Penggunaan UPV (Ultrasonic Pulse Velocity) dalam Non-Destruktif Tes

Uji UPV (Ultrasonic Pulse Velocity) merupakan salah satu uji non-destruktif struktur bangunan gedung dengan menggunakan gelombang ultrasonik yang mana metode uji ini mencakup penentuan kecepatan rambat gelombang longitudinal melalui beton. (SNI ASTM C597 : 2012)

Pengukuran UPV melalui beton dimulai di Amerika Serikat pada pertengahan 1940-an dan kemudian diadopsi di beberapa tempat sebagai NDT (Non-Destruktif Tes) pada beton.

• Metode UPV pada dasarnya terdiri dari transmisi pulse (rambat gelombang) yang dihasilkan secara mekanis (dalam rentang frekuensi 20-150/dtk) melalui beton dengan bantuan transduser elektro-akustik dan mengukur kecepatan gelombang longitudinal yang dihasilkan oleh pulse yang diterapkan.
• UPV berkorelasi dengan banyak informasi yang diinginkan berkenaan dengan beton, seperti:
  • Modulus elastis, kekuatan dan keseragaman beton
  • Ketebalan lapisan, retak, honeycombing, dan kerusakan beton

Jika metode ini digunakan dengan tepat oleh operator yang berpengalaman, sejumlah besar informasi tentang bagian dalam beton dapat diperoleh dengan jelas. Namun, karena kisaran kecepatan pulse yang terkait dengan kualitas beton praktis relatif kecil (3,5-4,8 km/ dtk), kehati-hatian sangatlah diperlukan, terutama untuk penggunaan UPV saat di lokasi.

Selain itu, karena sifat elastis beton yang mempengaruhi kecepatan pulse, seringkali perlu untuk mempertimbangkan secara rinci hubungan antara modulus elastis dan kuat tekannya ketika menginterpretasikan hasil.

Teori perambatan pulse melalui beton

1. Teori ini mengikuti 3 (tiga) jenis gelombang yang dihasilkan oleh impuls yang diterapkan pada suatu massa, yakni:
   • Gelombang permukaan memiliki perpindahan partikel elips dan paling lambat
   • Geser atau gelombang transversal dengan perpindahan partikel pada sudut kanan ke arah pencapaian (travel) dan lebih cepat dari gelombang permukaan
   • Gelombang longitudinal atau gelombang tekan dengan perpindahan partikel ke arah pencapaian (travel) dan tercepat memberikan informasi yang lebih berguna
2. Transduser elektro-akustik yang digunakan untuk pengukuran UPV pada beton menghasilkan gelombang longitudinal yang sebagaimana disebutkan di atas, adalah yang tercepat dan memberikan informasi yang lebih berguna
3. UPV ditentukan terutama pada sifat elastis material dan ditemukan hampir tidak ditentukan pada geometri
4. Untuk media elastis isotropik infinite, homogen, kecepatan gelombang tekan diberikan sebagai:

Di mana:

V       = kecepatan gelombang tekan (km/s)
E_d      = modulus elastisitas dinamik (kN/mm²)
r        = kepadatan (kg/m³)
v        = rasio poisson dinamik

Peralatan dan penggunaan UPV (Ultrasonic Pulse Velocity)

1. Peralatan UPV digunakan untuk tujuan berikut ini.
   • Menghasilkan pulse secara mekanis
   • Mengirimkan pulse yang dihasilkan melalui beton
   • Menerima dan memperkuat pulse (gelombang), serta mengukur dan menampilkan waktu transit

Tahap sederhana uji UPV (Ultrasonic Pulse Velocity)

1. Atur posisi-posisi yang akan diukur, selanjutnya permukaan komponen beton dibuat rata dengan gerinda
2. Permukaan tersebut diolesi dengan vaselin pada kekentalan tertentu
3. Pasang transducer receiver dan transmitter pada posisi tersebut
4. Ukur travel time dalam detik atau mikrodetik
5. Lakukan pengukuran di tempat lain dan selalu catat jarak antara ke dua transducer dan travel time
6. Buat grafik hubungan transducer spacing dan travel time

Penggunaan hasil uji UPV

Beberapa sifat beton hasil dari penggunaan UJI UPV di antaranya adalah sebagai berikut.

