01. Proposal Teknis dan RAB
PENDAHULUAN
Resistivitas merupakan salah satu variabel sifat fisis yang sangat penting.
Beberapa mineral seperti logam mulia dan grafit menghantarkan listrik
melalui elektron. Kebanyakan batuan pembentuk mineral merupakan
isolator, dimana arus listrik dibawa melalui batuan terutama oleh ion
dalam air pori. Dengan demikian, kebanyakan batuan menghantarkan
listrik melalui proses elektrolitik bukan dari proses elektronik. Oleh karena
itu porositas merupakan pengontrol utama dari resitivitas batuan, dan
secara umum resistivitas meningkat dengan berkurangnya porositas.
Bahkan batu kristal dengan porositas intergranular diabaikan karena
konduktif sepanjang retakan dan rekahan. Rentang nilai resistivitas
ditunjukkan pada Gambar 1. Dapat terlihat adanya tumpang tindih
antara jenis batuan yang berbeda dan akibatnya identifikasi jenis batuan
ini tidak mungkin hanya berdasarkan data resistivitas.
Gambar 1. Aproksimasi rentang nilai resistivitas dari beberapa jenis
batuan.
Resitivitas bulk formasi dalam sistem hidrologi akan menjadi fungsi dari
resistivitas
matriks batuan dan resistivitas fluida tersaturasi. Dalam
batuan berpori yang bersih (tidak ada lempung dan tidak ada matriks
konduktansi), resistivitas batuan akan dipengaruhi oleh resistivitas fluida
(fluida tersaturasi). Hubungan empiris antara resistivitas bulk ( r ),
S
r
porositas ( j ), saturasi fluida ( w ) dan resistivitas fluida ( w ) dinyatakan
sebagai berikut (Hukum Archie):
1.
r = a r wf - n S w- m
dimana a dan n adalah konstanta (masing-masing bernilai sekitar 0.6 – 1.6
dan 2) yang terkait dengan karakteristik porositas. Pada saturasi lebih
besar dari 25%, m @n . Pengukuran r
dilakukan di laboratorium sehingga rasio
dan
r w secara praktis telah
r / r w (biasanya disebut sebagai
faktor pembentukan – F). Batuan pasir yang bersih dengan porositas 10%
akan memiliki nilai F @100 (misal: resistivitas formasi batuan yang terukur
akan 100 kali lebih besar dari resistivitas fluida pori).
Demikian juga, resistivitas bulk batuan dengan mineral konduktif dalam
matriks dapat dinyatakan dalam bagian dari resistivitas matriks (
rm )
(mengabaikan setiap kontribusi dari resistivitas fluida) adalah sebagai
berikut:
2.
r = a r m (1 - f ) - n
Gabungkan rumus ini untuk kasusumum dengan konduktivitas matriks
dan fluida:
1
1
1
=
+
3. r r w F r m Fm
dimana faktor pembentuk matriks mendekati 1 untuk nilai porositas yang
kecil (Hochstein, 1982).
Dalam prakteknya, tidak ada matriks yang ‘bersih’ dan ketika tersaturasi
dengan air bersih, setiap ion bebas akan dimobilisasi dan resistivitas
secara keseluruhan akan lebih kecil mungkin yang diharapkan untuk
resisitivitas dari air itu sendiri. Dikarenakan pengaruh ini, estimasi
resistivitas air berdasarkan resistivitas bulk dan porositas terukur, jarang
lebih besar dari 10 ohm.m, bahkan ketika air pori memiliki nilai resistivitas
yang lebih besar.
Caldwell dkk. (1986) menghasilkan modifikasi persamaan Archie yang
mencakup komponen konduksi dari mineral tanah lempung dalam
matriks:
4.
r = a r wf - n S w- m (1 + KC r w ) - 1
S w adalah perbandingan saturasi air dalam pori, C merupakan
dimana
perbandingan mineral lempung dalam matriks, dan K adalah konstanta
yang sesuai dengan jenis mineral lempung. Karena konduksi dalam
elektrolit adalah oleh proses ionik, resistivitas elektrolit secara langsung
berhubungan dengan viskositas yang menurun terhadap temperatur. Hal
in berbeda dengan mekanisme konduksi dimana resistivitas meningkat
terhadap
temperatur.
keduanya
memiliki
Akibatnya
bahan
ketergantungan
yang
ionik
dan
semi-konduktor
eksponensial
berlawanan
terhadap resistivitas dengan temperatur dalam bentuk:
5.
r = r 0 ee/ RT
dimana e merupakan energi aktivasi (umumnya sekitar 0.2 eV pada air
dan untuk batuan tersaturasi, bervariasi dengan derajat alterasi), R
adalah konstanta Boltzman (0.8617 × 10-4 eV/°K), T merupakan
temperatur (°K) dan
r 0 adalah resistivitas pada temperatur yang tidak
terbatas secara teoritis.
