NDT (Ujian Tanpa Musnah) dalam Kejuruteraan Awam: Projek Pemeriksaan Keutuhan

Struktur Konkrit

Noor Azreen Masenwat1, Kamal Shah Samsuddin2, Mohamad Pauzi Ismail3

Kumpulan NDT, Bahagian Teknologi Industri,

Agensi Nuklear Malaysia

Bangi, 43000 Kajang, Selangor.

Emel : noorazreen@nuclearmalaysia.gov.my

Abstrak

Konkrit bertetulang sering kali digunakan sebagai material utama bagi pembinaan struktur

kejuruteraan awam kerana sifatnya yang dapat memenuhi ketiga-tiga kriteria kritikal

kejuruteraan iaitu kos, masa dan keselamatan. Cuaca dan persekitaran di Malaysia terutamanya

bagi binaan struktur di tepi laut adalah amat mencabar dan boleh mengganggu ketahanan konkrit

di sepanjang hayatnya. Ketahanan konkrit berkait rapat dengan isu keselamatan dan kertas ini

menerangkan tentang penggunaan NDT bagi pemeriksaan keutuhan struktur konkrit yang

berumur 20 tahun di salah sebuah struktur konkrit di Malaysia. Teknik-teknik yang digunakan

dalam inspeksi ini adalah pemeriksaan secara visual, concrete covermeter, half cell potential,

rebound hammer, ultrasonic instrument, concrete coring, Ujian Karbonasi dan Ujian Klorida.

Teknik-teknik tersebut memberi nilai pengaratan tetulang, kekuatan mampatan konkrit,

kedudukan tetulang, tindakbalas terhadap klorida dan keadaan semasa konkrit bagi membolehkan

analisa dilakukan seterusnya cadangan penyelenggaraannya.

Keywords: NDT konkrit, inspeksi, teknik-teknik

PENGENALAN

Penggunaan konkrit dalam pembinaan struktur untuk menampung beban sudah tidak asing lagi

dalam industri pembinaan. Begitu juga struktur menampung beban bagi industri minyak dan gas,

selain daripada penggunaan besi keluli, konkrit memainkan peranan yang sangat penting

memandangkan sifatnya yang mudah dibentuk dan berkelasakan tinggi. Namun demikian, struktur

konkrit juga tidak dapat lari daripada kerosakan akibat kesan persekitaran, penambahan beban,

pelanggaran, getaran, kepanasan dan lain-lain lagi. Oleh itu, seharusnya keadaan konkrit tersebut

sentiasa dipantau bagi memastikan bahawa ianya berada dalam keadaan baik. Tindakan ini

merupakan tindakan berkala yang mampu menyelamatkan kerugian berjuta ringgit. Kertas ini

membincangkan tentang kerja pemeriksaan struktur konkrit menggunakan kaedah NDT yang telah

dijalankan di salah sebuah struktur konkrit di Malaysia.

Kerja pemeriksaan ini dibahagikan kepada 4 struktur iaitu F4 781, F4 791, M4 762 dan MD 932

seperti Gambarajah 1 di bawah.

F4 781

F4 791

M4 762 MD 932

Gambarajah 1: 4 jenis struktur yang dilakukan pemeriksaan keutuhan

Rujukan daripada Gambarajah 1, dapat dilihat bahawa struktur konkrit tersebut menanggung

beban daripada fasiliti-fasiliti kejuruteraan. Kebanyakan daripada fasiliti tersebut mengeluarkan

wap-wap air, getaran di samping suhu melebihi 70o celsius di mana ia secara tidak langsung

memberi kesan terhadap struktur konkrit itu. Maka tidak hairanlah bahawa kebanyakan struktur

konkrit itu mengalami keretakan dan sudah menampakkan kesan pengaratan tetulang.

Dalam kerja pemeriksaan keutuhan ini, objektif sebenar ialah mengenalpasti samada struktur

konkrit yang telah berumur 20 tahun ini masih mampu untuk menjalankan tugasnya atau tidak.

