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.