Selain
muatan
lempung,
salinitas
dari
air
pori
(elektrolit)
juga
meningkatkan konduktivitas sampel tanah (dengan demikian menurunkan
resistivitas). Pembahasan mengenai resistivitas elektrik dari fluida kerak
sebagai fungsi dari temperatur, tekanan, dan komposisi fluida yang
menunjukkan bahwa fluida kerak dapat memiliki nilai resistivitas yang
sangat rendah dibawah 0.01 – 1 ohm.m. Kontribusi dominan untuk
menurunkan resistivitas berasal dari peningkatan konsentrasi klorida dan
garam bikarbonat dan peningkatan suhu serta densitas fluida (Nesbitt,
1993).
Resistivitas tanah merupakan faktor utama yang mempengaruhi laju
korosi. Secara umum, resistivitas tanah menurun, korositas meningkat.
Karena aliran arus ionik dikaitkan dengan reaksi tanah korosi, resisitivitas
tanah yang tinggi akan memperlambat reaksi korosi. Resistivitas tanah
umumnya menurun dengan meningkatnya kadar air dan konsentrasi jenis
ionik.
Resistivitas
tanah
bukan
satu-satunya
parameter
yang
mempengauhi resiko kerusakan korosi. Tanah dengan nilai resistivitas
tinggi saja tidak menjamin tidak adanya korosi yang serius.
6.
PMETODOLOGI
METODE GEOLISTRIK RESISTIVITAS
Metode geolistrik resistivitas merupakan salah satu metode geofisika yang
dapat memberikan gambaran susunan dan kedalaman lapisan batuan,
dengan
mengukur
sifat
kelistrikan
batuan
[Priyanto
1989
dalam
Kalmiawan et al, 2000].
Dalam pendugaan resistivitas kita menggunakan asumsi bahwa:
1. Di
bawah
permukaan
bumi,
terdiri
dari
lapisan-lapisan
dengan
ketebalan tertentu kecuali lapisan terbawah memiliki ketebalan yang
tidak berhingga.
2. Bidang batas antar lapisan merupakan bidang yang horizontal.
3. Setiap lapisan bersifat homogen isotropis. Yang dimaksud dengan
homogen isotropis adalah apabila arus kontinu yang mengalir serba
sama di semua tempat dan yang sifatnya terhadap arus listrik serba
sama di semua arah. Sehingga nilai resistivitas pada lapisan tersebut
serba sama di semua arah.
Seperti halnya dalam kawat penghantar, maka untuk model bumi berlaku
pula hukum Ohm, dimana
⃗J =σ ⃗E
Besaran skalar dari medan listrik
(1)
⃗E
yaitu potensial listrik V, dapat
dinyatakan sebagai negatif dari gradien potensial, yaitu:
⃗E=−⃗∇ V
(2)
sehingga persamaan (1) dapat dituliskan sebagai
⃗J =−σ⋅⃗
∇V
(3)
Karena arus mengalir pada medium yang bersifat homogen isotropis,
maka hukum kekekalan muatan secara matematis dapat ditulis:
∂q
⃗
∇⋅⃗J =−
∂t
dimana
q
(4)
adalah rapat muatan (C/m3). Persamaan (4) disebut juga
persamaan kontinuitas, apabila muatan dianggap tetap, berarti tidak ada
arus listrik yang masuk, maka persamaan (4) menjadi:
⃗
∇⋅⃗J =0
(5)
Dengan mensubtitusikan persamaan (3) dengan (2.7) maka diperoleh
persamaan:
⃗
∇ σ⋅⃗
∇ V +σ ∇ 2 V =0
(6)
Apabila medium bersifat homogen isotropis (tidak bergantung pada
sistem koordinat), dengan
⃗
∇⋅σ=0
maka potensial skalar
V
memenuhi
persamaan Laplace yang menyatakan distribusi potensial arus searah:
∇ 2 V =0
(7)
Jika suatu sumber arus tunggal dialirkan di atas permukaan medium yang
bersifat homogen isotropis melalui sebuah elektroda (Gambar 2), maka
besarnya potensial dapat ditentukan melalui persamaan (7).
Gambar 2. Arus tunggal di permukaan medium homogen isotropis
[Telford. W. M,1976]
Dalam sistem koordinat bola, persamaan (7) ditulis menjadi:
(
)
(
2
)
1 ∂
∂V 1 1 ∂
∂V 1 1 ∂ V
r2
+ 2
sin θ
+
=0
2 ∂r
∂r r sin θ ∂θ
∂θ r 2 sin 2 θ ∂ φ2
r
(8)
dikarenakan hanya arus tunggal yang mengalir maka arus mengalir
simetris
terhadap
arah
θ
dan
φ . Sehingga potensial hanya
bergantung terhadap jarak dari sumber. Persamaan (8) menjadi:
(
)
1 ∂
∂V
r2
=0
2 ∂r
∂r
r
(9)
Persamaan (9) kemudian diintegrasi sehingga memberikan solusi
r2
∂V
=c
∂r
(10)
setelah diintegrasi maka persamaan diatas menjadi
V =−
c2
+ c1
r
Pada jarak
(11)
yang jauh dari titik sumber
r
(r → ~)
maka
V ~0
sehingga
c 1=0 . Maka persamaan (11) menjadi
V =−
c2
r
Berdasarkan
(12)
persamaan
(12)
dapat
kita
lihat
bahwa
permukaan
ekuipotensialnya berupa permukaan bola dengan aliran arus dan medan
listriknya berarah radial. Oleh karena harga konduktivitas udara sama
dengan 0, maka persamaan ekuipotensial di dalam bumi merupakan
setengah bola.
