Penanggulangan Korosi Tiang Pancang Pipa Baja Jembatan Dengan Cara Proteksi Katodik Anoda Korban

PENANGGULANGAN KOROSI TIANG PANCANG PIPA BAJA JEMBATAN DENGAN CARA PROTEKSI KATODIK ANODA KORBAN OLEH: Dra. Lien Suharlinah Drs. Madi Hermadi Pusat Penelitian dan Pengembangan Pengembangan Prasarana Transportasi

ABSTRAK Salah satu cara penangulangan korosi pada Tiang Pancang Pipa Baja jembatan, khususnya untuk bagian yang berada di lingkungan air dan atau tanah, adalah dengan Proteksi Katodik Anoda Korban. Cara ini dilakukan karena cara lain yang umum dilakukan dilakukan pada penanggulanga penanggulangan n korosi, korosi, yaitu dengan cara pengecat pengecatan, an, relatif sulit dilakukan di dalam media air dan atau tanah. Proteksi katodik anoda korban adalah suatu teknik penanggulangan korosi dengan cara menghubungkan logam yang akan diproteksi dengan logam lain yang dikorbankan (anoda Seng, Magnesium, dan Alumunium) dalam media elektrolit sehingga membentuk suatu sel listrik. Logam yang dijadikan sebagai anoda korban harus mempunyai potensial listrik lebih negatif dari logam yang diproteksi. Pada sel ini, katoda tidak akan terkorosi karena memiliki cukup elektron sedangkan anoda akan terkorosi hangga habis sesuai umur rencana dan harus diganti dengan anoda baru. Agar teknologi penanggulangan korosi ini dapat tersosialisasi lebih luas maka pada makalah ini akan disampaikan hal-hal mengenai penanggulangan korosi tiang pancang pipa baja jembatan dengan cara proteksi katodik anoda korban yang meliputi prinsipprinsip umum, bahan anoda dan parameter yang digunakan dalam perencanaannya. Sampai saat ini, memang masih sedikit jembatan yang diproteksi katodik. Namun dari hasil pengamatan terhadap jembatan yang diproteksi diketahui bahwa sampai umur rencana proteksi katodik anoda korban tiang pancang pipa baja baja jembat jembatan an (jemb (jembata atan n Cisada Cisadane ne dan Jembat Jembatan an Kedung Kedung Gede) Gede) relati relatiff tidak tidak terkorosi.

1. PEND PENDAH AHUL ULU UAN Korosi tiang pancang pipa baja adalah menurunnya mutu tiang pancang pipa baja akibat bereaksi dengan dengan lingkungan secara elektrokimia. elektrokimia. Korosi akan terjadi apabila terdapat anoda, katoda, elektrolit, dan hubungan listrik antara anoda dan katoda. Anoda dan katoda terjadi apabila terdapat dua logam yang memiliki potensial listrik yang berbeda. berbeda. Pada tiang pancang pancang pipa baja, anoda dan katoda katoda dapat terbentuk terbentuk akib akibat at mutu mutu baja baja yang yang tidak tidak sera seraga gam m atau atau lingk lingkun unga gan n yang yang meny menyeb ebab abka kan n terjadinya perbedaan potensial listrik pada bagian-bagian tiang pancang pipa baja. Apabila pada anoda dan katoda ini terdapat hubungan listrik (kontak satu sama lain) dan keduanya berada pada lingkungan air atau tanah yang bersifat elektrolit dan memiliki tahanan jenis yang rendah, maka akan terjadi proses korosi dimana bagian bagian baja baja yang yang berfun berfungsi gsi sebaga sebagaii anoda anoda akan akan rusak rusak dan memb membent entuk uk karat. karat.

Konferensi Regional Teknik Jalan (KRTJ) ke 8 Wilayah Barat di Batam

1

Dengan demikian, maka tebal baja pada tiang pancang pipa baja tersebut akan terus menerus berkurang sejalan dengan laju korosinya. Protek Proteksi si katodi katodik k adalah adalah suatu suatu teknik teknik penang penanggul gulang angan an korosi korosi kompon komponen en baja baja jembatan, khususnya pada bagian tiang pancang pipa baja yang berada dalam lingkungan air dan atau tanah karena pada bagian tersebut relatif sulit dilakukan teknik penanggulangan korosi dengan teknik yang lebih murah yaitu pengecatan. Pada Pada prinsi prinsipny pnya, a, koros korosii terjad terjadii karena karena adanya adanya aliran aliran elektr elektron on dari dari bagian bagian tiang tiang pancan pancang g pipa pipa baja baja (anoda (anoda)) yang yang diikut diikutii dengan dengan peruba perubaha han n logam logam menja menjadi di ion logam (karat) ke bagian tiang pancang pipa baja lain yang karena kualitas baja atau kondisi lingkungannya menjadi katoda. Pada proteksi katodik, terjadinya kerusakan baja akibat aliran elektron dari anoda ke katoda ditanggulangi dengan memberikan pasoka pasokan n elektr elektron on secuk secukupn upnya ya pada pada seluru seluruh h strukt struktur ur baja baja yang yang dilind dilindung ungii atau atau dengan kata lain menjadikan seluruh struktur baja tersebut menjadi katoda yang kaya akan elektron. Dilihat dari cara memasok elektron, proteksi katodik terbagi dalam dua cara, yaitu: a) Meto Metoda da arus arus terp terpas asan ang g (impressed ( impressed current ) yaitu pasokan elektron dilakukan dengan cara menghubungkan tiang pancang pipa baja dengan katoda pada suatu sumber listrik. Metoda ini menggunakan sumber arus searah dari luar, misalnya Transformer Rectifier , DC Generator , dan dan lain-lai lain-lain. n. Rangkaian Rangkaian dari sistem ini dapat dilihat pada Gambar 1. sebagai berikut: Sumber arus searah

Anoda (Fe, Platina, Besi tuang)

Elektron

Katoda

e e Elektrolit

Katoda lokal

e e

Anoda lokal

Arus proteksi

Gambar 1. Proteksi katodik katodik arus terpasang

Arus listrik pada sistem ini dialirkan ke permukaan logam yang diproteksi melalui anoda anoda pembantu, pembantu, misalnya misalnya Anoda Graphite, Graphite, Baja, Platina, dan Besi Tuang. Keuntungan besar dari metoda arus terpasang adalah bahwa sistem ini dapat menggunakan anoda inert atau anoda yang tahan karat seperti platina dan karbon. Metode ini tidak disampaikan lebih terperinci pada makalah ini.


