BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Metoda non-destructive testing (NDT) pada bidang rekayasa sipil saat ini semakin berkembang seiring dengan semakin majunya teknologi yang diterapkan pada peralatan investigasi (hardware) serta software pendukungnya. Metoda ini merupakan metoda investigasi pada beton bertulang tanpa menyebabkan kerusakan struktural yang signifikan. Dalam pelaksanaannya NDT membutuhkan waktu yang relatif singkat dan biaya yang tidak terlalu mahal. Data yang bisa diperoleh juga cukup banyak dengan tingkat akurasi yang tinggi.
Metoda non-destructive testing diterapkan untuk investigasi struktur beton seperti pada pondasi, jembatan, gedung, pavement, dam dan konstruksi beton lainnya. Data-data yang diperoleh dari metoda NDT memberikan gambaran dan informasi yang sangat bernilai mengenai kondisi dan kerusakan-kerusakan (cacat) yang terdapat pada beton bertulang.
Radar, singkatan dari radio detection and ranging, menggunakan gelombang elektromagnetik yang dipancarkan untuk mendeteksi sebuah objek. Penggunaan awal teknik ini adalah untuk aplikasi militer, namun sekarang telah digunakan secara luas dalam bidang forensik, geologi, penambangan, dan survei arkeologi. Hal ini diikuti dengan berbagai studi untuk mendeteksi lubang pada pavement lapangan terbang, dan yang baru-baru ini dilakukan yaitu menentukan ketebalan beton, menentukan lokasi rongga (void) dan tulangan pada beton. Dalam aplikasi teknik sipil, radar digunakan untuk menyelidiki objek pada kedalaman yang lebih dangkal. Untuk tujuan tersebut, maka alat yang digunakan memancarkan gelombang pendek elektromagnetik. Teknik ini disebut short-pulse radar, impulse radar, atau lebih dikenal dengan ground penetrating radar (GPR).
1
GPR adalah alat investigasi non-destructive testing yang dapat memberikan gambaran bagian bawah permukaan (subsurface) dengan cara memancarkan gelombang pendek elektromagnetik. Jika gelombang tersebut melewati interface antara lapisan-lapisan di bawah permukaan dengan properti dielektrik yang berbeda, sebagian gelombang akan dipantulkan dan sebagian lagi terus melewati interface berikutnya. GPR akan mengevaluasi gelombang elektromagnetik yang dipantulkan tersebut untuk memperoleh gambaran di bawah permukaan. Properti dielektrik yang dimiliki oleh lapisan-lapisan yang berbeda disebut konstanta dielektrik relatif ( ε r ). Bila lapisan-lapisan pada suatu material secara dielektrik homogen, maka pantulan gelombang akan mengindikasikan material tersebut memiliki satu lapisan.
Kecepatan gelombang elektromagnetik yang merambat melalui suatu material (medium) dapat diperoleh melalui hubungan waktu tempuh dua-arah gelombang (gelombang dipancarkan, dipantulkan dan diterima kembali) dan kedalaman lokasi (objek) tertentu. Kecepatan rambat gelombang elektromagnetik ini merupakan fungsi dari konstanta dielektrik relatif, kecepatan cahaya dan permeabilitas magnetik ( μ r ). Hubungan ini dapat digunakan untuk menentukan konstanta dielektrik relatif lapisan yang dilalui.
GPR
mendeteksi
waktu
kedatangan
dan
tingkat
energi
gelombang
elektromagnetik yang dipantulkan. Perambatan gelombang elektromagnetik dipengaruhi oleh perubahan properti dielektrik, perbedaan kondisi dan struktural yang akan menyebabkan perubahan pada signal. Informasi diperoleh dengan mengobservasi waktu kembali, amplitudo, bentuk, dan polaritas signal.
Kondisi beton seperti rongga (void), honeycombing, kelembaban yang tinggi dan kandungan klorida dapat dideteksi dari perubahan konstanta dielektrik dan konduktifitas beton. Penelitian teoritis menunjukkan karakteristik signal radar dipengaruhi oleh perbedaan kelembaban beton (Shaw et al., 1993), dan oleh perbedaan kelembaban dan kandungan klorida di bawah lapisan aspal (Maser dan Roddis, 1990). Penelitian yang dilakukan oleh Bungey dan Millard (1995) telah 2
mempertimbangkan pengaruh bentuk dan ukuran rongga (void) pada beton. Halabe et al. (1993) mengembangkan model teoritis untuk memprediksi properti dielektrik beton sebagai fungsi dari temperatur, porositas, kelembaban (moisture) dan kandungan garam, dan frekuensi radar.
