[pt] Um novo material sustentável foi desenvolvido utilizando um resíduo mineral como carga para compósitos poliméricos. A pedra-sabão é um mineral extensamente utilizado na fabricação de artesanato e manufaturas, atividades que representam a maior fonte de renda em comunidades marcadas por vulnerabilidade social. Estas atividades geram uma quantidade considerável de resíduos, que muitas vezes são descartados de forma indevida, causando danos ao meio ambiente e à saúde dos habitantes. Portanto, utilizar esse resíduo para reforçar um polímero com ampla gama de aplicações como o polietileno, pode promover ganhos econômicos, sociais e ambientais. A caracterização do resíduo foi feita com análise de imagens, difração de raios-X e espectroscopia de infravermelho e Raman. Partículas de resíduo foram incorporadas à uma matriz de polietileno de alta densidade (PEAD) em três proporções em peso: 10, 20 e 30 por cento. Microtomografia de raios-X foi utilizada para quantificar as frações volumétricas de carga e de vazios, e a homogeneidade microestrutural dos compósitos. Foi observado que as partículas de pedra-sabão tendem a formar aglomerados na matriz de PEAD. Entretanto, análises estatísticas revelaram uma distribuição volumétrica de carga homogênea nas amostras. Ensaios de reologia, tração e fluência avaliaram a influência das partículas nas condições de processamento e no comportamento mecânico do polímero. Em taxas pequenas de cisalhamento, houve um aumento relevante de viscosidade e tensão cisalhante para concentrações altas de carga. A adição das partículas reduziu a deformação por fluência e aumentou de forma efetiva a tensão de escoamento e o módulo elástico do PEAD. No entanto, a incorporação de frações maiores de carga alterou o mecanismo de fratura e diminuiu consideravelmente a ductilidade do polímero. A relação entre a microestrutura e o comportamento macroscópico foi investigada através do ajuste numérico de pontos experimentais a modelos macro mecânicos da literatura, o que permitiu uma quantificação da adesão interfacial. / [en] A novel sustainable material was developed using a mineral waste as filler for polymeric composites. Soapstone is a mineral typically found in abundance in communities that rely heavily on artisanal crafts as a source of income and which are often in a situation of social vulnerability. Rock recovery in those activities is low and the waste disposal is done with little control, which can be hazardous to the environment and the health of the local residents. Thus, to use this residue to reinforce the properties of a polymer with a wide range of applications, such as polyethylene, can lead to positive economical, social and environmental returns. A thorough characterization of the residue was done with automated image analysis, Xray diffraction, infrared, and Raman spectroscopy. The waste particles were incorporated into a high-density polyethylene (HDPE) matrix in three compositions: 10, 20 and 30 wt percent. X-ray microtomography was used to quantify the filler volume fraction, void content, and the microstructural homogeneity of the composites. It was found that the soapstone particles have a strong tendency of forming clusters in the HDPE matrix, however, statistical analysis revealed that the volumetric filler distribution was homogeneous throughout the samples. Rheological, tensile and creep tests assessed the influence of the particles on the polymer s processing conditions and practical mechanical behavior. A relevant increase in viscosity and shear stress was observed at lower shear rates for higher filler loadings. The addition of soapstone waste particles successfully decreased creep strain and increased both yield strength and elastic modulus of HDPE. However, the incorporation of higher amounts of filler altered the fracture mechanism and considerably decreased ductility and creep rupture time of the polymer. The relationship between the microstructure and the macroscopic mechanical behavior was investigated by fitting tensile test data with macro-mechanical models from the literature, which allowed the quantification of the interfacial bonding.

