O desenvolvimento e comercialização de materiais compósitos produzidos a partir de fibras naturais são considerados extremamente importante, uma vez que essas fibras reduzirão a dependência dos materiais produzidos com recursos não renováveis. Dentre essas fibras naturais destaca-se a fibra do curauá, sua utilização na produção de compósitos melhora de forma notável as propriedades do conjunto fibra matriz, logo o presente artigo objetiva estudar as propriedades mecânicas de compósitos reforçados com fibra de curauá, em especial sua resistência à flexão e tenacidade. Para isso foram confeccionadas cinco famílias de argamassas, uma de referência sem utilização da fibra e as outras quatro reforçada com fibra variando o comprimento da fibra e sua fração volumétrica. Verificou-se que a fibra do curauá ao ser adicionada em matriz cimentícia melhora suas propriedades mecânicas comparada a um compósito não reforçado com fibra, sua deformação, resistência à flexão e tenacidade são melhoradas.

The composites material produced from natural fibers development and commercialization are considered extremely important because these fibers will reduce the material produced with non-renewable resources dependence. Among these fibers, there is the Curauá fiber, its use in composites production improves the ensemble matrice fiber properties, then this article aims to study the composites reinforced with Curauá fibers mechanical properties, especially its bending resistance and toughness. For achieve those objectives, it was produced five mortar groups, one for reference, without the fiber utilization, and another four groups with fiber reinforcement varying the fiber length and its volume fraction. It was noted that Curauá fiber, when added to cement matrice, improves its mechanical properties compared to a composite without the fiber reinforcement, its deflection, bending resistance and toughness are improved.

This paper presents a summary of the knowledge on fibres and pulps of non wood tropical plants used as reinforcement in cementitious composites accumulated during the recent years by Guadeloupean and Brazilian teams participating in collaborative work. Vegetable fibres represent a good alternative as non-conventional materials for the construction of ecological and sustainable buildings. The use of such renewable resources contributes to the development of sustainable technologies. The main objective of the paper is to emphasize the use of agricultural wastes in the production of cement based composites. The botanical, chemical, physical, morphological and mechanical properties of fibres from various plants are described. The effects of different treatments on physical, chemical and mechanical properties of fibres are presented. The most effective treatments in influencing the mechanical and physical properties are pyrolysis and alkaline ones, according to the type of plant. The final choice will have to consider fibre availability, and treatment costs.

A busca por materiais alternativos que possam substituir as fibras de amianto, compondo o fibrocimento, tem-se tornado objeto de estudos recorrentes. As fibras vegetais surgem como opção econômica, salubre e ecologicamente adequada. O objetivo desse trabalho foi estudar o comportamento da adição da fibra de curauá em compósitos cimentícios, visando a substituir o amianto. Essa fibra mineral é bastante conhecida pelos danos que provoca à saúde humana, já tendo sido banida em muitos países industrializados. Desde 1979, o Grupo de Pesquisas em Materiais não Convencionais da PUC-Rio tem desenvolvido trabalhos sobre a aplicação das fibras vegetais, disponíveis em abundância no Brasil, na fabricação de componentes para a construção civil, visando, principalmente, à produção de habitação popular. A fibra de curauá é de uso popular, na região conhecida como Baixo-Amazonas, oeste do Estado do Pará, na manufatura de cordas, cestas e tapetes, já existindo os primeiros plantios em escala comercial. Pouco conhecida nas demais regiões do país, a fibra de curauá ainda carece de estudos específicos sobre suas propriedades físicas, químicas e mecânicas, que possibilitem sua aplicação segura em compósitos para a construção civil. Nesse artigo, foi estudado o comportamento em compressão de argamassas reforçadas com fibras de curauá. Buscou-se comparar o desempenho das fibras de curauá e de seus compósitos, com as fibras e compósitos de amianto e de outras fibras vegetais, tais como sisal e juta. Para os compósitos cimentícios com reforços de juta e de sisal, foram obtidos dados através de ensaios realizados no escopo desse trabalho. Os resultados mostraram que a fibra de curauá possui características físicas e mecânicas que a habilitam à aplicação como reforço de matrizes cimentícias, principalmente quando for almejada uma maior ductilidade e uma maior capacidade de resistência após a fissuração da matriz.

