I. PENDAHULUAN1.1 Latar BelakangAdanya penanaman kabel, pipa dan lain-lain di bawah tanah untuk berbagai keperluan diantarannya kabel telepon, kabel listrik, pipa air dan sebagainya menghendaki keamanan dan keindahan lingkungan sehingga memerlukan perhatian khusus terutama masalah penggalian. Adanya ketidaktahuan kabel kabel pipa yang sudah ada dalam tanah, seringkali menimbulkan masalah diantaranya putusnya kabel, pecahnya pipa dan lain-lain.Untuk menyelesaikan masalah-masalah tersebut di atas, perlu dilakukan studi ke-geofisika-an. Penelitian ini merupakan suatu studi geofisika yang menerapkan metode geolistrik tahanan jenis konfigurasi Wenner-Schlumberger. Metode geolistrik merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik di dalam bumi dan bagaimana cara mendeteksinya di permukaan bumi. Dalam hal ini meliputi pengukuran potensial dan arus listrik yang terjadi, baik secara alamiah maupun akibat injeksi arus di dalam bumi. Metode ini dilakukan dalam sebuah wadah kaca dengan panjang 1,2 meter, lebar 0,7 meter, dan tinggi 0,6 meter. Sebagai host-rock digunakan pasir yang didalamnya terdapat pipa yang kemudian dilakukan penginjeksian arus menggunakan 4 buah elektroda yang terdiri atas 2 elektroda arus dan 2 elektroda potensial.Penelitian ini dilakukan dengan harapan dapat dijadikan sebagai referensi dalam mengaplikasikannya di lapangan yaitu untuk menentukan tahanan jenis (resistivitas) bawah permukaan dan memetakan formasi bawah permukaan sehingga keberadaan benda/material di bawah permukaan dapat teridentifikasi. Aplikasi hasil penelitian ini dapat diterapkan seperti pengidentifikasian pipa air minum, pipa minyak, serta penelusuran kabel listrik dan kabel telpon bawah tanah. Berdasarkan hal tersebut di atas, maka penulis mengangkat judul Aplikasi Metode Geolistrik Tahanan Jenis Konfigurasi Wenner Schlumberger Untuk Survey Pipa Bawah Permukaan1.2 Rumusan MasalahBerdasarkan latar belakang diatas, timbul rumusan masalah dalam penelitian ini yaitu: Bagaimana metode geolistrik konfigurasi Wenner Schlumberger dapat mengidentifikasi dengan baik keberadaan pipa di bawah permukaan ?.1.3 Tujuan PenelitianAdapun Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah: Untuk mengidentifikasi keberadaan pipa di bawah permukaan.1.4 Manfaat PenelitianHasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:1. Memberikan informasi kepada Pemerintah maupun Instansi sektoral yang terkait tentang keberadaan benda/material khususnya pipa di bawah permukaan .2. Dapat dijadikan sebagai refrensi dalam mengaplikasikannya di lapangan sehingga keberadaan benda/material di bawah permukaan dapat teridentifikasi.II. KAJIAN PUSTAKA2.1 Geolistrik Tahanan JenisGeolistrik merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik di dalam bumi dan bagaimana cara mendeteksinya di dalam bumi dan bagaimana cara mendeteksinya dipermukaan bumi. Dalam hal ini meliputi pengukuran potensial, arus dan medan elektromagnetik yang tejadi baik secara alamiah ataupun akibat injeksi arus ke dalam bumi. Ada beberapa macam metode geolistrik, antara lain : metode potensial diri, arus Telluric, magnetotelluric, Induced Polarization (IP), Resistivitas (tahanan jenis) dan lain-lain.Pada metode geolistrik tahanan jenis ini, arus listrik diinjeksikan ke dalam bumi melalui dua elektroda arus. Kemudian beda potensial yang terjadi diukur melalui dua elektroda potensial. Dari hasil pengukuran arus beda portensial untuk setiap jarak elektroda yang berbeda kemudian dapat