[pt] Esta dissertação teve como objetivo estudar as propriedades estruturais, mecânicas dos filmes de silício carbono nitrogenado amorfo (a-SiC:N) e a viabilidade do seu uso como camada adesiva entre filmes finos de carbono amorfo hidrogenado e aço inoxidável 316L. Os filmes de a-SiC:N foram crescidos pela técnica de deposição química na fase vapor assistida por plasma (PECVD) utilizando como precursor hexametildissilazano (HMDSN) sobre chapas de aço inoxidável 316L e lâminas de silício cristalino 100. Para a deposição foram variados os parâmetros de tensão de autopolarização (de -150V até -450V) e a temperatura de deposição (25 Graus Celsius, 200 Graus Celsius e 300 Graus Celsius). Os filmes foram caracterizados por técnicas de perfilometria, onde pudemos obter a taxa de deposição, a tensão interna dos filmes, análises por espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios-x (XPS) e espectroscopia de infravermelho onde identificamos a presença de ligações entre os átomos de silício, carbono e nitrogênio. Com a espectroscopia Raman observamos a presença das bandas D e G com características de filmes de carbono amorfo. As análises de nanoindentação determinaram que a dureza variou entre 8 e 12 GPa. A microscopia de força atômica evidenciou a presença de nanoestruturas sobre a superfície dos filmes. E por fim, obtivemos sucesso na deposição de filmes de carbono amorfo hidrogenado e carbono amorfo fluorado sobre chapas de aço inoxidável empregando filmes finos de a-SiC:N como camada adesiva. / [en] The objective of this dissertation has been to study the structural and mechanical properties of amorphous SiC:N thin films and the viability of their use as adhesive layer between amorphous C:N thin films and 316L stainless steel. The a-SiC:N films were grown via Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD), using Hexamethyldisilazane (HMDSN) as precursor on 316L stainless steel and crystalline silicon substrates 100. For the deposition, the parameters changed were the self-bias (from -150V to -450V) and the deposition temperature (25 Degree Celsius, 200 Degree Celsius and 300 Degree Celius). The characterization of the films was accomplished by using profilometry techniques, used to obtain the deposition rate and the internal stress of the films, x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and infrared spectroscopy used to identify the presence of bonding between the Silicon, Carbon and Nitrogen atoms. The Raman spectroscopy was employed to observe the presence of the D and G bands with characteristics of amorphous carbon films. The nanoindentation analysis determined that the hardness varied between 8 and 12GPa. Atomic force microscopy (AFM) evidenced the presence of nanostructures on the surface of the films. Finally, we were able to perform deposition of hydrogenated amorphous carbon and of fluorinated amorphous carbon thin films on stainless steel substrates using a-SiC:N thin films as adhesive layer.

[pt] A busca por materiais que não impactem negativamente o meio ambiente tem sido uma das prioridades de engenheiros que trabalham com materiais de construção. A emissão expressiva de CO2 na produção de cimento contribui para tal preocupação. Dentro deste cenário, soluções com emprego de nanotecnologia vêm chamando a atenção em diversas áreas por proporcionar novas soluções. O principal objetivo da presente tese é associar um material proveniente de uma fonte natural com benefícios provenientes da nanotecnologia a fim de modificar propriedades de pastas de cimento considerando seus aspectos químicos, físicos e mecânicos. A nanocelulose se apresenta como material proveniente de fonte renovável que apresenta propriedades atraentes aos materiais cimentícios, sendo assim uma opção a ser utilizada em conjunto com o cimento. Dentre os diversos tipos disponíveis, a celulose nanofibrilada (CNF) foi elencada para ser investigada neste trabalho. A