-
ii
LOMBA KARYA TULIS ILMIAH
HUT PRODI FISIKA FKIP UNIVERSITAS PALANGKA RAYA KE-25
APLIKASI FISIKA LISTRIK DENGAN MENGGUNAKAN METODE
GEOLISTRIK WENNER UNTUK MENGUKUR RESISTIVITAS BAWAH
PERMUKAAN TANAH
Disusun oleh
DIAN PUSPITAWATI ( ACB 112 047 )
NOOR FAJERIAH ( ACB 112 035 )
WAHYU SELAWATI ( ACB 112 030 )
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MIPA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS PALANGKA RAYA
2015
-
ii
-
iii
KATA PENGANTAR
Pertama-tama kami mengucapkan puji dan syukur ke hadirat Tuhan
Yang
Maha Esa, karena atas rahmat dan karunia-Nya lah karya tulis
ilmiah ini dapat
diselesaikan tepat pada waktunya.
Kritik dan saran yang membangun, kreatif dan inovatif seyogyanya
sangat
kami harapkan.Akhir kata, kami mengucapkan permohonan maaf yang
sebesar-
besarnya apabila banyak terdapat kesalahan, sebab kesempurnaan
hanya milik
Tuhan Yang Maha Esa semata dan terima kasih yang tak terhingga
kepada semua
pihak yang telah membantu terselesaikannya karya tulis ilmiah
ini. Harapan kami
semoga yang dituliskan ini dapat membawa manfaat yang besar bagi
masyarakat
pada umumnya dan masyarakat pendidikan pada khususnya.
Palangka Raya, Maret 2015
Penyusun
-
iv
ABSTRAK
Indonesia memiliki kekayaan alam yang sangat melimpah. Kekayaan
alam
tersebut terdiri dari kekayaan alam yang bersumber dari darat,
laut, dan dari dalam
perut bumi. Kekayaan alam yang bersumber dari darat misalanya
hasil hutan.
Sedangkan kekayaan alam yang bersumber dari laut misalnya ikan,
rumput laut,
dan mutiara. Sementara, kekayaan alam yang bersumber dari dalam
perut bumi
misalnya minyak, batu bara, emas, timah, nikel dan sebagainya.
Untuk
mengetahui kandungan yang ada dibawah permukaan tanah maupun
struktur
tanah kita gunakan aplikasi dari fisika listrik yaitu dengan
menggunakan metode
geolistrik.
Metode geolistrik resistivitas atau tahanan jenis adalah salah
satu dari
kelompok metode geolistrik yang digunakan untuk mempelajari
keadaan bawah
permukaan dengan cara mempelajari sifat aliran listrik di dalam
batuan di bawah
permukaan bumi. Metode geolistrik tahanan jenis konfigurasi
wenner merupakan
metode dengan menganggap bumi sebagai resistor.Dengan mengetahui
resistivitas
suatu bahan, maka kandungan dalam bumi dapat diketahui tanpa
harus
menggalinya.
-
v
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
............................................................................................
i
LEMBAR PENGESAHAN
..................................................................................
ii
KATA PENGANTAR
..........................................................................................
iii
ABSTRAK
............................................................................................................
iv
DAFTARISI
..........................................................................................................
v
BAB I PENDAHULUAN
.....................................................................................
1
1.1 Latar Belakang
....................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah
...............................................................................
2
1.3 Tujuan
.................................................................................................
2
1.4 Manfaat Penulisan
...............................................................................
2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
..........................................................................
3
2.1 Konsep Geolistrik
...............................................................................
3
2.2 Konfigurasi Geolistrik
........................................................................
4
2.3 Konfigurasi Geolistrik Wenner
........................................................... 5
BAB III METODE PENULISAN
........................................................................
8
3.1 Sumber dan Jenis Data
........................................................................
8
3.2 Pengumpulan data
...............................................................................
8
3.3 Analisis Data
.......................................................................................
8
3.4 Penarikan Kesimpulan
........................................................................
8
-
vi
BAB IV PEMBAHASAN
.....................................................................................
9
BAB V PENUTUP
...............................................................................................
11
5.1 KESIMPULAN
...................................................................................
11
5.2 SARAN
...............................................................................................
11
DAFTAR PUSTAKA
...........................................................................................
12
LAMPIRAN-LAMPIRAN
...................................................................................
13
Lampiran 1. Biodata Penulis
.....................................................................