diturunkan variasi harga hambatan jenis masing-masing lapisan dibawah titik ukur (sounding point).Metoda ini lebih efektif jika digunakan untuk eksplorasi yang sifatnya dangkal, jarang memberikan informasi lapisan di kedalaman dari 1000 feet atau 1500 feet. Oleh karena itu metoda ini jarang digunakan untuk eksplorasi minyak tetapi lebih banyak digunakan dalam bidang engineering geology seperti penentuan kedalaman batuan dasar, pencarian reservoar air, juga digunakan dalam ekplorasi geothermal. Berdasarkan letak (konfigurasi) elektroda-elektroda potensial dan elektroda-elektroda arus, dikenal beberapa jenis metoda resistivitas tahanan jenis, antara lain : Metoda Schlumberger, Metoda Werner dan Metoda Dipole Sounding.2.2 ResistivitymeterResistivitymeter memberikan nilai resistansi R =V/I sehingga nilai resistivitas dapat dihitung dengan:na a na C1 P1 P2 C2k = n(n +1)aGambar 1. Bentuk konfigurasi Wenner-Schlumberger beserta faktor geometri kBumi tersusun atas lapisan-lapisan tanah yang nilai resistivitas suatu lapisan tanah atau batuan tertentu berbeda dengan nilai resistivitas lapisan tanah atau batuan lainnya. Nilai resistivitas ini dapat diketahui dengan menghubungkan battery dengan sebuah Ammeter dan elektroda arus untuk mengukur sejumlah arus yang mengalir ke dalam tanah, selanjutnya ditempatkan dua elektroda potensial dengan jarak a untuk mengukur perbedaan potensial antara dua lokasi (Utama, 2005).2.3 Konfigurasi Wenner-SchlumbergerKonfigurasi Wenner-Schlumberger adalah konfigurasi dengan sistem aturan spasi yang konstan dengan catatan faktor n untuk konfigurasi ini adalah perbandingan jarak antara elektroda C1-P1 (atau C2-P2) dengan spasi antara P1-P2 seperti pada Gambar 3. Jika jarak antar elektroda potensial (P1 dan P2) adalah a maka jarak antar elektroda arus (C1 dan C2) adalah 2na + a. Proses penentuan resistivitas menggunakan 4 buah elektroda yang diletakkan dalam sebuah garis lurus (Sakka, 2001.) Gambar 2. Pengaturan elektroda konfigurasi Wenner Schlumberger2.4 Rumus-rumus Dasar ListrikDalam metoda geolistrik ini digunakan definisi-definisi :a. Resistansi R = V/I dalam b. Resistivitas = E/J dalam mc. Konduktivitas = I/ dalam (m)-1denganV : beda potensial 2 buah titikI : besar arus listrik yang mengalirE : medan listrikJ : rapat arus listrik (arus listrik persatuan luas)Untuk selinder konduktor dengan panjang L dan luas penampang ASehingga untuk E = dan akhirnya diperoleh hukum ohm yang dapat dituliskan dalam bentuk : R = (2.1)dengan R menyatakan tahanan () dan adalah resistivitas (m) yang akan ditentukan dalam penelitian ini.2.5 Potensial dalam Medium Homogen IsotropisMetode geolistrik adalah suatu metode dimana arus listrik dialirkan ke dalam lapisan bumi melalui dua elektroda arus, sedangkan potensialnya diukur melalui dua buah elektroda potensial.Suatu arus dialirkan kontinyu pada medium homogen isotropis seperti pada gambar 4 dibawah ini : Dimana adalah elemen luasan permukaan dan J adalah rapat arus listrik dalam amper/meter2, maka besarnya elemen arus yang melalui elemen permukaan tersebut adalah : (Telford, 1960).