celulose microcristalina (CMM) foi incluída nas investigações para possibilitar uma comparação direta entre as fibrilas da CNF e as partículas de CMM. O uso desses materiais celulósicos pode ser considerado recente e, com isso, existem ainda lacunas no que tange o entendimento dos seus efeitos em materiais cimentícios. Assim, a viabilidade da CNF e da CMM enquanto reforços em pastas de cimento foi avaliada por meio de ensaios de compressão e flexão. Os possíveis mecanismos responsáveis pelo efeito de ambas CMM e CNF foram estudados por meio de análises químicas e físicas. Por fim, foi realizada a caracterização das pastas reforçadas quanto à retração, total e autógena, e à reologia, nos regimes estático e dinâmico. Por conta dos impactos na trabalhabilidade promovidos pela inclusão de CNF, a mistura delas nas pastas de cimento foi facilitada com a adição de superplastificante, especialmente em porcentagens maiores que 0.050 por cento, em peso. A CMM e a CNF se mostraram eficazes em reforçar as pastas de cimento quanto a esforços de flexão e tração, levando ao aumento das respectivas resistências e módulos. Os resultados obtidos mostraram que a água presente no gel da CNF não está totalmente disponível como água de mistura por conta da morfologia e hidroficilidade das fibrilas. Observada uma certa combinação de porcentagem e fator água-cimento, a inclusão de CNF diminuiu a retração autógena das pastas. A inclusão de 0,040 por cento de NFC levou a resultados semelhantes aos da adição de CMM referente ao aumento da tensão de escoamento e da viscosidade. / [en] The seek for low environmental impact materials has become one of the priorities of construction building materials engineers. One of the reasons is the massive growing contribution of cement production industry in worldwide CO2 emissions. In this scenario, the dissemination of nanotechnology into varied areas is drawing attention for enabling new possibilities. The idea of the present thesis is to associate a material provided from a natural source with the potential benefits of nanotechnology to modify conventional cement pastes regarding their chemical, physical and mechanical aspects. Nanocellulose arises as an alternative that meets an eco-friendly source with remarkably properties expected from nanomaterials. There are different types of nano cellulosic materials that may be tailored to achieve desired compatibilities with varied cementitious materials. In this work, nanofibrillated cellulose (NFC) in the form of gel, and microcrystalline cellulose (MCC) particles were investigated, so a comparison could be traced between them. The use of both NFC and MCC in cementitious materials is recent and there are important gaps regarding their effect. For that reason, the feasibility of MCC and NFC to act as reinforcement on cement pastes was evaluated through compressive and flexural tests. Then, the possible mechanisms behind the effect of MCC and NFC on the microstructure of cement pastes were investigated through distinct chemical and physical analyses. Moreover, the total and autogenous shrinkage were characterized, as well as the dynamic and static rheological behaviors. Due to rheological modifications, the mixture of cement pastes with NFC was facilitated by a superplasticizer, especially for percentages higher than 0.050 percent wt. The MCC and NFC promoted the reinforcement of the cement pastes, regarding flexural and tensile stresses, increasing the composite strength and modulus. It was observed that he water present in the NFC gel is not totally available as mixing water due to the morphology and hydrophilicity of the fibrils. If associating certain levels of inclusions and water ratio, the NFC inclusion led to a decrease in autogenous shrinkage. The addition of 0.040 percent of NFC resulted in similar outcomes to 1.000 percent of MCC regarding their ability to increase yield stress and viscosity.

