Konferensi Nasional Teknik Sipil 11 Universitas Tarumanagara, 26-27 Oktober 2017 MEMPERKIRAKAN MUTU BETON MENGGUNAKAN CONCRETE HAMMER TEST, ULTRASONIC PULSE VELOCITY TEST DAN CORE DRILL TEST Widodo Kushartomo 1 dan Priscilla Karla 2 1 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Let. Jend. S. Parman No.1 Jakarta 11440. E-mail : widodo@untar.ac.id 2 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Let. Jend. S. Parman No.1 Jakarta 11440. E-mail : priscilla-karla@live.com ABSTRAK Evaluasi mutu beton pada bagunan yang sudah berdiri diperlukan untuk mengetahui kekuatan struktur yang ada, jika terjadi keraguan pada kekuatan struktur bangunan tersebut. Metode pengujian yang sering digunakan untuk melakukan evaluasi mutu beton dibagi dalam dua kategori yaitu metode merusak dan metode tidak merusak. Metode tidak merusak seringkali memberikan nilai atau hasil yang cukup besar dengan kondisi sebenarnya sehingga tidak dapat memberikan gambaran yang tepat terhadap mutu beton terpasang, sedangkan pengujian merusak lebih menggambarkan kondisi mutu beton yang sebenarnya. Penelitian ini dilakukan untuk memperkirakan mutu beton dengan menggunakan penggabungan hasil metode tidak merusak yaitu concrete hammer test, ultrasonic pulse velocity (UPV) test dan metode merusak core drill test sehingga mendekati mutu beton yang sebenarnya. Penelitian dilakukan terhadap benda uji pelat berusia 60 hari dan silinder berusia 28 hari sebagai pengendalinya. Mutu beton yang dibuat yaitu 25 MPa, 30 MPa, 35 MPa, 40 MPa, dan 45 MPa dengan total benda uji sebanyak 140 buah. Data digabungkan dengan metode statistik bayesian, data core drill test digunakan sebagai data utama sedangkan hammer test dan UPV sebagai data pendamping. Metode bayesian melalukan pembaharuan data melalui penggabungan data rata-rata dan varian hasil pengujian. Melalui penelitian ini, diketahui bahwa penggabungan statistik bayesian memiliki tingkat keakuratan mencapai 95%. Kata kunci: pengujian, merusak, bayesiam, hammer, core drill, UPV. 1. PENDAHULUAN Pada pelaksanaannya di lapangan, mutu beton seringkali tidak sesuai dengan desain awalnya. Mutu beton dalam struktur biasanya diperkirakan dengan menguji spesimen yang telah dibuat bersamaan di laboratorium. Kekurangan yang utama adalah benda uji tidak mewakili beton dalam struktur karena perawatannya dilakukan dalam kondisi yang berbeda (Malhotra, 2004). Selain itu, seiring dengan berjalannya waktu, kualitas suatu beton juga dapat menurun. Menurut Sharma dan Mukherjee (2015), penyebab utamanya adalah banyak bangunan yang menahan beban jauh lebih besar daripada yang direncanakan. Masih banyak hal lain yang menyebabkan penurunan kualitas beton. Seperti akibat termakan usia, paparan bahan kimia seperti sulfat dan klorida, juga masih ada faktor eksternal yang dapat menurunkan kualitas beton. Seperti kebakaran dan getaran akibat gempa. Karena itu, tes mutu beton sebaiknya tidak hanya dilakukan saat beton baru dibuat, tetapi juga harus dilakukan secara berkala. Pada beton yang sudah ada, diperlukan tes-tes khusus untuk mengetahui mutu betonnya. Metode-metode itu antara lain adalah yang bersifat tidak merusak seperti concrete hammer test, ultrasonic pulse velocity test dan yang bersifat merusak seperti core drill test. Metode yang bersifat tidak merusak, seperti concrete hammer test dan ultrasonic pulse velocity testmengukur kekuatan dari beton lama dan memperkirakan kekuatannya dari pengukuran tersebut. Namun, cara pengukuran