2

b) Metoda anoda korba rban (sucricifial sucricifial anoda) anoda) yaitu yaitu pasoka pasokan n elektr elektron on dilaku dilakuka kan n dengan dengan cara cara mengh menghubu ubungk ngkan an tiang tiang panca pancang ng pipa pipa baja baja dengan dengan logam logam lain lain sebaga sebagaii anoda anoda korba korban n yang yang memilik memilikii poten potensia siall lebih lebih renda rendah. h. Pada Pada cara cara ini terjadi aliran elektron dari logam dengan potensial yang lebih rendah ke tiang pancang pipa baja yang potensialnya lebih tinggi. Dengan demikian maka tiang pancang pipa baja akan terlindung dari korosi namun sebagai konsekwensinya logam anoda dalam waktu tertentu akan rusak/habis dan selanjutnya dapat diganti atau diperbaharui. Mengganti anoda lebih ringan secara teknik maupun ekon ekonom omis is diba diband ndin ing g mengg enggan anti ti tian tiang g panc pancan ang g pipa pipa baja baja.. Gamb Gambar ar 2. menunjukkan rangkaian dari proses sistem ini. e Arus Elektrolit Katoda

Anoda (Zn, Mg, Al)

Elektron

e e

e e Katoda lokal

Anoda lokal

Arus proteksi

Gambar 2. Proteksi katodik katodik anoda korban 2. BAHAN BAHAN DAN SIFAT SIFAT ANODA ANODA KORBAN KORBAN Anoda Anoda korban korban harus harus terbua terbuatt dari dari logam logam yang yang mempu mempunya nyaii poten potensia siall listrik listrik lebih lebih rendah dari logam yang diproteksi (Lihat Tabel 1). Logam yang diproteksi dalam hal ini adalah tiang pancang pipa baja jembatan. Dengan demikian maka akan terjadi aliran elektron (supley elektron) dari anoda ke katoda yang berlangsung secara terus menerus sampai logam anoda yang dikorbankan habis.


3

Tabel 1. Nama, Lambang dan Potensial Logam Normal Nama Logam

Lambang

Emas Platina Perak Tembaga Hidrogen Timbal Timah Putih Nikel

Au3+ Pt2+ Ag+ Cu+ H+ Pb2+ Sn2+ Ni2+

Normal p o t e n s i a l ( V o lt )

+ 1,42 + 1,20 + 0,80 + 0,34 + 0,00 (Std) - 0,13 - 0,14 - 0,25

Nama Logam

Lambang

Kadmium Besi Khrom Seng Alumunium Magnesium Natrium Kalium

Cd2+ Fe2+ Cr2+ Zn2+ Al3+ Mg 2+ Na+ K+

- 0,40 - 0,43 - 0,51 - 0,76 - 1,67 - 2,34 - 2,74 -2,92

Anoda yang digunakan pada proteksi katodik tiang pancang pipa baja jembatan dengan metoda anoda korban biasanya digunakan logam paduan dari Magnesium, Seng, dan Alumunium sebagaimana tampak pada Tabel 2 berikut. Tabel 2. Bahan-bahan dan sifat anoda korban Sifat Komponen (%)

Kapasitas Ekorr ( SSC )

Paduan Seng*

Paduan Alumunium**

Paduan Magnesium***

Al : 0,4 – 0,6 Cd : 0,075–0,125 Cu : < 0,005 Fe : < 0,0014 Tb : < 0,15 Si : < 0,125 Zn : sisa

Al : sisa Cu : < 0,006 Fe : < 0,1 Hg : 0,02 – 0,05 Si : 0,11 – 0,21 Zn : 0,3 – 0,5 Lain-lain,masingmasing < 0,02

Al : < 0,01 Cu : 0,02 Fe : < 0,03 Mg : rem Mn : 0,5 – 1,3 Ni : 0,001 Pb : < 0,01 Sn : < 0,01 Zn : 0,01

780 Ah-kg-1 -0,1050 mV 7060 780 10,7

2640 Ah-kg-1 -0,1000 mV 2695 2,640 3,2

1232 Ah-kg-1 -0,1700 mV 1765 1,232 4,1

Kerapatan kg-m-3 Kapasitas Ah-kg-1 Pengausan( berat ) Kg – Ay-1 Pengausan (volume) 1518 1180 1196 ml – Ay-1 Keluaran Am-2 6,5 6,5 10,8 Ekorr ( SSC ) mv -1050 -1050 -1700 * = Spes Spesif ifik ikas asii Dep Depar arte teme men n AS untu untuk k bah bahan an Anod Anoda a Korb Korban an Seng Seng memb membut utuh uhka kan n pen pengo gont ntro rola lan n lebih ketat dalam hal tingkat kemurnian dari pada bahan ini. ** = Merk dagang Impalloy *** = Merk dagang Dow Chemical Company SSC = Ag/AgCl


