Prosiding Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains 2011 (SNIPS 2011) 22-23 Juni 2011, Bandung, Indonesia

ISBN : 978-602-19655-0-4 386

Studi Metode Hambatan Jenis Untuk Analisa Distribusi Polutan di Dalam Tanah

Alamta Singarimbun* dan Asri Widyapuri

Abstrak

Penelitian ini dilakukan dalam skala laboratorium dengan menggunakan metode geolistrik tahanan jenis (konfigurasi Wenner-Schlumberger) dan metode Ohmik, untuk melihat pola kontur dan nilai tahanan jenis setiap bahan polutan. Bahan polutan yang terindentifikasi adalah pupuk organik, pupuk anorganik, diterjen dan oli bekas. Hasil penelitian menunjukkan nilai tahanan jenis pada metode ohmik sesuai dengan pola kontur pada metode geolistrik tahanan jenis pada setiap bahan polutan.

Kata kunci: Resistivitas, Wenner-Schlumberger

Pendahuluan

Air merupakan kebutuhan pokok setiap manusia. Salah satu kebutuhannya adalah air bersih yang semakin sulit dicari karena semakin banyak populasi manusia bertambah di permu-kaan bumi dan banyak polutan yang bertambah setiap harinya. Karena dibutuhkan setiap manusia maka dilakukan penelitian agar menge-tahui pola tanah yang tercemar.

Dalam penelitian digunakan dua metode, yang pertama metode geolistrik untuk menge-tahui pola dalam medium pasir. Dan yang kedua menggunakan metode ohmik untuk mengetahui nilai tahanan jenis bahan yang terkandung secara homogen. Manusia

Penelitian ini dilakukan dengan harapan sebagai referensi dalam mengaplikasikan metode geolistrik tahanan jenis dalam skala lapangan dalam mengidentifikasi bahan polutan.

Teori

Metode Ohmik. Metode ohmik ini ini menggunakan rumus:

ALR ρ= (1)

Tahanan jenis material adalah tahanan jenis listrik dari suatu silinder dengan luas penampang tertentu dan panjang tertentu pula. Jika tahanan jenis dari silinder yang mempunyai panjang L dan luas penampang A adalah ρ.

Metode Geolistrik. Metode geolistrik tahanan jenis merupakan salah satu metode eksplorasi geofisika dengan menggunakan sifat listrik yang diinjeksikan ke permukaan bumi. Dengan menggunakan empat elektroda, yaitu dua untuk elektroda arus dan dua untuk elektroda potensial.

Gambar 1. Potensial disekitar dua titik arus yang polaritasnya berlawanan

IV

BNANBMAM∆

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

11112πρ (2)

Nilai tahanan jenis yang terukur merupakan nilai tahanan jenis semu. Karena bergantung pada jarak elektroda. Metode geolistrik tahanan jenis menggunkan konfigurasi wenner-schlumberger.

Besar tahanan jenis semu yang terukur dapat dirumuskan sebagai berikut:

IVKa

∆=ρ (3)

Konfigurasi Wenner–Schlumberger menggu-nakan MN=a, AM=BN=na, BM=AN=(n+1)a , dan n=1,2,3,... maka :

IV

naanannaa∆

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

+−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−=1

)1(1

)1(112πρ (4)

[ ]IVanna

∆+= )1(πρ (5)

Prosiding Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains 2011 (SNIPS 2011) 22-23 Juni 2011, Bandung, Indonesia

ISBN : 978-602-19655-0-4 387

Res2Dinv. Res2Dinv adalah program komputer yang secara outomatis menentukan model tahanan jenis 2 dimensi (2-D) untuk bawah permukaan dari data hasil survey geolistrik (Sutedjo, 2008).