1.2 Maksud Dan Tujuan Pada penelitian ini dilakukan investigasi terhadap spesimen balok beton bertulang menggunakan ground penetrating radar (GPR) dengan frekuensi 400 MHz saat baja tulangan belum mengalami korosi dan saat baja tulangan telah mengalami korosi. Signal-signal (data-data) GPR yang diperoleh akan dianalisis dengan tujuan sebagai berikut: 1. Mengidentifikasi bentuk gelombang yang dipantulkan (reflected waveform) pada baja tulangan yang belum mengalami korosi dan yang telah mengalami korosi. 2. Mengetahui pengaruh klorida pada baja tulangan yang mengalami korosi terhadap bentuk gelombang yang dipantulkan. 3. Mengetahui amplitudo puncak dan waktu tempuh dua arah (two way travel time) pada baja tulangan yang mengalami korosi pada kedalaman dan tingkat korosi yang bervariasi. 4. Memperoleh nilai-nilai konstanta dielektrik relatif beton pada kondisi sebelum dan setelah baja tulangan mengalami korosi.
1.3 Ruang Lingkup Penelitian Investigasi menggunakan GPR dilakukan pada tiga spesimen benda uji yang memiliki dua konfigurasi yang berbeda. Benda-benda uji tersebut adalah: 1. Benda uji dengan konfigurasi berdasarkan Standard Method Test ASTM Designation G 109-92 yang dibuat dengan adukan beton biasa tanpa larutan NaCl. 2. Benda uji dengan konfigurasi berdasarkan Standard Method Test ASTM Designation G 109-92 yang dibuat dengan adukan beton yang tambah larutan NaCl sebesar 2 %.
3
3. Benda uji konfigurasi khusus dengan enam buah baja tulangan pada kedalaman yang bervariasi yang dibuat menggunakan adukan beton biasa tanpa larutan NaCl. Jenis semen yang digunakan pada benda-benda uji ini berbeda, yaitu; semen jenis I atau ordinary portland cement (OPC) untuk benda uji BU1 dan BU2, semen jenis portland pozzolan cement (PPC) untuk benda uji BUK1&2.
Pengumpulan data menggunakan GPR dilakukan secara periodik dimulai saat baja tulangan belum mengalami korosi hingga baja tulangan mengalami korosi pada tingkat terbentuknya karat yang ditandai oleh retak pada beton. Pengkorosian pada baja tulangan dipercepat dengan memberikan arus listrik (DC). Signal-signal GPR yang diperoleh akan diolah dan dianalisis menggunakan software yang kompatibel dengan GPR yang digunakan, yaitu Radan 6.5. Proses filter finite impulse response (FIR) diaplikasikan pada signal-signal tersebut untuk menghilangkan efek gelombang yang tidak diinginkan atau noise.
1.4 Sistematika Penulisan Teori-teori pendukung dan hasil analisa penelitian ini dibuat dalam bentuk laporan penelitian yang dibagi dalam enam bab. Bab-bab tersebut adalah sebagai berikut:
1) BAB I Pada bab ini dijelaskan beberapa hal yang menjadi latar belakang penelitian, maksud dan tujuan penelitian, ruang lingkup penelitian, dan sistematika penulisan laporan penelitian. 2) BAB II Bab ini menjelaskan prinsip korosi pada baja tulangan; dan teori dielektrik material serta properti-properti dielektrik material-material pembentuk beton. 3) BAB III Bab ini menjelaskan prinsip GPR (ground penetrating radar) serta parameterparameter yang dapat digunakan untuk menganalisis signal-signal GPR. Pada bab ini juga dijelaskan beberapa hasil penelitian yang dapat dijadikan acuan untuk memperoleh informasi dari signa-signal GPR. 4
4) BAB IV Pada bab ini dijelaskan benda-benda uji yang dipersiapkan dan digunakan dalam penelitian; dan pelaksanaan penelitian eksperimental yang meliputi investigasi menggunakan GPR, percepatan korosi baja tulangan menggunakan arus listrik DC, dan pengukuran arus korosi pada baja tulangan. 5) BAB V Bab ini menjelaskan proses analisis signal-signal (data-data) GPR yang telah diproleh dan hasil dari analisis tersebut. 6) BAB VI Bab ini berisi kesimpulan penelitian dan saran-saran.
5