1. Mengukur modulus elastis
2. Kuat Tekan
   • Jenis agregat kasar, bentuk, ukuran, jumlah; jenis pasir; jenis semen; rasio w/c; dan kematangan beton adalah faktor penting yang mempengaruhi korelasi antara kecepatan dan kekuatan denyut nadi
   • Oleh karena itu, diperlukan grafik kalibrasi kekuatan yang berbeda untuk interpretasi yang akurat dari hasil pengujian untuk kekuatan dengan mempertimbangkan efek dari masing-masing faktor di atas
3. Karena hubungan antara kekuatan dan dan kecepatan gelombang itu kecil, maka perlu kehati-hatian dalam penggunaan alat ini untuk melihat kekuatan beton
4. Dapat digunakan untuk melihat tidak homogennya beton sehingga dapat mengindikasikan pula keretakan atau keropos
5. Dapat digunakan untuk memperkirakan kedalaman retak
6. Dapat pula digunakan untuk menentukan ketebalan lapisan/ plat beton

Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil

Adapun faktor-faktor penggunaaan UPV yang mempengaruhi hasil adalah sebagai berikut.

1. Temperatur

Suhu operasi normal (misalnya sekitar 20^oC) tidak secara signifikan mempengaruhi kecepatan pulse. Namun, suhu puncak (di atas 20^oC dan di bawah 0^oC) akan mempengaruhi kecepatan pulse.

Kecepatan yang diukur harus dikoreksi dengan mengalikan dengan faktor yang diperoleh sesuai dengan suhu saat pembacaan.

2. Path Length

Kecuali jika panjang jalur terlalu kecil, kecepatan pulse tidak terpengaruh olehnya. Tanpa pengaruh panjang lintasan, disarankan untuk memilih panjang lintasan minimum 100 mm jika beton dengan agregat memiliki maksimum ukuran 20 mm dan panjang lintasan minimum 150 mm untuk beton dengan agregat maksimum ukuran 40 mm.

Pengurangan 5% dalam kecepatan yang diukur biasanya diamati untuk peningkatan panjang jalur dari sekitar 3 m hingga 6 m. Kecepatan pulse juga dipengaruhi jika panjang jalur terlalu panjang karena pelemahan komponen pulse frekuensi yang lebih tinggi.

4. Kondisi kelembaban

Kecepatan pulse melalui beton basah ditemukan hingga 5% lebih tinggi dari pada beton yang sama dalam kondisi kering (efek kelembaban kurang signifikan untuk beton kekuatan tinggi dibanding beton kekuatan rendah). Namun, kekuatan beton kering ditemukan lebih berpengaruh dari beton yang sama dalam kondisi basah.

Baca juga : Non-Destructive Test Menggunakan Alat Hammer Test

Kelebihan UPV

• Tes UPV (Ultrasonic Pulse Velocity) benar-benar tidak merusak dan dapat dilakukan baik di semua laboratorium maupun di lokasi proyek
• Penggunaan UPV telah ditemukan sebagai metode yang berharga dan dapat diandalkan untuk memeriksa interior dalam beton
• Peralatan uji UPV yang modern menunjukkan hasil yang akurat, cukup murah dan mudah dioperasikan, serta dapat diandalkan, meski banyak kendala di lokasi proyek

Batasan penggunaan UPV

• Operator harus terlatih dengan baik dan mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi pembacaan
• Sangat penting bahwa hasil tes dievaluasi dan ditafsirkan dengan benar oleh insinyur berpengalaman yang akrab dengan uji teknik ini
• Metode UPV hanya memberikan perkiraan tingkat retak dalam beton. Namun, penggunaan untuk mendeteksi cacat dalam beton tidak dapat diandalkan ketika beton basah
• Tes UPV paling tidak dapat diandalkan untuk memperkirakan kekuatan beton karena banyak faktor yang mempengaruhi kalibrasi
• Penerapan uji UPV untuk menentukan kedalaman kerusakan kebakaran terbatas hanya pada bagian yang bebas dari retak karena suhu yang sangat tinggi

Referensi :

SNI ASTM C597 : 2012. Metode uji kecepatan rambat gelombang melalui beton (ASTM C 597 – 02, IDT). Indonesia