4

Di samping sifat anoda, faktor-faktor lain yang juga mempengaruhi proses proteksi katodik yaitu : a) Luas Luas perm permuk ukaa aan n TPPB TPPB yang yang akan akan dipr diprot otek eksi si.. Maki Makin n luas luas perm permuk ukaa aan n maki makin n banyak anoda yang digunakan; b) Beda Beda potens potensial ial listrik listrik antara antara anoda anoda dan dan katoda. katoda. Makin Makin besar perbed perbedaan aan makin makin besar arus proteksi dari anoda ke katoda; c) Loga Logam m dan dan ukur ukuran an anoda. anoda. Maki Makin n keci kecill taha tahana nan n anod anoda a bera berart rtii maki makin n sedi sediki kitt pengg pengguna unaan an logam logam anoda. anoda. Makin Makin kecil kecil ukuran ukuran logam logam anoda anoda makin makin besar besar tahanan anoda, berarti makin banyak penggunaan logam anoda. Bahan anoda korban yang umum untuk baja dalam air laut adalah Seng. Humphrey Davy dalam tahun 1824 melaporkan keberhasilan penggunaan anoda Seng untuk melindung melindungii pelapis tembaga tembaga pada kapal perang. Seng digunakan digunakan untuk untuk proteksi katodik di air laut dan air tawar, Seng khususnya sangat sesuai untuk proteksi katodik di kapal-kapal yang bergerak antara air laut dan air sungai ( muara sungai ). Anoda Seng yang digunakan untuk melindungi bantalan-bantalan tangki, pengubah panas, dan banyak komponen-komponen mekanis pada kapal, pembangkit listrik pantai, pantai, dan struktur-strukt struktur-struktur ur di pantai. pantai. Anoda Anoda Magnesium Magnesium adalah adalah anoda korban yang biasa dispesifik dispesifikasika asikan n untuk penggunaan penggunaan ditanam ditanam di dalam tanah. tanah. Khusus Khusus anoda anoda Magne Magnesiu sium m di Ameri Amerika ka Serika Serikatt tersed tersedia ia dengan dengan kemasa kemasan n terbu terbungk ngkus us lempung bentonit di dalam kantong kantong kain. Bungkus ini menjamin menjamin bahwa anoda akan bersifat bersifat konduktif konduktif lingkungan lingkungan dan mudah terkorosi. terkorosi. Beberapa Beberapa anoda Magnesium Magnesium telah digunaka digunakan n untuk struktur struktur lepas pantai. pantai. Alumunium Alumunium juga juga digunakan digunakan pada stru strukt ktur ur lepa lepas s pant pantai ai di mana mana bera beratn tnya ya yang yang ringa ringan n dan dan meng mengun untu tung ngka kan, n, Alumunium tidak pasif di dalam air garam bila ada tambahan logam paduan tertentu seperti Titanium, Antimon, dan Merkuri. 3. PERENC PERENCANA ANAAN AN PROT PROTEKS EKSII KATOD KATODIK IK ANOD ANODA A KORBA KORBAN N Perencana Perencanaan an proteksi proteksi katodik katodik anoda korban meliputi meliputi beberapa beberapa tahap kegiatan yaitu: 

Pengukuran luas tiang pancang pipa baja yang terdiri dari luas dalam air dan luas dalam tanah;



Pengukuran potensial tiang pancang baja;



Pengukuran tahanan jenis air dan tanah tempat tiang pancang dipasang;



Identifikasi karakteristik dan jenis anoda



Perhitungan tahanan anoda dalam air dan dalam tanah;



Perhitungan arus yang dihasilkan anoda dalam air dan dalam tanah;



Perhitungan umur proteksi dalam air dan dalam tanah;



Penguk Pengukura uran n rapat rapat arus arus dan perhitu perhitunga ngan n arus arus protek proteksi si yang yang dipero diperoleh leh dari dari pengukuran luas permukaan luar pipa baja dalam air dan dalam tanah dikalikan dengan rapat arus dalam air dan dalam tanah;



Penghitungan kebutuhan minimum anoda diperoleh dari arus proteksi dibagi dengan arus yang dihasilkan anoda.


5

3.1 Penent Penentuan uan luas luas tian tiang g panc pancang ang pipa pipa baja baja Luas permukaan proteksi adalah luas seluruh permukaan tiang pancang baik yang ada di dalam air maupun dalam tanah. Dimensi tiang pancang bisa didapatkan pada pada as built built drawin drawing g jembat jembatan. an. Formu Formula la perhit perhitung ungan an luas luas permuk permukaan aan tiang tiang pancang adalah D = 2 π π RH Keterangan: D = Luas permukaan permukaan tiang pancang pancang terendam dan tertanam dalam m2 R = jari-jari tiang pancang, dalam m H = Ketinggian tiang pancang, dalam m. 3.2

Pengukuran potensial tiang pancang

Penguk Pengukura uran n potens potensial ial tiang tiang panca pancang ng pipa pipa baja baja mengg mengguna unakan kan alat alat Multim Multimete eter r dengan elektroda pembanding jenis Cu/CuSO4, 5H2O jenuh atau jenis Ag/AgCl. Gambar alat multimeter dapat dilihat pada gambar 3. Baja akan terproteksi dari korosi apabila besarnya potensial terhadap elektroda pembanding Cu/CuSO4 adalah kurang dari –0,850 Volt dan besarnya potensial terhad terhadap ap elektr elektroda oda pemba pembandi nding ng elektr elektroda oda Ag/AgC Ag/AgCll kurang kurang dari dari –0,805 –0,805 Volt. Volt. Sebali Sebalikny knya, a, baja baja terpro terprotek teksi si tidak tidak tercap tercapai ai bila bila potens potensial ial lebih lebih dari dari –0,850 –0,850 Volt Volt elektroda pembanding Cu/CuSO4, atau potensia potensiall lebih dari dari –0,805 –0,805 Volt elektroda elektroda pembanding Ag/AgCl.

