MAKALAH EKSPLORASI ELEKTROMAGNETIK GROUND PENETRATING RADAR (GPR)

OlehMuhammad Herwanda1115051025

JURUSAN TEKNIK GEOFISIKAFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMPUNG2014

PENDAHULUAN

A. Latar BelakangSalah satu metode yang banyak digunakan dalam prospeksi geofisika adalah metode elektromagnetik. Metode elektromagnetik biasanya digunakan untuk eksplorasi benda-benda konduktif. Perubahan komponen-komponen medan akibat variasi konduktivitas dimanfaatkan untuk menentukan struktur bawah permukaan. Medan elektromagnetik yang digunakan dapat diperoleh dengan sengaja membangkitkan medan elektromagnetik di sekitar daerah observasi, pengukuran semacam ini disebut teknik pengukuran aktif. Contoh metode ini adalah Turam elektromagnetik. Metode ini kurang praktis dan daerah observasi dibatasi oleh besarnya sumber yang dibuat. Teknik pengukuran lain adalah teknik pengukuran pasif, teknik ini memanfaatkan medan elektromagnetik yang berasal dari sumber yang tidak secara sengaja dibangkitkan di sekitar daerah pengamatan. Gelombang elektromagnetik seperti ini berasal dari alam dan dari pemancar frekuensi rendah (15-30 Khz) yang digunakan untuk kepentingan navigasi kapal selam. Teknik ini lebih praktis dan mempunyai jangkauan daerah pengamatan yang luas. Dalam hal ini akan dibahas tentang Ground Penetrating Radar (GPR) atau Georadar untuk mengetahui proses kerja alat tersebut.

B. Tujuan1. Memahami fungsi kerja Ground Penetrating Radar (GPR)2. Memahami perangkat alat yang digunakan saat menggunakan metoda GPR

TEORI DASAR

Ground Penetrating Radar (GPR) biasa disebut georadar. Georadar berasal dari dua kata yaitu geo yang berarti bumi dan radar singkatan dari radio detection and ranging. Jadi, arti harfiahnya adalah alat pelacak bumi menggunakan gelombang radio. Ground Penetrating Radar (GPR) merupakan teknik eksplorasi geofisika yang menggunakan gelombang elektromagnetik, bersifat nondestruktif dan mempunyai resolusi yang tinggi terhadap kontras dielektrik material dan formasi geologi yang relatif dangkal. Prinsip dasar metode ini tidak jauh berbeda dengan metoda seismik refleksi yang telah berkembang luas penggunaannya di berbagai bidang seperti konstruksi dan rekayasa, pencarian benda-benda arkeologi, untukmelihat kondisi geologi bawah permukaan dan masalah lingkungan. Sistem GPR terdiri atas pengirim (transmitter), yaitu antena yang terhubung ke sumber pulsa (generator pulsa) dengan adanya pengaturan timing circuit, dan bagian penerima (receiver), yaitu antena yang terhubung ke LNA dan ADC yang kemudian terhubung ke unit pengolahan (data processing) serta display sebagai tampilan outputnya.Dalam penerapannya GPR dapat dibagi menjadi tiga, yaitu untuk Pemetaan geologi, untuk penerapan pada geologi dan geoteknik, dan profiling pantulan radar. Untuk pemetaan geologi menggunakan antenna < 500 MHz dan untuk Rekayasa (Uji tidak merusak). Menggunakan antenna > 500 MHz. Metoda GPR menggunakan tanggapan tanah terhadap gelombang elektromagnetik (EM) yang merambat melaluinya. Gelombang EM merupakan gelombang medan yang merambat secara transversal. Gelombang EM terdiri dari dua komponen yang saling tegak lurus yaitu intensitas medan listrik (E) dan intensitas medan magnet (H).Sifat perambatan gelombang EM adalah dalam perambatannya medan listrik berosilasi (bergetar) demikian juga dengan medan magnet. Arah getar medan listrik selalu tegak lurus (orthogonal) dengan arah getar medan magnet dan arah perambatan gelombang EM tegak lurus terhadap arah getar dari medan listrik dan medan magnet.Penerapan pada geologi dan geoteknik, Medium (tanah atau batuan) dapat bersifat konduktif (misalnya lempung, daerah air asin) atau dapat bersifat resistif (misalnya pasir) maka gelombang radar akan bersifat difusif (amplitudo gelombang cepat meluruh) atau bersifat gelombang (amplitudo gelombang dapat merambat dalam jarak yang jauh). Setelah menempuh jarak tertentu, amplitudo gelombang radar mengalami peredaman (atenuasi). Amplitudo gelombang dapat ditulis: E = E0 exp (-ax) a = koefisien atenuasiAmplitudo gelombang radar mengalami peluruhan (atenuasi) karena beberapa factor seperti : a.Geometrical spreading (penyebaran geometris), b.Hamburan energi karena ketidak homogenan medium, c.Pantulan energi pada bidang batas medium, d.Penyerapan energi (Atenuasi) (perubahan energi gelombang menjadi panas/paling besar), e. Rugi akibat antenna. Sedangkan kedalaman tembus efektif dapat dilihat apakah suatu target memberikan tanggapan yang dapat dideteksi alat GPR, yang bergantung kepada sifat fisis dari target (kontras dielektrik target dan sekitarnya), rugi yang terjadi dalam perambatannya, kuat dari antenna pemancar dan Frekuensi dari antenna. Contoh penggunaan frekuensi tertentu untuk mencapai kedalaman tertentu adalah sebagai berikut : Penggunaan frekuensi 900 MHz, untuk kedalaman eksplorasi maksimum hingga 1,5 m Penggunaan frekuensi 200 MHz untuk kedalaman eksplorasi maksimum hingga 9 m Penggunaan frekuensi 80 MHz - 16 MHz untuk kedalaman eksplorasi antara 10 m hingga 30 m

