Dyah Sulistyani R., dkk.
ISSN 0216 - 3128
51
PENDETEKSIAN KEDALAMAN RETAK BETON MENGGUNAKAN METODE ULTRASONIK Dyah Sulistyani R*, Sumaryanto** *) Pusat Teknologi Limbah Radioaktif, BATAN, E-mail :
[email protected] **) B2TKS, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi
ABSTRAK PENDETEKSIAN KEDALAMAN RETAK BETON MENGGUNAKAN METODE ULTRASONIK. Kanal Hubung Instalasi Penyimpanan Sementara Bahan Bakar Bekas (KH- IPSB3) berfungsi untuk menerima dan menyimpan bahan bakar bekas dan bahan teriradiasi yang lain. Kanal hubung ini berfungsi sebagai jalur untuk memindahkan elemen bakar bekas dari PRSG dan bahan teriradiasi lain yang berasal dari IPR dan RMI. Diindikasikan ada rembesan air di ruang purifikasi yang bersebelahan dengan kanal hubung, yang kemungkinan disebabkan adanya kebocoran di kanal hubung. Pendeteksian kebocoran di kanal hubung sudah dilakukan dengan menggunakan metode Non Destructive Test (NDT), yaitu metode penetran cair. Selain itu beton yang membatasi antara kanal hubung dan ruang purifikasi perlu juga dideteksi keretakannya. Dalam kegiatan ini dilakukan pendeteksian kedalaman retak beton menggunakan metode ultrasonik dengan menggunakan alat Pundit. Prinsip dari teknik ini adalah pengukuran berkurangnya intensitas gelombang bunyi yang ditransmisikan. Pengukuran intensitas ini ditunjukkan oleh intensitimeter. Pengambilan titik sampel pengukuran berdasarkan pola rembesan air pada dinding beton, terbagi menjadi 3 area. Pada area 1 hasil pendeteksian menunjukkan bahwa kedalaman retak beton terukur dari kedalaman 80 mm sampai dengan 299 mm. Area 2 kedalaman retak beton terukur dari kedalaman 92 mm sampai dengan 98 mm. Pada area 3 kedalaman retak beton terukur dari kedalaman 58 mm sampai dengan 63 mm. Dari hasil pendeteksian terlihat bahwa keretakan beton sangat bervariasi tergantung dari kelemahan struktur beton tersebut, karena sifat air selalu mencari celah/jalan untuk bisa mengalir. Penurunan kualitas beton pada bangunan sangat dipengaruhi oleh beban, iklim, cuaca dan lingkungan. Kata kunci : retak beton, uji tak merusak, ultrasonik
ABSTRACT DETECTION OF DEPTH CONCRETE CRACK USING ULTRASONIC METHOD. The main function of Transfer Channel of Interim Storage For Spent Fuel (TC-ISSF) is to receive and store of spent fuels and other irradiated material. The transfer channel, is a channel connected among three installations, that is Radio Metallurgy Installation (IRM), Production of Radioisotop Installation (IPR) and G.A Siwabessy Reactor (PRSG). There was indication that water leakage occurred at section adjacent to the transfer channel. It was assumed that leakage come from the channel. Detection of leakage in transfer channel and pool storage had applied by Non Destructive Test (NDT) method, using liquid penetration method. Detection of depth of concrete crack also detected using pundit ultrasonic method. In area 1, depth of concrete crack shown 80 mm – 299 mm. Area 2, concrete crack detection shown 92 mm – 98 mm. Area 3, concrete crack detection shown 58 mm – 63 mm. This occurrence should be repaired to avoid radiation hazard. From the detection results showed that concrete cracks vary widely depending on the weakness of the concrete structure. Decline in the quality of concrete is influenced by climate, weather and environment. Keyword : concrete crack, non destructive test, ultrasonic
PENDAHULUAN
F
asilitas Kanal Hubung – Instalasi Penyimpanan Bahan Bakar Bekas (KH-IPSB3) dibangun pada tahun 1993 dan dirancang oleh AEA Technology, United Kingdom (UK-AEA). Kanal hubung ini menghubungkan IPSB3 dengan tiga instalasi, yaitu Instalasi Radio Metalurgi (IRM), Instalasi Produksi Radioisotop (IPR) dan Pusat Reaktor Serba Guna (PRSG), yang berfungsi sebagai jalur untuk memindahkan elemen bakar bekas dari PRSG dan bahan teriradiasi lain yang berasal dari IPR dan RMI[1]. Sedangkan fungsi