Berdasarkan persamaan (3) maka rapat arus pada jarak r dari sumber
dinyatakan dengan:
1 ∂V
⃗J =−σ⋅⃗
∇ V =σ⋅E=−
ρ ∂r
(13)
Dengan mensubtitusikan persamaan (10) dengan persamaan (13) maka
diperoleh
c
⃗J =− 1 2
ρ r2
(14)
Arus total yang menembus permukaaan setengah bola dengan jari-jari r
adalah:
(
I =JA= −
)
1 c2
2π
2 πr 2 =−
c
2
ρr
ρ 2
sehingga
c 2 =−
ρI
2π
(15)
Apabila persamaan (15) disubtitusikan dengan persamaan (12) maka
diperoleh
V=
ρI
2 πr
(16)
Metoda resistivitas merupakan metode geofisika yang dipakai untuk
pengukuran resistivitas semu suatu medium. Dalam metode resistivitas
arus listrik berfrekuensi rendah dialirkan ke dalam tanah dan distribusi
potensialnya diukur dengan elektroda potensial. Variasi resistivitas
diturunkan dari hasil pengukuran beda potensial tersebut. Pengukuran
resistivitas ini menggunakan 4 elektroda, masing-masing 2 elektroda arus
(C1 dan C2) dan 2 elektroda potensial (P1 dan P2) (Gambar 3).
Gambar 3. Konfigurasi elektroda arus dan potensial.
ΔV =
Iρ
2π
((
)(
1 1
1 1
− − −
r1 r2
r3 r4
))
(17)
dimana:
ΔV
= beda potensial; M dan N
I
= kuat arus
ρ
= resistivitas
r1, r2, r3, r4 = parameter konfigurasi
Karena elektroda pada saat melakukan pengukuran disusun sedemikian
rupa, maka harus dilakukan perhitungan terhadap konfigurasi elektroda.
Suatu besaran yang berfungsi sebagai faktor untuk mengkoreksi berbagai
konfigurasi elektroda disebut sebagai faktor geometri. Faktor geometri
yang diturunkan untuk konfigurasi elektroda seperti Gambar 4 di bawah
ini
Gambar 4. Konfigurasi elektroda untuk faktor geometri [Reynolds,1997]
ΔV =V M −V N =
ρ=2 π
(((
Iρ
2π
(( AM1 − BM1 )−( AN1 − BN1 ))
)(
1
1
1
1
−
−
−
AM BM
AN BN
))
−1
ΔV
I
)
(18)
Sehingga resistivitas semu medium yang terukur dihitung berdasarkan
persamaan [van Norstand et al, 1966; Reynolds 1997; Telford et al, 1990]:
ρa =K
ΔV
I
(19)
dimana
((
)(
1
1
1
1
K=2 π
−
−
−
AM BM
AN BN
Nilai
resistivitas
yang
))
−1
dihitung
(20)
bukanlah
nilai
resistivitas
bawah
permukaan yang sebenarnya, namun merupakan nilai semu ( apparent)
yang merupakan resistivitas dari bumi yang dianggap homogen yang
memberikan nilai resistansi yang sama untuk susunan elektroda yang
sama. Untuk menentukan nilai resistivitas bawah permukaan yang
sebenarnya diperlukan proses perhitungan secara inversi maupun forward
dengan menggunakan bantuan komputer.
KONFIGURASI WENNER
Konfigurasi Wenner biasa digunakan untuk pendugaan bawah permukaan
bumi secara horizontal. Konfigurasi ini memiliki jarak yang sama antar
elektroda. (Gambar 5)
Gambar 5. Konfigurasi elektroda Wenner.
Faktor
geometri
persamaan:
untuk
konfigurasi
Wenner
diperoleh
berdasarkan
K=2 π na
dimana n = 1, 2, 3, 4, 5,……
(21)
PLINGKUP PEKERJAAN DAN TEKNIK AKUISISI DATA
Pengukuran
metode
geolistrik
menggunakan teknik
resistivitas
akan
dilakukan
dengan
sounding (dengan konfigurasi Wenner) untuk
mendapatkan gambaran nilai resistivitas sampai dengan kedalaman
hingga 1.5 – 2 meter. Jumlah titik pengukuran yaitu sebanyak 42 titik
sounding dengan spasi antar titik sounding sejauh ~ 1 km.