Gambar 3 Pengukuran potensial tiang pancang pipa baja dengan alat multimeter

3.3 Penguk Pengukur uran an taha tahanan nan jenis jenis air air dan dan tana tanah h Taha Tahana nan n jeni jenis s terh terhad adap ap air air dan/ dan/at atau au tana tanah h yang ang ada ada di seki sekita tarr loka lokasi siny nya a mempengaruhi besarnya tingkat korosifitas dari tiang pancang pipa baja jembatan. Derajat Derajat korosifitas korosifitas tanah, khususnya khususnya pada daerah daerah abutment abutment ditentukan ditentukan dengan dengan menggunakan alat resitivity megger . Set pada pada area lokasi lokasi jembat jembatan an dilakuka dilakukan n dengan beberapa variable jarak (d) dengan memindahkan batang elektroda pada garis lurus. Gambar tahanan jenis air dapat dilihat pada pada gambar 4. 4.


6

Gambar 4.

Rangkaian kutub-kutub dari batang elektroda

Keterangan gambar : A = Amperemeter B = batang batang elektroda C = permukaan tanah d = jarak garis anoda

3.4 3.4

D E F V

= Voltmeter = tombol = adalah baterai = adalah Resistimeter Resistimet er

Iden Identi tifi fika kasi si kara karakt kter eris isti tik k anoda anoda

Anoda yang akan digunakan diidentifikasi karakteristik dan jenisnya, ter utama untuk menget mengetahu ahuii kompos komposisi isi bahan bahan anoda, anoda, ukuran ukuran,, berat berat bersih bersih,, berat berat kotor, kotor, core, potensial dan density . Data ini biasanya tertulis pada pembungkus anoda ketika dibeli dari penyalur. 3.5

Perhitungan tahanan anoda dalam air dan dalam tanah

a) Tahanan anoda dalam air air Tahanan anoda dalam air dihitung dengan rumus: R

=

  2 L   ln  − 1 2π L   r   C

Keterangan : R = Tahanan anoda dalam air, Ω C = Taha Tahana nan n jeni jenis s air, air, Ω cm

L = Panjang anoda, cm r = Jari-ja -jari anoda, cm

b) Tahanan anoda dalam tanah Tahanan anoda dalam tanah dihitung dengan rumus: Rv

=

0,00521 C   8 L  − 1 2,3 log    L  d   

Keterangan: Rv = Tahanan Tahanan anoda anoda vertika vertikall dlm tanah, tanah, Ω C = Tahanan jenis ta tanah, Ω cm

L d

= Panjang anoda, feet = Diameter anoda, feet

3.6 Perhitung Perhitungan an arus arus yang yang dihasilk dihasilkan an anoda anoda dalam dalam air air dan dan dalam dalam tanah tanah


7

Arus Arus yang yang diha dihasi silk lkan an anod anoda a terg tergan antu tung ng pada pada bent bentuk uk anod anoda, a, taha tahana nan n dari dari lingkungan, potensial dari struktur/pipa (E2) yang biasa biasanya nya -0,8 Volt Volt Ag/AgCl Ag/AgCl dan potensial anoda (E1). Jadi arus yang yang dihasilkan anoda anoda dihitung dengan dengan rumus: I 0

=

( E

1

1

−

E 1

−

E 2

R

Keterangan: I0 = arus yang dihasilkan anoda, Ampere E1 = potensial anoda, Volt E11 = potensial drop, Volt

E2 = potensial pipa, Volt R = tahanan anoda, Ω

3.7 Perhit Perhitung ungan an umur umur prote proteksi ksi dala dalam m air dan dan dalam dalam tana tanah h Umur proteksi dihitung dengan rumus: T

=

WxC I 0 x8760

Keterangan: T = Umur proteksi(Th), W = Berat anoda (kg), C = Kapasitas anoda, Ampere jam/kg I0 = Arus yang dihasilkan dihasilkan anoda (Ampere), (Ampere), 8760 = Konversi Konversi dari tahun ke jam 3.8 Pengukur Pengukuran an rapat rapat arus arus dan perhitung perhitungan an arus arus proteksi proteksi Rapat arus diperlukan untuk kebutuhan jumlah arus proteksi struktur baja tiang pancang. Pengukuran rapat arus menggunakan menggunakan alat seperti Adjustable seperti Adjustable DC Power Source yang dileng dilengkapi kapi dengan dengan Voltmeter. Voltmeter. DC Amperm Ampermeter, eter, Switch (tombol), batang elektroda sebagai sebagai penyalur arus. arus. Pengukuran Rapat Rapat Arus (Current (Current Density ) dapat dilihat pada gambar 5.

Gambar 5. Pengukuran rapat rapat arus (current (current density ) Keterangan gambar : A, B, B, C adalah Voltmeter D adalah DC meter E adalah Batang Elektroda dengan jarak ± 30480 cm dari TPPB

F adalah Adjustable adalah Adjustable DC Source G adalah Switch (tombol) H adalah Refrence Cell I adalah Remote Copper Sulfat Refrence Electrode

Dengan memperkirakan luas permukaan baja dalam m 2 maka rapat arus dapat dihitung sebagai berikut. Misal:


8

pembacaan angka arus pembacaan potensial perk perkir iraa aan n luas luas perm permuk ukaa aan n baja baja jadi rapat arus arus proteksi (IP)

= 20 2 00 mA = -0,850 Volt = 100 100 m2 200 mA mA 2 = = 100 100 m 2 m2 = luas permukaa permukaan n luar pipa baja dlm air dan dlm tanah x rapat arus dalam air dan dlm tanah

3.9 Penghi Penghitun tungan gan kebutu kebutuhan han minimu minimum m anod anoda a Kebutuhan minimum anoda dihitung dengan rumus: γ a

=

I p I 0

Keterangan: γ = Kebutuhan minimum anoda, buah I0 = Arus yang dihasilkan anoda, Ampere arus proteksi (IP) = luas permukaan luar Ip = Arus proteksi, Ampere pipa baja dalam air dan dalam tanah x rapat arus dalam air dan dalam tanah 4

PENE PENEMP MPAT ATAN AN DAN DAN POSI POSISI SI ANOD ANODA A KOR KORBA BAN N

Sistem proteksi katodik hanya efektif pada lingkungan berair atau lembab. Karena itu, itu, anoda anoda korban korban pada pada sistem sistem protek proteksi si katodi katodik k harus harus selalu selalu dalam dalam keadaa keadaan n terendam atau ditanam pada tanah yang basah. basah. Untuk dapat menempatkan menempatkan anoda anoda korban dengan baik, perlu dilakukan pengecekan terhadap tinggi muka air minimum dan kelandaian dasar sungai. sungai .