utama dari IPSB3 adalah untuk menerima dan menyimpan bahan bakar bekas dan bahan teriradiasi yang lain. Denah lokasi kanal hubung dan kolam penyimpanan dapat dilihat pada Gambar 1. Diindikasikan ada rembesan air di ruang purifikasi yang bersebelahan dengan kanal hubung, yang kemungkinan disebabkan adanya kebocoran di kanal hubung, dan sudah dilakukan pendeteksian kebocoran di kanal hubung dan kolam penyimpanan bahan bakar bekas dengan menggunakan metode Non Destructive Test yaitu metode penetran cair. Dari hasil pendeteksian yang dilakukan didapat 109 titik kebocoran pada dinding kanal
Prosiding PPI - PDIPTN 2010 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 20 Juli 2010
52
ISSN 0216 - 3128
hubung dan 236 titik kebocoran pada lantai kanal hubung dengan variasi diameter diskotinuitas/cacat yang berbeda, diameter antara 2-10 mm dan ada 8 titik kebocoran. Indikasi diskotinuitas/cacat terdapat pada las di posisi angkur pada permukaan stainlees steel di kanal hubung. Hal ini disebabkan karena penggerindaan/pengikisan hasil las-lasan yang terlalu dalam[3]. Diskontinuitas / cacat pada kanal hubung ini harus ditanggulangi atau dicegah karena dapat mengakibatkan bahaya radiasi. Selain itu beton yang membatasi antara kanal hubung dan ruang purifikasi perlu juga dideteksi keretakannya. Dalam kegiatan ini dilakukan pendeteksian kedalaman retak beton menggunakan metode ultrasonik dengan menggunakan alat Pundit. Prinsip dari teknik ini adalah pengukuran berkurangnya intensitas gelombang bunyi yang ditransmisikan.
Dyah Sulistyani R., dkk.
kung air bebas mineral. Meskipun beton ini tidak tembus air tapi mempunyai kemungkinan terjadinya kebocoran. Beton ini dikelilingi oleh steel tank (tangki baja) yang merupakan penyangga kedua. Tangki baja dikelilingi oleh beton dan tankage, dan secara struktur berada di bawah level tanah. Kanal hubung menggunakan seismic joints yang didisain untuk mengantisipasi apabila terjadi gempa. Seismic joint didisain berdasarkan konsep multi barrier dari lining primer yang dibuat dari lapisan anti air. Kanal hubung berada di bawah ground level[2]. Kolam bahan bakar bekas terletak di tengah-tengah IPSB3 pada elevasi -6,5 m dan mampu menampung bahan bakar bekas yang dihasilkan dari pengoperasian RSG-GAS selama 25 tahun. Adapun letak dari ruang purifikasi, dimana terjadi perembesan air dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 2. Kolam Penyimpanan Bahan Bakar Bekas KH-IPSB3.[1] Gambar 1. Denah lokasi kanal hubung dan kolam penyimpanan.[1] Kolam penyimpan bahan bakar bekas di fasilitas KH-IPSB3 terletak di tengah-tengah IPSB3 pada ketinggian –6,5 m (basement) dengan ukuran 5m x 14m. Kolam bahan bakar bekas mampu menampung bahan bakar bekas yang dihasilkan dari pengoperasian RSG-GAS selama 25 tahun. Kolam IPSB3, seperti diperlihatkan pada Gambar 2 mempunyai kapasitas penyimpanan elemen bakar atau elemen kendali sebanyak 1458 perangkat. Komponen dari kolam penyimpanan terdiri dari: rak penyimpan bahan bakar bekas, sistem pendingin dan komponen internal lainnya. Semua bahan nuklir yang disimpan di kolam penyimpanan dimasukkan ke dalam rak dari stainless steel yang dapat dipindah-pindahkan dengan ukuran 0,94m x 0,94m. Konstruksi kanal hubung dan kolam penyimpanan di KH-IPSB3 terbuat dari beton bertulang yang sangat kokoh dilengkapi dengan liner bagian dalam terbuat stainlees steel dengan ketebalan 3 mm yang berfungsi sebagai pengung-
Gambar 3. Denah lokasi keretakan beton. Permasalahan yang timbul adalah adanya perembesan air di dinding ruang purifikasi yang mengakibatkan genangan air yang cukup banyak di ruangan tersebut. Hal ini dimungkinkan karena adanya kebocoran pada dinding kanal hubung atau bisa juga dikarenakan penurunan kualitas beton pada bangunan sangat dipengaruhi oleh umur
Prosiding PPI - PDIPTN 2010 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 20 Juli 2010
Dyah Sulistyani R., dkk.