Kegiatan survey di lapangan dalam penyelidikan ini dapat diuraikan
menjadi beberapa tahapan, yaitu tahap akuisisi data geolistrik resistivitas
(1D), pengolahan data, dan diakhiri dengan tahap interpretasi. Peralatan
yang diperlukan dan prosedur kegiatan untuk masing-masing tahapan,
secara rinci akan dijelaskan sebagai berikut:
A. PERALATAN
Peralatan
lapangan
yang
digunakan
dalam
pelaksanaan
kegiatan
penyelidikan ini terdiri atas:
1.
Satu set resistivitimeter single-channel Naniura, yang terdiri dari :
a. 1 main unit
b. 2 elektrode arus
c. 2 elektrode potensial
d. 1 gulung kabel arus
e. 1 gulung kabel potensial
f.
1 buah accu, digunakan untuk sumber arus pada pengukuran
geolistrik.
2.
Satu buah charger accu, digunakan untuk melakukan pengisian
accu.
3.
Palu, digunakan menancapkan elektrode.
4.
Dua buah meteran tali, digunakan untuk mengukur interval elektrode.
5.
Empat buah HT, digunakan untuk berkomunikasi di lapangan.
6.
Satu buah laptop, digunakan untuk menyimpan data penyelidikan,
sekaligus untuk pengolahan data dan penyusunan laporan.
B. TAHAP AKUISISI DATA
Prosedur kegiatan pada tahap pengukuran geolistrik resistivitas (1D)
meliputi aktivitas sebagai berikut :
1.
Mempersiapkan peralatan. Peralatan yang digunakan adalah satu set
resistivitimeter single channel Naniura.
Gambar 6. Satu set resistivitimeter single channel Naniura.
2.
3.
Menentukan titik pengukuran geolistrik.
Pengambilan data. Tahapan pengambilan data ini dapat diuraikan lagi
menjadi beberapa langkah, yaitu :
Menancapkan 4 elektroda yang terdiri dari 2 elektroda potensial
dan dua elektroda arus.
Membentangkan kabel dan menyambungkannya pada masing–
masing elektroda, kemudian menghubungkannya ke main unit.
Setelah setiap kabel dan elektroda terhubung dengan baik dengan
alat (main unit), kemudian sambungkan alat dengan accu.
Menyalakan alat pada posisi ON kemudian pastikan indikator arus
accu dalam posisi aktif serta indikator potensialnya berada pada
posisi / daerah merah.
Sebelum arus diinjeksikan, harus dilakukan penghilangan nilai
potensial diri (self potensial), dengan cara memutar tombol Course
untuk nilai yang besar dan apabila telah mendekati nilai NOL
gunakan tombol Fine, sehingga nilai potensialnya berada pada
posisi NOL.
Setelah itu tekan tombol START selama beberapa detik kemudian
baca nilai potensial yang stabilnya lalu tekan HOLD, kemudian
baca nilai arusnya.
Mencatat nilai potensial dan arusnya tersebut.
Melakukan langkah-langkah diatas berulang-ulang untuk setiap
jarak bentangan yang berbeda.
Data yang didapat dari pengukuran ini yaitu arus, potensial, serta faktor
geometri untuk masing-masing posisi elektrode arus dan potensial. Dari
data-data ini kemudian dapat dihitung nilai resistivitas semunya.
PTEKNIK PENGOLAHAN DATA DAN INTERPRETASI
Beberapa tahapan dalam pengolahan data geolistrik dapat dijelaskan
sebagai berikut :
1.
Data yang diperoleh di lapangan berupa jarak bentangan, arus,
potensial, dan resistivitas semu.
2.
Data tersebut kemudian disusun sesuai dengan format inputan
sebagai bahan proses pengolahan selanjutnya .
3.
sebenarnya ( true resistivity)
Untuk menentukan nilai resistivitas
terhadap
kedalaman
dilakukan
proses
inversi
1-D
dengan
menggunakan perangkat lunak.
4.
Membuat korelasi nilai resistivitas antara titik sounding satu dengan
titik sounding lainnya (bila diperlukan).
Gambar 7. Contoh kurva resistivitas terhadap kedalaman hasil inversi 1D.
Gambar 8. Contoh hasil interpretasi pengukuran geolistrik hasil inversi
untuk satu sounding.
Gambar 9. Contoh hasil interpretasi berupa korelasi antara titik sounding
satu dengan lainnya .
RANCANGAN ANGGARAN BIAYA
Rincian usulan anggaran biaya untuk pelaksanaan survey geolistrik dijelaskan pada tabel berikut:
JADWAL PELAKSANAAN
Jadwal tentatif pelaksanaan survey geolistrik
PTIM
PELAKSANA
Tim:
Wahyu Srigutomo, Ph.D
Prihandhanu Mukti Pratomo, M.Si
Anggie Susilawati, M.Si
Rocky Martakusumah, S.Si
Angga Bakti Pratama, S.Si
Bayu Sulistyo Hadi, Amd
PPENUTUP
Demikianlah proposal teknis ini kami susun, semoga dapat menjadi dasar
kerjasama yang baik untuk kedua belah pihak.