[pt] A manufatura avançada, mais especificamente a manufatura aditiva, tem sido explorada cada vez mais, desde o surgimento da chamada Indústria 4.0. As técnicas de impressão 3D, incluindo a grande diversidade de tecnologias e de materiais que podem ser utilizados, permitem uma grande gama de aplicações. Com o intuito de explorar mais e aprofundar os estudos ligados a este tema, esta pesquisa investigou as propriedades mecânicas do aço inoxidável PH1, fabricado numa impressora EOS M280 através do processo de sinterização de camadas por laser. Buscou-se explorar as características do material, identificando influências da forma de fabricação e comparando as suas propriedades medidas, com as que são informadas pelo fabricante da impressora e com materiais laminados similares encontrados no mercado. Os ensaios de tração, rugosidade, dureza, impacto, M.E.V. e fadiga foram selecionados considerando a obtenção das propriedades mais relevantes do material para a indústria das peças produzidas pela tecnologia. Os resultados medidos foram comparados com os obtidos pela manufatura tradicional, para que fosse possível analisar a viabilidade e confiabilidade de substituição do método de fabricação. Estes indicam que o material impresso é resistente e pode substituir peças obtidas pela manufatura tradicional, mas deve ser utilizado com algumas considerações pois este sofre grande influência da orientação de impressão. Adicionalmente, foi desenvolvido um roteiro de fabricação digital de peças de reposição, para permitir a fabricação de peças que, juntamente com os ensaios mecânicos realizados, permite a avaliação do caminho a ser seguido dentro da manufatura aditiva para cada peça. / [en] Advanced manufacturing, more specifically additive manufacturing, has been increasingly explored since the emergence of the so-called Industry 4.0. 3D printing techniques, including the great diversity of technologies and materials that can be used, allow a wide range of applications. In order to further explore and deepen the studies related to this topic, this research investigated the mechanical properties of PH1 stainless steel, manufactured in an EOS M280 printer through the laser layer sintering process. The characteristics of the material were explored, identifying influences of the form of manufacture and comparing its measured properties with those reported by the printer manufacturer and with similar laminated materials found on the market. The tensile, roughness, hardness, impact, M.E.V. and fatigue tests were selected considering obtaining the most relevant properties of the material for the industry of the parts produced by the technology. The measured results were compared with those obtained by traditional manufacturing, so that it was possible to analyze the feasibility and reliability of replacing the manufacturing method. These indicate that the printed material is resistant and can replace parts obtained by traditional manufacturing, but it must be used with some considerations as it is greatly influenced by the printing orientation. Additionally, a script for the digital manufacturing of spare parts was developed, to allow the manufacture of parts that, together with the mechanical tests performed, allows the evaluation of the path to be followed within the additive manufacturing for each part.

[pt] A irradiação solar é vista como uma importante fonte de dano aos cabelos, contudo, medir instrumentalmente as consequências da sua interação com os diferentes constituintes da fibra capilar ainda é um desafio. Neste trabalho, investigou-se o potencial da metodologia de flexabrasão em medir as alterações nas propriedades mecânicas de fibras de cabelo decorrentes dos danos estruturais ocasionados pelas radiações solares. Para isto, desenvolveu-se um experimento in-vitro, no qual amostras de cabelo humano, simulando diferentes níveis de sensibilização química (natural, descolorido, colorido e alisado com formaldeído), foram submetidas a diferentes níveis de radiação emitida por uma lâmpada de xenônio. Após análise estatística dos dados obtidos, observou-se que a metodologia de flexabrasão é capaz de captar a influência da radiação solar na resistência mecânica de fibras de cabelo, sobretudo em cabelos naturais a partir de 60 horas de exposição à lâmpada de xenônio, o que equivale aproximadamente a 5 meses de exposição solar na cidade do Rio de Janeiro, para pessoas que ficam diretamente expostas ao sol por cerca de 1,5 h por dia. Desta forma, concluiu-se que a flexabrasão é uma possível metodologia para avaliação do fator de proteção solar oferecido por produtos cosméticos capilares. / [en] Solar radiation is an important source of damage to hair fibers. However, it is still a huge challenge to instrumentally measure the consequences of its interaction with the fibers constituents. In this work, the flexabrasion methodology has been investigated as a potential tool to quantify the alterations on hair mechanical properties due to structural damages caused by solar radiation. For that, an in-vitro experiment has been developed, in which human hair samples, simulating different levels of chemical sensitization (natural, bleached, dyed and straightened with formaldehyde), were submitted to different levels of radiation from a xenon lamp source. Statistical analysis of the data obtained with the methodology showed that it is able to capture the influence of solar radiation on hair mechanical resistance, especially when using natural fibers from 60 hours of exposure onwards, what would be equivalent to around 5 months of real solar exposure at Rio de Janeiro, on people that are directly exposed to the sun during 1,5 h per day. Thus, one can conclude that flexabrasion is a methodology option to evaluate the photo protection efficacy offered by hair care products.