ISSN 0216 - 3128
bangunan, beban, iklim, cuaca dan lingkungan. Kelemahan struktur beton tersebut, akan mengakibatkan air tanah akan masuk melalui poripori dari beton tersebut (gaya kapilaritas) karena sifat air selalu mencari celah/jalan untuk bisa mengalir, sehingga akan mengakibatkan rembesan air pada dinding tersebut. Dalam hal ini maka dilakukan pendeteksian kedalaman retak beton menggunakan metode ultrasonik dengan menggunakan alat Pundit. Diharapkan dengan adanya hasil kedalaman retak dan posisi keretakan beton, maka akan ditentukan metode yang sesuai untuk perbaikan lebih lanjut.
TEORI Metode Ultrasonik Metode ultrasonik menggunakan energi suara berfrekuensi tinggi untuk melakukan pengujian dan pengukuran. Metode ultrasonik merupakan metode yang cukup luas pemakainnya. Metode ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi/ mengevaluasi cacat, pengukuran dimensi, dan mengkarakterisasi material. Sistem Metode ultrasonik umumnya terdiri dari pulser/receiver, transducer dan peralatan display. Pulser/receiver adalah peralatan elektronik yang dapat menghasilkan pulsa listrik tegangan tinggi. Dikendalikan oleh pulser, transducer membangkitkan energi ultrasonik frekuensi tinggi. Energi suara ditransfer dan menjalar melalui material dalam bentuk gelombang. Bila terdapat discontinuitas (seperti crack) sepanjang jalur gelombang, sebagian energi akan dipantulkan kembali dari permukaan cacat. Suatu diskontinuitas akan memantulkan gelombang ultrasonic yang diaplikasikan, sehingga pada alat pencatat gelombang pantul dicatat adanya pulsa dari gelombang pantul yang bukan dari permukaan benda uji. Sinyal gelombang pantul lalu diubah menjadi sinyal listrik oleh transducer dan ditampilkan pada layar. Waktu tempuh sinyal dapat diubah langsung menjadi jarak yang ditempuh sinyal. Dari sinyal, dapat diperoleh informasi mengenai lokasi discontinuitas, ukuran, orientasi dan sifat-sifat lainnya. Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi diatas batas pendengaran manusia. Berdasar pada frekuensinya, bunyi dapat dibedakan [4]: 1. Infrasonic : f < 16 Hz 2. Audible sonic : 16 Hz < f < 20 KHz 3. Ultrasonic : f > 20 KHz 4. Hypersonic : f > 1 GHz Dalam metode ultrasonik, daerah frekuensi yang cocok untuk pengujian/pemeriksaan suatu jenis material adalah sebagai berikut :
53
1. Aluminium, keramik, baja : 2 – 10 MHz 2. Besi tuang : 0,5 – 2 Hz 3. Beton : f < 0,5 MHz Prinsip dari teknik Pundit adalah pengukuran berkurangnya intensitas gelombang bunyi yang ditransmisikan. Pengukuran intensitas ini ditunjukkan oleh intensitimeter. Persamaan yang digunakan untuk menghitung kedalaman retak adalah[4] : X=75{((4(T1)2 –(T2)2)}/{(T2)2-(T1)2)}0,5 (1) dimana X adalah kedalaman retak (mm), T1 dan T2 adalah waktu rambat (µs). Dalam kegiatan ini menggunakan probe ultrasonik yang terdiri dari tranduser piezoelektrik, bahan pendukung, kemasan probe serta matching transformer yang menyebandingkan impedan elektrik tranduser piezoelektrik dan kabel untuk memindahkan energi maksimum dari kabel ke tranduser dan sebaliknya. Probe yang memancarkan gelombang tegak lurus permukaan disebut probe normal. Kebanyakan probe normal memancarkan dan menerima gelombang longitudinal. Probe ultrasonik tersedia dalam beberapa tipe, sesuai dengan teknik pemakainnya, yaitu : 1. Probe kontak Probe ini langsung dikontakkan dengan benda uji. Ada dua macam probe kontak, yaitu probe normal dan probe sudut. 2. Probe rendam Probe tipe ini pada dasarnya sama dengan probe normal, namun harus tahan air karena terendam air pada waktu pemakainnya. Beberapa kelebihan metode ultrasonik adalah sebagai berikut: 1. Sensitif untuk discontinuitas di permukaan dan di bawah permukaan. 2. Kedalaman dari penetrasi untuk deteksi cacat atau pengukuran adalah mengungguli metode NDT lainnya. 3. Hanya dibutuhkan akses satu sisi bila menggunakan teknik pulse-echo. 4. Sangat akurat dalam menentukan posisi reflektor dan estimasi ukuran dan bentuk cacat. 5. Persiapan terhadap obyek hanya minimal. 6. Peralatan elektronik menghasilkan hasil instan. 7. Gambar detil dapat dibuat dengan sistem otomatis. 8. Dapat digunakan untuk mengukur ketebalan, selain dari deteksi cacat. Seperti semua metode NDT lainnya, metode ultrasonik juga memiliki keterbatasan, yaitu: 1. Permukaan benda uji harus dapat mentransmisikan ultrasound. 2. Ketrampilan dan pengetahuan lebih ekstensif daripada beberapa metode lainnya.
