BAB V
ANALISIS SIGNAL-SIGNAL GPR
5.1Nilai Konstanta Dielektrik Relatif Beton Kondisi Normal
Bentuk gelombang yang dipantulkan (reflected waveform) dari benda uji BU1, BU2 dan BUK1&2 pada kondisi normal atau kering diperlihatkan pada Gambar 5.1. Bentuk gelombang ini diambil dari signal-signal GPR pada lintasan 5 untuk benda uji BU1 dan BU2, dan lintasan 3 untuk benda uji BUK1&2. Untuk BUK1&2 diambil bentuk gelombang yang dipantulkan dari baja tulangan dengan kedalaman 50 mm (BUK1&2 d-50). -10000 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 1 2 3 4 5 Waktu tempuh (ns) Amplitudo
BU1 BU2 BUK1&2 d 50
Gambar 5.1 memperlihatkan waktu tempuh dua arah (two way travel time) atau kecepatan rambat gelombang elektromagnetik pada baja tulangan BU1 lebih kecil daripada BU2, dan amplitudo puncak gelombang elektromagnetik pada baja tulangan pada BU1 lebih besar daripada BU2. Hal ini disebabkan oleh adanya kandungan garam pada BU2. Klorida yang terdapat di dalam beton menyebabkan beton tidak mudah melepaskan kandungan air yang terdapat di dalamnya sehingga nilai konstanta dielektrik relatif beton menjadi tinggi, baik bagian ril maupun bagian imajiner.
Gambar 5.1 Kurva bentuk gelombang dari BU1, BU2, dan BUK1&2 d 50 pada kondisi normal atau kering
Jika dibandingkan antara BU1 dan BUK1&2 yang tidak mengandung garam dengan BU2 yang mengandung garam, waktu tempuh dua arah gelombang elektromagnetik pada baja tulangan BUK1&2 d-50 merupakan yang paling besar diantara ketiga benda uji ini. Hal ini terjadi karena posisi baja tulangan pada benda uji BUK1&2 yang sebenarnya adalah lebih dalam beberapa milimeter daripada posisi baja tulangan pada BU1 dan BU2.
Waktu tempuh dua arah gelombang elektromagnetik pada permukaan tulangan digunakan untuk menentukan konstanta dielektrik relatif (εr) beton pada setiap benda-benda uji. Kecepatan rambat gelombang elektromagnetik diperoleh menggunakan persamaan (3.7), selanjutnya konstanta dielektrik relatif diperoleh menggunakan persamaan (3.6). Konstanta dielektrik relatif beton juga diperoleh menggunakan software Radan. Nilai-nilai εr beton pada kondisi normal atau kering diperlihatkan pada Tabel 5.1 berikut.
Tabel 5.1 Konstanta Dielektrik Relatif Beton pada Kondisi Normal
Rumus Radan 1.01 0.0950 9.949 9.772 1.06 0.0925 10.515 10.548 1.09 0.0954 9.873 9.772 Konstanta Dielektrik BU1 BU2 BUK1&2 Tulangan d 50
BENDA UJI Waktu (ns) Kecepatan (m/ns)
Pada Tabel 5.1 dapat dilihat bahwa konstanta dielektrik relatif beton antara BU1 yang menggunakan semen jenis OPC dan BUK1&2 yang menggunakan semen jenis PPC adalah hampir sama. Sedangkan konstanta dielektrik relatif beton pada BU2 adalah paling besar akibat adanya kandungan garam.
Meskipun nilai konstanta dielektrik relatif beton pada BU1 dan BUK1&2 hampir sama, namun bagian imajiner konstanta dielektrik relatif beton yang menggunakan semen jenis PPC lebih besar daripada yang menggunakan semen jenis OPC. Ini dapat dilihat pada Gambar 5.1 dimana nilai amplitudo puncak pada baja tulangan BUK1&2 hampir setengah dari nilai amplitudo puncak pada baja tulangan BU1.
