Thermo-mechanical analysis of mass concrete elements made of rubberized concrete

Abstract

Abstract In this study, mass concrete samples with tire rubber chips (rubberized concrete) were evaluated in order to determine if the addition of rubber particles would enhance cracking strength due to volumetric variations of thermal origin, compared to a reference concrete, without rubber. Samples of the concretes studied were initially tested to characterize their thermal and mechanical properties. The test results were used as parameters for the analysis of the thermo-mechanic behavior of the rubberized concrete by means of a software that determined the thermal and stress response on a bi-dimensional dominion of a structural element of hypothetical geometry, typical of dam construction, applying FEM (finite element method) analysis. The results obtained indicated that, although the maximum temperatures expected are similar for both concretes (reference and rubberized), those containing tire rubber chips are subjected to lower tensile stresses, about half the stress generated in the control concrete. This behavior indicates that the addition of tire rubber chips in concrete is an efficient strategy to minimize the risk of cracking due to thermal stresses.Resumo Neste estudo, foram avaliadas amostras de concreto massa com borracha (concreto emborrachado) para determinar se a adição de partículas de borracha aumentaria a resistência à fissuração devido a variações volumétricas de origem térmica, em comparação com um concreto de referência, sem borracha. Amostras dos concretos estudados foram inicialmente testadas para caracterizar suas propriedades térmicas e mecânicas. Os resultados do teste foram utilizados como parâmetros para a análise do comportamento termo-mecânico do concreto emborrachado por meio de um software que determinou a resposta térmica e de tensões em um domínio bidimensional de um elemento estrutural de geometria hipotética, típico da construção de barragens, aplicando análise FEM (método dos elementos finitos). Os resultados obtidos indicaram que, embora as temperaturas máximas esperadas sejam similares para ambos os concretos (referência e emborrachado), aqueles contendo partículas de borracha são submetidos a menores esforços de tração, cerca de metade da tensão gerada no concreto de controle. Esse comportamento indica que a adição de partículas de borracha de pneus no concreto é uma estratégia eficiente para minimizar o risco de fissuração devido a tensões térmicas.