Pengujian dengan metode TDR mampu menghasilkan profil shaft dan panjang dari sebuah fondasi Tower dengan akurasi tinggi. Titik pancang yang tengah diuji dalam contoh di bawah ini diambil dari sebuah Tower yang baru saja roboh (berkenaan dengan banjir dadakan yang mengakibatkan tanah longsor) dekat daerah Wellington beberapa waktu silam dan memberikan sebuah kesempatan yang sangat baik guna demonstrasi keakuratan dari alat uji dalam lapangan.

Tower yang Roboh, klik untuk perbesar...

Kaki tower yang diuji pada contoh ini adalah sisa dari kaki vertikal pada sisi kanan dari gambar diatas. Kaki tower tersebut diuji dengan peralatan TDR2 dan dianalisa menggunakan perangkat lunak TPAP. Pengukuran dari bentuk paku bumi (beton pancang) beserta panjangnya juga diambil secara manual saat pengujian guna perbandingan dengan hasil analisa perangkat lunak.

Leg A (as tested) Showing exposed shaft and bell

Pengujian TDR merupakan sebuah evolusi alami dari Steady State Vibration test yang dikembangkan dan diaplikasikan pada tahun 1966. Pada saat itu sebuah vibrator dengan bobot berat (25kg) digunakan untuk mengeksitasi  fondasi pada sebuah jangkauan frekuensi. Semenjak itu terus menerus dilakukan improvisasi dan miniaturisasi dari peralatan, langkah paling signifikan muncul pada tahun 1982 dimana ditemukan sebuah hasil yang identik menggunakan transient impulse pada sisi atas fondasi, menggunakan sebuah palu/martil genggam berfungsi dan seolah-olah menggantikan posisi sebuah load cell pada heavy vibrator.

Penerapan teknik micro processing membuat time domain signal dapat secara langsung di konversikan ke dalam frekuensi menggunakan transformasi Fast Fourier.

Teknik ini saat ini dikenal dengan nama Transient Dynamic Response (TDR) test.

Metode TDR pada sebuah beton pancang dapat digunakan untuk menganalisa acoustic anomalies yang berkenaan dengan:

  • Foundation Toe Level
  • Shaft restraints, kondisi pada sisi-sisi poros fondasi
  • Overbreak (meningkat sampai ke bagian shaft/poros fondasi)
  • Cracks, retakan-retakan pada fondasi
  • Reductions in section, bagian-bagian fondasi yang mulai berkurang atau terkikis 
  • Zones of poor quality concrete, zona letak cor dengan kualitas buruk

Bagaimana Cara Kerjanya ?

Ketika sisi atas dari sebuah fondasi beton di pukul dengan sebuah palu/martil, sebuah gelombang longitudinal akan merambat ke dasar shaft fondasi. Hal ini dapat diperumpamakan sebuah ular yang tengah menelan telur. Saat gelombang telah mencapai dasar dari beton pancang, dia akan memantul kembali ke atas.

Skema Sistem TDR

Dengan asumsi sebuah kecepatan rambat gelombang, dari sini sudah memungkinkan kita dalam menghitung kedalaman dari sebuah fondasi.

Titik pantulan-pantulan gelombang juga dapat dicari dari anomali akustik pada shaft dari sebuah fondasi. Respon frekuensi rendah pada umumnya linear sehingga memungkinkan pengukuran pada stiffness dinamis kepala beton pancang.

Awalnya, guna untuk menginterpretasikan hasil uji, kita perlu membuat beberapa asumsi yang dibutuhkan dalam perhitungan propagasi rambatan gelombang di dalam beton. Kita asumsikan bahwa rata-rata rambatan gelombang dari

Pertama, untuk menginterpretasikan hasil perlu untuk membuat beberapa asumsi mengenai kecepatan propagasi gelombang dalam pilar.

Kita asumsikan bahwa kecepatan gelombang rata-rata beton berada dalam kisaran 3500m/detik sampai 4000 m/detik. Beton dengan modulus sangat padat atau tinggi mungkin memiliki kecepatan rambat gelombang sedikit lebih tinggi dari 4000 m/detik dan juga bukan tidak mungkin untuk beton yang dibuat dengan kualitas yang lebih miskin campuran nat lebih rendah dari 3500m/detik.

