[pt] O presente trabalho tem como objetivo investigar o efeito da adição de fibras dispersas de polipropileno e de curauá na fluência básica a compressão e na retração autógena e por secagem de pastas de cimento nas primeiras idades. O comprimento das fibras de polipropileno e de curauá foi de 12 mm e a fração volumétrica variou de 0,03 a 0,30 por cento da massa do cimento. As pastas de cimento tinham relação água/cimento de 0,44. A retração autógena foi estudada pelo método do tubo corrugado, acompanhando a variação do comprimento desde as primeiras horas. A avaliação da retração por secagem livre se deu por meio da medição da variação de comprimento de primas durante os primeiros dias de idade. Utilizou-se o método do teste do anel para observação do comportamento das pastas sob retração restrita no intuito de se obter a idade de fissuração de cada pasta. A abertura dessas fissuras também foi acompanhada com auxílio de um microscópio. Testes de fluência a compressão foram realizados para determinar a deformação por fluência em idade jovem. Foi observada uma redução significativa da retração autógena nas pastas reforçadas com 0,30 por cento fibras de curauá. A adição de ambas as fibras reduziu ligeiramente a retração por secagem livre, não tendo diferença significativa entre os teores de fibras. Também foi observado atraso no desenvolvimento de fissuras e redução na abertura de fissuras para ambas as fibras independente do teor. As pastas com adição de fibras exibiram, no geral, uma ligeira melhora na deformação por fluência. / [en] The present research aims to investigate the effect of the addition of discrete polypropylene and curauá fibers on the early age autogenous and drying shrinkage and basic creep in compression in cement pastes. The length of the polypropylene and curauá fibers was 12 mm and the volume fraction varied from 0.03 to 0.30 percent of the mass content of cement. The cement pastes had water to cement ratio (w/c) of 0.44. Autogenous shrinkage tests were carried out following the Corrugated Tube Method, monitoring the length changes since casting. The evaluation of free drying shrinkage was given by measuring the length changes during the first days of age. The ring test method was used to determine the age when cracking occurred. The crack opening of the samples was also monitored by a microscope. Compressive creep tests were performed with cylindrical specimens to determine the early age creep strain. A significant reduction of the autogenous shrinkage was observed in the specimens with 0.30 perent of curauá fibers. The addition of both fibers slightly reduced the free drying shrinkage of the specimens and the fiber content did not appear to influence significantly the shrinkage behavior of the specimens. A delay in the development of cracks and a reduction in crack opening for specimens with both fibers were also observed. This behavior was similar for all fiber content. Pastes reinforced with fibers exhibited, overall, a slight improvement in creep strain. The addition of 0.30 percent of polypropylene fibers showed greater improvement in creep strain.

[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] 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] Devido a variações volumétricas do concreto, a compreensão dos mecanismos da retração tornou-se ponto importante para redução de fissuras e, consequentemente, da penetração de agentes agressivos. Apesar do aumento do número de estudos experimentais de retração por secagem e autógena ainda é necessário o desenvolvimento de novos modelos analíticos e numéricos para a predição da retração apoiando assim o projeto de estruturas de concreto. Este estudo propôs um modelo de redes neurais artificiais para a predição da retração por secagem do concreto. Um banco de dados nacionais contendo 689 leituras de retração por secagem em mais de 90 dosagens diferentes de concreto convencional foi construído, de acordo com a NBR 16834. O modelo teve como dados de entrada para a predição da retração o consumo e tipo de cimento, aditivo retardador e plastificante, compensador de retração, relação água/cimento e idade do concreto. O modelo apresentou coeficientes de determinação (R²) para dados de treino e teste acima de 0,998 e 0,906, respectivamente, comprovando que o modelo é uma importante ferramenta para a predição da retração por secagem para tomadas de decisão durante os estudos iniciais na fase de projeto e dosagem do concreto. / [en] Due to volume change effects of concrete, understanding the mechanisms of shrinkage has become an important point for reducing cracks and, consequently, the penetration of deleterious agents into concrete structures. Despite the increase in experimental studies on concrete drying and autogenous shrinkage there is still a need to develop new analytical and numerical methods to predict shrinkage supporting the design of concrete structures. This study proposed an Artificial Neural Network (ANN) model to predict the concrete drying shrinkage. A national database containing 689 experimental shrinkage data records, in more than 90 different mixtures of conventional concrete was constructed, in accordance with NBR 16834. The model had as input data for predicting shrinkage the consumption and type of cement, retarding and plasticizer additive, shrinkage compensator, water/cement ratio and age of concrete. The model presented coefficients of determination(R²) for training and test data above 0,998 and 0,906, proving that the model is an important tool for predicting drying shrinkage for decision making during the initial study in the design phase and concrete mix design.