Bandung, 14 Juni 2012
Wahyu Srigutomo, Ph.D
Resistivitas merupakan salah satu variabel sifat fisis yang sangat penting.
Beberapa mineral seperti logam mulia dan grafit menghantarkan listrik
melalui elektron. Kebanyakan batuan pembentuk mineral merupakan
isolator, dimana arus listrik dibawa melalui batuan terutama oleh ion
dalam air pori. Dengan demikian, kebanyakan batuan menghantarkan
listrik melalui proses elektrolitik bukan dari proses elektronik. Oleh karena
itu porositas merupakan pengontrol utama dari resitivitas batuan, dan
secara umum resistivitas meningkat dengan berkurangnya porositas.
Bahkan batu kristal dengan porositas intergranular diabaikan karena
konduktif sepanjang retakan dan rekahan. Rentang nilai resistivitas
ditunjukkan pada Gambar 1. Dapat terlihat adanya tumpang tindih
antara jenis batuan yang berbeda dan akibatnya identifikasi jenis batuan
ini tidak mungkin hanya berdasarkan data resistivitas.
Gambar 1. Aproksimasi rentang nilai resistivitas dari beberapa jenis
batuan.
Resitivitas bulk formasi dalam sistem hidrologi akan menjadi fungsi dari
resistivitas
matriks batuan dan resistivitas fluida tersaturasi. Dalam
batuan berpori yang bersih (tidak ada lempung dan tidak ada matriks
konduktansi), resistivitas batuan akan dipengaruhi oleh resistivitas fluida
(fluida tersaturasi). Hubungan empiris antara resistivitas bulk ( r ),
S
r
porositas ( j ), saturasi fluida ( w ) dan resistivitas fluida ( w ) dinyatakan
sebagai berikut (Hukum Archie):
1.
r = a r wf - n S w- m
dimana a dan n adalah konstanta (masing-masing bernilai sekitar 0.6 – 1.6
dan 2) yang terkait dengan karakteristik porositas. Pada saturasi lebih
besar dari 25%, m @n . Pengukuran r
dilakukan di laboratorium sehingga rasio
dan
r w secara praktis telah
r / r w (biasanya disebut sebagai
faktor pembentukan – F). Batuan pasir yang bersih dengan porositas 10%
akan memiliki nilai F @100 (misal: resistivitas formasi batuan yang terukur
akan 100 kali lebih besar dari resistivitas fluida pori).
Demikian juga, resistivitas bulk batuan dengan mineral konduktif dalam
matriks dapat dinyatakan dalam bagian dari resistivitas matriks (
rm )
(mengabaikan setiap kontribusi dari resistivitas fluida) adalah sebagai
berikut:
2.
r = a r m (1 - f ) - n
Gabungkan rumus ini untuk kasusumum dengan konduktivitas matriks
dan fluida:
1
1
1
=
+
3. r r w F r m Fm
dimana faktor pembentuk matriks mendekati 1 untuk nilai porositas yang
kecil (Hochstein, 1982).
Dalam prakteknya, tidak ada matriks yang ‘bersih’ dan ketika tersaturasi
dengan air bersih, setiap ion bebas akan dimobilisasi dan resistivitas
secara keseluruhan akan lebih kecil mungkin yang diharapkan untuk
resisitivitas dari air itu sendiri. Dikarenakan pengaruh ini, estimasi
resistivitas air berdasarkan resistivitas bulk dan porositas terukur, jarang
lebih besar dari 10 ohm.m, bahkan ketika air pori memiliki nilai resistivitas
yang lebih besar.
Caldwell dkk. (1986) menghasilkan modifikasi persamaan Archie yang
mencakup komponen konduksi dari mineral tanah lempung dalam
matriks:
4.
r = a r wf - n S w- m (1 + KC r w ) - 1
S w adalah perbandingan saturasi air dalam pori, C merupakan
dimana
perbandingan mineral lempung dalam matriks, dan K adalah konstanta
yang sesuai dengan jenis mineral lempung. Karena konduksi dalam
elektrolit adalah oleh proses ionik, resistivitas elektrolit secara langsung
berhubungan dengan viskositas yang menurun terhadap temperatur. Hal
in berbeda dengan mekanisme konduksi dimana resistivitas meningkat
terhadap
temperatur.
keduanya
memiliki
Akibatnya
bahan
ketergantungan
yang
ionik
dan
semi-konduktor
eksponensial
berlawanan
terhadap resistivitas dengan temperatur dalam bentuk:
5.
r = r 0 ee/ RT
dimana e merupakan energi aktivasi (umumnya sekitar 0.2 eV pada air
dan untuk batuan tersaturasi, bervariasi dengan derajat alterasi), R
adalah konstanta Boltzman (0.8617 × 10-4 eV/°K), T merupakan
temperatur (°K) dan
r 0 adalah resistivitas pada temperatur yang tidak
terbatas secara teoritis.