Untuk kepentingan praktis namun tetap aman untuk membuat asumsi bahwa beton baik, asalkan dipadatkan dan bebas dari kontaminasi akan berada dalam nilai kisaran yang telah dinyatakan di atas. Nilai yang lebih rendah 3500m/detik adalah konsisten dengan kondisi site/lapangan yang sebenarnya.

Pengukuran yang diambil selama investigasi baru-baru ini di New Zealand pada menara transmisi seperti yang diuji dalam penelitian ini.
Pengukuran Panjang: Panjang, L = C/2df

Panjang pengukuran dihitung dari jarak antara titik puncak resonansi yang dihasilkan oleh kaki fondasi atau anomali akustik sepanjang poros pilar. Permukaan tanah lateral, overbreak, adanya perubahan-perubahan pada bagian poros, retakan-retakan dan zona beton dengan kualitas buruk dapat menimbulkan semua macam anomali akustik yang dapat dideteksi.

Dimana:

  • C = kecepatan gelombang longitudinal pada beton,
  • df = jarak antara dua ujung yang beresonansi

Tingkat kekerasan dinamis kepala pilar atau Dynamic Pile Head Stiffness Stiffness,

E '= 2 fm pi / (V / fm)

Tingkat kekerasan dinamis kepala pilar dapat diukur pada frekuensi rendah, saat pondasi dan tanah sekitarnya bergerak sebagai satu unit dan merupakan kebalikan dari kemiringan bagian awal kurva.

Dimana:

Fm = frekuensi pada titik pengukuran,

V = Velocity
Mobilitas, N = 1/PCA
Kepadatan beton atau luas penampang pondasi (jika kekuatan beton diketahui) dapat dihitung dari rata-rata tinggi N bagian yang beresonansi dari kurva menggunakan rumus berikut.
Dimana:

p = kepadatan beton,

C = cepat rambat gelombang longitudinal dalam beton,

A = area penampang pilar

Kaki tower diuji dari sisi atas pilar yang tampak, sesuai dengan praktek pada umumnya. Berikut ini adalah plot mobilitas yang diperoleh langsung dari peralatan TDR dan perangkat lunak TPAPs.

Mobility Plot from Leg A

Anda dapat dengan jelas melihat pemodelan bel dalam simulasi di atas, plot mobilitas merah overlay ke sinyal aktual (biru) saat model pilar dibangun seperti yang ditunjukkan pada gambar. Simulasi ini terdiri dari pengukuran lapangan yang sebenarnya dan hasilnya ternyata sangat sesuai dengan hasil peralatan uji TDR.

Impedance Profiling
TPAP Impedance Profile enables the user to view the pile profile in terms of pile impedance. By
inputting the nominal pile properties and known soil parameters in up to 3 layers, the programme
removes the attenuating effect of the pile shaft and skin friction, leaving a profile of pile
impedance against depth. Impedance is effectively the inverse of mobility, and assuming that
concrete quality is consistent, is a visualisation of variations in pile section with depth. This
technique is a valuable tool for assessing responses from intermediate depths.

image

The above picture shows the impedance profile of the pile as tested from leg A (left trace) which
indicates a strong increase in section below 2.0m. The impedance profile shows a gradual curve
and doesn’t show sharp changes (such as a bell) in cross section well, however the profile will
indicate wether changes in section are increased or decreases hence the close at about 3.0m
depth.
Test Limitations
Like all non-destructive testing techniques, pile integrity testing does have limitations which need
to be taken into account when specifying its use
The presence of a bell at the base of the pile has always been difficult to detect as the response
from the pile toe is close to the increase in section given by the bell, and more work is needed to
accurately define the presence of a bell. It would appear from testing to date that a bell is able to
be inferred although not guaranteed.
Further non destructive testing, together with excavations (provided by nature in this case), assist
in developing the technique increasing confidence in the application.

Actual Shaft Profile Highlighted in Red

Profil Aktual Shaft ditandai dengan garis merah.

Creative Commons License You may share this document under Creative Commons License – Terima kasih telah membaca tulisan ini. © 2011 Ari Sulistiono, Indonesian Electrical Engineer.