In recent years, there has been intense research worldwide for alternative materials to substitute asbestos fiber, a component of asbestos cement, which has been found to be hazardous to human and animal health and has been banned in many countries. Since 1979 the Non-conventional Materials Research Group of PUC-Rio has carried out research on the application of vegetable fibers, available in abundance in Brazil, for the fabrication of construction components, aiming mainly at the fabrication of popular housing. The Curaúa fiber has been studied, as it is already of popular use in the manufacture of ropes, baskets and carpets in the region, known as Baixo Amazonas, in the state of Para, Brazil, where the first plantations have been organized on a commercial scale. In this work, mechanical properties of the Curauá fiber, as well as their application as a cementicious matrix reinforcement, have been studied. The performance of Curauá fiber and its composites was compared with other vegetable fibers, such as sisal and jute, as a substitute for asbestos fiber and its composites. The data on sisal fibres from previous works by the same research group at PUC-Rio was considered for comparison. The behavior of jute fiber, as well as cementicious composites, reinforced with jute and sisal fibers, has also been studied in this work. The results have shown that the Curauá fiber has appropriate physical and mechanical characteristics that make it suitable to be used as reinforcement of cementicious matrixes, with a high ductility and post-cracking resistance capacity.

O objetivo principal dessa pesquisa é a caracterização da carga última e ductilidade de placas enrijecidas com soldas não-contínuas, sujeitas à compressão axial. Para tanto, são realizadas análises numéricas detalhadas nas placas enrijecidas sob compressão axial com três tipos de solda. Para obtenção da resposta elasto-plástica não-linear, as placas são submetidas a carga de compressão até que haja o colapso. As placas enrijecidas selecionadas para análise, nesse estudo, são oriundas de estruturas da plataforma de navios de grande calado e de embarcações de canal de pequeno calado. São considerados três procedimentos diferentes para soldar o enrijecedor à placa, que são: solda contínua, solda intermitente e solda alternada por faixa. É dada uma atenção especial para a modelagem de elementos finitos das soldas. Alguns testes disponíveis, na literatura, foram analisados a partir da aplicação do método de elementos finitos FEM, mostrando a confiabilidade do programa.

Strength and ductility characteristics of non-continuously welded stiffened plates under in plane axial compression are the main focus of this research. A series of detailed numerical analyses of stiffened steel plates subjected to in plane compressive load is performed. Complete equilibrium paths are traced up to collapse for non-linear elastoplastic response of stiffened plates. Stiffened plates are selected from the deck structure of real sea-going ships and inland waterway vessels. Three different stiffener-to-plate welding procedures are considered: continuous, chain intermittent and staggered intermittent fillet welding. Special attention is paid to the finite element modeling of the fillet welds in either of welding practices. Some available tests are simulated applying finite element method.

Este trabalho apresenta os resultados de recentes pesquisas sobre o bambu da espécie Guadua angustifolia, realizadas na Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio), no qual foram determinadas as propriedades físicas, mecânicas e meso-estruturais dos colmos inteiros. O principal objetivo deste estudo é apresentar, aos profissionais, a possibilidade de usarem o bambu como elemento estrutural. Os resultados apresentados permitirão aos engenheiros e arquitetos selecionar, em seus projetos, as dimensões requeridas, como diâmetro, espessura e distância internodal, tensões de flexão, tensões máximas de tração, compressão e cisalhamento. Estão apresentadas a variação da fração volumétrica ao longo da espessura do bambu e suas propriedades mecânicas ao longo do comprimento total do colmo estudado.