Selain daripada itu, cadangan pembaikian turut diberikan oleh Jurutera Profesional sebagai

langkah pencegahan. Dalam perkara ini, Unit NDT Nuklear Malaysia ditugaskan untuk

menjalankan pemeriksaan secara visual, menjalankan Ujian Tanpa Musnah dan Ujian Musnah

terhadap struktur tersebut.

Ujian tanpa musnah yang terlibat adalah:

Cover meter Survey

Tujuan menjalankan ujian covermeter ialah untuk mengenalpasti lokasi dan kedalaman

tetulang keluli yang ditanam di dalam konkrit.

In Situ Ultrasonic pulse Velocity Measurement (IUPV)

Tujuan IUPV ialah untuk mengenalpasti kualiti konkrit dengan mengukur kelajuan denyut.

Sekiranya terdapat lompong, honeycombing, keretakan dan pengasingan di dalam konkrit,

maka bacaan kelajuan denyut akan berubah sekaligus menunjukkan kualiti konkrit

tersebut.

Half Cell Potential

Tujuan Half Cell Potential ialah mengesan sebarang pengaratan tetulang keluli yang

ditanam di dalam konkrit tanpa membuang keseluruhan penutup konkrit (concrete cover).

Rebound Hammer

Tujuan Rebound Hammer adalah mengukur kekuatan mampatan konkrit di permukaan.

Manakala, Ujian musnah yang terlibat adalah:

Compression Test

Tujuan ujian musnah mampatan konkrit adalah untuk mengesahkan ujian yang dijalankan

melalui Ujian Tanpa Musnah berkenaan konkrit. Ia juga digunakan sebagai tujuan

perbandingan.

Ujian Karbonasi

Tujuan ujian ini adalah untuk menentukan umur struktur konkrit.

Ujian Klorida

Ujian Klorida digunakan untuk menentukan kehadiran ion klorida di dalam konkrit yang

boleh merosakkan konkrit tersebut.

Bagi pemeriksaan secara visual pula, Unit NDT Nuklear Malaysia ditugaskan untuk meneliti

keretakan di struktur-struktur tersebut manakala penilaian secara pemodelan (modelling)

dilakukan oleh Jurutera Awam.

PROSEDUR KERJA

Penentu ukuran (Calibration)

Kesemua peralatan perlu ditentu ukurkan sebelum dibawa masuk ke tapak. Dalam hal ini,

peralatan yang ditentu ukur adalah seperti berikut:

Cover meter (alat micro covermeter, alat PROFO 4 dan alat PROFO 5)

Instrumen cover meter ini ditentu ukurkan menggunakan satu blok konkrit yang

mempunyai ketebalan konkrit berbeza iaitu pada kedalaman 17mm dan 40mm. Daripada

tentu ukur yang telah dijalankan, di dapati bahawa instrument ini memberi nilai bacaan

yang hampir tepat dengan nilai sebenar dengan nilai pembetulan maksimum ialah 2.

Gambarajah 2 di bawah menunjukkan blok konkrit yang digunakan beserta alat

covermeter. Lampiran 1 menunjukkan laporan tentu ukur Cover meter.

Gambarajah 2: Blok Konkrit dan alat Covermeter

In situ Ultrasonic Pulse Velocity Measurement (alat TICO)

Bagi instrumen ini, tentu ukur perlu dilakukan setiap kali kerja mahu dijalankan iaitu

dengan menjalankan ujian halaju bunyi menerusi satu silinder besi yang diketahui nilai

halaju bunyi sebenarnya yang melaluinya. Gambarajah 3 di bawah menunjukkan silinder

besi yang digunakan beserta alat TICO.

Gambarajah 3: Alat TICO dan silinder tentu ukur

Half Cell Potential (alat CANIN CORROSION ANALYSING INSTRUMENT)

Tentu ukur bagi instrumen ini dilakukan pada satu blok konkrit yang ditanam dengan

tetulang besi. Keadaan blok konkrit tersebut adalah lembab dan bebas daripada klorida,

maka ukuran dibuat berdasarkan nilai tentu ukur bagi keadaan lembab dan bebas klorida.