ini banyak dipengaruhi faktor-faktor lain dari beton itu sendiri, seperti tipe dan ukuran agregat, usia beton, kelembaban udara pada proses perawatan dan desain campuran (Sbartaï dkk, 2012). Metode concrete hammer test, paling sering digunakan untuk mengetahui mutu beton. Karena alat pengukurnya mudah digunakan. Pengukurannya juga tidak merusak dan hanya meninggalkan sedikit bekas. Namun, dalam penggunaan concrete hammer test, pemilihan titik-titik uji perlu diperhatikan. Karena menurut Yamali, akibat dari kesalahan dalam penentuan titik uji dimana titik pada beton yang tertutup selimut/plesteran dan di titik yang lain pada beton yang tidak tertutup selimut/plesterannya, walaupun pada satu sisi, akan mengurangi nilai pembacaan pada alat hammer test 44% pada titik uji. Selain itu, concrete hammer testhanya dapat digunakan untuk mengukur tegangan permukaan dari benda yang diuji. MTR-1
Metode ultrasonic pulse velocity test, bekerja berdasarkan pengukuran dari kecepatan pulsa yang ditransmisi ke material yang diuji. Dimana hal itu menyebabkan adanya pengaruh dari kepadatan benda tersebut. Karena itu,ultrasonic pulse velocity test baik digunakan untuk melihat keseragaman kualitas beton. Dan juga mendeteksi keretakan yang terjadi di dalam beton. Dengan metode ini, beton yang diuji dapat dievaluasi secara keseluruhan hingga ke dalam beton. Namun, kecepatan pulsa ini dapat dengan mudah terpengaruh dengan adanya kelembaban yang tinggi, permukaan beton yang tidak halus, dimensi yang terlalu besar ataupun hasil yang berbeda karena adanya pengaruh agregat atau tulangan di dalamnya. Pada metode core drill test,dibutuhkan pengeboran untuk pengambilan benda. Beton yang di bor tidak boleh menyentuh tulangan, karena tulangan akan mempengaruhi kuat tekan yang dihasilkan (Felliceti, 2006). Apalagi, pengambilan sampel akan meninggalkan lubang dengan diamater yang cukup besar pada struktur, sehingga dapat menyebabkan keretakan yang membahayakan struktur. Selain itu, hasil yang diperoleh dengan cara ini dipengaruhi oleh diameter inti, dengan rasio tinggi per diameter, teknik dan arah pengeboran, posisi pengecoran, posisi sampel, posisi tulangan, pengambilan sampel, kondisi permukaan sampel dan usia sampel (Teodoru, 2014). Tetapi, metode core drill test dianggap memiliki hasil yang paling akurat karena benda uji diambil langsung dari inti beton dan menggunakan tes kuat tekan. Selain itu, concrete hammer testdan ultrasonic pulse velocity test juga dapat dilakukan pada benda uji hasil pengeborannya, sehingga hasilnya bisa lebih akurat (Sbartaï dkk, 2012).. Ketiga metode diatas, jika hanya digunakan salah satu saja, belum dapat memberikan hasil penelitian yang akurat. Namun sejauh ini belum pernah dilakukan pengujian struktur beton secara komprehensif, sehingga perlu dilakukan penilaian kekuatan struktur melalui serangkaian pengujian, agar didapatkan data yang valid (Setjo, dkk. 2014). Karena itu, diperlukan analisis hubungan antara ketiga metode tersebut dengan pendekatan statistik untuk mendapatkan suatu hasil yang akurat untuk mengetahui mutu beton. Menurut Badan Standarisasi Nasional, untuk memperoleh informasi maksimum, jumlah pengujian harus cukup untuk mengindikasikan variasi dalam beton yang diproduksi dan untuk memperoleh prosedur statistik memadai yang digunakan dalam mengintepretasikan hasil uji. Prosedur statistik merupakan dasar terbaik untuk menentukan potensi kualitas dari kekuatan beton, dan untuk mengekspresikan hasil