Resolusi vertikal adalah pemisahan vertikal minimum yaitu jarak antara dua pemantul berdekatan yang masih bisa dibedakan oleh alat GPR. Resolusi vertikal (pemisahan minimum) adalah sekitar l/4. Semakin tinggi frekuensi suatu antenna, semakin tinggi resolusi vertikal, akan tetapi kedalaman tembus efektif berkurang.Panjang gelombang (l) dapat dihitung l = kecepatan gel radar pada medium/(frekuensi tengah antenna). Umumnya sinyal radar terdiri dari beberapa pulsa (akibat coupling antenna dan tanah). Sehingga menyulitkan interpretasi dan menurunkan resolusi vertikal.Untuk profiling pantulan radar, transmitter dan receiver antenna yang berjarak sama digerakkan diatas tanah untuk merekam pantulan yang terjadi. Umumnya dilakukan stacking yaitu dilakukan beberapa kali pemancaran gelombang radar dan kemudian dijumlahkan. Beberapa rekaman dari beberapa titik disajikan bersebelahan membentuk profile radargram dengan sumbu jarak dan waktu.Untuk menghasilkan pendeteksian yang baik, suatu sistem GPR harus memenuhi empat persyaratan sebagai berikut:1. Kopling radiasi yang efisien ke dalam tanah2. Penetrasi gelombang elektromagnetik yang efisien3. Menghasilkan sinyal dengan amplitudo yang besar dari objek yang dideteksi.4. Bandwidth yang cukup untuk menghasilkan resolusi yang baik.

METODE

A. PeralatanSecara umum peralatan georadar terdiri dari dua komponen utama yaitu peralatan pemancar gelombang radar (transmitter) dan peralatan penerima pantulan / refleksi gelombang radar (tranceiver). Sistem yang digunakan adalah merupakan sistem aktif dimana dilakukan penembakan pulsa-pulsa gelombang lektromagnetik (pada interval gelombang radar) untuk kemudian dilakukan perekaman intensitas gelombang radar yang berhasil dipantulkan kembali. Pengukuran dan perekaman selisih waktu (t) ini kemudian akan membentuk suatu pola penampang gelombang radar yang khas untuk tiap interval meter kedalamannya. Pola-pola refleksi ini mencerminkan perbedaan nilai dielektrik massa / benda-benda yang terhadap gelombang radar yang mengenainya.peralatan untuk penelitian georadar ini adalah berupa satu unit georadar yang terdiri dari : Pemancar Georadar SIR - 10B Antenna penerima (terintegrasi)B. Metode Pengukuran

Pada dasarnya GPR bekerja dengan memanfaatkan pemantulan sinyal. Semua sistem GPR pasti memiliki rangkaian pemancar (transmitter), yaitu system antena yang terhubung ke sumber pulsa, dan rangkaian penerima (receiver), yaitu sistem antena yang terhubung ke unit pengolahan sinyal. Rangkaian pemancar akan menghasilkan pulsa listrik dengan bentuk, prf (pulse repetition frequency), energi, dan durasi tertentu. Pulsa ini akan dipancarkan oleh antena ke dalam tanah. Pulsa ini akan mengalami atenuasi dan cacat sinyal lainnya selama perambatannya di tanah. Jika tanah bersifat homogen, maka sinyal yang dipantulkan akan sangat kecil. Jika pulsa menabrak suatu inhomogenitas di dalam tanah, maka akan ada sinyal yang dipantulkan ke antena penerima. Sinyal ini kemudian diproses oleh rangkaian penerima. Mula-mula sinyal sinyal dihasilkan oleh generator sinyal (Source & Modulation), kemudian dipancarkan melalui antena pemancar (Transmitted Signal). Sinyal mengenai objek dan dan dipantulkan kembali (Reflected Signal) ke antena penerima (Receiver), lalu melewati proses sampling, pengolahan hasil collect data disimpan (Data Storage), kemudian sinyal-sinyal di proses (Signal Processing) lalu memasuki tahap display dimana kita dapat melihat citra hasil survey dan terakhir pengolahan data berupa A-Scan, B-Scan, maupun C-Scan sehingga didapatkan informasi mengenai objek yang dideteksi.Hasil Citra bawah permukaan digambarkan dalam bentuk amplitudo gelombang (Radargram Display). Amplitudo ini menggambarkan perubahan cepat rambat gelombang pada benda terpendam maupun sedimen tertutup. Material yang dipendam mempunyai cepat rambat gelombang yang lebih tinggi daripada sedimen penutupnya. Tampilan profil yang tampak dilayar monitor berupa irisan suatu lapisan demi lapisan seperti kue lapis legit yang disayat vertikal. Bila di sepanjang garis penyisiran terdapat rongga atau obyek tertentu, akan tampak perbedaan nyata pada citra berbeda rona atau kontras.

