EVALUATION OF INTERNAL CONDITION OF MULTILAYERED PIER HEAD CONCRETE: A FINITE ELEMENT-BASED THERMOMECHANICAL ANALYSIS OF CEMENT HYDRATION-INDUCED EFFECTS (Case Study: Toll Road Yogyakarta – Bawen)

Mohammad Ahmad, Dr. Ir. Inggar Septhia Irawati, S.T., M.T.; IPM., Ir. Ali Awaludin, S.T., M.Eng., Ph.D., IPU.,ACPE.

2024 | Tesis | S2 Teknik Sipil

Struktur beton masif merupakan bagian penting dari pembangunan infrastruktur, namun perilaku termo-mekanisnya yang rumit menghadirkan tantangan yang signifikan. Fokus penelitian ini adalah melakukan analisis termo-mekanikal pier head secara komprehensif, dengan menggunakan software ABAQUS. Studi ini disusun dalam tiga tahap untuk memahami variasi suhu selama hidrasi semen dan dampak selanjutnya terhadap ketahanan struktural.

Metodologi ini terdiri dari analisis termal untuk mereplikasi perubahan suhu selama hidrasi semen, divalidasi melalui studi konvergensi mesh dan membandingkan dengan data lapangan. Selain itu, analisis mekanis dilakukan dengan mempertimbangkan sifat beton, perubahan suhu, dan fase konstruksi. Perilaku material nonlinier dan interaksi kontak antar lapisan dilakukan untuk simulasi yang lebih akurat, yang bertujuan untuk mengatasi kompleksitas kondisi nyata.

Hasilnya membuktikan efektivitas penggunaan sistem multilayer untuk mengatur suhu dan meminimalkan retak akibat tekanan termal. Dengan melakukan analisis termal dan mekanis, titik-titik tertentu di dalam pier head ditentukan sebagai lokasi potensial terjadinya retakan internal, yang dibuktikan dengan perbedaan suhu maksimum dan korelasi antara tekanan termal dan kekuatan tarik beton. Penelitian ini memberikan kontribusi berharga terhadap penilaian beton massa, menyoroti zona tekanan kritis, dan memberikan kemampuan prediktif mengenai pembentukan retakan pada lokasi dan waktu tertentu.

Massive concrete structures are integral to infrastructure development but their intricate thermo-mechanical behavior presents significant challenges. This research focuses on, conducting a comprehensive thermo-mechanical analysis of a pier head, using ABAQUS software. The study is organized into three phases to understand the temperature variations during cement hydration and the subsequent impact on structural integrity.

The methodology incorporates thermal analysis to replicate temperature fluctuations during cement hydration, validated through a mesh convergence study and comparison with field data. Additionally, mechanical analysis is employed, considering concrete properties, temperature changes, and construction phases. Nonlinear material behavior and contact interactions between layers are incorporated for a more accurate simulation, aiming to address the complexities of real conditions.

The results confirm the effectiveness of employing a multilayer system to regulate temperatures and minimize thermal stress-induced cracking. By conducting thermal and mechanical analysis, specific points within the pier head are specified as potential locations for existing internal cracks, as evidenced by the maximum difference in temperature and, the correlation between thermal stresses and concrete tensile strength. This research provides valuable contributions to mass concrete assessment, highlighting critical stress zones, and providing predictive capabilities regarding crack formation within specific temporal and spatial parameters.

Kata Kunci : ABAQUS, Mass Concrete, Finite Element Analysis, Thermo-Mechanical Analysis, Cement Hydration Effect.