5.2Bentuk Gelombang Sesaat Setelah Proses Korosi
Bentuk gelombang yang dipantulkan pada baja tulangan BU1 dan BU2 sesaat setelah proses korosi setiap periode diperlihatkan pada Gambar 5.2 dan Gambar 5.3 secara lengkap. Bentuk gelombang ini diambil dari signal GPR pada lintasan 5. Gambar 5.4 memperlihatkan bentuk gelombang yang dipantulkan baja tulangan BUK1&2 pada kedalaman 50 mm. Bentuk gelombang ini diambil dari signal GPR pada lintasan 3. -12000 -8000 -4000 0 4000 8000 12000 0 1 2 3 4 5 Waktu tempuh (ns) Amplitudo
Sebelum korosi Korosi 1 Korosi 2 Korosi 3 Korosi 4 Korosi 5
-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 0 1 2 3 4 5 Waktu tempuh (ns) Amplitudo
Sebelum korosi Korosi 1 Korosi 2 Korosi 3 Korosi 4 Korosi 5
Gambar 5.2 Kurva bentuk gelombang dari BU1pada lintasan 5 sesaat setelah proses korosi
Gambar 5.3 Kurva bentuk gelombang dari BU2 pada lintasan 5 sesaat setelah proses korosi
-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 0 1 2 3 4 5 Waktu tempuh (ns) Amplitudo
Sebelum korosi Korosi 1 Korosi 2
Korosi 3 Korosi 4 Korosi 5
Amplitudo puncak pertama yang bernilai positif adalah interface antara udara dan permukaan beton, dan amplitudo puncak kedua yang bernilai positif adalah interface antara beton dan permukaan baja tulangan. Pada Gambar 5.2, Gambar 5.3 dan Gambar 5.4 dapat dilihat adanya perubahan waktu tempuh dua arah atau kecepatan rambat gelombang elektromagnetik pada baja tulangan dan jumlah energi gelombang elektromagnetik yang dipantulkan baja tulangan pada setiap periode proses korosi.
5.2.1 Analisis Waktu Tempuh Dua Arah atau Kecepatan Rambat
Perubahan waktu tempuh dua arah pada baja tulangan BU1, BU2 dan BUK1&2 d-50 setiap periode proses korosi diperlihatkan pada Gambar 5.5.
1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 0 1 2 3 4 5 6
Periode proses korosi
Waktu tempuh (ns)
BU1 BU2 BUK1&2 d- 50
Gambar 5.5 Grafik waktu tempuh gelombang EM pada baja tulangan BU1, BU2 dan BUK1&2 d-50 sesaat setelah proses korosi Gambar 5.4 Kurva bentuk gelombang dari BUK1&2 pada lintasan 3
Waktu tempuh dua arah gelombang elektromagnetik pada baja tulangan BU1 mengalami peningkatan pada setiap periode proses korosi. Pola perubahan waktu tempuh ini juga terlihat pada baja tulangan BU2 dan BUK1&2 d-50. Peningkatan waktu tempuh pada BU1 yang signifikan terlihat pada periode proses korosi ke-1 hingga ke-3. Sedangkan pada BU2 perubahan yang signifikan terlihat pada periode proses korosi ke-1 hingga ke-2, dan pada BUK1&2 d-50 terlihat pada periode proses korosi ke-1 hingga ke-4. Peningkatan waktu tempuh dua arah yang signifikan ini disebabkan oleh bagian-bagian baja tulangan yang teroksidasi yang menyebar pada beton di sekitarnya sehingga kecepatan rambat gelombang elektromagnetik menjadi berkurang. Penyebab lain adalah oksida besi yang menyebar tersebut mengalami hidrasi sehingga daerah di sektar baja tulangan menjadi lembab atau mengandung air.
Jika diperhatikan, pada Gambar 5.5 terlihat peningkatan waktu tempuh pada BU2 lebih tinggi daripada BU1 dan BUK1&2 d-50. Hal ini disebabkan oleh kandungan klorida yang terdapat di dalam beton mempercepat proses korosi baja tulangan pada BU2 sehingga oksida besi yang terbentuk lebih banyak pada periode proses korosi yang sama.
Dari pengamatan visual diketahui bahwa beton di sekitar baja tulangan BU1 mengalami retak saat periode pengkorosian ke-2, pada BU2 saat periode proses korosi ke-1, dan pada BUK1&2 d-50 saat periode proses korosi ke-4. Pada Gambar 5.5 dapat dilihat setelah beton mengalami retak, perubahan waktu tempuh dua arah gelombang elektromagnetik pada periode berikutnya tidak lagi signifikan.
5.2.2 Analisis Amplitudo Puncak
Amplitudo puncak energi gelombang elektromagnetik pada baja tulangan BU1, BU2, dan BUK1&2 d-50 diperlihatkan pada Gambar 5.6.