Kedalaman objek dapat diketahui dengan mengukur selang waktu antara pemancaran dan penerimaan pulsa. Dalam selang waktu ini, pulsa akan bolak balik dari antena ke objek dan kembali lagi ke antena. Jika selang waktu dinyatakan dalam t, dan kecepatan propagasi gelombang elektromagnetik dalam tanah v, maka kedalaman objek yang dinyatakan dalam h adalah

Untuk mengetahui kedalaman objek yang dideteksi, kecepatan perambatan dari gelombang elektromagnetik haruslah diketahui. Kecepatan perambatan tersebut tergantung kepada kecepatan cahaya di udara, konstanta dielektrik relative medium perambatan

Ketebalan beberapa medium di dalam tanah dinyatakan dalam d , yaitu

APLIKASI

Adapun Ground Penetrating Radar (GPR) diaplikasikan dalam kerja seperti pada bidang-bidang di bawah ini:a. Pertanian dan Kehutanan Perbaikan dan pembuatan saluran drainase Penataan lapangan golf Keberadaan air didalam tanah (soil water content) Keberadaan akar pohon Keberadaan metal dalam tiang listrik kayu atau pohonb. Arkeologi Bangunan tertimbun (pemetaan situs purbakala) dan pondasi Ploting lokasi makam lama / kuno Penelitian tentang keberadaan bangunan bersejarah Pencarian artefakc. Mendeteksi benda-benda dalam tanah (terkubur) Mendeteksi pipa plastik (PVC), pipa logam dan kabel Mendeteksi saluran air / limbah Mendeteksi jalur pipa gas dan pipa aird. Penerapan pada konstruksi bangunan (beton dan paving / lantai) Mendeteksi kabel listrik dalam lantai Mengukur ketebalan ubin / lantai Menentukan letak rongga dalam lantaie. Penerapan dalam ilmu lingkungan Penyelidikan tanah pada perencanaan TPA (tempat pembuangan akhir) sampah Deliniasi pencemar (polutan / kontaminan) Pemantauan pengendalian pencemaran dengan cara remediasi Pemetaan saluran limbah dibawah tanah Keberadaaan tangki / tempat penampungan limbah dibawah tanahf. Penerapan pada ilmu forensik (kriminalitas) Pencarian benda yang dikubur Pencarian terowongan bawah tanah Pencarian barang bukti yang dikubur dibawah lantai / tegelg. Penerapan pada ilmu geologi dan geoteknik (terutama untuk perencanaan dan konstruksi) Identifikasi lapisan batuan/tanah rawan longsor Penentuan zona tanah/soil ekspansif Penyelidikan pondasi Penyelidikan deformasi bendung/embung Pencarian letak jalur pipa air / drainase, untuk perbaikan sistem drainase Mendeteksi lokasi galian / tambang tua Mendeteksi struktur karst (sinkhole, gua) pada batugamping Stratigrafi (tatanan batuan / tanah) dan struktur tanahh. Penerapan pada ilmu hidrologi dan batimetri Pembuatan profil batimetri / penampang dasar laut / sungai/ danau Pemetaan zona infiltrasi / intrusi air laut Keberadaan muka airtanah (mat)i. Penerapan untuk kondisi lingkungan es dan bersalju Pencarian korban longsoran salju Eksplorasi minyak dan gas bumi di daerah kutub Memperkirakan bencana longsoran salju Penerapan pada ilmu glasiologi Penetuan ketebalan lapisan es pada jalan diatas es Mendeteksi keberadaan obyek didalam es Manajemen lokasi wisata es Penentuan ketebalan saljuj. Penerapan pada sistem keamanan dan militer Penentuan letak kabel dan sensor / penyadap didalam tembok Pencarian letak terowongan bawah tanah Mendeteksi gerakan dari korban yang tertimbun runtuhan gedung Pemetaan lokasi ranjau darat Penentuan lokasi proyektil dan selongsong peluru yang terkuburk. Penerapan dan penambangan sedimen placer Struktur dan stratigrafi geologi pada sedimen placer Penentuan bentuk dan arah penyebaran urat/mineralisasi Pencarian deposit nikel lateritl. Penerapan pada kegiatan tambang Keberadaan struktur kekar / retas pada batuan atau patahan Perencanaan keselamatan tambang pada tambang dalam (terowongan) dan pemetaan struktur batuan pada tambang dalam (terowongan)m. Pemantauan kondisi jalan, bangunan dan jembatan Pengukuran ketebalan aspal atau timbunan Evaluasi keretakan lantai jembatan Penelitian kerusakan jalan / perkerasan jalan