Gambarajah 4 di bawah menunjukkan blok konkrit yang digunakan dan Lampiran 2

menunjukkan laporan tentu ukur bagi Half Cell Potential.

Rebound Hammer (Schmidt Rebound Hammer)

Tentu ukur bagi Rebound Hammer dilakukan menggunakan satu blok tentu ukur lantunan

yang telah mempunyai nilai lantunan sebenar. Perbandingan dibuat antara nilai diperolehi

dengan nilai sebenar bagi mendapatkan faktor pembetulan. Gambarajah 5 menunjukkan

blok tentu ukur lantunan.

Gambarajah 4: Blok Tentu ukur Konkrit

Gambarajah 5: Blok Tentu Ukur Lantunan

Prosedur

Setelah alatan tersebut ditentu ukurkan, prosedur menjalankan ujian adalah seperti berikut:

Covermeter

Covermeter adalah alat yang menggunakan medan elektomagnatik sebagai faktor rujukan.

Alat ini ditolak di permukaan konkrit sehingga melepasi tetulang keluli (saiz tetulang

diketahui) yang ditanam di dalam konkrit. Medan elektromagnatik terganggu sekaligus

akan memberikan nilai bacaan ketebalan penutup konkrit.

Insitu Ultrasonic Pulse Velocity

Dalam mengukur halaju denyut ultrasonik ini, point probe (50MHz) digunakan di mana

ianya tidak memerlukan sebarang couplant. Halaju bunyi di dalam konkrit akan

dibandingkan dengan Jadual 1.

Jadual 1: Kualiti Konkrit

Halaju Denyut (m/s) Kualiti Konkrit

Melebihi 4500 Sangat baik

3600 - 4500 baik

3000 - 3600 Boleh dipersoalkan

2100 - 3000 Bermutu rendah

Kurang 2100 Sangat bermutu rendah

Half Cell Potential

Ujian ini dilakukan dengan menghakis sebahagian kecil konkrit sehingga menampakkan

tetulang kelulinya. Arus dari tetulang keluli disalirkan ke terminal positif di voltmeter

manakala hujung wayar plumbum di salurkan ke half cell dan hujung satu lagi kepada

terminal negatif voltmeter. Nilai yang diperolehi akan dibandingkan dengan Jadual 2.

Jadual 2: Pengaratan Tetulang

Perbezaan nilai (mV) % pengaratan tetulang

Kurang -500 Tetulang telah karat

-350 hingga -500 95%

-200 hingga -350 50%

Melebihi -350 5%

Rebound Hammer (Schmidt Rebound Hammer)

Rebound Hammer ditekan dengan keadaan 90 darjah ke permukaan konkrit. Kemudian,

bacaan nombor rebound diambil dan dirujuk pada graf untuk mendapatkan anggaran

kekuatan mampatan di permukaan konkrit. Gambarajah 6 menunjukkan rebound hammer

dan graf rujukannya. Ia sebaiknya dilakukan sebanyak 12 kali hentakan dan dapatkan

nombor rebound purata sebelum merujuk kepada graf rujukan.

Gambarajah 6: Graf Rujukan Rebound Hammer

Ujian Karbonasi

Ujian Karbonasi dijalankan dengan menebuk lubang ke dalam konkrit. Kemudian, lubang

tersebut dibersihkan dari segala debu. Semburan bahan kimia phenolphthalin dibuat di

dalam lubang tersebut dan akan memberikan warna unggu. Kedalaman warna unggu

(carbonation depth) yang masuk ke dalam lubang tadi diukur dan di masukkan ke dalam

rumus di bawah untuk pengiraan umur struktur.

Y = {7.2 / R2(4.6x – 1.76)2}C2

where

y ialah umur struktur konkrit,

x ialah nisbah air-simen,

C ialah carbonation depth,

R ialah pemalar (R= αβ) di mana α ialah 1.7 untuk konkrit di ruang dalam (indoor

concrete dan 1.0 untuk konkrit luar (outdoor konkrit). Nilai adalah seperti Jadual 3.