Res2dinv merupakan pemodelan geofisika yang menggunakan model iversi tahanan jenis 2D dengan asumsi terdiri dari sejumlah blok-blok persegi panjang dari tahanan jenis konstan, maka digunakan pendekatan konvensional yaitu metode optimasi iterasi nonlinier untuk menentukan tahanan jenis dari blok-blok berikut. Metode least square smoothness-constrained dapat digunankan untuk menentukan tahanan jenis blok-blok persegi panjang (parameter model) yang akan meminimumkan perbedaan antara nilai tahanan jenis semu yang terukur dan terhitung. Persamaan least square smoothness-constrained yang digunakan:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Nomor Elektroda

ρ1 ρ2 ρ3 ρ4 ρ12

ρ13 ρ21

ρ22 ρ27

ρ28 ρ29

Gambar 2.3. susunan blok-blok yang digunakan model 2D

( ) gJpJJ TTT =+ δδλ (6)

dimana J adalah matriks Jacobian dari turunan parsial tiap-tiap blok, λ adalah factor redaman (damping factor), g adalah vector ketidakcocokan (discrepancy) yang mengandung perbeda logaritmik antara nilai tahanan jens semu hasil pengukuran dan hasilperhitungan, p adalah vector koreksi untuk parameter model. δ adalah filter flatness 2D yang digunakan untuk memperhalus gangguan pada parameter model menjadi konstan, amplitude elemen dari matriks

δ akan meningkat 10% pada setiap peningkatan kedalaman blok untuk menstabilkan proses inverse. Tujuan inverse ini adalah untuk menghitung tahanan jenis dari blok-blok sehingga menghasilkan pseudosection tahnanan jenis semu yang cocok dengan hasil pengukuran.

Metode Penelitian

Metode Ohmik. Penelitian dilakukan dengan menggunakan benda anomali tanpa ada campuran dari bahan yang lain. Untuk pengambilan data dilakukan dengan cara :

Set alat seperti pada gambar 3. Kemudian menyalakan adaptor untuk mengalirkan arus listrik pada benda. Lalu catat arus listrik (I) dan beda potensial (V) pada multimeter.

Plat te

mbaga

Plat te

mbaga

I

V

Kawat tembaga3 cm

8 cm

3.3 cm

Gambar 4. Illustrasi set-up untuk metode ohmik

Metode Geolistrik Tahanan Jenis. Sebelum penelitian ini dilakukan susun alat yaitu memasukan pasir kedalam bak dengan ukuran sampai penuh seperti yang pada Gambar 4;

Gambar 2. Konfigurasi wenner-schlumberger

Prosiding Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains 2011 (SNIPS 2011) 22-23 Juni 2011, Bandung, Indonesia

ISBN : 978-602-19655-0-4 388

Gambar 5. Ilustrasi set-up untuk pemodelan geolistrik

Pengambilan menggunakan bak besar dilakukan menggunakan metode wenner schlumberger dengan lima tahap :

1. Tahap pertama dilakukan tanpa benda anomali agar terlihat pola pada mediumnya.

2. Tahap kedua dilakukan dengan meng-gunakan pupuk unorganik yang ditanam dalam bak.

3. Tahap ketiga dilakukan dengan mengguna-kan pupuk organik yang ditanam dalam bak.

4. Tahap keempat dilakukan dengan menggu-nakan diterjen yang ditanam dalam bak.

5. Tahap kelima dilakukan dengan menggu-nakan oli yang ditanam dalam bak.

6. Kemudian melakukan pengukuran dengan mencatat arus listrik dan beda potensial.

Hasil dan Pembahasan

Metode Ohmik. Nilai tahanan jenis yang didapatkan dijadikan range untuk setiap jenis polutan dan pasir. Nilai dari hasil pengukuran tersebut bergantung pada sumber listrik yang digunakan. Semua nilai tahanan jenis masuk pada panduan yang digunakan.

Tabel 1. Hasil pengukuran metode ohmik

Jenis polutan Ε (V) ρ (Ωm) 7.5 308.6 9 389.9 pasir 12 443.7 7.5 226 9 126.8 pupuk

organik 12 130.5 7.5 295.3 9 217.4 pupuk

anorganik 12 257.3 7.5 45.3 9 37 diterjen 12 27.4 7.5 1100 9 1430 oli 12 2090

Metode Geolistrik Tahanan Jenis. Penelitian dilakukan pada medium pasir yang diberi beberapa jenis polutan diantaranya pupuk anorganik, pupuk organik, diterjen, dan oli bekas mobil. Dari hasil menggunakan software res2dinv diperoleh penampang seperti gambar berikut.