Gambar 6. Situasi lokasi tanah jembatan untuk proteksi proteksi katodik Pada Pada prinsi prinsipny pnya a arus arus yang yang dihasi dihasilka lkan n anoda anoda harus harus dapat dapat mengal mengalir ir pada pada tiang tiang pancang pancang pipa pipa baja baja yang yang akan akan diproteks diproteksi. i. Untuk itu, perlu perlu dibuat dibuat loop loop tertutu tertutup p dengan cara: a. Tiang Tiang-t -tia iang ng panc pancan ang g pipa pipa baja baja tiap tiap bagi bagian an jemb jembat atan an,, satu satu sama ama lain lain dihubungkan antara lain dengan besi profil, besi beton φ 1” (2,54 cm) sehingga membentuk suatu sirkuit tertutup; b. Anoda Anoda didistribus didistribusikan ikan secara merata merata pada tiang pancang pancang pipa baja dengan jumlah sesuai kebutuhan.


9

4.1

Penempatan anoda di dalam air

Anoda Anoda pada pada sistem sistem protek proteksi si anoda anoda korba korban n harus harus ditem ditempat patka kan n pada pada daerah daerah di bawah permukaan air terendah agar anoda selalu terendam air, sedangkan titik penghubung (las) dapat dapat bebas di atas permukaan permukaan air. Gambar posisi anoda anoda dapat dilihat pada gambar 7. :

Gambar 7. Posisi anoda korban (harus 1 m di bawah muka air terendah) 4.2

Penempatan anoda di dalam dalam tanah tanah atau tepat di permukaan tanah

Apabila anoda harus ditanam atau ditempatkan tepat di permukaan tanah dasar sungai, sungai, anoda diupayakan diupayakan ditanam ditanam mengikuti mengikuti kelandaian kelandaian dasar sungai. sungai. Gambar Gambar situasi untuk penempatan seperti ini dapat dilihat pada gambar 8.

Gambar 8. Pemasangan anoda balok dalam tanah 5. EVALUA EVALUASI SI EFEKTI EFEKTIFIT FITAS AS PROTEK PROTEKSI SI KATODI KATODIK K Efektifitas proteksi katodik anoda korban pada tiang pancang pipa baja dapat dilihat dengan melakukan pengukuran potensial tiang pancang pipa baja dan pH air dan tanah yang menjadi lingkungan tiang pancang pipa baja tersebut. Proteksi katodik anoda korban dapat mencegah korosi pada tiang pancang pipa baja apabila pada diagram potensial-pH berada pada posisi kebal dari korosi (imune) sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 9.


10

Gambar 9. Diagram potensial-pH potensial-pH teoritis untuk untuk baja 6. CONTOH CONTOH PERENCANA PERENCANAAN AN PROTEKSI PROTEKSI KATOD KATODIK IK ANODA ANODA KORBAN KORBAN STUDI STUDI KASUS JEMBATAN MUARA TEMBESI Jem Jembata batan n Muara uara Tembe embes si dib dibangu angun n pada ada lok lokasi asi KM Jambi ambi 86 denga engan n menggunakan pondasi Tiang Pancang Pipa Baja (TPPB). TPPB dilapisi dengan cat coal tar epoxy untuk pengamanan korosi. Pengecatan dengan coal tar epoxy saja belum menjamin TPPB bebas dari serangan korosi terutama untuk bagian TPPB di dalam air dan di dalam tanah mengingat: 

Bagian TPPB dalam air Besar kemungkinan adanya cacat pada coal tar epoxy berupa crack , porous, porous, atau terkelupas yang terjadi pada waktu: ♦ pelaksanaan pengecatan; ♦ pelaksanaan pembangunan jembatan



Bagian TPPB dalam tanah Dapat dipastikan adanya cacat pada coal ta r epoxy berupa pengelupasan/goresan pengelupasan/goresan yang terjadi t erjadi pada waktu pelaksanaan perancangan.

Terjadinya serangan korosi akibat adanya cacat pada coal tar epoxy diatasi epoxy diatasi dengan cara proteksi katodik. Desain proteksi katodik ini ini dibuat dengan umur proteksi proteksi ± 10 tahun. Sesuai dengan kondisi kondisi lingkungan setempat setempat jembatan Muara Tembesi Tembesi dan arus proteksi yang dibutuhkan, maka proteksi katodik dengan cara pengorbanan anoda dipandang yang paling tepat untuk dilaksanakan. 6.1 Luas Luas Permu Permukaa kaan n Luar Luar Tian Tiang g Pancan Pancang g Pipa Pipa Baja Baja Tabel 3. Luas Permukaan Tiang Pancang Pipa Baja No.

Bagian Jembatan

Luas Permukaan Luar M2 Dalam Air Dalam Tanah


Kererangan

11

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Kepala jembatan 1 Pilar 1 Pilar 2 Pilar 3 Pilar 4 Pilar 5 Pilar 6 Pilar 7 Kepala jembatan 2

357 326 402 424 380 380 201 -

558 536 345 380 358 402 402 581 558

Diameter pipa = 50,8 cm

6.2 Tahanan je jenis A ir : 10.000 Ω cm ± 3.700 Ω cm Tana Tanah h: 6.3

Anoda

Karakteristik anoda yang digunakan pada kasus ini adalah sebagaimana tertera pada Tabel 4 berikut. Tabel 4. Karakteristik Anoda Yang digunakan No.

Karakteristik Anoda

1. 2.

