Metode Ground Penetrating Radar (GPR)

Ground Penetrating Radar (GPR) merupakan suatu metode yang secara luas digunakan untuk mendeteksi kondisi dibawah permukaan tanah. Dalam perkembangannya, GPR juga digunakan sebagi salah satu teknik pengujian non-destruktif (tidak merusak) yang cukup potensial diterapkan untuk mengetahui kondisi di dalam suatu struktur beton.

Metode Pemetaan struktur beton dengan ground penetrating radar

Metode Pemetaan struktur beton

Dengan semakin banyak diciptakan serta dirpoduksinya alat-alat berbasiskan teknologi GPR yang user friendly menjadikan pengujian beton dengan metode pemetaan struktur beton via GPR ini semakin mudah dan cepat.

Delaminasi, void, honeycomb, atau kerusakan-kerusakan lainnya dalam beton, posisi tulangan, tebal lapisan beton, batas overlay dalam beton dapat terdeteksi dengan menggunakan GPR.

Secara lebih luas GPR diterapkan dalam berbagai aplikasi diantaranya:

Pengukuran ketebalan dan struktur gletser
Penyelidikan arkeologi
Mendeteksi lokasi objek di dalam tanah misalnya: logam, tulang, tubuh manusia dll
Menentukan lapisan es di permafrost
Mendeteksi jalur kabel, pipa dalam tanah
Mengukur ketebalan es laut
Membuat profil bagian bawah danau dan sungai
Memeriksa bawah permukaan bulan
Mendeteksi limbah berbahaya dalam tanah
Pengukuran scouring di sekitar pondasi jembatan

Karena sifat alami dari gelombang microwave yang digunakan oleh sistem radar dan karena penerapannya tidak lagi terbatas pada fitur geologi bawah permukaan, maka GPR seringkali disebut impuls radar atau hanya radar saja, terutama ketika diterapkan pada pemeriksaan struktur beton.

Dasar Teori Teknik GPR

GPR adalah analog elektromagnetik dari sonic dan metode ultrasonic pulse echo. Hal ini didasarkan pada perambatan energi elektromagnetik melalui material yang memiliki konstanta dielectric yang berbeda.

Semakin besar perbedaan antara konstanta dielectric pada suatu interface antara dua material, semakin besar pula jumlah energi elektromagnetic yang dipantulkan pada interface.

Semakin kecil perbedaan semakin kecil pula jumlah yang dipantulkan dan sebaliknya semakin banyak energi yang terus merambat ke material yang kedua. Dalam hal ini perbedaan konstanta dielectric dalam perambatan energi elektromagnetic adalah analog dengan perbedaan impedansi dalam perambatan energi sonic dan ultrasonic.

Perilaku pancaran microwave pada interface dua material yang berbeda

Dari gambar diatas, perhatikan perilaku pancaran energy elektromagnetik (EM) yang mengenai sebuah interface, atau batas antara dua bahan dengan konstanta dielektric yang berbeda. Sebagian energi dipantulkan sedangkan sisanya menembus melalui interface ke material yang kedua. Intensitas energi yang dipantulkan, AS, adalah relative terhadap intensitas energi insiden, AI, dengan hubungan berikut:

Untuk setiap bahan non-logam, seperti beton atau tanah, impedansi gelombang diberikan oleh:

Logam adalah reflektor yang sempurna dari gelombang EM, karena impedansi gelombang untuk logam apapun adalah nol. Karena impedansi gelombang udara, η0 adalah:

Dan, jika kita mendefinisikan konstanta relative dielectric, εr, dari bahan sebagai:

Persamaan diatas menunjukkan bahwa ketika pancaran energi microwave mengenai interface antara dua material, besarnya yang dipantulkan (μ 1,2) ditentukan oleh nilai-nilai konstanta relative dielectric dari kedua material tersebut.

Jika material 2 memiliki konstanta relative dielctric lebih besar dari material 1, μ1,2 akan memiliki nilai negatif – yaitu, nilai absolut yang menunjukkan kekuatan relatif dari energi yang dipantulkan, dan tanda negatif menunjukkan bahwa polaritas energi yang dipantulkan adalah kebalikan dari energi insiden.

Setelah menembus interface dan masuk ke dalam material 2, maka gelombang merambat melalui material 2 dengan kecepatan:

ketika melewati material 2, terjadi pelemahan energi dengan hambatan, A, sebesar:

dan karena faktor disipasi terkait dengan σ, maka konduktivitas listrik (mho/meter) pada material menjadi:

Ketika energi gelombang mikro yang tersisa mencapai interface lain, besarnya energy yang akan dipantulkan kembali melalui material 2 seperti yang diberikan oleh Persamaan 41. Hasil dari dua waktu transit (t2) dari energi microwave melalui material 2 dapat dinyatakan sebagai: