportionally with the fiber content. Under bending stress, there was an increase of the specific creep in the compressed face of the specimen, as the pulp content of the mixture increases. The specific creep under bending tension for the tensile face was greater for the unreinforced matrix than in the bamboo pulp composites. As revealed through the assessment of fracture behavior of composites with bamboo pulp, notched specimens presented a considerable improvement in bending behavior when compared to the unreinforced matrix. The composites with pulp became less sensible to the notch with the increment of pulp content. In the bamboo pulp composites, considerable softening was observed in the load-displacement curve, as load gradually decreases after the peak load and before the rupture due to crack propagation. Using resistance curves (R-curves) it was possible to identify the KIR values that, for the composites, kept certain constancy as the crack length increased. At this plateau of the curve, the average values for KIR reached 1,88 MPa.m1/2 and 1,84 MPa.m1/2 for composites with bamboo pulp content of 8% and 14% respectively. In the composites, crack profiles and crack surfaces were tortuous, while in the unreinforced matrix the fracture mechanisms were more intensely dominated by the presence of the initial notch.

[pt] Durante as ultimas três décadas, as pesquisas cientificas sobre bambu como material de engenharia concentraram-se na caracterização física e mecânica nos níveis macro, meso, micro e alguns trabalhos no nível nanoestructural. As praticas de uso de bambu inteiro mostram ao longo do tempo trincas na superfície que são provocadas por razão da variação da umidade, da temperatura e entalhes gerados durante o processo de fabricação de peças estruturais. A presença das trincas tem grande influenciam na resistência desses elementos. Este aspecto do comportamento do bambu ainda é assunto de estudo na fase inicial. O presente trabalho apresenta os resultados da pesquisa teórico-experimental realizada para a determinação dos valores característicos dos fatores de intensidade de tensões, K(C), e as taxas de dissipação de energia, G(C), para os modos I e II, utilizando metodologias experimentais aplicadas aos materiais compósitos. Foi estudada a espécie Dendrocalamus Giganteus da parte basal do bambu do campus da PUC-Rio. A dimensão do corpo-de-prova tinha seção transversal retangular de 10x10mm e 100 mm de comprimento do vão livre com entalhes induzidos. Os corpos-deprova foram submetidos à flexão em quatro pontos para diferentes valores de tamanho de entalhe. São apresentados os resultados de carga-deslocamento na metade do comprimento e as deformações relativas nas faces externa, interna e lateral dos corpos-de-prova. Os valores das taxas dissipação de energia e fatores de intensidade de tensões foram calculados a partir da curva de carga - deslocamento. / [en] During the last three decades, the research on bamboo as engineering material was carried on through the physical and mechanic characterizations in the levels macro, meso, micro and some works in the nano-structural level. In practice, the use of entire bamboo shows cracks on the surface throughout the time, that are provoked by variation of the moisture, the temperature and notches generated during the process of manufacture of structural parts. The crack presence has influences on the resistance of these elements. This aspect of the bamboo behaviour is still subject of study in the initial phase. This work presents the results of a theoretical and experimental research for the determination of the characteristic values of the intensity stress factors, K(C), and the release energy, G(C), for modes I and II, using methodologies applied to the composites materials. It was studied the basal part of the specie Dendrocalamus Giganteus of the Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro campus (PUC-Rio). The specimens had rectangular shape with transversal section of 10x10mm and 100mm of length with notch; each one was tested in four points bend for different values of notch size. The results correspond to curves load-displacement in the half span; and strain in the external, internal and lateral sides of the specimen. The values of release energy and intensity stress factors have been calculated from the curve loaddisplacement.