Kondisi TPPB Jenis

3. 4. 5. 6. 7. 8.

Kapasitas Ukuran Berat bersih Berat kotor Core Pote Potens nsia iall (Ref (Ref Cell Cell:: Ag/A Ag/AgC gCl) l)

UntukKepala UntukKepala Jembatan 1, 2 dan Pilar 7 Tertanam dlm tanah High Purity Magnesium 70 VT /Dimet Standard 1230 Ampere jam/kg 152,4 x 5,1 x 5,1 cm 7,0 kg 7,4 kg φ 15,2 cm -1,7 -1,7 Volt Volt

Untuk pilar 1 s/d 6 Terendam Air Standard Magnesium Ribbon 3,7 MR/Dimet Standard 1230 Ampere jam/kg 0,95 x 1,9 cm 0,37 kg/m φ 0,32 cm -1,7 -1,7 Volt Volt

6.4 Tahanan an anoda 

Dalam tanah Rv =

Keterangan :

Rv ρ L d

= = = =

0,00521 ρ  8 . L  −1 log 2,3 log L d  

tahanan anoda ve vertikal da dalam tanah, Ω tahanan jenis bahan backfill /tanah, backfill /tanah, Ω cm panjang anoda, feet diameter, feet

Dari hasil pengukuran di lapangan diperoleh data ρ tanah 3700 Ω cm, ρ back fill 50 fill 50 Ω cm, L 8 feet, d 0,5 feet, ukuran back fill 6” fill 6” x 8” (15,24 cm x 20,32 cm), tahanan dalam (Internal (Internal resistance) resistance) 0,072 Ω . Maka setelah dihitung diperoleh tahanan anoda dalam tanah (Rv) 9,268822 .


12

Dalam air

=

Rv

Keterangan: R ρ L r

  2. L   ln  − 1 2.π . L   r   ρ

= = = =

tahanan anoda vertikal dalam air, Ω tahanan jenis bahan air, Ω cm panjang anoda, cm jari-jari efektif anoda, cm

Dari hasil pengukuran di lapangan diperoleh data ρ 10.000 Ω cm, L1 3000 cm, L2 4400 cm, r 0,159 cm, ukuran back fill 6” x 8” (15,24 cm x 20,32 cm), tahanan dalam (Internal (Internal resistance) resistance) 0,072 Ω . Maka setelah dihitung dipero diperoleh leh tahana tahanan n anoda anoda dalam dalam air R1 5,06026 (untuk (untuk L1) dan R2 3,588712 (untuk L2). 6.5 6.5 Arus Arus yang yang diha dihasi silk lkan an anod anoda a I 0

Ketera Keteranga ngan n : I0 E1 E11 E2 R

=

= = = = =

( E

1

1

−

E 1

)

−

E 2

R

arus yang dihasilkan anoda, Ampere potensial anoda, Volt potensial drop, Volt potensial pipa, Volt tahanan anoda, Ω

Tabel 5. Arus yang Dihasilkan Anoda No.

6.6

Karakteristik Anoda

Dalam Tanah

1. 2. 3. 4.

E1 (Potensial anoda), E11(Potensial drop), E2 (Potensial pipa), R (Tahanan anoda),

-1,7 Volt - 0,185 Volt -0,85 Volt 9,268822 Ω

5.

I0 (Aru (Arus s yg yg di dihasil silkan kan an anoda oda)

0,07 ,07174 1746 Amp Ampe ere

Dalam Air -1,7 Volt -0,2 Volt -0,85Volt 5,06026 Ω (R1) 3,588712 Ω (R2) 0,13 ,131416 416 Am Ampere pere (L1) 0,185303 Ampere (L 2)

Umur mur proteksi Dihitung dengan rumus: T

Keterangan: T W C I0 8760

= = = = =

=

WxC I 0 x8760

umur proteksi berat anoda, kg kapasitas anoda, Ampere jam/kg arus yang dihasilkan anoda, Ampere konversi dari tahun ke jam


13

Tabel 6. Umur Proteksi Anoda No.

Karakteristik Anoda

Dalam Tanah

1.

W (Berat Anoda)

2. 3.

C (Kapasitas Anoda) I0 (Arus yg dihasilkan Anoda)

4. 5.

8760 (Konversi tahun ke jam) T (Umur Proteksi)

Dalam Air

7,0 kg

12,1672 kg (untuk L1) 17,15635 kg (untuk L 2) 1230 Ampere jam/kg 1230 Ampere jam/kg 0,071746 A 0,131416 Ampere (utk L 1) 0,185303 Ampere (utk L 2) 8760 8760 ± 13 tahun ± 13 tahun (untuk L 1) ± 13 tahun (untuk L 2)

6.7 Arus pr proteksi Radat arus tiang pancang pipa baja yang dilapisi coal tar epoxy , di dalam air 1 mA/m2, di dalam tanah 4 mA/m2. Total arus arus proteksi proteksi pada pada tiap bagian bagian jembat jembatan an adalah sebagai berikut: Total arus proteksi = luas permukaan permukaan luar pipa baja dalam air dan dalam tanah X rapat arus dalam air dan dalam tanah.

Tabel 7. Arus Proteksi Tiang Pancang Pipa Baja No.

Bagian Jembatan

1.

Luas permukaan luar m2 Dalam Dalam Air Tanah 558

Rapat arus (mA/m2) Dalam Dalam Air Tanah 1 4

Kepala jembatan 1 2. Pilar 1 357 536 1 4 3. Pilar 2 326 345 1 4 4. Pilar 3 402 380 1 4 5. Pilar 4 424 358 1 4 6. Pilar 5 380 402 1 4 7. Pilar 6 380 402 1 4 8. Pilar 7 201 581 1 4 9. Kepala 558 1 4 jembatan 2 Catatan : TPPB = Tiang Pancang Pipa Baja, Jumlah TPPB Jumlah TPPB pada pilar 1 s/d 7 = 14 buah.