13
-
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Bumi adalah sumber segala jenis kekayaan alam yang sampai
sekarang belum terjamah oleh manusia secara keseluruhan. Dewasa
ini,
tidak sulit untuk menemukan kandungan dalam bumi yang pada
prinsipnya tak bisa dilihat oleh kasat mata. Sedangkan kebutuhan
manusia
terhadap jenis material dalam tanah sekarang ini tak bisa
dihindari lagi,
maka untuk menyelesaikan masalah masalah tersebut di atas,
perlu
dilakukan studi ke-geofisika-an. Karya tulis ilmiah ini
merupakan suatu
studi geofisika yang menerapkan metode geolistrik tahanan
jenis
konfigurasi Wenner Schlumberger.
Geolistrik adalah salah satu metode geofisika yang digunakan
untuk
menginterpretasi bawah permukaan tanah dengan menggunakan
konsep
fisika dan tanpa merusak material-material tersebut. Prinsip
kerja
geolistrik adalah mengukur tahanan jenis dengan mengalirkan arus
listrik
kedalam batuan atau tanah melalui elektroda arus. Kemudian arus
diterima
oleh elektroda potensial dengan menganggap bumi sebagai
resistor.
Penggunaan geolistrik pertama kali dilakukan oleh Conrad
Schlumberger
pada tahun 1912. Metode geolistrik tahanan jenis konfigurasi
Wenner
merupakan salah satu metoda geofisika untuk mengetahui
perubahan
tahanan jenis lapisan batuan dibawah permukaan tanah dengan
cara
mengalirkan arus listrik DC (DirectCurrent) yang mempunyai
tegangan
tinggi kedalam tanah. Injeksi arus listrik ini menggunakan 2
buah
elektroda Arus A dan B yang ditancapkan kedalam tanah dengan
jarak
tertentu. Semakin panjang jarak elektroda AB akan menyebabkan
aliran
arus listrik bisa menembus lapisan batuan lebih dalam.
Motivasi penulis membuat karya tulis ilmiah ini semata hanya
ingin
mempelajari beberapa macam metode geolistrik, khususnya yaitu
tentang
-
2
metode geolistrik tahanan jenis konfigurasi Wenner
Schlumberger.
Keunggulan dari konfigurasi Wenner ini adalah ketelitian
pembacaan
tegangan pada elektroda MN lebih baik dengan angka yang relatif
besar
karena elektroda MN yang relatif dekat dengan elektroda AB.
Disini bisa
digunakan alat ukur multimeter dengan impedansi yang relatif
lebih kecil.
Dan kemampuan untuk mendeteksi adanya non-homogenitas
lapisan
batuan pada permukaan, yaitu dengan membandingkan nilai
resistivitas
semu ketika terjadi perubahan jarak elektroda MN/2.
1.2 Rumusan Masalah
Karya Tulis Ilmiah ini dalam rangka memecahkan permasalahan
:
1. Bagaimana cara metode geolistrik dapat mengetahui besar
tahanan
jenis dibawah permukaan tanah.?
2. Bagaimana hubungan antara panjang bentang elektrode dan
kedalaman
tanah terhadap nilai resistivitas tanah?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan karya ilmiah ini , antara lain
:
1. Mengetahui cara metode geolistrik dapat mengetahui besar
tahanan
jenis dibawah permukaan tanah.
2. Mengetahui hubungan antara panjang bentang elektrode dan
kedalaman tanah terhadap nilai resistifitas tanah.
1.4 Manfaat
Berdasarkan uraian pada latar belakang, manfaatnya adalah
sebagai
berikut.
1. Mengetahui besar nilai tahanan (resistivitas) jenis bawah
permukaan
tanah.
2. Mengetahui struktur lapisan bawah permukaan tanah.
-
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 KONSEP GEOLISTRIK
Batuan dan mineral yang ada dibumi memiliki sifat listrik.
Sifat
listrik batuan maupun mineral terdiri atas potensial listrik
alami,
konduktivitas listrik, dan konstanta dielektrik. Konduktivitas
listrik
adalah sifat yang paling dominan dibandingkan yang lainnya. Arus
listrik
dapat mengalir pada batuan mineral melalui 3 cara yaitu:
1. Konduksi elektronik
Konduksi elektronik merupakan aliran elektron bebas yang
terdapat pada batuan maupun mineral. Karena pada
batuan/mineral
ini terdapat banyak elektron bebas didalamnya sehingga arus
listrik
dialirkan dalam batuan/ mineral oleh elektron bebas.