[pt] Projetos estruturais que empregam concretos com resistências mais elevadas, ou seja, maiores que 40 MPa, nomeados Concretos de Alto Desempenho, são cada vez mais freqüentemente utilizados. Sabe-se, entretanto, que as propriedades destes concretos são diferenciadas daquelas dos concretos considerados convencionais, necessitando-se estudos que visem, principalmente, mensurar a realidade dentro dos materiais disponíveis em nosso país. Este trabalho experimental estuda as principais propriedades deste material: resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral, Módulo de Elasticidade e permeabilidade, através da determinação do índice de vazios. Após um estudo sobre métodos de dosagem mais utilizados e empregando-se materiais disponíveis no Rio de Janeiro, foram moldados um total de 230 corpos de prova para resistências características à compressão de 40MPa, 60 MPa, 80 MPa e 100 MPa. Foi realizado um estudo sobre compatibilidade entre superplastificante e aglomerante. Com os dados obtidos experimentalmente, foram relacionados resistências à tração por compressão diametral, módulo de elasticidade e porosidade com resistência à compressão axial. Estes resultados foram comparados com as recomendações das principais normas internacionais e com as propostas de alguns pesquisadores que foram encontradas na literatura. / [en] High Performance Concrete, i.e., those whose compressive strength is higher than 40 Mpa, have been used in a wide range of Civil Engineering applications. Notwithstanding that, it is known that their mechanical and physical properties are different from those of their conventional counterparts. In this dissertation, it is studied mixture proportion methods with good acceptance rate, preparing 230 specimens with materials available in Brazil s state of Rio de Janeiro and that have compressive strength of 40 MPa, 60MPa, 80 MPa and 100 MPa. For each prepared specimen, it is studied its mechanical properties, compressive strength, splitting tensile strength, modulus of elasticity and porosity for the determination of the emptiness ratio. It is also studied the compatibility between superplasticizer and cement materials. It is also performed a comparison between the experimental data and the expressions available in the literature, as well as the relation between the compressive strength, splitting tensile strength, modulus of elasticity and the porosity.

[pt] Um tipo de resina epoxídica (RE) foi modificada com polibutadieno líquido hidroxilado (PBLH) a partir da mistura física de ambos os componentes (EPH) ou a partir da obtenção de copolímeros em bloco da resina epoxídica com PBLH funcionalizado com grupos isocianato (EPI) e carboxila (EPA). Foi realizado um estudo do comportamento mecânico desses sistemas epoxídicos, após a cura com um endurecedor a base de aminas, antes e após envelhecimento. Também foram avaliadas as propriedades adesivas, antes e após envelhecimento, através de ensaios com juntas de topo e juntas sobrepostas simples fabricadas com esses adesivos e com substratos de aço. O estudo do envelhecimento abrangeu absorção de água a temperatura ambiente e envelhecimento térmico. Foi possível concluir que a condição de pós-cura estabelecida em um trabalho anterior não acarretou na densidade máxima de ligações cruzadas dos sistemas e isto afetou o comportamento dos mesmos após os envelhecimentos. Para as condições de cura e pós-cura aplicadas, a água, no período de tempo estudado, acarretou na plastificação dos sistemas, mas não afetou as propriedades adesivas das juntas fabricadas com os adesivos RE, EPA e EPI. Já o tratamento de envelhecimento térmico a 150oC por 7 dias acarretou na queda de algumas propriedades mecânicas, mas teve o efeito distinto de melhorar as propriedades adesivas das juntas fabricadas com EPI, EPH e EPA em relação à carga de ruptura, todavia resultando num aumento da rigidez efetiva dessas juntas. / [en] A kind of epoxy resin was modified with hydroxyl- terminated polybutadiene (HTPB), using a physical blend of both components (EPH) or using a block copolymer of HTPB-RE. The block copolymers were prepared by reacting RE with isocyanate-funcionalized HTPB (EPI) or carboxyl- funcionalized HTPB (EPA). The cure agent was a blend of amines. A study of the mechanical behavior of these systems was carried out, before and after aging. Also the adhesive properties were evaluated, before and after aging, testing bonded joints (both butt and single-lap) manufactured with these adhesives and employing a steel adherent. This ageing study enclosed water absorption, at ambient temperature, and thermal aging. It can be concluded that the condition of post-cure, established in a previous work, did not promote the maximum crosslink density of the systems and this affected the behavior of these systems after aging. Considering the conditions of cure and post-cure and the period of time applied in this work, the water caused the plasticization of the systems, but it did not affect the adhesive properties of the joints manufactured with the adhesives RE, EPA and EPI. Considering the thermal aging treatment at 150oC during 7 days, it caused the decrease of some mechanical properties, but it had the distinct effect to improve the adhesive properties of the joints manufactured with EPI, EPH and EPA regarding the rupture load, however resulting in an increase of the joints stiffness.