This work presents recent research results concerning the bamboo Guadua angustifolia carried out at the Pontificia Universidade Catolica, Rio de Janeiro, in which the physical, mechanical and meso-structural properties of the whole bamboo culms were determined. The main objective of this study is to make it possible for professionals to use bamboo more frequently as a structural element. The obtained results allow the engineers and architects to choose for their projects the required dimensions such as diameter, thickness and internodal distance, bending stresses, maximum tensile, compression and shearing stresses. The changing of the volumetric fraction along the bamboo thickness and their mechanical properties along the total length of the studied bamboo culms are presented.

Este é o segundo dos dois artigos relativos aos resultados experimentais da combinação de matriz cimentícia reforçada com polpa celulósica de bambu. Neste trabalho, são mostrados os resultados da investigação da substituição parcial do cimento por resíduo de fábrica de blocos cerâmicos. O cimento foi substituído em percentagens de 20, 30 e 40% em relação à massa de cimento. Essas combinações foram reforçadas com polpa de bambu refinada. Os procedimentos e programas experimentais foram os mesmos adotados no artigo anterior (Parte 1). Considerando-se os resultados dos ensaios de obtenção das propriedades mecânicas, a substituição de 20% foi a que apresentou melhor performance.

This paper is the second part of a series of two articles concerning the experimental results of newly developed composite with cementations matrix reinforced with bamboo pulp. In this part the results of the investigations concerning the partial substitution of Portland cement by grinded residues from a brick factory are presented. The cement was partially replaced in percentages of 20, 30 and 40% by weight. These composites were reinforced with only refined bamboo pulp. The same procedures described in Part I were adopted and used in the experimental program. Considering the results of the mechanical properties it is verified that 20% of cement replacement presented the best results.

Este trabalho apresenta os resultados experimentais de um estudo em que se procurou desenvolver compósitos de matriz cimentícia reforçada com polpa de bambu. Foram usados dois tipos de polpa: refinada e sem refino. Fez-se variar o teor de fibras de 0 a 16% em massa de cimento e se desenvolveu um processo com sucção, moldagem e prensagem para fabricação dos compósitos. As relações constitutivas dos compósitos foram definidas através de ensaio a compressão e tração de corpos-de-prova cilíndricos de 5x10 cm e do ensaio de flexão em três pontos. A partir delas, foi obtida a capacidade de absorção de energia. Determinaram-se, também, algumas propriedades físicas, como absorção, porosidade aparente, densidade seca e úmida dos compósitos. Os resultados mostraram melhor performance dos compósitos com fibras refinadas em relação àquelas com fibras sem refino e também indicaram que o teor ótimo de fibras refinadas se situou em torno de 8%, quando promoveram notáveis melhoramentos das propriedades mecânicas dos compósitos em relação à matriz plena.

This work presents the experimental results of a study which intended to develop a composite with cementations matrix reinforced with bamboo pulp. Two types of pulps were used: refined and unrefined pulps. The fibre content varied between 0 and 16% cement (weight basis). After the preparation of fresh composite mix the experimental specimens were prepared applying a specially developed process based on Hastshek method using suction then moulding and pressing. The compression, tension and the flexural behavior and their constitutive relations were established using 5 cm diameter by 10 cm high cylindrical specimens and three point bending tests at respectively. The energy absorbing capacity of the new composites was also established. Physical properties such as water absorption, apparent porosity, dry and humid density were also obtained. The results showed a better performance of composites with refined fibres when compared to those with unrefined ones. It was observed that the optimum fibre content was approximately 8% of refined fibre which improved the mechanical properties of the composites.