Jadual 3 : Nilai β

Keadaan akhir

persediaan konkrit Konkrit dalam (Indoor) Konkrit Luar (Outdoor)

No layer 1.7 1.0

Plaster 0.79 -

Mortar + plaster 0.41 -

Mortar 0.29 0.28

Mortar + paint 0.15 -

Tiles 0.21 0.07

Paint 0.57 0.8

Ujian Klorida

Sampel debu konkrit perlu diambil dengan cara drilling. Kemudian sampel tadi akan

dicampurkan ke dalam bahan kimia bagi mengukur tahap keasidan. Gambarajah 7

menunjukkan alat yang digunakan untuk Ujian Klorida. Air suling diperlukan setiap kali

ujian dijalankan, ia digunakan untuk membilas elektrod.

Gambarajah 7: Alat Ujian Klorida

KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN

Daripada kerja pemeriksaan keutuhan yang telah dijalankan. Keputusan daripada penilaian

Ujian Tanpa Musnah dibandingkan dengan keputusan daripada Ujian Musnah. Selain itu,

kerosakan seperti keretakan dan pengaratan yang diperolehi daripada pemeriksaan secara visual

juga dikukuhkan dengan Modelling menggunakan perisian. Dalam Kertas Kerja ini, prosedur kerja

bagi struktur MD 932 dijadikan sebagai rujukan.

Struktur MD 932

Pemeriksaan secara visual mendapati bahawa pemecahan (spalling) dan kesan pengaratan pada

permukaan konkrit di struktur MD 932 dilihat paling ketara. Gambarajah 8 menunjukkan

beberapa gambar di MD 932 yang di ambil semasa pemeriksaan secara visual dijalankan.

Kesan Pengaratan Tetulang

Keretakan halus Pemecahan Konkrit

(Spalling)

Gambarajah 8: Pemeriksaan secara visual di MD 932

Oleh yang demikian, pemeriksaan lanjut perlu dilakukan iaitu dengan menjalankan Modelling

terhadap struktur tersebut. Keputusan daripada Modelling mendapati bahawa beban yang

dikenakan kepada struktur adalah lebih berat daripada yang direkabentuk. Ini bermaksud kekuatan

tegangan tetulang keluli yang digunakan adalah tidak mencukupi untuk menangggung beban.

Sepatutnya, tetulang bersaiz 28Y25 digunakan berbanding 30Y16 (diperolehi daripada as-built

drawing). Oleh kerana itu berlakunya keretakan dan pemecahan konkrit di struktur tersebut.

Pemeriksaan lebih lanjut dijalankan dengan melakukan Ujian Tanpa Musnah seperti Gambarajah

9.

Gambarajah 9: Pandangan Pelan dan sisi bagi Struktur MD 932

Keputusan daripada Ujian covermeter mendapati ketebalan penutup konkrit adalah sama apabila

dibuat perbandingan dengan as-built drawing dengan toleransi dalam lingkungan 5mm. Daripada

Ujian Denyut Ultrasonik, didapati bahawa kekuatan mampatan konkrit berada di bawah nilai yang

sepatutnya iaitu 25N/mm2. Ini dilakukan dengan melakukan graf perbandingan melalui Ujian

Musnah iaitu coring. Gambarajah 10 menunjukkan graf perbandingan yang digunakan dengan

anggapan bahawa konkrit dibekalkan oleh pembekal yang sama bagi kesemua struktur. Data

perbandingan ini juga digunakan bagi struktur-struktur lain.

Gambarajah 10: Kekuatan Mampatan Konkrit (daripada sampel coring) melawan Halaju

denyut Ultrasonik.