[pt] Para o uso do bambu como material de engenharia é necessário realizar uma análise estatística completa das propriedades físicas, mecânicas e mesoestruturais dos colmos. Desde 1979, no Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio foram desenvolvidos, sob a orientação do professor Khosrow Ghavami, vários programas de investigação para o emprego do bambu e fibras vegetais na construção de edificações de baixo custo, substituindo produtos de asbesto cimento e de materiais poluentes e não renováveis . Como parte desta linha de pesquisa, pretende-se continuar os estudos para estabelecer as propriedades dos bambus apropriados para serem utilizados na construção civil. O presente trabalho concentra-se na caracterização da espécie Phyllostachys aurea, tão utilizada no mundo do artesanato e arquitetura pela sua beleza, porem tão pouco estudada no campo de engenharia, para que os resultados obtidos possam contribuir para a valorização desta espécie, incentivando seu uso na construção civil. Esta dissertação tem como objetivos principais: caracterizar as propriedades físicas, mecânicas e mesoestruturais dos colmos inteiros de bambu da espécie Phyllostachys aurea, analisando a influência das imperfeições geométricas iniciais no comportamento à flambagem . A determinação experimental das propriedades mecânicas dos colmos de bambu submetidos a ensaios de tração, cisalhamento e compressão são apresentadas, analisando-se a influência dos tratamentos preservativos na resistência mecânica dos colmos. / [en] The use of bamboo in civil construction requires a thorough analysis of its physical, mechanical and mesostructural properties. For this purpose several investigations have been carried out in the Civil Engineering Department at PUCRio since 1979. Other vegetal fibers have been studied as well for their feasibility to be used as low cost building materials in order to substitute asbestos cement products in addition to non-renewable and polluting materials such as steel and aluminum. This present study is the continuation of the investigation to establish the engineering properties of the bamboo's appropriate for civil construction. This work concentrates on the bamboo species Phyllostachys aurea which is utilized frequently in the interior design and architectural project, and in general in civil construction about which there is very little scientific information in the available national and international literature. The principal objectives of this study were to establish the physical, mechanical and mesostructural characteristics of the whole culms of the bamboo species Phyllostachys aurea and to analyze how its specific geometric imperfections influence the buckling behavior of the culm. The experimental analysis of the bamboo culm, concerning the static tensile, shear and compressive properties is presented as well as the influence of preservative treatments on their performance.