Gambar 6. Hasil geolistrik tahanan jenis pada medium pasir

Nilai tahanan jenis pasir hasil inverse dengan pengukuran menggunakan konfigurasi wenner-schlumberger berharga 51.8 – 7897 Ωm yang terdiri dari 4 lapisan dengan kesalahan 13.2 %. Lapisan pertama 51.8 – 218 Ωm, lapisan kedua 447 – 916 Ωm, lapisan ketiga 1878 – 3852 Ωm, lapisan keempat > 7897 Ωm. Pasir yang digunakan homogen dengan struktur pasirnya kering dan berongga. Dalam keadaan demikian akan menghambat aliran listrik maka digunakan juga air keran untuk melembabkan pasir agar pori-pori yang ada pada pasir tidak kering dan dapat menghantarkan arus. Pemberian air pada pasir dilakukan satu hari sebelum pengukuran, supaya air tersebar merata.

Gambar 7. Hasil geolistrik tahanan jenis pada medium pasir ditanam pupuk anorganik

Penanaman pupuk anorganik pada kedalaman 15 cm dari permukaan pasir. Nilai tahanan jenis yang terlihat dari gambar untuk pupuk anorganik berkisar 103 – 219 Ωm dengan kesalahan iterasi 29.4 %. Pada gambar terlihat seperti ada cekungan dibawah permukaan yang menggambarkan perbedaan nilai tahanan jenis yang signifikan dengan nilai tahanan jenis didaerah sekitarnya. Dan gambar ini menunjukan pola kontur jika ada pupuk anorganik yang terdapat dibawah permukaan.

Prosiding Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains 2011 (SNIPS 2011) 22-23 Juni 2011, Bandung, Indonesia

ISBN : 978-602-19655-0-4 389

Gambar 8. Hasil geolistrik tahanan jenis pada medium pasir ditanam pupuk organik

Pada gambar 7 medium pasir ditanam pada kedalaman 15 cm. Telihat nilai tahanan jenis pupuk organik berkisar 132 -272 Ωm. Seperti halnya pupuk anorganik, pada pupuk organik pola konturnya hasil iterasi seperti ada cekungan. Pada lapisan atasnya nilai tahanan jenisnya lebih rendah, karena airnya masih banyak di lapisan atas.

Gambar 9. Hasil geolistrik tahanan jenis pada medium pasir ditanam diterjen

Medium pasir yang ditanam diterjen digambarakan pada gambar 4.4 yang penanamannya pada 15 cm dari permukaan. Diterjen yang ditanam memiliki nilai tahanan jenis 193 – 340 Ωm. Pada penanaman diterjen pola konturnya serupa dengan pupuk organik dan pupuk anorganik, dalam gambar seperti ada cekungan yang memperlihatkan ada anomali didaerah cekungan tersebut. Pada daerah yang lain nilai tahanan jenisnya serupa dengan gambar 8 yang memperlihatkan medium pasir seluruhnya tanpa ditanam polutan.

Gambar 10. Hasil geolistrik tahanan jenis pada medium pasir ditanam oli

Medium pasir yang ditanam oli bekas pada kedalaman 15 cm dibawah permukaan. Memiliki nilai tahanan jenis 1064 – 3429 Ωm, terlihat

dalam gambar adanya nilai tahanan jenis yang besar pada lapisan yang terdapat olinya. Karena oli merupakan bahan yang non konduktor jadi nilai tahanan jenisnya akan besar.

Analisis Kedua Metode. Metode ohmik menghasilkan nilai tahanan jenis bahan polutannya tidak tercampur dengan pasir atau air yang ada dalam pasir. Sedangkan pada metode geolistrik selain dapat melihat nilai tahanan jenisnya, dapat terlihat juga pola kontur yang tergambar pada gambar. Dari hasil kedua metode tersebut dapat kita buat table dengan referensi yang didapat yaitu:

Tabel 2. Nilai Tahanan Jenis Kedua Metode Pengukuran dan Referensinya pada Pasir

Jenis anomali

Metode ohmik (Ωm)

Metode geolistrik

(Ωm)

Acuan (Ωm)

Referensi Acuan

Pasir 308 – 444

51.8 – 7897

(1 – 6.4) x108

Telford (1978)

Pada pasir untuk hasil pengukuran ohmik berkisar 308 Ωm – 443 Ωm. Ini sesuai dalam buku Telford yang nilai tahanan jenis 1 Ωm – 6.4x108 Ωm. Dalam hasil pengukuran geolistrik nilai tahanan jenis berkisar 51.8 Ωm – diatas 7897 Ωm. Ini masih sesuai dengan nilai tahanan jenis dalam buku Telord. Diprediksi nilai tahanan jenis semakin dalam dari permukaan semakin besar nilai tahanan jenisnya karena pasir yang dibawah lebih kering dibandingkan dengan pasir yang dekat dengan permukaan.