2. Elektrolitik
Konduksi elektrolitik terjadi ketika poripori batuan atau
mineral yang terisi oleh fluida elektrolitik, dimana aliran
muatan
terjadi melalui aliran-aliran ion elektrolit. Intinya adalah
arus listrik
dibawa oleh ion ion elektrolit.
3. Dielektrik
Konduksi dielektrik terjadi bila batuan atau mineral
berperan
sebagai dielektrik ketika dialiri arus sehingga terjadi
polarisasi pada
batuan ataupun mineral tersebut. Konduktivitas listrik (
kebalikan
dari resistivitas ) bergantung pada porositas batuan dan
mobilitas dari
air ( atau fluida lainnya ) untuk melewati ruang berpori
bergantung
padasifat mobilitas ionik dan konsentrasi larutan, viskositas (
)
temperatur, dan tekanan.
-
4
2.2 KONFIGURASI GEOLISTRIK
Metoda geolistrik terdiri dari beberapa konfigurasi,
misalnya
yang ke 4 buah elektro dan ya terletak dalam satu garis lurus
dengan
posisi elektroda AB dan MN yang simetris terhadap titik pusat
pada
kedua sisi yaitu konfigurasi Wennerdan Schlumberger. Setiap
konfigurasi mempunyai metoda perhitungan tersendiri untuk
mengetahui
nilai ketebalan dan tahanan jenis batuan dibawah permukaan.
Metoda
geolistrik konfigurasi Schlumberger merupakan metoda favorit
yang
banyak digunakan untuk mengetahui karakteristik lapisan batuan
bawah
permukaan dengan biaya survei yang relatif murah. Umumnya
lapisan
batuan tidak mempunyai sifat homogen sempurna, seperti yang
dipersyaratkan pada pengukuran geolistrik. Untuk posisi lapisan
batuan
yang terletak dekat dengan permukaan tanah akan sangat
berpengaruh
terhadap hasil pengukuran tegangan dan ini akan membuat data
geolistrik
menjadi menyimpang dari nilai sebenarnya.
Yang dapat mempengaruhi homogenitas lapisan batuan adalah
fragmen batuan lain yang menyisip pada lapisan, faktor
ketidak
seragaman dari pelapukan batuan induk, material yang terkandung
pada
jalan, genangan air setempat, perpipaan dari bahan logam yang
bisa
menghantar arus listrik, pagar kawat yang terhubung ketanah
dsbnya.
Spontaneous Potential yaitu tegangan listrik alami yang
umumnya
terdapat pada lapisan batuan disebabkan oleh adanya larutan
penghantar
yang secara kimiawi menimbulkan perbedaan tegangan pada
mineral-
mineral dari lapisan batuan yang berbeda juga akan
menyebabkan
ketidak-homogenan lapisan batuan.
Perbedaan tegangan listrik ini umumnya relatif kecil, tetapi
bila
digunakan konfigurasi Schlumberger dengan jarak elektroda AB
yang
panjang dan jarak MN yang relatif pendek, maka ada
kemungkinan
tegangan listrik alami tersebut ikut menyumbang pada hasil
pengukuran
tegangan listrik pada elektroda MN, sehingga data yang terukur
menjadi
-
5
kurang benar. Untuk mengatasi adanya tegangan listrik alami
ini
hendaknya sebelum dilakukan pengaliran arus listrik, multimeter
diset
pada tegangan listrik alami tersebut dan kedudukan awal dari
multimeter
dibuat menjadi nol. Dengan demikian alat ukur multimeter
akan
menunjukkan tegangan listrik yang benar-benar diakibatkan
oleh
pengiriman arus pada elektroda AB. Multimeter yang mempunyai
fasilitas seperti ini hanya terdapat pada multimeter dengan
akurasi tinggi.
2.3 KONFIGURASI GEOLISTRIK WENNER
Keunggulan dari konfigurasi Wenner ini adalah ketelitian
pembacaan tegangan pada elektroda MN lebih baik dengan angka
yang
relatif besar karena elektroda MN yang relatif dekat dengan
elektroda
AB. Disini bisa digunakan alat ukur multimeter dengan impedansi
yang
relatif lebih kecil. Sedangkan kelemahannya adalah tidak
bisa
mendeteksi homogenitas batuan didekat permukaan yang bisa
berpengaruh terhadap hasil perhitungan. Data yang didapat dari
cara
konfigurasi Wenner, sangat sulit untuk menghilangkan factor
non
homogenitas batuan, sehingga hasil perhitungan menjadi kurang
akurat.