(2.2)dalam notasi biasaSedangkan rapat arus dan medan listrik yang ditimbulkannya dihubungkan oleh hukum Ohm, yaitu :(2.3)dengan :adalah medan listrik dalam volt/meter. adalah konduktifitas medium dalam I/ meterOleh karena medan listrik merupakan gradien potensial skalar (V) :(2.4)maka :(2.5)Jika diasumsikan muatannya tetap, berarti tidak ada arus yang keluar atau arus yang masuk dalam suatu volume tertutup dengan luas permukaan A maka dapat ditulis(2.6)Menurut teorema Gauss, integral volume dari divergensi arus yang keluar dari volume yang dilingkupi permukaan A adalah sama dengan jumlah total muatan yang terdapat di permukaan A sehingga berlaku :(2.7)dengan V sebagai suatu tak terbatas yang meliputi suatu titik tertentu, sehingga diperoleh :(2.8)Sehingga,(2.9)Jika konduktivitas listrik medium () konstan maka suku pertama pada bagian kiri persamaan (2.9) berharga nol, sehingga diperoleh bentuk persamaan laplace untuk potensial yaitu :(2.10)Medan equipotensial dalam bumi berupa simetri bola, maka persamaan diferensial laplace yang digunakan adalah persamaan untuk koordinat bola dituliskan sebagai berikut :(2.11)Dengan anggapan bumi homogen isotropis dan simetri bola, maka arus mengalir simetri terhadap dan maka potensial V merupakan fungsi r saja (V = V(r)), akibatnya solusi umum persamaan laplace adalah :(2.12)dengan C1 dan C2 adalah konstanta.Bila diterapkan syarat batas untuk potensial yaitu pada jarak r = , maka potensial di tempat itu adalah nol, sevingga diperoleh C2 = 0 membuat persamaan (2.12) menjadi:(2.13)2.6 Potensial di sekitar titik arus di permukaan bumiPermukaan yang dilalui arus I adalah permukaan setengah bola dengan luas 2 r, sehingga :(2.14)(2.15)(2.15)2.7 Faktor GeometriBesaran koreksi letak kedua elektroda potensial terhadap kedua elektroda arus disebut faktor geometri (Lilik Hendrajaya,1990). Jika pada permukaan bumi diinjeksikan dua sumber arus yang berlawanan polaritasnya seperti pada gambar (6), maka besarnya potensial disuatu titik P adalah :(2.16)dengan : r1 : Jarak dari titk P ke sumber arus positifr2 : Jarak dari titk P ke sumber arus negatifJika ada dua titik yaitu P dan Q yang terletak didalam bumi tersebut, maka besarnya beda potensial antara titik P dan titik Q adalah :(2.17)Dengan: r3 : jarak titik Q kesumber arus positifr4 : jarak titik Q kesumber arus negatifPada metode geolistrik, pengukuran potensial dilakukan dengan menggunakan dua buah elektroda potensial seperti pada gambar (7), maka(2.18)sehingga :(2.19)dengan,atau(2.20)dengan K adalah faktor geometri Adapun tabel nilai-nilai Resistivitas setiap material yang terdapat dibawah permukaan adalah sebagai berikut ; ( Telford, 1990)No Material Resistivity (Ohm-meter)1 Air (Udara) -2 Pyrite (Pirit) 0,01 1003 Quartz (Kwarsa) 500 800.0004 Calcite (Kalsit) 1 x 1012 1 x 10135 Rock Salt (Garam Batu) 30 1 x 10136 Granite (Granit) 200 100.0007 Andesite (Andesit) 1,7 x 102 45 x 1048 Basalt (Basal) 200 100.0009 Limestones (Gamping) 500 10.00010 Sandstones (Batu Pasir) 200 8.00011 Shales (Batu Tulis) 20 2.00012 Sand (Pasir) 1 1.00013 Clay (Lempung) 1 10014 Ground Water (Air Tanah) 0.5 30015 Sea Water (Air Asin) 0.216 Magnetite (Magnetit) 0.01 1.00017 Dry Gravel (Kerikil Kering) 600 10.00018 Alluvium (Aluvium) 10 80019 Gravel (Kerikil) 100 600Tabel 1. Nilai-nilai resistivitas setiap material di bawah permukaan bumiNilai resistivitas pipa () berkisar 105-107 m.