uji dalam bentuk yang paling mudah digunakan. Metode statistik yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode bayesian. Pada pengolahan data gabungan antara data core drill test dan NDT dengan menggunakan metode Bayesian, data yang ada diasumsikan terdistribusi normal atau distribusi Gaussian. Parameter yang digunakan adalah rata-rata kuat tekan (μ) dan standar deviasi (σ). Kedua parameter dapat dihitung dengan data hasil pengujian yang terbatas. Pada perhitungan kuat tekan dengan metode Bayesian, data yang sudah ada akan diperbaharui dengan data baru yang berasal dari pengujian sampel dari tempat yang sama. Data yang sudah ada sebelumnya, misalnya dari perhitungan desain atau data subjektif lainnya, akan digunakan sebagai data prior. Data prior adalah data yang diambil sebagai data utama, atau data sebelumnya. Data yang dianggap prior haruslah data yang dianggap paling mendekati kenyataannya. Sedangkan untuk data yang sudah diperbaharui (posterior) didapatkan dengan menggabungkan data prior dengan data baru yang didapat dari hasil tes non-destruktif. Varian pada hasil data yang telah diperbarui, akan selalu lebih kecil daripada varian data awal. Rumus dasar dari Bayesian Updating Process ini adalah. Rata-rata (1) Varian (2) (3) MTR-2
(4) Keterangan : μ pr = rata-rata data prior σ 2 pr = varian data prior E (x v) = rata-rata data yang akan digabung σ 2 si = nilai varian gabungan σ 2 o = nilai varian data prior σ 2 Ei = nilai varian data yang akan digabung = nilai varian kalibrasi dari data yang akan digabung σ 2 x v 2. METODE PENELITIAN Metode penelitian yang digunakan yaitu dengan pengujian langsung di laboratorium adalah dengan pembuatan desain campuran berdasarkan metode ACI dengan 7 macam varian, yaitu var 1 = 15 MPa. var 2 = 20 MPa, var. 3 = 25 MPa, var 4 = 30 MPa, var 5 = 35 MPa, var 6 = 40 MPa, dan var 7 = 45 MPa. Sampel untuk setiap variannya dibuat dalam 10 silinder dengan 10 cm dengan tinggi 20 cm dan 1 buah pelat berukuran 60 cm x 60 cm x 15 cm. Perawatan beton pada silinder dilakukan dengan perendaman selama 28 hari, dan untuk pelat dengan menutup benda uji dengan karung basah selama 60 hari. Pengujian pada benda uji silinder dilakukan dengan tes UPV metode langsung dan jarak antar transducer 20 cm dan setelah itu dilakukan tes kuat tekan. Pada benda uji pelat, dilakukan dengan hammer testberdasarkan SNI-03-4430- 1997, tes UPV berdasarkan ASTM C597-02, dan core drill test berdasarkan ASTM C-42 dengan pengeboran di 10 titik pada pelat. Pada hasil pengeboran, dilakukan tes UPV dan tes kuat tekan. Kemudian dari hasil tes UPV pada benda uji silinder dan core, didapatkan grafik korelasi kuat tekan dan kecepatan pulsa. Hasil ketiga metode pengujian, dilakukan penggabungan data dengan metode statistik bayesian, untuk perhitungan, perlu dihitung rata-rata dan varians masing-masing dari ketujuh varian data. 3. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Berdasarkan pengujian ultrasonic pulse velocity test dan tes kuat tekan pada benda uji silinder dan core, maka didapatkan grafik korelasi antara kecepatan pulsa dan kuat tekan yang ditunjukkan pada Gambar 1 dan didapatkan persamaan; Y = 0.0011 X 6.9394 (5) dengan, X = kecepatan pulsa Y = kuat tekan beton Gambar 1. Grafik korelasi kuat tekan dan kecepatan pulsa MTR-3