Prosiding PPI - PDIPTN 2010 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 20 Juli 2010
ISSN 0216 - 3128
54
3. Umumnya dibutuhkan medium coupling untuk membantu transfer energi suara ke dalam obyek tes. 4. Material-material yang kasar, bentuk tidak normal, sangat kecil, sangat tipis atau tidak homogen akan sulit untuk diinspeksi. 5. Besi kasar dan material berbutiran kasar lainnya sulit untuk diinspeksi akibat transmisi suara yang rendah dan banyaknya noise. 6. Cacat linear yang orientasinya sejajar dengan arah suara mungkin sulit untuk dideteksi.
Dyah Sulistyani R., dkk.
grease. Waktu rambat (µs) dibaca pada peralatan pundit. Demikian seterusnya sampai didapatkan beberapa variasi titik pengukuran. Sistem pendeteksian keretakan beton dapat dilihat pada Gambar 4[6]. Setelah didapatkan titik pengukuran dan waktu rambatnya, kemudian nilai-nilai tersebut dimasukkan kedalam Persamaan (1), sehingga didapat kedalaman retak beton dalam satuan mm.
TATA KERJA Alat dan bahan Peralatan yang digunakan adalah peralatan Ultrasonik PUNDIT. Bahan – bahan yang diperlukan adalah grease untuk menempelkan probe ke benda uji serta kain majun untuk membersihkan debu dan kotoran yang menempel di benda uji.
Metode
Gambar 5. Denah pendeteksian keretakan beton pada ruang purifikasi.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 4. Sistem pendeteksian keretakan beton.[5] Permukaan benda uji harus dibersihkan dahulu dengan menggunakan majun yang bersih.Pengambilan titik ukur didasarkan pada pola bekas rembesan air pada dinding beton dan dibagi menjadi 3 area, seperti terlihat pada Gambar 5. Setelah ditentukan areanya, ditentukan titik pengukuran X1 berdasarkan pola rembesan air pada dinding. Untuk teknik ini digunakan 2 macam probe, yaitu probe yang satu berfungsi sebagai transmitter dan satu lagi berfungsi sebagai receiver. Kedua probe ditempelkan ke benda uji yang sebelumnya diolesi grease. Kemudian waktu rambat (µs) dibaca pada peralatan pundit. Setelah itu ditentukan titik pengukuran X2, Kedua probe ditempelkan ke benda uji yang sebelumnya diolesi
Dari hasil pendeteksian dan perhitungan kedalaman retak beton pada area 1,2, dan 3 dapat dilihat pada Tabel 1, 2 dan 3. Pada Tabel 1, pendeteksian dan perhitungan kedalaman retak beton pada area 1 menunjukkan kedalaman retak beton berkisar antara 78 mm sampai dengan 299 mm. Pada area 2 menunjukkan kedalaman retak beton berkisar antara 92 mm sampai dengan 99 mm. Pada area 3 menunjukkan kedalaman retak beton berkisar antara 55 mm sampai dengan 63 mm. Hasil pendeteksian dan perhitungan kedalaman retak beton dapat dilihat pada Tabel 1. Dari hasil pendeteksian terlihat bahwa keretakan beton sangat bervariasi tergantung dari kelemahan struktur beton tersebut, karena sifat air selalu mencari celah/jalan untuk bisa mengalir. Sejalan dengan bertambahnya umur bangunan, maka kekuatannya pun akan semakin menurun, hal tersebut disebabkan karena adanya kerusakan pada bagaian dari bangunan ataupun penurunan kualitas beton. Penurunan kualitas beton pada bangunan sangat dipengaruhi oleh beban, iklim, cuaca dan lingkungan. Dengan adanya pengaruh tersebut, maka karakteristik beton lambat laun akan mengalami perubahan, jika dibiarkan maka
Prosiding PPI - PDIPTN 2010 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 20 Juli 2010
Dyah Sulistyani R., dkk.