Selain
muatan
lempung,
salinitas
dari
air
pori
(elektrolit)
juga
meningkatkan konduktivitas sampel tanah (dengan demikian menurunkan
resistivitas). Pembahasan mengenai resistivitas elektrik dari fluida kerak
sebagai fungsi dari temperatur, tekanan, dan komposisi fluida yang
menunjukkan bahwa fluida kerak dapat memiliki nilai resistivitas yang
sangat rendah dibawah 0.01 – 1 ohm.m. Kontribusi dominan untuk
menurunkan resistivitas berasal dari peningkatan konsentrasi klorida dan
garam bikarbonat dan peningkatan suhu serta densitas fluida (Nesbitt,
1993).
Resistivitas tanah merupakan faktor utama yang mempengaruhi laju
korosi. Secara umum, resistivitas tanah menurun, korositas meningkat.
Karena aliran arus ionik dikaitkan dengan reaksi tanah korosi, resisitivitas
tanah yang tinggi akan memperlambat reaksi korosi. Resistivitas tanah
umumnya menurun dengan meningkatnya kadar air dan konsentrasi jenis
ionik.
Resistivitas
tanah
bukan
satu-satunya
parameter
yang
mempengauhi resiko kerusakan korosi. Tanah dengan nilai resistivitas
tinggi saja tidak menjamin tidak adanya korosi yang serius.
6.
PMETODOLOGI
METODE GEOLISTRIK RESISTIVITAS
Metode geolistrik resistivitas merupakan salah satu metode geofisika yang
dapat memberikan gambaran susunan dan kedalaman lapisan batuan,
dengan
mengukur
sifat
kelistrikan
batuan
[Priyanto
1989
dalam
Kalmiawan et al, 2000].
Dalam pendugaan resistivitas kita menggunakan asumsi bahwa:
1. Di
bawah
permukaan
bumi,
terdiri
dari
lapisan-lapisan
dengan
ketebalan tertentu kecuali lapisan terbawah memiliki ketebalan yang
tidak berhingga.
2. Bidang batas antar lapisan merupakan bidang yang horizontal.
3. Setiap lapisan bersifat homogen isotropis. Yang dimaksud dengan
homogen isotropis adalah apabila arus kontinu yang mengalir serba
sama di semua tempat dan yang sifatnya terhadap arus listrik serba
sama di semua arah. Sehingga nilai resistivitas pada lapisan tersebut
serba sama di semua arah.
Seperti halnya dalam kawat penghantar, maka untuk model bumi berlaku
pula hukum Ohm, dimana
⃗J =σ ⃗E
Besaran skalar dari medan listrik
(1)
⃗E
yaitu potensial listrik V, dapat
dinyatakan sebagai negatif dari gradien potensial, yaitu:
⃗E=−⃗∇ V
(2)
sehingga persamaan (1) dapat dituliskan sebagai
⃗J =−σ⋅⃗
∇V
(3)
Karena arus mengalir pada medium yang bersifat homogen isotropis,
maka hukum kekekalan muatan secara matematis dapat ditulis:
∂q
⃗
∇⋅⃗J =−
∂t
dimana
q
(4)
adalah rapat muatan (C/m3). Persamaan (4) disebut juga
persamaan kontinuitas, apabila muatan dianggap tetap, berarti tidak ada
arus listrik yang masuk, maka persamaan (4) menjadi:
⃗
∇⋅⃗J =0
(5)
Dengan mensubtitusikan persamaan (3) dengan (2.7) maka diperoleh
persamaan:
⃗
∇ σ⋅⃗
∇ V +σ ∇ 2 V =0
(6)
Apabila medium bersifat homogen isotropis (tidak bergantung pada
sistem koordinat), dengan
⃗
∇⋅σ=0
maka potensial skalar
V
memenuhi
persamaan Laplace yang menyatakan distribusi potensial arus searah:
∇ 2 V =0
(7)
Jika suatu sumber arus tunggal dialirkan di atas permukaan medium yang
bersifat homogen isotropis melalui sebuah elektroda (Gambar 2), maka
besarnya potensial dapat ditentukan melalui persamaan (7).
Gambar 2. Arus tunggal di permukaan medium homogen isotropis
[Telford. W. M,1976]
Dalam sistem koordinat bola, persamaan (7) ditulis menjadi:
(
)
(
2
)
1 ∂
∂V 1 1 ∂
∂V 1 1 ∂ V
r2
+ 2
sin θ
+
=0
2 ∂r
∂r r sin θ ∂θ
∂θ r 2 sin 2 θ ∂ φ2
r
(8)
dikarenakan hanya arus tunggal yang mengalir maka arus mengalir
simetris
terhadap
arah
θ
dan
φ . Sehingga potensial hanya
bergantung terhadap jarak dari sumber. Persamaan (8) menjadi:
(
)
1 ∂
∂V
r2
=0
2 ∂r
∂r
r
(9)
Persamaan (9) kemudian diintegrasi sehingga memberikan solusi
r2
∂V
=c
∂r
(10)
setelah diintegrasi maka persamaan diatas menjadi
V =−
c2
+ c1
r
Pada jarak
(11)
yang jauh dari titik sumber
r
(r → ~)
maka
V ~0
sehingga
c 1=0 . Maka persamaan (11) menjadi
V =−
c2
r
Berdasarkan
(12)
persamaan
(12)
dapat
kita
lihat
bahwa
permukaan
ekuipotensialnya berupa permukaan bola dengan aliran arus dan medan
listriknya berarah radial. Oleh karena harga konduktivitas udara sama
dengan 0, maka persamaan ekuipotensial di dalam bumi merupakan
setengah bola.
