A Novel Alternative To Enhance Durability Performance Of Marine Infrastructure

Komara, Indra (2022) A Novel Alternative To Enhance Durability Performance Of Marine Infrastructure. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 03111860010002-Disertation.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2024. Download (12MB) | Request a copy

Abstract

Durability problem is well-known to be one of the challenges which also can lead to significant deterioration of infrastructure. In marine environment, structures are considerably failure because of corrosion. Corrosion, threaten reinforcement steel duringthe service life of the building, is chemical and electro-chemical reactions which cause metals to lose their metallic properties. This is also the predominant deterioration mechanism of reinforced concrete structure throughout the world. This dissertation presents the work performed under experimental program of flexural RC beam to enhance corrosion resistance in terms of durability criteria. A novel alternative of engineered cementitious composite (ECC) using high calcium fly ash were developed due to the locally availability of this class of fly ash. For analysis fully behaviour under corrosion damaged of RC beam structures, two well-known RC beams, normal concrete (NC) and supplementary cementitious fly ash (SMFA) were considered for investigation. Theinvestigation will be accomplished through the establishment of links between each four work packages (WP), development, assessment, implementation, and validation. All those packages will fundamentally tackle major concrete deterioration problems. This work packages not limited to develop the mixture of a novel ECC, to undertake the key durability and corrosion test, to conduct structural performance of flexural RC beam and to perform computer simulations using finite element methods to corroborate findings. WP1 will relate to determining mechanical and physical properties. In this WP, a novel ECC need to satisfy the required tensile strain which is 1 to 8 % capacity. When the criteria agreed, the various test in WP2 under durability performance were assessed such as, sorptivity, water absorption, rapid chloride penetration, chloride diffusion and accelerated corrosion to identify first category as parameter. As the next WP3, elemental structure of flexural beams was implemented to see the function categoryin marine environments identified both of non-corroded and corroded RC beam. Then, to validate the behaviour, WP4 undertaken using digital image correlation and numerical analysis using ATENA studio. The employed techniques for incorporating durability under corrosion damage for all WP represent a new alternative to improve durability performance. A novel ECC using high calcium fly ash successfully produced ultimate tensile strain 2.3 mm/mm with tensile stress 4.1 MPa, noticeably as a family of ECC. It also presents as a damage-tolerant composite where the typical crack width is limited, demonstrating to not experience crushing at the compression zone. The mass loss due of reinforcement bar due to corrosion exposure was about 2.8% compared to NC with 8.3% and SMFA with 5.2%, showed significant improvement. In general, structural, and material testing, the DIC system and ATENA studio demonstrated in this study displaying quite similar conditions. This comparison according to the load-deflection response, crack pattern and failure mode.
===========================================================================================================================
Masalah daya tahan dikenal sebagai salah satu tantangan yang juga dapat menyebabkan kerusakan infrastruktur yang signifikan. Dalam lingkungan laut, struktur kerap rusak karena korosi. Korosi, merusak baja tulangan selama masa pakai bangunan, adalah reaksi kimia dan elektrokimia yang menyebabkan logam kehilangan sifat logamnya. Ini juga merupakan mekanisme kerusakan utama struktur beton bertulang di seluruh dunia. Disertasi ini menyajikan pekerjaan yang dilakukan di bawah program eksperimental balok lentur beton bertulang untuk meningkatkan ketahanan korosi dalam hal kriteria daya tahan. Sebuah alternatif baru rekayasa semen komposit(ECC) menggunakan fly ash kalsium tinggi dikembangkan, menimbang ketersediaan lokal kelas fly ash ini. Untuk analisis perilaku penuh di bawah kerusakan korosi struktur balok beton bertulang, dua balok beton bertulang yang umum digunakan, beton normal (NC) dan beton dengan bahan semen tambahan (SMFA) dipertimbangkan untuk dianalisa.Investigasi dilakukan melalui pembentukan link antara masing-masing empat paket pekerjaan (WP), pengembangan, penilaian, implementasi, dan validasi. Semua paketpekerjaantersebut pada dasarnya akan mengatasi masalah kerusakan beton akibat faktor durabilitas. Paket pekerjaan ini tidak terbatas pada pengembangan campuran ECC baru, analisa parameter kunci durabilitas, evaluasikinerja struktural balok lentur beton bertulang dan simulasi komputer menggunakan metode elemen hingga untuk menguatkan temuan. WP1 akan berhubungan dengan penentuan sifat mekanik dan fisik. Dalam WP ini, ECC baru perlu memenuhi regangan tarik yang diperlukan yaitu antara1 hingga 8%. Ketika kriteria disetujui, berbagai pengujian di WP2 di bawah kinerja daya tahan dianalisaseperti, sorptivity, penyerapan air, penetrasi klorida yang cepat, difusi klorida dan korosi yang dipercepat untuk mengidentifikasi kategori pertama sebagai parametertinjauan. Berikutnya yaitu WP3, implementasi struktur elemen balok lentur untuk melihat kategori fungsi di lingkungan laut yang diidentifikasi dengan dua model balok, terkorosi dan tidak terkorosi. Kemudian, untuk memvalidasi perilaku, dilakukan WP4 menggunakan korelasi citra digital dan analisis numerik menggunakan ATENAstudio.Teknik yang digunakan untuk menginvestigasidurabilitasakibat pengaruhkorosi untuk semua WP merupakan alternatif baru untuk meningkatkan kinerja daya tahan. ECC baru yang menggunakan fly ash kalsium tinggi berhasil menghasilkan regangan tarik ultimat 2.3 mm/mm dengan tegangan tarik 4,1 MPa, yang dapat dikategorikan sebagai beton ECC. Material ini juga hadir sebagai alternatif material yang memiliki daya tahan terhadap retak di mana lebar retak sangat sedikit, dengan menunjukkan, tidak pecah pada daerah tekan. Kehilangan massa tulangan akibat paparan korosi dengan desainlaju korosi 10% adalah sekitar 2,8% yang lebih kecil jika dibandingkan dengan NC yang memiliki nilai8,3% dan SMFA dengannilai5,2%, menunjukkan peningkatan yang signifikan. Secara umum, pengujian struktural, dan material, sistem DIC dan analisa dengan ATENA studio yang didemonstrasikan dalam penelitian ini menunjukkan kondisi yang cukup mirip. Perbandingan ini sesuai dengan respon beban-defleksi, pola retak dan mode kegagalan.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Additional Information:	RDS 620.136 Kom n-1 2022
Uncontrolled Keywords:	durability, environment impact, corrosion resistance, engineered cementitious composite, high calcium fly ash, reinforced concrete beams, durabilitas, dampak lingkungan, ketahanan terhadap korosi, fly ash dengan kandungan kalsium tinggi, beton bertulang
Subjects:	T Technology > TA Engineering (General). Civil engineering (General) T Technology > TA Engineering (General). Civil engineering (General) > TA444 Reinforced concrete
Divisions:	Faculty of Civil, Planning, and Geo Engineering (CIVPLAN) > Civil Engineering > 22001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Anis Wulandari
Date Deposited:	03 Nov 2022 08:37
Last Modified:	03 Nov 2022 08:37
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/95056

Actions (login required)

View Item