[pt] O objetivo deste estudo foi desenvolver compósitos à base de uma liga de AlSi (Alumix-231) com adição de 5 a 20 vol. por cento de sílica fundida, no intuito de reduzir o coeficiente de expansão térmica (CET), com relação ao da matriz, e manter as propriedades físicas do compósito, tais como densidade e dureza, ao menos no nível da matriz. Os compósitos foram desenvolvidos pela metalurgia do pó, primeiramente, prensados a 700 MPa e depois sinterizados em temperaturas entre 565 e 575 graus C por 90 min (condição T1). Os melhores resultados, em termos de redução da expansão térmica, foram alcançados após a sinterização a 565 graus C. Os compósitos com adição de 15 e 20 vol.por cento de sílica fundida exibiram coeficientes de expansão térmica tão baixos quanto 13,70 e 12,73 x 10(-6) graus C(-1) (entre 25 e 400 graus C), uma redução de 29,9 por cento e 34,8 por cento, respectivamente, em comparação com Alumix231 pura. Além disso, a densidade e a dureza desses compósitos não foram muito afetadas negativamente, pois sofreram apenas uma pequena diminuição, não superior a 6 por cento e 5 por cento, respectivamente. Em seguida, amostras sinterizadas a 565 graus C foram envelhecidas artificialmente a 160 graus C por 8 h (condição T6) e os Compósitos de Matriz Metálica (CMMs) com 15 e 20 vol. por cento de sílica fundida exibiram um aumento da dureza, cerca de 94,12 por cento e 64,71 por cento, respectivamente, em relação às amostras análogas na condição T1. Com relação à expansão térmica, houve redução dos CETs, em comparação com a liga pura envelhecida, de 27 por cento e de 32 por cento, respectivamente. Alumix-231 é uma nova e promissora liga e a sílica fundida, que nunca foi usada antes com o objetivo de reduzir sua expansão térmica, demonstrou ser uma cerâmica com aplicações promissoras como carga em compósitos de matrizes à base de Alumix-231 devido à sua expansão térmica próxima de zero e à sua baixa densidade. Como tal, os resultados obtidos mostraram que os compósitos de Alumix-231/sílica fundida são materiais potencialmente promissores para aplicações automotivas, candidatos a substituírem o ferro fundido (alta densidade, de 7,3 a 7,9 g cm(-3) , e CET de 13 x 10(-6) graus C(-1)). / [en] The goal of this study was to develop composites based on an Al-Si alloy (Alumix-231) with the addition of 5 to 20 vol. percent of fused silica, to reduce the coefficient of thermal expansion (CTE) in comparison to that of the matrix (Alumix-231), keeping the composite light and without impairing its physical properties, such as density and hardness. The composites were developed by powder metallurgy, first pressed at 700 MPa, and then sintered at temperatures between 565 and 575 degrees C for 90 min (T1 condition). The best results, in terms of reduced thermal expansion, were achieved after liquiq-phase sintering at 565 degrees C. Composites with the addition of 15 and 20 vol. percent of fused silica exhibited CTEs, as low as, 13.70 and 12.73 x 10(-6) degrees C(-1) (between 25 and 400 degrees C), a reduction of 29.9 percent and 34.8 percent, respectively, compared to neat Alumix-231. Furthermore, the density and hardness of these composites were not negatively affected, as these properties presented only a small decrease, not exceeding 6 percent and 5 percent, respectively. Then, samples sintered at 565 degrees C were artificially aged at 160 degrees C for 8 h (T6 condition), and MMCs-15 and 20 vol. percent exhibited an increase in hardness of about 94,12, percent and 64,71 percent, compared to T1 samples. Regarding thermal expansion, there was a reduction of CTEs, compared to the aged neat alloy, of 27 percent and 32 percent, respectively. Alumix-231 is a promising new alloy and fused silica, which has never been used before to reduce its thermal expansion, has shown to be a ceramic with promising applications as a filler in Alumix-231-based matrix composites, due to its thermal expansion close to zero. As such, the results obtained showed that Alumix231/fused silica composites are promising materials for automotive applications and new candidates to replace heavy cast iron components.