Berdasarkan persamaan (3) maka rapat arus pada jarak r dari sumber
dinyatakan dengan:
1 ∂V
⃗J =−σ⋅⃗
∇ V =σ⋅E=−
ρ ∂r
(13)
Dengan mensubtitusikan persamaan (10) dengan persamaan (13) maka
diperoleh
c
⃗J =− 1 2
ρ r2
(14)
Arus total yang menembus permukaaan setengah bola dengan jari-jari r
adalah:
(
I =JA= −
)
1 c2
2π
2 πr 2 =−
c
2
ρr
ρ 2
sehingga
c 2 =−
ρI
2π
(15)
Apabila persamaan (15) disubtitusikan dengan persamaan (12) maka
diperoleh
V=
ρI
2 πr
(16)
Metoda resistivitas merupakan metode geofisika yang dipakai untuk
pengukuran resistivitas semu suatu medium. Dalam metode resistivitas
arus listrik berfrekuensi rendah dialirkan ke dalam tanah dan distribusi
potensialnya diukur dengan elektroda potensial. Variasi resistivitas
diturunkan dari hasil pengukuran beda potensial tersebut. Pengukuran
resistivitas ini menggunakan 4 elektroda, masing-masing 2 elektroda arus
(C1 dan C2) dan 2 elektroda potensial (P1 dan P2) (Gambar 3).
Gambar 3. Konfigurasi elektroda arus dan potensial.
ΔV =
Iρ
2π
((
)(
1 1
1 1
− − −
r1 r2
r3 r4
))
(17)
dimana:
ΔV
= beda potensial; M dan N
I
= kuat arus
ρ
= resistivitas
r1, r2, r3, r4 = parameter konfigurasi
Karena elektroda pada saat melakukan pengukuran disusun sedemikian
rupa, maka harus dilakukan perhitungan terhadap konfigurasi elektroda.
Suatu besaran yang berfungsi sebagai faktor untuk mengkoreksi berbagai
konfigurasi elektroda disebut sebagai faktor geometri. Faktor geometri
yang diturunkan untuk konfigurasi elektroda seperti Gambar 4 di bawah
ini
Gambar 4. Konfigurasi elektroda untuk faktor geometri [Reynolds,1997]
ΔV =V M −V N =
ρ=2 π
(((
Iρ
2π
(( AM1 − BM1 )−( AN1 − BN1 ))
)(
1
1
1
1
−
−
−
AM BM
AN BN
))
−1
ΔV
I
)
(18)
Sehingga resistivitas semu medium yang terukur dihitung berdasarkan
persamaan [van Norstand et al, 1966; Reynolds 1997; Telford et al, 1990]:
ρa =K
ΔV
I
(19)
dimana
((
)(
1
1
1
1
K=2 π
−
−
−
AM BM
AN BN
Nilai
resistivitas
yang
))
−1
dihitung
(20)
bukanlah
nilai
resistivitas
bawah
permukaan yang sebenarnya, namun merupakan nilai semu ( apparent)
yang merupakan resistivitas dari bumi yang dianggap homogen yang
memberikan nilai resistansi yang sama untuk susunan elektroda yang
sama. Untuk menentukan nilai resistivitas bawah permukaan yang
sebenarnya diperlukan proses perhitungan secara inversi maupun forward
dengan menggunakan bantuan komputer.
KONFIGURASI WENNER
Konfigurasi Wenner biasa digunakan untuk pendugaan bawah permukaan
bumi secara horizontal. Konfigurasi ini memiliki jarak yang sama antar
elektroda. (Gambar 5)
Gambar 5. Konfigurasi elektroda Wenner.
Faktor
geometri
persamaan:
untuk
konfigurasi
Wenner
diperoleh
berdasarkan
K=2 π na
dimana n = 1, 2, 3, 4, 5,……
(21)
PLINGKUP PEKERJAAN DAN TEKNIK AKUISISI DATA
Pengukuran
metode
geolistrik
menggunakan teknik
resistivitas
akan
dilakukan
dengan
sounding (dengan konfigurasi Wenner) untuk
mendapatkan gambaran nilai resistivitas sampai dengan kedalaman
hingga 1.5 – 2 meter. Jumlah titik pengukuran yaitu sebanyak 42 titik
sounding dengan spasi antar titik sounding sejauh ~ 1 km.