Tabel 3. Nilai Tahanan Jenis Kedua Metode Pengukuran dan Referensinya pada Pupuk Organik

Jenis anomali

Metode ohmik (Ωm)

Metode geolistrik

(Ωm)

Acuan (Ωm)

Referensi Acuan

Pupuk organik

130 – 226 132 -272 1–

100 Telford (1990)

Pada kedua metode tersebut nilai tahanan jenis lebih besar dari nilai tahanan jenisnya acuan yang digunakan. Acuan yang diambil dari tanah lempung. Dilihat dari fungsi yang sama pada pupuk organik dan tanah lempung yaitu dapat menyuburkan tanaman. Maka unsure yang terkandung dalam tanah lempung sebanding dengan pupuk organik. Meskipun lebih besar nilai tahanan jenis saat pengukuran, dipengaruhi oleh struktur pupuk organik yang lebih kering dan tidak basah. Pada kedua metode pengukuran nilai tahanan jenis yang dihasilkan tidak jauh berbeda karena kondisi pupuk yang sama kering.

Prosiding Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains 2011 (SNIPS 2011) 22-23 Juni 2011, Bandung, Indonesia

ISBN : 978-602-19655-0-4 390

Tabel 4. Nilai Tahanan Jenis Kedua Metode Pengukuran dan Referensinya pada Pasir yang Ditanam Pupuk Anorganik

Jenis anomali

Metode ohmik (Ωm)

Metode geolistrik

(Ωm)

Acuan (Ωm)

Referensi Acuan

Pupuk anorganik

217 – 296

103 – 219 1– 100 Telford

(1990)

Pada pupuk anorganik sama seperti pada pupuk organik. Pupuk digunakan untuk menyuburkan tanaman. Dilihat dari fungsi menyuburkan tanaman maka tanah yang sesuai untuk menyuburkan tanaman adalah tanah lempung karena tanah jenis ini dapat menyimpan air. Maka nilai tahanan jenis tanah lempung adalah 1– 100 Ωm. Dalam pengukuran nilai leih besar dari nilai tahanan jenis yang ada pada acuan. Didalam pengukuran pupuk anorganik yang digunakan kering dan tidak dipengaruhi air. Dari struktur pada pupuk anorganik lebih butir yang kering.

Tabel 5. Nilai Tahanan Jenis Kedua Metode Pengukuran dan Referensinya pada Diterjen

Jenis anomali

Metode ohmik (Ωm)

Metode geolistrik

(Ωm)

Acuan (Ωm)

Referensi Acuan

Diterjen 27 – 46 193 – 340 89 – 457

Ngadiman (2000)

Pada medium pasir yang ditanam diterjen nilai tahanan jenis lebih besar dibandingkan dengan nilai tahanan jenis hasil pengukuran pada metode ohmik. Pada metode geolistrik nilai tahanan jenis dipengaruhi oleh air yang berasal dari pasir dan dipengaruhi oleh pasir yang ada disekitar diterjen. Pada metode ohmik diterjen yang tercampur air akan lebih kecil nilai tahanan jenisnya, karena air mampu mengalirkan arus dan dari bahan yang terdapat pada diterjen yang mampu mengalirkan arus listrik. Selain itu ketika diberi air suhu yang tersentuh ditangan lebih hangat daripada saat diterjen tidak diberikan air. Hal ini mempengaruhi nilai tahanan jenis pada diterjen. Seperti pada tembaga nilai tahanan jenis akan semakin kecil ketika suhunya naik (Tipler). Maka nilai tahanan jenis pada metode ohmik akan lebih kecil dibandingkan dengan nilai tahanan jenis pada pengukuran hasil metode geollistrik.

Tabel 6. Nilai Tahanan Jenis Kedua Metode Pengukuran dan Referensinya pada Oli

Jenis anomali

Metode ohmik (Ωm)

Metode geolistrik

(Ωm)

Acuan (Ωm)

Referensi Acuan

Oli 1100 – 2090

1064 – 3429

945 – 1995

Bambang (2002)

Oli memiliki kekentalannya lebih besar, akan membuat nilai tahanan jenisnya semakin besar. Karena semakin sulitnya arus yang menghantar pada oli tersebut. Pada kedua metode tersebut nilai tahanan jenis jauh lebih besar dari pada nilai acuan yang digunakan. Nilai tahanan jenis pada kedua metode yang digunakan tidak menggunakan air sehingga kekentalan pada oli sangat besar dibandingkan dengan acuan yang digunakan olinya dicampur dengan air jadi nilai tahanan jenisnya kecil.

Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang dilakukan mengenai keberadaan benda anomaly yang diatanam apada medium pasir, maka dapat disimpulkan :

1. Aplikasi geolistrik tahanan jenis dapat digunakan untuk mengetahui pola lapisan bawah permukaan dengan benda anomaly pupuk organic, pupuk unorganik, deterjen dan oli.

2. Pengukuran menggunakan metode ohmik dan metode geolistrik tahanan jenis dapat menghasilkan nilai tahanan jenis yang sesuai dengan pola kontur pada setiap bahan polutan.

3. Hasil pengolahan data dengan menggunakan metode geolistrik tahanan jenis dan metode ohmik sekitar 51.8 – 7897 Ωm

4. Nilai tahanan jenis yang diukur dengan mengguakan metode ohmik untuk pasir berkisar 308 – 443 Ωm, untuk pupuk organik 126 – 226 Ωm, sedangkan untuk pupuk unorganik 217 – 295 Ωm, pada diterjen nilai tahanan jenisnya berkisar 27 – 45 Ωm dan oli nilai tahanan jenisnya berkisar 1100 – 2090 Ωm

Daftar Pustaka

[1] Astier, J.L. 1971. Geophysique appliquee a l' hydrogeologie. Masson & Cie, Editeurs, Paris.

[2] Arsadi, Edy. 2007. Optimalisasi Sumber Daya Air di Wilayah Pesisir. Bandung: LIPI.

[3] Bambang, Eko. 2002. Aplikasi Metode Geollistrik Tahanan Jenis Untuk Mendeteksi Pencemeran Tanah Oleh Polutan Resistif. Bandung: ITB.

[4] Hendrajaya, Lilik., Idam Arif. 1990. Geolistrik Tahanan Jenis. Bandung: ITB

[5] Hydari, Amru. 1981. Teori Dasar Pengukuran Geolistrik. Bandung : LIPI.

[6] Lutan, Asril. 1981. Geofisika Eksplorasi Terbatas (Metode Pengukuran Tahanan

Prosiding Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains 2011 (SNIPS 2011) 22-23 Juni 2011, Bandung, Indonesia

ISBN : 978-602-19655-0-4 391

Jenis Bawah Permukaan Tanah hal 36-42). Bandung: LIPI.

[7] Magetsari, Noer Aziz., dkk. Geologi Fisik. Bandung: ITB.

[8] Napitupulu, Yerti H.D. 2005. Penentuan Daerah Prospek Panas Bumi Dengan Menggunakan Metode Geolistrik Konfigurasi Schlumberger di Daerah Ria-Ria Sipoholon, Kabupaten Tapanuli Utara, Provinsi Sumatera Utara. UPI: Skripsi tidak diterbitkan.

[9] Ngadimin. 2000. Aplikasi Metode Geolistrik Untuk Monitoring Rembesan Limbah (Penelitian Model Fisik di Laboratorium). Bandung: ITB.

[10] Seyhan, Ersin. 1990. Dasar-Dasar Hidrologi. Yogyakarta: Gajah Mada University Press.

[11] Sulistijo, Dr. Ir. Budi. 2003. Geofisika Cebakan Mineral I. Bandung : Program Studi Teknik Pertambangan.

[12] Sutedjo, Febbry. 2008. Analisis Profil Resistivitas Bawah Permukaan Untuk Penyelidikan Air Tanah di Daerah Singkup Sumedang. Bandung : UPI.

[13] Telford, W.M., Geldart, L.P., Sheriff, R.E., and Keys, D.A. 1990. Applied Geophysics. New York USA: Cambridge University Press.

Alamta Singarimbun* KK Fisika Sistim Kompleks, Program Studi Fisika, FMIPA ITB Jl. Ganesha 10 Bandung email : alamta@fi.itb.ac.id

Asri Widyapuri Program Studi Fisika, FMIPA ITB Jl. Ganesha 10 Bandung

*Corresponding author