Dari grafik juga didapatkan R sebesar 0.869 yang menandakan bahwa terdapat hubungan yang kuat antara variabel pada sumbu x dan sumbu y. Dari pengujian terhadap sampel dengan 3 metode pengujian, didapatkan hasil kuat tekan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Hasil tersebut merupakan hasil pengujian terhadap benda uji pelat. Sedangkan untuk kontrol didapatkan dari benda uji silinder. Gambar 2. Grafik hasil pengujian benda uji pelat dan silinder Setelah didapatkan hasil tersebut, langkah selanjutnya adalah melakukan penggabungan data dengan metode bayesian. Penggabungan terdiri dari 4 variasi, yaitu: Hasil core drill test, UPV test dan hammer test. Hasil core drill test dan UPV test. Hasil core drill test dan hammer test. Hasil UPV test dan hammer test. Hasil dari penggabungan data dapat dilihat pada Gambar 3. Gambar 3. Grafik hasil penggabungan data dengan metode bayesian MTR-4
Gambar 4. Persen kesalahan data gabungan terhadap kontrol Hasil dari penggabungan tadi kemudian akan dibandingkan dengan kuat tekan kontrol. Persen kesalahan data gabungan terhadap kontrol dapat dilihat pada Gambar 4. Pada pengolahan data gabungan antara data core drill test dan NDT dengan menggunakan metode Bayesian, data yang ada diasumsikan terdistribusi normal atau distribusi Gaussian. Parameter yang digunakan adalah rata-rata kuat tekan (μ) dan standar deviasi (σ). Kedua parameter dapat dihitung dengan data hasil pengujian yang terbatas. Pada perhitungan kuat tekan dengan metode Bayesian, data yang sudah ada akan diperbaharui dengan data baru yang berasal dari pengujian sampel dari tempat yang sama. Data yang sudah ada sebelumnya, misalnya dari perhitungan desain atau data subjektif lainnya, akan digunakan sebagai data prior. Data yang sudah diperbaharui (posterior) didapatkan dengan menggabungkan data prior dengan data baru yang didapat dari hasil tes NDT. Varian pada hasil data yang telah diperbarui, akan selalu lebih kecil daripada varian data awal. Berdasarkan hasil perbandingan persen kesalahan, didapatkan bahwa semakin tinggi mutu betonnya, maka persen kesalahannya akan semakin kecil. Hal ini menunjukkan bahwa metode penggabungan data Bayesian cenderung lebih sesuai untuk beton dengan mutu yang lebih tinggi (diatas 25 MPa) seperti yang terjadi pada varian 7, persen kesalahan antara data gabungan dan kontrol kurang dari 5%. Selain itu, hasil dari gabungan data sangat dipengaruhi oleh besarnya data yang dianggap sebagai prior. Besarnya nilai varian juga mempengaruhi hasil dari penggabungan data. Semakin besar nilai varian dari data yang akan digabung, juga akan menyebabkanperubahan hasil yang kecil. Namun, apabila varian pada data prior besarnya mendekati varian data yangakan digabung, maka akan menimbulkan perubahan nilai yang cukup signifikan. Dalam penyelesaian dalam penelitian dalam bidang teknik, seringkali digunakan metode prosedur statistik untuk mengevaluasi data. Namun, cara statistika dasar terkadang tidak memberikan hasil yang baik, karena jika data berupa data terbatas, cara statistika dasar tidak dapat digunakan. Cara statistika dasar akan memberikan hasil yang baik apabila ada populasi dengan kondisi yang sama dengan sampel. Dengan metode Bayesian, hal tersebut dapat diatasi. Karena metode ini, menggabungkan data dalam jumlah besar maupun kecil, dengan data yang sudah ada sebelumnya (prior). Data sebelumnya, dapat berupa data subjektif maupun data objektif, sehingga perlu diketahui, cara menentukan data prior. Metode Bayesian yang sering juga disebut Bayesian Updating Process ini memungkinkan seseorang untuk memperbaruhi keyakinannya mengenai sebuah parameter setelah data diperoleh. Untuk