Gambar 1. Susunan elektroda konfigurasi wenner-schlumberger.
-
6
Dimana K adalah faktor geometri yang tergantung oleh
penempatan
elektroda di permukaan dan adalah resistivitas (tahanan
jenis)
maka nilai resistivitas untuk metode Wenner-Schlumberger dapat
dihitung
dengan faktor geometrikesis
Tabel 1. Nilai Resistivitas Material-material Bumi
Material Resistivity (Ohm-
Meter)
Air (Udara)
Pyrite (Pirit) 0.01-100
Quartz (Kwarsa) 500-800000
Calcite (Kalsit) 11012-11013
Rock Salt (Garam
Batu) 30-11013
Granite (Granit) 200-10000
Andesite (Andesit) 1.7102-45104
Basalt (Basal) 200-100000
Limestoes
(Gamping) 500-10000
Sandstone (Batu
Pasir) 200-8000
Shales (Batu Tulis) 20-2000
Sand (Pasir) 1-1000
Clay (Lempung) 1-100
-
7
Ground Water (Air
Tanah) 0.5-300
Sea Water (Air
Asin) 0.2
Magnetite
(Magnetit) 0.01-1000
Dry Gravel (kerikil
kering) 600-10000
Alluvium (Aluvium) 10-800
Gravel (Kerikil) 100-60
-
8
BAB III
METODE PENULISAN
3.1 Sumber dan Jenis Data
Data-data yang dipergunakan dalam penyusunan karya tulis
ilmiah
ini berasal dari berbagai literatur kepustakaan yang berkaitan
dengan
permasalahan yang dibahas. Beberapa jenis referensi utama yang
digunakan
adalah jurnal ilmiah edisi cetak maupun edisi online, dan
artikel ilmiah yang
bersumber dari internet. Jenis data yang diperoleh variatif,
bersifat kualitatif
maupun kuantitatif.
3.2 Pengumpulan Data
Metode penulisan bersifat studi pustaka. Informasi didapatkan
dari
berbagai literatur dan disusun berdasarkan hasil studi dari
informasi yang
diperoleh. Penulisan diupayakan saling terkait antar satu sama
lain dan
sesuai dengan topik yang dibahas.
3.3 Analisis Data
Data yang terkumpul diseleksi dan diurutkan sesuai dengan
topik
kajian. Kemudian dilakukan penyusunan karya tulis ilmiah
berdasarkan data
yang telah dipersiapkan secara logis dan sistematis. Teknik
analisis data
bersifat deskriptif argumentatif.
3.4 Penarikan Kesimpulan
Simpulan didapatkan setelah merujuk kembali pada rumusan
masalah, tujuan penulisan, serta pembahasan. Simpulan yang
ditarik
mempresentasikan pokok bahasan karya tulis ilmiah, serta
didukung dengan
saran praktis sebagai rekomendasi selanjutnya.
-
9
BAB IV
PEMBAHASAN
Metode geolistrik merupakan salah satu metode yang digunakan
untuk
mengukur resistivitas permukaan bawah tanah. Metode geolistrik
dapat di bagi
lagi dalam beberapa bagan,tetapi pada karya tulis ini khususnya
membahas
tentang metode geolistrik wenner. Metode geolistrik resistivitas
adalah salah satu
metode yang cukup banyak digunakan dalam dunia eksplorasi
khususnya
eksplorasi air tanah karena resistivitas dari batuan sangat
sensitif terhadap
kandungan airnya dimana bumi dianggap sebagai sebuah resistor.
Metode
geolistrik resistivitas atau tahanan jenis adalah salah satu
dari jenis metode
geolistrik yang digunakan untuk mempelajari keadaan bawah
permukaan dengan
cara mempelajari sifat aliran listrik di dalam batuan di bawah
permukaan bumi.