(www.resistivity pvc.com)2.8 Res2DinVRes2DinV adalah program komputer yang secara otomatis menentukan model resistivy 2 dimensi (2-D) untuk bawah permukaan dari data hasil survey goelistrik. Model 2-D menggunakan program inversi dengan teknik optimasi least-square non linier dan subroutine dari permodelan maju digunakan untuk menghitung nilai resistivitas semu.Data hasil survey geolistrik di simpan dalam bentuk file *.dat dengan data dalam file tersebut tersusun dalam order sebagai berikut :Line 1 Nama tempat dari garis surveyLine 2 Spasi elektroda terpendekLine 3 Tipe Pengukuran (Wenner = 1, Pole-pole = 2, Dipole-dipole = 3, Pole-dipol = 4, Schlumberger = 7)Line 4 Jumlah total datum pointLine 5 Tipe dari lokasi x datum point. Masukkan 0 bila letak elektroda pertama diketahui. Gunakan 1 jika titik tengahnya diketahui.Line 6 Ketik 1 untuk data IP dan 0 untuk data resistivitas.Line 7 Posisisi x, spasi elektroda, (faktor pemisah elektroda (n) untuk dipole-dipole, pole-pole, dan wenner-schlumberger) dan harga resistivitas semu terukur pada datum point pertama.Line 8 Posisisi x, spasi elektroda dan resistivitas semu yang terukur untuk datum point kedua.Dan seterusnya untuk datum point berikutnya. Setelah itu diakhiri dengan empat angka 0 (Handayani, 2001).III. METODOLOGI PENELITIAN3.1. Waktu dan Tempat PenelitianDalam penelitian ini, pengukuran dilakukan selama 1 hari pada bulan Juni 2010. Secara administratif penelitian ini dilakukan di Ruang Fisika Bumi Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Makassar.3.2. Variabel PenelitianAdapun variabel penelitian ini terdiri atas besaran-besaran fisik. Besaran-besaran fisik yang diukur adalah : Nilai beda potensial (V), Nilai kuat arus (I), Jarak elektroda potensial, Jarak elektroda arus.Sedangkan besaran fisik yang dihitung adalah : Resistansi (R), Faktor geometri (K) dan, Resistivitas ( )3.3. Alat Dan BahanAlat dan bahan yang akan digunakan selama penelitian di lapangan adalah sebagai berikut: Resistivitimeter gunanya untuk memberikan harga beda potensial (V) dan kuat arus (I). Accu (elemen kering) sebagai sumber arus. Elektroda (elektroda potensial dan elektroda arus) Pipa paralon/besi sebagai objek yang akan di suvey keberadaannya. Kaca digunakan sebagai wadah area penelitian Lem kaca sebagai perekat wadah penelitian Pasir sebagai media penghantar arus listrik Meteran digunakan untuk mengukur panjang lintasan yang akan diteliti. Kabel listrik digunakan sebagai kabel penghubung. Tabel data gunanya sebagai tempat menulis data hasil pengukuran. Alat tulis menulis digunakan untuk menulis data dari hasil pengukuran. Microsoft Excel untuk menginput dan menghitung data yang dihasilkan Res2Dinv digunakan untuk menampilkan gambar penampang bawah permukaan.3.4. Desain PenelitianAdapun desain penelitian yang telah disusun sebagai berikut : Pra Penelitiana. Studi Literatur, yaitu mempelajari literatur-literatur atau teori-teori yang berhubungan dengan geolistrik, metoda konfigurasi Wenner-Schlumberger dan jurnal-jurnal penelitian tentang geolistrik dan Res2Dinv khususnya yang berhubungan dengan interpretasi serta teknik akuisisi data.b. Mengajukan permohonan izin penelitian laboratorium di ruangan Fisika Bumi Fakultas MIPA Universitas Negeri Makassar. Penelitian1. Tahap PersiapanMenyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan dalam penelitian demi kelancaran pelaksanaan penelitian. Beberapa persiapan sebelumnya yang dianggap dapat mendukung kelancaran pengukuran antara lain :a) Melakukan pratest dan pengontrolan terhadap alat yang akan di gunakan di ruang laboratorium supaya berada dalam kondisi siap pakai. Kondisi baterai untuk LCD harus penuh (baru) dan accumulator juga harus terisi penuh untuk pengukuran yang lama dan akurasi data yang baik.b) Memastikan dan mempersiapkan wadah kaca yang akan digunakan agar dapat berfungsi sebagaimana mestinya saat pengukuran dan pengambilan data .2. Tahap Pengukurana) Proses PenelitianPada penelitian ini dilakukan