Ujian Pengaratan Tetulang Keluli dikenalpasti melalui keputusan yang diperolehi dari Ujian

Resistivity dan Ujian Half Cell Potential. Didapati bahawa tetulang keluli di dalam konkrit tersebut

telah mengalami pengaratan terutamanya di bahagian, HC1, HC6, RS2, RS3, RS5 dan RS6. Jika

diteliti, bahagian-bahagian tersebut terletak pada kedudukan yang sama jika dirujuk di

Gambarajah 9. Ini bermaksud bahawa kemasukan air ke dalam konkrit yang membawa kepada

pengaratan adalah lebih tinggi di bahagian tersebut.

Data daripada pihak pemilik struktur menyatakan bahawa usia struktur ini sudah menjangkau 20

tahun. Oleh itu, kedalaman karbonasi (karbonasi maksimum untuk usia struktur 20 tahun boleh

dikira dengan anggapan bahawa nisbah air-simen ialah 0.5) seharusnya tidak melebihi 0.9cm.

Akan tetapi, kedalaman karbonasi yang diperolehi di bahagian CB3 dan CB4 masing-masing ialah

1cm dan 1.2cm iaitu melebihi nilai sepatutnya. Walaupun perbezaannya kecil (0.1cm hingga

0.2cm) tetapi bila dikira tempoh mengikut umur konkrit, didapati bahawa nilai tersebut membawa

kepada umur yang lebih besar (tempoh 4 hingga 15 tahun lebih daripada umur asal konkrit). Ujian

karbonasi ini juga menentukan tahap air telah menembusi permukaan konkrit.

Ujian Klorida turut memberi keputusan yang sama, bahagian CL3 (12% Klorida) dan CL4 (10%

Klorida) menunjukkan kandungan klorida yang tinggi sekaligus mengesahkan tentang keputusan

Ujian Karbonasi.

KESIMPULAN

Keputusan daripada Unit NDT ini dianalisis bersama Jurutera Profesional dalam menentukan

langkah-langkah penyelenggaraan terhadap struktur-struktur tersebut. Walaupun teknik-teknik

NDT dalam kejuruteraan awam terutamanya berkaitan konkrit masih belum meluas digunakan

Malaysia, ia sebenarnya mampu membantu Jurutera dalam menentukan proses pembaikian. Data-

data yang diperolehi juga boleh disimpan sebagai rujukan di masa hadapan. Bagi kerja lapangan

di ini, langkah-langkah penyelenggaraan berikut dikemukakan:

Struktur MD 932

Struktur tidak selamat untuk digunakan kerana dikhuatiri akan menyebabkan berlakunya

kemalangan. Struktur tersebut dicadangkan untuk dibina semula dengan rekabentuk yang dapat

menampung bebanan yang sesuai.

Struktur F4 781, F4 791 dan F4 762

Segala pemecahan konkrit (spalling) yang nampak secara visual harus dibuang disertai dengan

pembersihan, rawatan dan menggantikan tetulang yang karat dengan tetulang yang tidak karat.

Bahagian konkrit tersebut kemudiaannya dirawat dengan menggunakan epoxy. Keretakan

diselenggara dengan menggunakan epoxy yang sesuai dengan kaedah suntikan.

PENGHARGAAN

Penulis ingin menyampaikan penghargaan kepada kakitangan NDT, Bahagian Teknologi Industri;

En. Noorul Ikhsan Mohamed (Pegawai Penyelidik) dan En. Mohamad Shafiq (Pegawai Penyelidik

Sambilan).

RUJUKAN

International Atomic Energy Agency, Vienna. Guidebook on non-destructive testing of concrete

structures. Training Courses Series No. 17. 2002

REMR Technical Note CS-MR-1.12.

LAMPIRAN 1: Laporan Tentu Ukur Covermeter

MALAYSIAN NUCLEAR AGENCY

CALIBRATION REPORT FOR COVERMETER

Report No. : BL 002

THIS REPORT OF CALIBRATION MEETS THE REQUIREMENT OF SIA 162/ DIN 1045, DGZfP B2 AND BS 1881: PART 204.