[pt] O presente estudo busca definir uma relação de mistura estável utilizando aditivos poliméricos à base de álcool polivinílico (PVOH) para controlar a perda de filtrado, antiespumante e dispersante, caracterizando a influência de cada adição na cinética de hidratação, propriedades mecânicas, físicas e reologia da mistura. Além disso, foi caracterizado o comportamento das pastas de cimento em condições de cura que simulam a situação do poço até 6100 m de profundidade, seguindo as recomendações da API, e o comportamento do material nos estados in situ, utilizando pressões confinantes para realizar os ensaios de compressão. Por fim, propôs-se a inclusão de microfibras de álcool polivinílico (PVA) para melhorar o desempenho mecânico das pastas cimentícias, avaliando diferentes tipos de carregamento e definindo os impactos da adição de fibras na viscosidade e tixotropia das misturas. Verificou-se que o uso de PVOH como aditivo de perda de filtrado não influencia na cinética de hidratação para concentrações de até 0,4% em peso de cimento, mas à medida que a quantidade de PVOH é aumentada na mistura, o processo de hidratação da pasta de cimento pode ser modificado por causa do mecanismo de absorção do PVOH. Além disso, novas fases de produtos de hidratação aparecem com o aumento da temperatura e pressão de cura: dellaite, hydroxyellestadite e alpha-C2SH. A última fase (alpha-C2SH) está relacionada à perda de capacidade de resistência das amostras curadas a 149°C, simulando o caso do poço de petróleo de 6100 m de profundidade. Para os ensaios triaxiais, a pressão de confinamento conferiu às amostras um comportamento diferente do caso uniaxial, implicando em uma considerável melhora da plasticidade no comportamento tensão-deformação. Embora se observe algum reforço por atrito devido a tensões de cisalhamento no plano das fissuras, o efeito mais importante do confinamento é suportar a deformação dúctil, mesmo para o caso da pasta de cimento reforçada com fibra de PVA. Finalmente, o estudo mostrou que as fibras de PVA conferem um leve aumento da viscosidade da pasta de cimento, uma fase plástica prolongada aparentemente sem perda de capacidade de carga em testes triaxiais e uma capacidade aprimorada de absorver energia ao avaliar cargas de tração e cisalhamento. / [en] The present study seeks to define a stable mixing ratio using powder Polyvinyl Alcohol (PVOH) based polymeric additives to control the loss of filtrate, defoamer, and dispersant, characterizing the influence of each addition on hydration kinetics, mechanical and physical properties, and rheology of the mix. The behavior of cement pastes under curing conditions that simulate the wellbore situation up to 6100 m depth was also evaluated, following API recommendations. Moreover, the behavior of the material under in situ states, using confining pressures to perform the compression tests, was characterized. Finally, the inclusion of Polyvinyl Alcohol (PVA) microfibers is proposed to improve the mechanical performance of cement pastes, evaluating different types of loading and defining the impacts of the fiber addition on the viscosity and thixotropy of the mixtures. It was found that the use of PVOH as a fluid loss additive does not influence hydration kinetics for concentrations up to 0.4% by weight of cement, but as the amount of PVOH is increased in the mixture, the hydration process of the cement paste may be modified because of the PVOH absorptive mechanism. Moreover, new hydration products phases appear with increasing curing temperature and pressure: dellaite, hydroxyellestadite, and alpha-C2SH. The last phase (alpha-C2SH) is related to the loss of strength capacity of the samples cured at 149°C, simulating a 6100 m depth wellbore. For the triaxial tests, the confining pressure gave the samples a behavior markedly different from the uniaxial case, implying a considerable improvement in the plasticity of the stress-strain behavior. Although some frictional reinforcement is observed due to shear stresses in the cracks surface, the most important effect of confinement is to withstand ductile deformation, even in the case of PVA fiber-reinforced cement paste. Finally, the study has shown that PVA fibers impart a slight viscosifying effect on the cement slurry, a prolonged plastic phase with apparently no loss of load-carrying capacity in triaxial tests, and an improved ability to absorb energy when evaluating tensile and shear loads.