mengetahui kekuatan beton pada bangunan yang sudah ada, pada umumnya dilakukan pengambilan sampel dengan core drill dan juga pengujian dengan metode NDT seperti concrete hammer test dan ultrasonic pulse velocity test. Dalam mengetahui kekuatan beton berdasarkan data yang terbatas, juga kadang terdapat data subjektif. Dengan metode BayesianUpdating Process, masalah-masalah tersebut dapat diatasi. Karena metode ini bekerja secara konsisten dan sistematis dalam menggabungkan beberapa data dengan data subjektif, berdasarkan rata-rata dari data yang ada. Metode Bayesian telah digunakan pada banyak aplikasi seperti memperbarui design code pada struktur, mengetahui retakan dan susut pada bahan, mengetahui jumlah optimal pada pengambilan sampel core, dan mengevaluasi informasi untuk desain pondasi. MTR-5
4. KESIMPULAN Setelah melakukan penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa: 1. Pada benda uji yang sama, jika dilakukan pengujian dengan metode yang berbeda, misalnya dengan metode concrete hammer test, core drill test dan tes UPV, akan memberikan hasil yang berbeda-beda. 2. Metode core drill test dianggap paling mendekati dengan keadaan sebenarnya dilapangan karena sampel diambil langsung dan menggunakan tes kuat tekan. 3. Semakin besar mutu betonnya, metode bayesian memberikan hasil yang semakin baik, hal ini ditunjukkan dengan persen kesalahan yang semakin kecil. 4. Persen kesalahan paling kecil terdapat pada mutu beton diatas 29 MPa, dengan persen kesalahan: Penggabungan core drill test dan tes UPV = 3.49 % Penggabungan core drill test dan hammer test = 4.32 % Penggabungan tes UPV dan hammer test= 4.1288 % Penggabungan core drill test, tes UPV, hammer test = 4.23 % 5. Pada metode bayesian, nilai varian gabungan (σ 2 si) sangat berpengaruh pada perhitungan penggabungan data prior dan data baru yang berasal dari hasil pengujian non-destruktif. Jika angka varian gabungannya terlalu besar, maka tidak akan menyebabkan perubahan hasil yang besar. DAFTAR PUSTAKA ASTM C42, (2013). "Standard Test Method Obtaining and Testing Drilled Cores and Sawed Beams of Concrete", Annual Book of ASTM Standard, American Society for Testing and Materials, Philadelphia. ASTM C597-02, (2013). "Standard Test Method for Pulse Velocity Through Concrete", Annual Book of ASTM Standard, American Society for Testing and Materials, Philadelphia. Felliceti, Roberto. (2006). "The drilling resistance test for the assessment of fire damaged concrete", Cement and Concrete Composites, Volume 28, Issue 4, April, Pages 321-329. Malhotra, V. M., & Carino, N. J., (2004). "Handbook on Nondestructive Testing of Concrete, Second Edition". CRC Press. Setjo, R., Widjaja, H., Sudarmadi, dan Supriyanto, D. 26 (2014)."Perkiraan Kekuatan Beton Pasca Gempa dengan Metode Uji Tak Rusak". Prosiding Seminar Penelitian dan Pengelolaan Perangkat Nuklir, September, Yogyakarta. Sbartaï, Zoubir-Mehdi, Breysse, Denys. Author Larget, Mathilde. Balayssac, (2012). "Combining NDT techniques for improved evaluation of concrete properties" Cement and Concrete Composites, Volume 34, Issue 6, Juli, Pages 725-733. Sharma, Shruti., Mukherjee, Abhijit. (2015). "Monitoring freshly poured concrete using ultrasonic waves guided through reinforcing bars", Cement and Concrete Composites,Volume 55, Januari, Pages 337-347. Teodoru, George Dr. (2014). Romanian Developments in Nondestructive Testing of Concrete Constructions. Juli- September, Buletinul AGIR nr. 3, Jerman. MTR-6