chapter 3_lengkap.pdf
Post on 23-Nov-2015
75 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
TUGAS VULKANOLOGI
CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
Oleh:
NURDINI AVESTASARI 13/351263/PPA/04151
RITA DESIASNI 13/353484/PPA/04206
PROGRAM MAGISTER ILMU FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2014
-
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirobbilalamin. Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT
atas segala rahmat, taufiq, hidayah, dan inayah-Nya serta hanya karena kekuatan dan
bimbingan-Nya, tugas mata kuliah Vulkanologi mengenai Continuous monitoring
with in situ sensors - Daniel Dzurisin dapat diselesaikan. Terima kasih kami
sampaikan kepada segenap pihak yang memberikan bimbingan, dorongan, serta
semangat. Terima kasih pula penulis ucapkan kepada :
1. Dr. Ing. Ari Setiawan, M.Si selaku Dosen mata kuliah Vulkanologi atas masukan
diberikan kepada kami sampai selesainya tugas ini.
2. Teman-teman bidang minat Geofisika Angkatan 2013 atas dorongan semangatnya
sehingga tugas ini dapat terselesaikan.
Kami menyadari masih terdapat banyak kekurangan dalam penulisan makalah ini. Oleh
karena itu, dengan segala kerendahan hati, mohon segala kritik dan saran dapat
disampaikan kepada kami.
Yogyakarta, Juni 2014
Penulis
-
i
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI.................................................................................................................... i
3.1 SEISMOMETER ................................................................................................... 1
3.2 TILTMETERS ....................................................................................................... 11
3.3 STRAINMETERS ................................................................................................. 16
3.4 GPS KONTINYU .................................................................................................. 19
3.5 Beberapa Perhatian Tentang Sensor Deformasi Dekat Permukaan ................... 22
3.6 GRAVIMETERS .................................................................................................. 23
Daftar Pustaka .......................................................................................................... 32
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
1
3.1 SEISMOMETER
Tidak ada buku tentang monitoring gunungapi yang lengkap tanpa setidaknya
mendiskusikan tentang seismometer dan prinsip seismologi. Seimologi gunungapi dan
geodesi gunungapi memiliki hubungan yang sangat dekat sepanjang instrumentasi geofisika
yang menjangkau lebih dari satu abad. Hubungan ini muncul karena pada mulanya
seismometer sangat peka terhadap kemiringan tanah, tiltmeter dan strainmeter terbaru dapat
merekam periode panjang (LP) dan gempabumi VLP dan broadband seismometer mere
50s.
3.1.1 SEJARAH SINGKAT TENTANG SEISMOLOGI
Seismometer (bahasa Yunani: seismos: gempa bumi dan metero: mengukur)
adalah alat atau sensor getaran, yang biasanya dipergunakan untuk mendeteksi gempa
bumi atau getaran pada permukaan tanah. Seismograf adalah sebuah alat untuk mengukur
dan mencatat gerakan tanah secara terus menerus. Gerakan/getaran tanah yang tercatat pada
seismograph baik yang terasa maupun yang tidak terasa dalam istilah
seismologi/geofisika disebut gempa bumi.Seismograf adalah sebuah perangkat yang
mengukur dan mencatat gempa bumi. Pada prinsipnya, seismograf terdiri dari gantungan
pemberat dan ujung lancip seperti pensil.Dengan begitu, dapat diketahui kekuatan dan arah
gempa lewat gambaran gerakan bumi yang dicatat dalam bentuk seismogram. Prototip
dari alat ini diperkenalkan pertama kali pada tahun 132 SM oleh matematikawan dari
Dinasti Han yang bernama Zhang Heng.Dengan alat ini orang pada masa tersebut bisa
menentukan dari arah mana gempa bumi terjadi.
Pada zaman Dinasti Han Timur Tiongkok, sering terjadi gempa bumi di ibukota
Luoyang dan daerah sekitarnya. Menurut catatan buku sejarah, selama 50 tahun dari tahun 89
hingga 140, pernah terjadi 30 kali gempa bumi di daerah tersebut. Maka rakyat setempat
sangat takut.Kemudian seorang ilmuwan bernama Zhang Heng melakukan penelitian bidang
gempa bumi tersebut. Akhirnya pada tahun 132, Zhang Heng berhasil membuat alat pertama
yang dapat meramalkan gempa bumi di Tiongkok bahkan di seluruh dunia, dan dinamakan
S m f.
Seismograf itu dibuat dari perunggu berbentuk seperti guci yang ditengahnya terdapat
batangan tembaga dan di luarnya terdapat 8 ekor naga yang dikepalanya tersambung pada 8
batang tembaga tipis yang menghadap ke arah-arah timur, selatan, barat, utara, timur laut,
tenggara, barat laut dan barat daya (gambar 1). Di dalam mulut setiap naga terdapat bola
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
2
tembaga yang kecil, di bawah kepala setiap naga mendekam seekor katak tembaga, mereka
semua membuka mulut besar-besar, yang sewaktu-waktu dapat menyambut bola tembaga
kecil yang dilontarkan dari mulut naga.Seandainya terjadi gempa bumi, maka batang tembaga
Seismograf itu akan condong ke arah asal gempa bumi tersebut, kemudian menggerakkan
kepala naga dan naga yang berada di arah itu akan membuka lebar mulutnya, maka bola
tembaga kecil itu akan keluar dari mulut naga tersebut dan jatuh ke dalam mulut katak yang
justru mendekam di bawahnya. Dengan demikian, akan diketahui di mana terjadinya gempa
bumi.