RESUMO A inclusão de fibras em concretos, argamassas e pastas de cimento melhora propriedades básicas desses materiais tais como a tenacidade na fratura, a resistência à flexão, ao impacto, à choques térmicos e à desagregação. Nos últimos anos tem se observado, em todo o mundo, um grande interesse na aplicação de materiais compósitos, com matrizes a base de cimento, reforçados com fibras vegetais tais como sisal, juta, fibra de coco, fibra de bambu e celulose. Essas fibras têm sido consideradas potencialmente atrativas como reforço de matrizes a base de cimento devido a sua disponibilidade, baixo custo e do baixo consumo de energia gasto na sua produção. No presente artigo, as propriedades gerais dos compósitos são descritas em relação ao volume de fibras, comprimento, resistência e rigidez. O evolução cronológica do uso de fibras de sisal como reforço de matrizes a base de cimento é reportado e dados experimentais são apresentados para ilustrar o comportamento dos compósitos. Uma rápida descrição do uso desses compósitos como elementos de construção é também feita. A influência da presença de fibras de sisal na retração plástica e na resistência à tração, compressão e flexão no estado endurecido de matrizes a base de cimento é discutida. A fluência e a retração por secagem dos compósitos e a durabilidade das fibras vegetais na matriz alcalina são características relevantes e são também discutidas. Os resultados apresentados mostram que os compósitos reforçados com fibras de sisal podem ser usados com segurança na produção de elementos estruturais visando seu emprego nas construções civis e rurais. Esse material pode ser usado, por exemplo, como substituto dos produtos a base de fibras de asbestos os quais podem trazer danos a saúde de seres humanos e animais e que são proibidos, por lei, nos países industrializados. A produção das fibras de sisal, quando comparada com a das fibras sintéticas ou minerais, requer uma quantidade energia muito menor, além dos benefícios ecológicos, sociais e econômicos.

ABSTRACT The inclusion of fibre reinforcement in concrete, mortar and cement paste can enhance many of the engineering properties of the basic materials, such as fracture toughness, flexural strength and resistance to fatigue, impact, thermal shock and spalling. In recent years, a great deal of interest has been created worldwide on the potential applications of natural fibre reinforced, cement based composites. Investigations have been carried out in many countries on various mechanical properties, physical performance and durability of cement based matrices reinforced with naturally occurring fibres including sisal, coconut, jute, bamboo and wood fibres. These fibres have always been considered promising as reinforcement of cement based matrices because of their availability, low cost and low consumption of energy. In this review, the general properties of the composites are described in relation to fibre content, length, strength and stiffness. A chronological development of sisal fibre reinforced, cement based matrices is reported and experimental data are provided to illustrate the performance of sisal fibre reinforced cement composites. A brief description on the use of these composite materials as building products has been included. The influence of sisal fibres on the development of plastic shrinkage in the pre-hardened state, on tensile, compressive and bending strength in the hardened state of mortar mixes is discussed. Creep and drying shrinkage of the composites and the durability of natural fibres in cement based matrices are of particular interest and are also highlighted. The results show that the composites reinforced with sisal fibres are reliable materials to be used in practice for the production of structural elements to be used in rural and civil construction. This material could be a substitute asbestos-cement composite, which is a serious hazard to human and animal health and is prohibited in industrialized countries. The production of sisal fibres as compared with synthetic fibres or even with mineral asbestos fibres needs much less energy in addition to the ecological, social and economical benefits.

RESUMO Esta é a primeira parte de um artigo dividido em duas partes e visa avaliar, analítica e experimentalmente, o comportamento em compressão de argamassas reforçadas com fibras naturais. No presente artigo pretende-se mostrar, de forma experimental, como a adição de fibras de sisal e coco afeta, em várias frações volumétricas e comprimentos, o comportamento tensão-deformação, em compressão, de duas matrizes de argamassa. A influência dessas fibras no processo de fratura das argamassas é também avaliada. O efeito da substituição parcial do cimento Portland (OPC) por micro- sílica e escória de alto forno no comportamento dos compósitos é também discutido. Os resultados indicam que a adição de fibras naturais reduziu a resistência a compressão das matrizes em cerca de 18% a 32% e, de forma desprezível o seu módulo de elasticidade mas, não modificou, de forma significativa, o coeficiente de Poisson. Por outro lado, as fibras confinaram o material retardando a propagação da primeira fissura e aumentando a tenacidade pós-carga de pico do material. Com relação ao processo de fratura da argamassa, os resultados indicam que, até a tensão de ruptura, o efeito da adição de fibras de sisal e coco é similar às características produzidas pelo acréscimo da quantidade de areia na matriz de argamassa. A substituição parcial de OPC por escória e micro-sílica conduziu a misturas com uma resistência a compressão ligeiramente mais alta que a das preparadas apenas com OPC. A substituição do OPC resultou tanto na redução quanto no aumento do módulo de elasticidade, enquanto o coeficiente de Poisson não foi modificado significativamente.