Kegiatan survey di lapangan dalam penyelidikan ini dapat diuraikan
menjadi beberapa tahapan, yaitu tahap akuisisi data geolistrik resistivitas
(1D), pengolahan data, dan diakhiri dengan tahap interpretasi. Peralatan
yang diperlukan dan prosedur kegiatan untuk masing-masing tahapan,
secara rinci akan dijelaskan sebagai berikut:
A. PERALATAN
Peralatan
lapangan
yang
digunakan
dalam
pelaksanaan
kegiatan
penyelidikan ini terdiri atas:
1.
Satu set resistivitimeter single-channel Naniura, yang terdiri dari :
a. 1 main unit
b. 2 elektrode arus
c. 2 elektrode potensial
d. 1 gulung kabel arus
e. 1 gulung kabel potensial
f.
1 buah accu, digunakan untuk sumber arus pada pengukuran
geolistrik.
2.
Satu buah charger accu, digunakan untuk melakukan pengisian
accu.
3.
Palu, digunakan menancapkan elektrode.
4.
Dua buah meteran tali, digunakan untuk mengukur interval elektrode.
5.
Empat buah HT, digunakan untuk berkomunikasi di lapangan.
6.
Satu buah laptop, digunakan untuk menyimpan data penyelidikan,
sekaligus untuk pengolahan data dan penyusunan laporan.
B. TAHAP AKUISISI DATA
Prosedur kegiatan pada tahap pengukuran geolistrik resistivitas (1D)
meliputi aktivitas sebagai berikut :
1.
Mempersiapkan peralatan. Peralatan yang digunakan adalah satu set
resistivitimeter single channel Naniura.
Gambar 6. Satu set resistivitimeter single channel Naniura.
2.
3.
Menentukan titik pengukuran geolistrik.
Pengambilan data. Tahapan pengambilan data ini dapat diuraikan lagi
menjadi beberapa langkah, yaitu :
Menancapkan 4 elektroda yang terdiri dari 2 elektroda potensial
dan dua elektroda arus.
Membentangkan kabel dan menyambungkannya pada masing–
masing elektroda, kemudian menghubungkannya ke main unit.
Setelah setiap kabel dan elektroda terhubung dengan baik dengan
alat (main unit), kemudian sambungkan alat dengan accu.
Menyalakan alat pada posisi ON kemudian pastikan indikator arus
accu dalam posisi aktif serta indikator potensialnya berada pada
posisi / daerah merah.
Sebelum arus diinjeksikan, harus dilakukan penghilangan nilai
potensial diri (self potensial), dengan cara memutar tombol Course
untuk nilai yang besar dan apabila telah mendekati nilai NOL
gunakan tombol Fine, sehingga nilai potensialnya berada pada
posisi NOL.
Setelah itu tekan tombol START selama beberapa detik kemudian
baca nilai potensial yang stabilnya lalu tekan HOLD, kemudian
baca nilai arusnya.
Mencatat nilai potensial dan arusnya tersebut.
Melakukan langkah-langkah diatas berulang-ulang untuk setiap
jarak bentangan yang berbeda.
Data yang didapat dari pengukuran ini yaitu arus, potensial, serta faktor
geometri untuk masing-masing posisi elektrode arus dan potensial. Dari
data-data ini kemudian dapat dihitung nilai resistivitas semunya.
PTEKNIK PENGOLAHAN DATA DAN INTERPRETASI
Beberapa tahapan dalam pengolahan data geolistrik dapat dijelaskan
sebagai berikut :
1.
Data yang diperoleh di lapangan berupa jarak bentangan, arus,
potensial, dan resistivitas semu.
2.
Data tersebut kemudian disusun sesuai dengan format inputan
sebagai bahan proses pengolahan selanjutnya .
3.
sebenarnya ( true resistivity)
Untuk menentukan nilai resistivitas
terhadap
kedalaman
dilakukan
proses
inversi
1-D
dengan
menggunakan perangkat lunak.
4.
Membuat korelasi nilai resistivitas antara titik sounding satu dengan
titik sounding lainnya (bila diperlukan).
Gambar 7. Contoh kurva resistivitas terhadap kedalaman hasil inversi 1D.
Gambar 8. Contoh hasil interpretasi pengukuran geolistrik hasil inversi
untuk satu sounding.
Gambar 9. Contoh hasil interpretasi berupa korelasi antara titik sounding
satu dengan lainnya .
RANCANGAN ANGGARAN BIAYA
Rincian usulan anggaran biaya untuk pelaksanaan survey geolistrik dijelaskan pada tabel berikut:
JADWAL PELAKSANAAN
Jadwal tentatif pelaksanaan survey geolistrik
PTIM
PELAKSANA
Tim:
Wahyu Srigutomo, Ph.D
Prihandhanu Mukti Pratomo, M.Si
Anggie Susilawati, M.Si
Rocky Martakusumah, S.Si
Angga Bakti Pratama, S.Si
Bayu Sulistyo Hadi, Amd
PPENUTUP
Demikianlah proposal teknis ini kami susun, semoga dapat menjadi dasar
kerjasama yang baik untuk kedua belah pihak.
Bandung, 14 Juni 2012
Wahyu Srigutomo, Ph.D