4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 0 1 2 3 4 5 6
Periode proses korosi
Amplitudo
BU1 BU2 BUK1&2 d- 50
Untuk semua benda uji, amplitudo puncak pada periode proses korosi ke-2 jauh lebih kecil daripada amplitudo puncak saat proses korosi belum dimulai (periode proses korosi 0). Hal ini terjadi karena kehadiran air selama proses korosi menyebabkan konduktifitas beton mengalami peningkatan, yang berarti meningkatkan bagian imajiner konstanta dielektrik relatif beton sehingga energi gelombang elektromagnetik mengalami atenuasi.
Pada periode proses korosi berikutnya, nilai amplitudo puncak meningkat secara perlahan. Peningkatan nilai amplitudo puncak ini disebabkan oleh semakin berkurangnya konduktifitas beton selama proses korosi karena beton telah kehilangan integritasnya yang diakibatkan oleh retak dan spalling.
5.3Perbandingan Bentuk Gelombang Sesaat dan Empat Hari Setelah Proses Korosi
Waktu tempuh dua arah gelombang elektromagnetik pada baja tulangan BU1, BU2 dan BUK1&2 d-50 sesaat setelah proses korosi dan empat hari setelah proses korosi diperlihatkan pada Gambar 5.7, Gambar 5.8 dan Gambar 5.9.
Gambar 5.6 Grafik amplitudo puncak gelombang EM pada baja tulangan BU1, BU2 dan BUK1&2 D-50 sesaat setelah proses korosi
1 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.1 1.11 0 1 2 3 4 5 6
Periode proses korosi
Waktu tempuh (ns)
Sesaat setelah korosi 4 hari setelah korosi
1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.1 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 0 1 2 3 4 5 6
Periode proses korosi
Waktu tempuh (ns)
Sesaat setelah korosi 4 hari setelah korosi
1.08 1.1 1.12 1.14 1.16 1.18 1.2 1.22 1.24 1.26 0 1 2 3 4 5 6
Periode proses korosian
Waktu tempuh (ns)
Sesaat setelah korosi 4 hari setelah korosi
Gambar 5.7 Grafik waktu tempuh gelombang EM pada baja tulangan BU1 sesaat setelah proses korosi dan 4 hari setelah proses korosi
Gambar 5.8 Grafik waktu tempuh gelombang EM pada baja tulangan BU2 sesaat setelah proses korosi dan 4 hari setelah prose korosi
Gambar 5.9 Grafik waktu tempuh gelombang EM pada baja tulangan BUK1&2 d-50 sesaat setelah proses korosi dan 4 hari setelah proses
Ketiga gambar di atas memperlihatkan waktu tempuh dua arah gelombang elektromagnetik saat empat hari setelah proses korosi lebih kecil daripada sesaat setelah proses korosi karena beton dalam kondisi kering. Perbedaan nilai waktu tempuh ini terutama disebabkan oleh kandungan air yang masih terdapat di dalam beton sesaat setelah proses korosi dibandingkan saat empat hari setelah proses korosi. Namun waktu tempuh saat empat hari setelah proses korosi juga mengalami peningkatan pada setiap periode. Hal ini menunjukkan adanya bagian-bagian besi yang teroksidasi di sekitar baja tulangan dan menyebabkan bagian-bagian ril konstanta dielektrik relatif beton meningkat.