penanaman pipa paralon/besi dengan ukuran 0,3 meter ke dalam media pasir. Resestivitas bawah permukaan dapat diperoleh dari respon potensial jika arus diinjeksikan ke dalam pasir melalui 4 buah elektroda. Peralatan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah resestivitymeter dengan serangkaian elektrodanya. Gambar 1. Pipa yang diletakkan dalam pasir pada wadah kacaBahan penelitian adalah wadah kaca dengan ukuran panjang 1.2 m lebar 0.7 m, dan tinggi 0,6 m yang diisi dengan pasir setinggi 0,5 meter sebagai hostrock yang disusun seperti pada Gambar 1. Besar potensial yang terukur bergantung pada resistivitas obyek bawah permukaan. Arus yang diinjeksikan adalah arus DC atau frekuensi sangat rendah.Gambar 2 menunjukkan pemetaan lokasi penelitian untuk survey tahanan jenis 2D dengan satu lintasan menggunakan konfigurasi Wenner Schlumberger. Gambar2. Pemetaan lokasi penelitian untuk survey 2D.Nilai tahanan jenis hasil pengukuran berupa tahanan jenis semu, untuk memperoleh nilai tahanan jenis sebenarnya dilakukan dengan menggunakan software Res2Dinv untuk memperoleh luaran berupa peta isoresestivity 2D.b) Pengambilan DataTeknik pengambilan data dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut: Penentuan Resistivitas Pasir.1. Menyusun rangkaian resistivitymeter.2. Mengaktifkan resistivitymeter kemudian menginjeksikan arus listrik kedalam pasir melalui kabel konektor penghubung dan elektroda dengan kedalaman 25 cm.3. Melakukan pengukuran pada lintasan kemudian mencatat arus listrik (I) dan beda potensial (V) antara dua titik elektroda.4. Menghitung tahanan jenis hasil pengukuran dengan persamaan= k V/ I Penentuan resistivitas pipa dalam pasir1. Menyusun rangkaian alat resistivitymeter.2. Mengaktifkan resistivitymeter kemudian menginjeksikan arus listrik kedalam pasir melalui kabel konektor penghubung dan elektroda dengan kedalaman 25 cm.3. Melakukan pengukuran pada lintasan kemudian mencatat arus listrik (I) dan beda potensial (V) antara 2 titik elektroda.4. Mengubah letak pipa dalam pasir sebanyak 3 kali.5. Mengulangi kegiatan (2) sampai (4) dengan mengganti pipa paralon dengan pipa besi.6. Menghitung resistivitas semu hasil pengukuran dengan menggunakan persamaan= k V/ I3.5 Tahap InterpretasiAdapun yang dilakukan pada tahap ini adalah sebagai berikut : Prosesing data laboratorium dengan menggunakan Res2DinvDalam hal ini pemprosesan sepenuhnya dilakukan dengan menggunakan software. Beberapa hal yang dilakukan dalam tahap ini adalah :1. Data berupa nilai beda potensial (V) dan nilai besarnya kuat arus (I) yang diinjeksikan diolah menggunakan program Microsoft Excel untuk mendapatkan nilai faktor geometri (K) dan nilai resistivitas semu ( ).2. Data resistivitas semu ( ) hasil perhitungan, data datum point (dp), spasi elektroda (a) dan faktor pemisah elektroda (n) diinput ke program notepad dalam bentuk file *dat.3. Setelah file data sudah berada dalam bentuk file *.dat dan mengikuti format data Res2Dinv, selanjutnya dilakukan inversi untuk menampilkan gambar penampang bawah permukaan daerah survei. 3.6 Bagan alir penelitian 3.7. Interpretasi Data ResistivitasPada tahap ini akan dilihat bagaimana distribusi resistivitas pipa bawah permukaan daerah survey yang tergambar dari perbedaan warna pada penampang hasil pemrosesan. Perbedaan nilai resistivitas dapat membedakan keberadaan posisi pipa bawah permukaan dari daerah survey. Kemudian interpretasi data berdasarkan sebaran nilai resistivitas dan kondisi di lapangan.