Arus proteksi (A) Total arus proteksi (A) (IP) (IP) Dalam Dalam 1 grup 1 TPPB Air Tanah TPPB (Ip) 2,232 2,232 0.2232 0,357 0,326 0,402 0,424 0,380 0,380 0,201 -

2,144 1,380 1,520 1,432 1,608 1,608 2,324 2,232

2,501 1,706 1,922 1,856 1,988 1,988 2,525 2,232

0.178643 0.121857 0.137286 0.132571 0.142 0.142 0.180357 0.2232

pada kepala jembatan = 10 buah

6.8 6.8 Kebu Kebutu tuha han n mini minimu mum m anod anoda a γ a

=

I p I 0

Keterangan: γ a = jumlah minimum anoda (buah), (buah), Ip = arus proteksi (Ampere) I0 = arus yang dihasilkan anoda, Ampere Tabel 8. Kebutuhan Minimum Anoda No. 1. 2. 3. 4.

Bagian Jembatan Kepala jembatan 1 Pilar 1 Pilar 2 Pilar 3

Ip, Ampere 2,232 2,501 1,706 1,922

I0, Ampere 0,0717 0,1853 0,1314 0,1314


Kebutuhan Min. Anoda a’± bh 31 13 13 15

14

5. 6. 7. 8. 9.

Pilar 4 Pilar 5 Pilar 6 Pilar 7 Kepala jembatan 2

1,856 1,988 1,988 2,525 2,232

0,1314 0,1314 0,1314 0,0717 0,0717

14 15 15 35 31

6.9 6.9 Kebut ebutu uhan han ba bahan han backfill 

Komposisi bahan backfill , % o o o

 o o o

Gypsum (CaSO4) Bentonite clay Sodium Sulfat (Na Sulfat (Na2SO4)

: : :

75 20 5

Kebutuhan total bahan backfill Gypsum (CaSO4) Bentonite clay Sodium Sulfat (Na Sulfat (Na2SO4)

= = =

350 lt dengan perincian

0,75 x 350 lt = 0,2 x 350 lt = 0,05 x 350 lt =

262,50 lt 70,00 lt 17,50 lt

Total =

350,00 lt

7. KOROSI KOROSIFIT FITAS AS TIANG PANCAN PANCANG G PIPA PIPA BAJA BAJA PADA PADA JEMBATA JEMBATAN-J N-JEMB EMBATA ATAN N DI PULAU JAWA

Hasil penyelidikan korosifitas Tiang Pancang Pipa Baja yang dilakukan pada tahun 1995 1995 menu menunj njuk ukka kan n bahw bahwa a dari dari dari dari 28 jemb jembat atan an yang yang dikaj dikajii hany hanya a 2 (dua (dua)) jembatan (Jembatan Cisadane I dan Jembatan Kedunggede) yang memiliki Tiang Pancang Pipa Baja diproteksi dari korosi dengan metoda Proteksi Katodik Anoda Korban dan itupun umur proteksinya sudah habis. Pada saat pengkajian tersebut tingkat korosi Tiang Pancang Pipa Baja dari Jembatan Cisadane dan Jembatan Kedunggede masuk ke dalam tingkat korosi ringan sebagaimana yang ditunjukkan pada Tabel 9. Tabel 9. Korosifitas Tiang Pancang Pipa Baja Jembatan Di Pulau Jawa No.

Nama Jembatan

A. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Jawa Barat/Banten: Teluk Jambe Kedunggede Cisadane I Cisadane II Cikokol Ciujungkragilan Cibinuangeun Cilangla Ciwulan Kalipucang

Umur (tahun)

Tingkat Korosi TPPB

Potensial TPPB (-Volt)

Keterangan

15 9 15 7 7 6 10 5 3 2

Berat Sedang Ringan Berat Berat Berat Berat Berat Berat Ringan

0,44 0,52 0,54 0,55 0,48 0,55 0,45 0,45 0,48 0,55

Tanpa Proteksi Ktd Proteksi Ktd 5 th Proteksi Ktd 5 th Tanpa Proteksi Ktd Tanpa Proteksi Ktd Tanpa Proteksi Ktd Tanpa Proteksi Ktd Tanpa Proteksi Ktd Tanpa Proteksi Ktd Tanpa Proteksi Ktd


15

B. Jawa Tengah: 1. Cirajayu 5 Berat 0,50 Tanpa Proteksi Ktd 2. Klawing 4 Berat 0,45 Tanpa Proteksi Ktd 3. Serayu Banyumas 3 Sedang 0,44 Tanpa Proteksi Ktd 4. Serayu Slarang 1 Ringan 0,57 Tanpa Proteksi Ktd 5. Judis 2 Sedang 0,40 Tanpa Proteksi Ktd 6. Comal 6 Ringan 0,55 Tanpa Proteksi Ktd 7. Kali Sapi 15 Sedang 0,52 Tanpa Proteksi Ktd 8. Poncol 10 Berat 0,57 Tanpa Proteksi Ktd C. Jawa Timur: 1. Ploso 9 Berat 0,44 Tanpa Proteksi Ktd 2. Sepanjang 9 Berat 0,40 Tanpa Proteksi Ktd 3. Gajah Mada I 3 Berat 0,40 Tanpa Proteksi Ktd 4. Gajah Mada II 3 Berat 0,41 Tanpa Proteksi Ktd 5. Brantas Baru 7 Berat 0,40 Tanpa Proteksi Ktd 6. Sembayat 3 Sedang 0,44 Tanpa Proteksi Ktd 7. Karanggendeng 7 Berat 0,46 Tanpa Proteksi Ktd D. D.I. Yogyakarta: Yogyakarta: 1. Congot 5 Berat 0,52 Tanpa Proteksi Ktd 2. Gelagah 7 Berat 0,48 Tanpa Proteksi Ktd 3. Kretek 6 Ringan 0,52 Tanpa Proteksi Ktd Ket : Tingka Tingkatt korosi korosi ringan ringan = luas luas permu permuka kaan an terkor terkorosi osi < 16%. 16%. Tingka Tingkatt korosi korosi sedang sedang = luas luas permukaa permukaan n terkorosi terkorosi 16% sampai 65%. Tingkat Tingkat korosi korosi berat berat = luas permukaan permukaan terkorosi terkorosi >65%.