Amplitudo puncak gelombang elektromagnetik pada baja tulangan BU1 sesaat dan empat hari setelah proses korosi diperlihatkan pada Gambar 5.10. Nilai amplitudo puncak pada saat empat hari setelah proses korosi yang lebih tinggi daripada sesaat setelah proses korosi menunjukkan beton dalam keadaan kering sehingga bagian imajiner konstanta dielektrik relatif beton tidak dipengaruhi oleh air. Sementara itu, nilai amplitudo puncak saat empat hari setelah proses korosi setiap periode korosi, terutama pada periode korosi ke-2 sampai ke-5, lebih tinggi daripada amplitudo puncak saat beton dalam kondisi normal (periode proses korosi 0). Hal ini semakin mempertegas bahwa bagian imajiner konstanta dielektrik relatif beton atau konduktifitas beton mengalami penurunan setelah proses korosi. 8600 8800 9000 9200 9400 9600 9800 10000 10200 10400 0 1 2 3 4 5 6
Periode proses korosi
Amplitudo
Sesaat setelahkorosi 4 hari setelah korosi
Gambar 5.10 Grafik amplitudo puncak gelombang EM pada baja tulangan BU1 sesaat setelah pengkorosian dan 4 hari setelah proses korosi
5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 0 1 2 3 4 5 6
Periode proses korosi
Amplitudo
Sesaat setelah korosi 4 hari setelah korosi
Pada Gambar 5.11 terlihat amplitudo puncak gelombang elektromagnetik pada baja tulangan BU2 saat empat hari setelah proses korosi meningkat secara bertahap pada setiap periode. Hal ini disebabkan oleh kandungan garam sebesar 2 % yang terdapat di dalam beton yang mempengaruhi bagian imajiner konstanta dielektrik relatif beton sehingga atenuasi energi gelombang elektromagnetik masih tinggi dan tidak menyebabkan perubahan amplitudo puncak yang ekstrim. Pada periode proses korosi ke-4 dan ke-5 nilai amplitudo puncak lebih tinggi daripada nilai amplitudo puncak saat beton dalam kondisi normal atau baja tulangan belum mengalami korosi karena konduktifitas beton mengalami penurunan. 4000 4500 5000 5500 6000 0 1 2 3 4 5 6
Periode proses korosi
A
m
pli
tudo
Sesaat setelah korosi 4 hari setelah korosi
Gambar 5.11 Grafik amplitudo puncak gelombang EM pada baja tulangan BU2 sesaat setelah pengkorosian dan 4 hari setelah proses korosi
Gambar 5.12 Grafik amplitudo puncak gelombang EM pada baja tulangan BUK1&2 d-50 sesaat setelah pengkorosian dan 4 hari setelah proses korosi
Gambar 5.12 memperlihatkan amplitudo puncak gelombang elektromagnetik pada baja tulangan BUK1&2 d-50 saat empat hari setelah proses korosi juga meningkat secara bertahap pada setiap periode proses korosi. Hal ini kemungkinan disebabkan beton tidak benar-benar dalam keadaan kering saat empat hari setelah proese korosi, karena selama proses korosi BUK1&2 direndam di dalam air. Kemungkinan lain adalah karena semen jenis PPC memiliki bagian imajiner konstanta dielektrik relatif yang cukup besar dan mempengaruhi atenuasi energi gelombang elektromagnetik.
5.4Analisis Bentuk Gelombang Terhadap Kedalaman Baja Tulangan
Bentuk gelombang yang dipantulkan pada baja-baja tulangan BUK1&2 diperlihatkan pada Gambar 5.13. Bentuk gelombang ini berasal dari signal GPR pada lintasan 3 dan pada tulangan dengan kedalaman 20 mm (BUK1&2 d-25), 50 mm (BUK1&2 d-50), 75 mm (BUK1&2 d-75), dan 100 mm (BUK1&2 d-100). Baja tulangan dengan kedalaman 125 mm dan 150 mm tidak ditampilkan karena bentuk gelombang yang dihasilkan tidak memungkinkan untuk pengidentifikasian baja tulangan.
Gambar 5.13 memperlihatkan waktu tempuh dua arah gelombang elektromagnetik semakin besar dengan semakin dalamnya posisi baja tulangan. Nilai amplitudo puncak pada baja tulangan juga semakin kecil dengan semakin bertambahnya kedalaman baja tulangan. Hal ini berhubungan dengan bagian imajiner konstanta dielektrik relatif yang dimiliki oleh beton, sehingga semakin jauh jarak yang ditempuh oleh gelombang elektromagnetik maka jumlah energi yang mengalami atenuasi juga semakin besar.
-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 0 1 2 3 4 5 Waktu tempuh (ns) Amplitudo d 25mm d 50 mm d 75 mm d 100 mm
Waktu tempuh dua arah gelombang elektromagnetik pada baja-baja tulangan BUK1&2 pada setiap periode proses korosi memperlihatkan pola yang sama dengan BU1, BU2 dan BUK1&2 d-50 yang telah dianalisis sebelumnya. Waktu tempuh dua arah pada baja tulangan mengalami peningkatan pada setiap periode proses korosi akibat bagian-bagian besi yang teroksidasi yang menyebar di sekitar baja tulangan. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 1 2 3 4 5 6 Periode proseskorosi A m pli tudo d-25 d-50 d-75 d-100
Gambar 5.14 memperlihatkan amplitudo puncak gelombang elektromagnetik pada baja-baja tulangan BUK1&2 pada setiap periode korosi. Pada gambar tersebut terlihat amplitudo puncak pada baja tulangan BUK1&2 d-75 dan d-100
Gambar 5.13 Kurva bentuk gelombang dari BUK1&2 pada lintasan 3
Gambar 5.14 Grafik amplitudo puncak gelombang EM pada baja tulangan BUK1&2 sesaat setelah proses korosi
oleh baja tulangan mengalami atenuasi yang disebabkan oleh permukaan baja tulangan yang teroksidasi dan dipengaruhi juga oleh kedalaman baja tulangan. Atenuasi energi gelombang elektromagnetik ini lebih dominan dibandingkan peningkatan energi gelombang elektromagnetik yang disebabkan oleh penurunan konduktifitas beton.