Metode resistivitas umumnya digunakan untuk eksplorasi dangkal,
sekitar
300 500 m. Prinsip dalam metode ini yaitu arus listrik
diinjeksikan ke alam
bumi melalui dua elektroda arus, sedangkan beda potensial yang
terjadi diukur
melalui dua elektroda potensial. Dari hasil pengukuran arus dan
beda potensial
listrik, dapat diperoleh variasi harga resistivitas listrik pada
lapisan di bawah titik
ukur
Metode Geolistrik resistivitas dilakukan dengan cara
menginjeksikan arus
listrik ke permukaan bumi yang kemudian diukur beda potensial
diantara dua
buah elektrode potensial. Pada keadaan tertentu, pengukuran
bawah permukaan
dengan arus yang tetap akan diperoleh suatu variasi beda
tegangan yang berakibat
akan terdapat variasi resistansi yang akan membawa suatu
informasi tentang
struktur dan material yang dilewatinya. Prinsip ini sama halnya
dengan
menganggap bahwa material bumi memiliki sifat resistif atau
seperti perilaku
resistor, dimana material-materialnya memiliki kemampuan yang
berbeda dalam
menghantarkan arus listrik.
-
10
Ilustrasi garis ekipotensial yang terjadi akibat injeksi arus
ditunjukkan pada dua
titik arus yang berlawanan di permukaan bumi dapat dilihat pada
gambar 1
Gambar 2. Pola aliran dan bidang ekipotensial
Semakin besar jarak antar elektroda menyebabkan makin dalam
tanah
yang dapat diukur.
Ada beberapa konfigurasi untuk tahanan jenis dalam melakukan
akuisisi
data. Salah satunya adalah dengan menggunakan konfigurasi
Wenner. Konfigurasi
Wenner ditunjukkan pada gambar 3
Gambar 3. Konfigurasi Wenner
Hubungan antara panjang bentang elektroda dengan resistivitas
bawah
permukaan tanah adalah semakin panjang bentang elektroda maka
semakin kecil
nilai resistivitas karena nilai resistivitas dengan panjang
elektroda berbanding
terbalik.
-
11
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Metode geolistrik merupakan salah satu metode yang
digunakan untuk mengukur resistivitas permukaan bawah tanah.
Dalam penggunaannya metode resistivitas umumnya digunakan
untuk eksplorasi dangkal, sekitar 300 500 m. Prinsip dalam
metode
ini yaitu arus listrik diinjeksikan ke alam bumi melalui dua
elektroda
arus, sedangkan beda potensial yang terjadi diukur melalui
dua
elektroda potensial. Metode Geolistrik resistivitas dilakukan
dengan
cara menginjeksikan arus listrik ke permukaan bumi yang
kemudian
diukur beda potensial diantara dua buah elektrode potensial.
Pada
keadaan tertentu, pengukuran bawah permukaan dengan arus
yang
tetap akan diperoleh suatu variasi beda tegangan yang berakibat
akan
terdapat variasi resistansi yang akan membawa suatu
informasi
tentang struktur dan material yang dilewatinya. Hubungan
antara
panjang bentang elektroda dengan resistivitas bawah
permukaan
tanah adalah ,semakin panjang bentang elektroda maka semakin
kecil
nilai resistivitas karena nilai resistivitas dengan panjang
elektroda
berbanding terbalik.
5.2 SARAN
Demikian karya tulis ilmiah yang kami buat, semoga dapat
bermanfaat bagi pembaca. Diharapkan di masa yang akan datang
dapat digunakan sebagai salah satu sumber data untuk
penelitian
selanjutnya.
-
12
DAFTAR PUSTAKA
Hutagalung-Bakker;(2013); Identifikasi Jenis Batuan Menggunakan
Metode
Geolistrik Resistivitas Konfigurasi Schlumberge dalam
Perencanaan Pondasi
Bangunan di Terminal Transit Desa Passo; Prossiding FMIPA
Universitas
Pattimura; 159-167
Rozaq-Susilo-Wasis;Identifikasi Kedalaman dan Struktur Lapisan
Bawah Tanah
Candi Jajaghu Berdasarkan Nilai Resistivitas dengan Menggunakan
Metode
Geolistrik Konfigurasi Dipole-Dipole;Journal Fisika FMIPA
Universitas
Brawijaya;1-5
Sultan;(2009);Penyelidikan Geolistrik Resistivity pada Penentuan
Titik Sumur
Bor untuk Pengairan di Daerah Garongkong Desa Lempang Kecamatan
Tanete
Riaja Barru; Journal Penelitian Enjineering.151-158
-
13
-
14
-
15