ISSN 0216 - 3128
keretaka ini akan semakin parah. Diharapkan dengan adanya hasil kedalaman retak dan posisi keretakan beton, maka akan ditentukan metode yang sesuai untuk perbaikan lebih lanjut, yaitu dengan teknik crack injection. Tabel 1. Tabel hasil pendeteksian dan perhitungan kedalaman retak beton. Area 1 Jarak Waktu Rambat Kedalaman Titik No Retak (mm) (µs) Ukur (mm) X1 X2 T1 T2 1 1 150 300 137.6 149.3 299 2 2 150 300 68.2 91.3 125 3 3 150 300 57.2 78.8 115 4 4 150 300 84.5 123.4 96 5 5 150 300 45.6 63.8 110 6 6 150 300 68.7 106.4 80 7 7 150 300 40.8 63.8 78 8 8 150 300 46.2 54.6 192 9 9 150 300 45.4 53.7 191 Area 2 No
Titik Ukur
1 2 3 4
1 2 3 4
Jarak (mm) X1 X2 150 300 150 300 150 300 150 300
Waktu Rambat Kedalaman Retak (µs) (mm) T1 T2 41.6 60.2 99 44.8 66.4 92 40.7 60.2 93 67.8 98.6 98
Jarak (mm) X1 X2 150 300 150 300 150 300
Waktu Rambat Kedalaman Retak (µs) (mm) T1 T2 52.7 87.6 63 44.6 76.7 55 63.2 108.3 56
Area 3 No
Titik Ukur
1 2 3
1 2 3
55
KESIMPULAN Dari pendeteksian menunjukkan pada Area 1 bahwa kedalaman retak beton terukur dari kedalaman 78 mm sampai dengan 299 mm. Area 2 kedalaman retak beton terukur dari kedalaman 92 mm sampai dengan 98 mm. Pada area 3 kedalaman retak beton terukur dari kedalaman 55 mm sampai dengan 63 mm. Keretakan beton sangat bervariasi tergantung dari kelemahan struktur beton tersebut, karena sifat air selalu mencari celah/jalan untuk bisa mengalir. Penurunan kualitas beton pada bangunan sangat dipengaruhi oleh beban, iklim, cuaca dan lingkungan. Dengan adanya hasil kedalaman retak dan posisi keretakan beton, maka akan ditentukan metode yang sesuai untuk perbaikan lebih lanjut, yaitu dengan teknik crack injection.
DAFTAR PUSTAKA 1. ANONIM, Laporan Analisis Keselamatan kanal hubung dan Instalasi Penyimpanan sementara Bahan Bakar Bekas, PRSG-BATAN, 2002. 2. ANONIM, Technical Report Series No 240, Guidebook on Spent Fuel storage, Second Edition, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1991. 3. DYAH SULISTYANI R, ”Pendeteksian Kebocoran Kanal Hubung Di Instalasi Penyimpanan sementara Bahan Bakar Bekas Dengan Metode Penetran Cair”, Seminar Nasional Teknologi dan Aplikasi Reaktor Nuklir PRSG, 2008, Jakarta. 4. MUHAMMAD MARGONO, DRS,MSi, NDT – Umum, UPT – LUK, Puspiptek Serpong, 2002. 5. Powered by journal, http://www.ndtfolks.com
Prosiding PPI - PDIPTN 2010 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 20 Juli 2010