Dari data pada Tabel 9 di atas, umur jembatan yang dikaji bervariasi dari 1 tahun sampai 15 tahun. Tiang Pancang Pipa Baja jembatan Cisadane I (umur 5 tahu) dan Kedunggede (umur 9 tahun) telah diproteksi dari korosi dengan Metoda Proteksi Katodik Anoda Korban namun telah habis umur rencana selama 5 tahun. Tingkat koros korosii masin masing-m g-masi asing ng Tiang Tiang Pancan Pancang g Pipa Pipa Baja Baja relati relatiff lebih lebih baik baik untuk untuk umur umur jembatan yang sama di banding jembatan lainnya. 8. KESIMPULAN 8.1Penanggulangan korosi Tiang Pancang Pipa Baja Jembatan yang berada di lingku lingkunga ngan n air dan atau atau tanah tanah dapat dapat dengan dengan cara cara Protek Proteksi si Katod Katodik ik Anoda Korban. 8.2 Perenc Perencana anaan an Protek Proteksi si Katodi Katodik k Anoda Anoda Korban Korban pada pada Tiang Tiang Pancan Pancang g Pipa Pipa Baja Baja secara secara umum terdiri dari a) pengukuran luas tiang pancang pipa baja yang terdiri dari luas dalam dalam air dan luas dalam dalam tanah, tanah, b) Penguk Pengukura uran n potens potensial ial tiang tiang pancan pancang g baja, baja, c) Pengukuran tahanan jenis air dan tanah tempat tiang pancang dipasang, d) Identifikasi karakt karakteri eristi stik k dan jenis jenis anoda, anoda, e) Perhitu Perhitunga ngan n tahana tahanan n anoda anoda dalam dalam air dan dalam dalam tanah, tanah, f) Perhit Perhitung ungan an arus arus yang yang dihasi dihasilka lkan n anoda anoda dalam dalam air dan dalam dalam tanah, tanah, g) Perhitungan umur proteksi dalam air dan dalam tanah, h) Pengukuran rapat arus dan perhitungan arus proteksi yang diperoleh dari pengukuran luas permukaan luar pipa baja dalam air dan dalam tanah dikalikan dengan rapat arus dalam air dan dalam tanah, i) Penghitungan kebutuhan minimum anoda diperoleh dari arus proteksi dibagi dengan arus yang dihasilkan anoda. 8.3 Tiang Tiang Panca Pancang ng Pipa Pipa Baja Baja yang yang terpro terprotek teksi si secara secara Protek Proteksi si Katod Katodik ik berad berada a dala dalam m kead keadaa aan n taha tahan n dari dari koro korosi si (immu (immune ne)) yang yang dita ditand ndai ai deng dengan an nila nilaii potensial lebih kecil dari –0,8 Volt (untuk elektroda pembanding Ag/AgCl) atau lebih kecil dari –0,85 Volt (untuk elektroda pembanding Cu/CuSO4).


16

8.4 8.4 Tian Tiang g Panc Pancan ang g Jemb Jembat atan an di Indo Indone nesi sia a pada pada umum umumny nya a tida tidak k dila dilaku kuka kan n penanggulangan korosi secara Proteksi Katodik padahal untuk di lingkungan air dan atau tanah cara penanggulangan korosi lain, khususnya pengecatan, kurang baik karena lapisan cat dapat tergerus saat pemancangan. pemancangan. 8.5Jembatan Cisadane I dan Kedunggede yang pernah diproteksi katodik anoda korb korban an untu untuk k umur umur renc rencan ana a 5 tahu tahun n tern ternya yata ta menu menunj njuk ukka kan n pada pada umur umur masing-masing 15 tahun dan 9 tahun memiliki tingkat korosi yang lebih baik disbanding jembatan lainnya untuk umur yang sama. DAFTAR PUSTAKA

1.

A.W. A.W. Peab Peabod ody y (197 (1970) 0),, “Prin “Princi cipl ples es of Cath Cathod odic ic Prot Protec ecti tion on”, ”, Nace Nace Basi Basic c Corrosion Course, Chapter 5, National Association of Corrosion Engineers;

2.

British Standard 7361 ( 1991 ), “Cathodic Protection“ Part 1, Code of Practice for Land and and Marine Aplication. Hal. 89; 20;

3.

Irman Nurdin ( 1983 ), “Then Fourth Conference of The Road Engineering Association of Asia and Australia“, Vol. 3; Jakarta. Hal. 232 – 246;

4.

K.R. K.R. Trekew Trekewey ey And And J. Chamber Chamberiam iam ( 1995 1995 ), “Corrosion “Corrosion for Science Science and Engineering Second“ Longanan Singapore. Hal. 375 – 395;

5.

LL. Sheir ( 1978 1978 ), “Corrosion“ Vol. 2 Newnes – Butter Wortks, London. Hal. 11; 34; 34;

6.

Laporan Laporan Proteksi Proteksi Katod Katodik ik Jemba Jembatan tan Muara Tembesi Tembesi (1981), (1981), Jambi Jambi;;

7.

Robe Robert rt H Herd Herder ersb sbac ack k ( 1992 1992 ), ), “Cat “Catho hodi dic c Prot Protec ecti tion on““ Corr Corros osio ion n ASM ASM International USA, ASM Hand Hand Book, Vol 13. Hal. 466 – 469. 469.


17

Penanggulangan Korosi Tiang Pancang Pipa Baja Jembatan Dengan Cara Proteksi Katodik Anoda Korban

Recommend Documents