ABSTRACT This is the first part of a two-part paper providing an experimental and analytical evaluation of the influence of natural fibres on the axial compressive behaviour of cement mortar matrices. This paper shows how the addition of sisal and coconut fibres in various volume fractions and lengths affected the compressive stress-strain behaviour of two mortar matrices. The influence of these fibres on the fracture process of mortars in compression is also evaluated. The use of undensified silica fume and blastfurnace slag as partial replacement of ordinary Portland cement (OPC) is also investigated. The results indicate that the addition of natural fibres reduced the compressive strength of the matrix by about 18 to 32, slightly reduced its elastic modulus and did not change significantly the Poisson's ratio. On the other hand, the fibres confined the material thereby delaying the first crack propagation and increasing the post-peak ductility. The results also indicate that the effect of sisal and coconut fibres reinforcement on the fracture behaviour of mortar up to failure stress is similar to the characteristics imparted by the increase in sand content in the mortar matrix. The partial replacement of OPC by slag and silica fume led to mixtures with a compressive strength slightly higher than those made with OPC. The cement replacement resulted in both decrease and increase in the elastic modulus, whereas the Poisson's was not significantly changed.

RESUMO Esta é a segunda parte de um artigo dividido em duas partes que visa avaliar, analítica e experimentalmente, o comportamento em compressão de argamassas reforçadas com fibras naturais. No presente artigo são apresentadas relações analíticas para prever a completa curva tensão-deformação de argamassas reforçadas com fibras naturais, bem como propriedades-chave, tais como a resistência à compressão e o módulo de elasticidade, em função dos parâmetros de reforço das fibras e das propriedades da matriz. Uma relação constitutiva entre o módulo de elasticidade e a resistência a compressão é proposta para os compósitos reforçados com fibras naturais, com base na relação empírica proposta para o concreto simples. A precisão da expressão analítica usada para prever a completa curva tensão-deformação dos compósitos de argamassa reforçada com fibras naturais, foi verificada comparando-se curvas tensão-deformação experimentais com as previstas pelo modelo. Valores do módulo de elasticidade dos compósitos obtidos com base na relação constitutiva proposta foram comparados com os valores experimentais. Os resultados indicaram que tanto a expressão analítica quanto a lei constitutiva apresentaram boa correlação com os dados experimentais.

ABSTRACT This is the second part of a two-part paper providing an experimental and analytical evaluation of the influence of natural fibres on the axial compressive behaviour of cement mortar matrices. This paper presents an analytical relationship to predict the stress-strain curve of the fibre reinforced mortar and other key properties, such as compressive strength and elastic modulus, in terms of the fibre reinforcing parameters and the properties of the matrix. A compressive constitutive relationship between elastic modulus and compressive strength is proposed for the natural fibre reinforced mortar composites. The accuracy of the analytical equation used to predict the stress-strain curves of the natural fibre reinforced mortar composites was verified comparing the experimental stress-strain curves with those predicted by the model. Values of the composite elastic modulus obtained using the proposed compressive constitutive relationship were compared with the experimental values. The results indicated that the analytical expression and the compressive constitutive relationship presented a good correlation with the experimental observations.