INSTRUMENT DESCRIPTION:

Serial No. : 51.2221 Inscription : PROCEQ Date Calibrated : 14 July 2010 Scale : distance (mm)

Model No. : Profometer 5

RESULTS OF PHYSICAL EXAMINATION:

THIS INSTRUMENT WAS EXAMINED UNDER A CONCRETE BLOCK WITH DIFFERENCE CONCRETE COVER (CALIBRATION UNIT)

ON A HARD AND SMOOTH SURFACE (e.g : stone floor)

10 READING WERE PERFORMED UTILIZED WITH SPOT PROBE AND THE RESULT WERE CHECKED AGAINST THE CALIBATION

VALUE SPECIFIED ON THE CALIBRATION UNIT.

IT WAS DETERMINED THAT THIS INSTRUMENT IS IN GOOD WORKING ORDER AND IS THEREFORE SUITABLE FOR CALIBRATION.

CALIBRATION RESULTS:

FOR CONCRETE COVER : 17mm FOR CONCRETE COVER : 40mm

Calibration

Value

(mm)

Reading

(mm)

Correction

(mm)

Calibration Value

(mm)

Reading

(mm)

Correction

(mm)

17 18 1 40 39 1

17 17 0 40 39 1

17 18 1 40 39 1

17 17 0 40 37 3

17 18 1 40 39 1

17 18 1 40 39 1

17 18 1 40 40 0

17 17 0 40 39 1

17 18 1 40 39 1

17 17 0 40 39 1

17 18 1 40 39 1

17 18 1 40 39 1

Correction Factor : 1.0 Correction Factor : 1.0

This calibration was performed by : Mohd Syafiq Mohd Amin

THE CALIBRATION PERFORMED AND DOCUMENTED BY THIS REPORT OF TEST IS A FULL SCALE CALIBRATION AND NO

LIMITATIONS OF USE ARE IMPOSED ON THE INSTRUMENT.

Bangi, 43000 KAJANG, MALAYSIA Tel : 03-8925 0510 Fax : 03-8925 8262

Approved by

LAMPIRAN 2: Laporan Tentu Ukur Half Cell Potential

MALAYSIAN NUCLEAR AGENCY

CALIBRATION REPORT FOR HALF CELL POTENTIAL

Report No. : HCP 001

THIS REPORT OF CALIBRATION MEETS THE REQUIREMENT OF RILEM TC 154-EMC, BS 1881, PART 201 AND ASTM C876-91

INSTRUMENT DESCRIPTION:

Serial No. :13.418 Inscription : PROCEQ Date Calibrated : 14 July 2010 Scale : mV

Model No. : CANIN CORROSION ANALYSING INSTRUMENT

RESULTS OF PHYSICAL EXAMINATION:

THIS INSTRUMENT WAS EXAMINED ON A CONCRETE BLOCK EMBEDDED WITH REINFORCEMENT BAR.

CONCRETE BLOCK CONDITION: MOIST AND CHLORIDE FREE CONCRETE

12 HALF CELL POTENTIAL MEASUREMENT WERE PERFORMED AND THE RESULT WERE CHECKED AGAINST THE CALIBATION RANGE VALUE FOR MOIST AND CHLORIDE FREE CONCRETE (-200mV to +100mV)

IT WAS DETERMINED THAT THIS INSTRUMENT IS IN GOOD WORKING ORDER AND IS THEREFORE SUITABLE FOR CALIBRATION.

CALIBRATION RESULTS:

MOIST AND CHLORIDE FREE CONCRETE RANGE VALUE : -200mV to +100mV

Measurement In Range ?

-69 YES

-41 YES

-43 YES

-33 YES

-41 YES

-75 YES

-26 YES

-140 YES

-79 YES

-45 YES

-42 YES

-58 YES

This calibration was performed by : Mohd Syafiq Mohd Amin

THE CALIBRATION PERFORMED AND DOCUMENTED BY THIS REPORT OF TEST IS A FULL SCALE CALIBRATION AND NO

LIMITATIONS OF USE ARE IMPOSED ON THE INSTRUMENT.

Approved by:

Bangi, 43000 KAJANG, MALAYSIA Tel : 03-8925 0510 Fax : 03-8925 8262