5.5Konstanta Dielektrik Relatif Beton Setelah Proses Korosi
Waktu tempuh dua arah gelombang elektromagnetik pada baja tulangan setiap benda uji mengalami peningkatan pada setiap periode proses korosi. Peningkatan waktu tempuh ini mengindikasikan adanya peningkatan konstanta dielektrik relatif beton selama proses korosi baja tulangan. Konstanta dielektrik relatif beton pada benda uji BU1, BU2, dan BUK1&2 d-50 secara berturut-turut diperlihatkan pada Tabel 5.2, Tabel 5.3, dan Tabel 5.4 berikut.
Tabel 5.2 Konstanta Dielektrik Relatif Beton Pada BU1
Periode Waktu (ns) Kecepatan (m/s) Konst Dielektrik Waktu (ns) Kecepatan (m/s) Konst Dielektrik
0 1.01 0.095 9.949 1.01 0.095 9.949 1 1.05 0.091 10.752 1.01 0.095 9.949 2 1.05 0.091 10.752 1.03 0.093 10.347 3 1.1 0.087 11.801 1.05 0.091 10.752 4 1.1 0.087 11.801 1.05 0.091 10.752 5 1.1 0.087 11.801 1.05 0.091 10.752
Sesaat setelah pengkorosian Empat hari setelah pengkorosian
Tabel 5.3 Konstanta Dielektrik Relatif Beton Pada BU2
Periode Waktu (ns) Kecepatan (m/s) Konst Dielektrik Waktu (ns) Kecepatan (m/s) Konst Dielektrik
0 1.06 0.092 10.515 1.06 0.092 10.515 1 1.1 0.089 11.324 1.09 0.090 11.119 2 1.14 0.086 12.162 1.1 0.089 11.324 3 1.15 0.085 12.377 1.1 0.089 11.324 4 1.14 0.086 12.162 1.1 0.089 11.324 5 1.15 0.085 12.377 1.1 0.089 11.324
Tabel 5.3 Konstanta Dielektrik Relatif Beton Pada BUK1&2 d-50
Periode Waktu (ns) Kecepatan (m/s) Konst Dielektrik Waktu (ns) Kecepatan (m/s) Konst Dielektrik
0 1.09 0.095 9.873 1.09 0.095 9.873 1 1.12 0.093 10.424 1.09 0.095 9.873 2 1.15 0.090 10.990 1.11 0.094 10.239 3 1.18 0.088 11.571 1.15 0.090 10.990 4 1.23 0.085 12.572 1.18 0.088 11.571 5 1.24 0.084 12.777 1.18 0.088 11.571
Sesaat setelah pengkorosian Empat hari setelah pengkorosian
Pada tabel-tabel tersebut dapat dilihat nilai konstanta dielektrik relatif beton semakin besar setelah proses korosi. Peningkatan nilai konstanta dielektrik relatif beton pada BU1 dan BU2 sesaat setelah proses korosi berturut-turut adalah sebesar 18 % dan 17 %, dan saat empat setelah proses korosi berturut-turut adalah 8 % dan 7 %. Pada BUK1&2 d-50, nilai konstanta dielektrik relatif meningkat sebesar 29 % sesaat setelah proses korosi, dan sebesar 17 % saat empat hari setelah proses korosi.
Jika dibandingkan, peningkatan nilai konstanta dielektrik relatif beton pada BUK1&2 lebih besar daripada BU1. Hal ini disebabkan oleh tingkat korosi yang terjadi pada BUK1&2 lebih parah sehingga bagian ril konstanta dielektrik relatif beton meningkat karena banyaknya oksida besi yang terbentuk.