Gambar 1. Seismograf Zhan Heng
Beberapa abad kemudian pada tahun 1855, Luigi Palmieri dari Italia merancang
sebuah Seismometer merkuri.Seismometer buatan Palmieri ini memiliki tabung berbentuk U
diisi dengan merkuri dan disusun di sepanjang titik-titik kompas. Tahun 1880-1895, John
Milne, James Alfred Ewing dan Thomas Gray yang bekerjasama di Imperial College of
Engineering-Jepang membuat seismometer dengan menggunakan pendulum horizontal yaitu
sebuah mesin yang mencatat getaran yang terjadi dengan gerakan tiba-tiba di sepanjang garis
patahan bumi. Dia juga yang pertama kali mempromosikan pembangunan stasiun
seismologi.
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
3
Seismograf adalah sebuah perangkat yang mengukur dan mencatat gempa bumi.
Pada prinsipnya, seismograf terdiri dari gantungan pemberat dan ujung lancip seperti
pensil.Dengan begitu, dapat diketahui kekuatan dan arah gempa lewat gambaran gerakan
bumi yang dicatat dalam bentuk seismogram.Seismograf memiliki instrumen sensitif yang
dapat mendeteksi gelombang seismik yang dihasilkan oleh gempa bumi. Gelombang
seismik yang terjadi selama gempa tergambar sebagai garis bergelombang pada
seismogram. Seismologist mengukur garis-garis ini dan menghitung besaran gempa.
Dahulu, seismograf hanya dapat mendeteksi gerakan horizontal, tetapi saat ini
seismograf sudah dapat merekam gerakan-gerakan vertikal dan lateral.Seismograf
menggunakan dua gerakan mekanik dan elektromagnetik seismographer.Kedua jenis
gerakan mekanikal tersebut dapat mendeteksi baik gerakan vertikal maupun gerakan
horizontal tergantung dari pendular yang digunakan apakah vertikal atau
horizontal.Seismograf modern menggunakan elektromagnetik seismographer untuk
memindahkan volatilitas sistem kawat tarik ke suatu daerah magnetis. Peristiwa-peristiwa
yang menimbulkan getaran kemudian dideteksi melalui galvanometer.
Jenis-jenis seismograf
1. Seismograf Horizontal
Seismograf Horizontal berfungsi untuk mencatat getaran bumi pada arah mendatar.
Pada Seismograf Horizontal, massa stasioner digantung dengan sebuah tali. Dibagian
bawah terdapat jarum yang ujungnya menyentuh roll pita, yang selalu berputar searah
jarum jam. Tiang penompang roll pita terpancang pada tanah. Pada waktu terjadi
gempa, roll pita bergetar, sedang massa stasioner dan jarum jam tetap. Maka
terbentuklah goresan pada roll pita tersebut yang disebut seismogram.
2. Seismogram Vertikal
Seismograf Vertikal berfungsi untuk mencatat getaran gempa vertikal. Massa
Stasioner pada Seismograf vertikal ditahan oleh sebuah pegas (P) dan sebuah tangkai
berengsel. Ujung massa stasioner yang berjarum disentuhkan pada roll pita yang
selalu bergerak searah jarum jam. Jika terjadi getaran gempa, maka roll pita akan
bergerak sehingga akan terbentuk seismogram pada roll pita tersebut.
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
4
Gambar 2. Seismogram horizontal dan seismogram vertical
Pada era modern, seismologi dapat didasarkan pada munculnya teori lempeng
tektonik yang berawal tahun 1960. Daerah yang tepat sebagai dasar samudera saat terjadinya
gempa secara terus menerus sepanjang mid oceanic ridges, fokal mekanisme menunjukkan
bahwa zona fraktur menunjukkan transform faults yang menghubungkan setiap bagian pada
speading ridge, dan seismologi mengakui bahwa distribusi gempabumi dalam yang menjadi
teka-teki terjadi padazona subduksi. Sebagai catatan sejarah, Dr. Robert W. Decker dan
colleagues pada HVO membuat pengukuran electronic distance meter (EDM) pertama kali di
Kilauea dan Mauna Loa Volcanoes pada tahun 1960s, ditengah kehebohan the lempeng
tektonik
3.1.2 SEBUAH PENGENALAN UNTUK GELOMBANG SEISMIC DAN TIPE-TIPE
GEMPA
Tipe gelombang seismic ada dua yaitu periode pendek (frekuensi tinggi) gelombang
badan yang menjalar di dalam bumi dan periode panjang (frekuensi rendah) gelombang
permukaan yang menjalar sepanjang permukaan. Gelombang badan terdapat didalamnya ada
gelombang P longitudinal dan gelombang S tranversal. Gelombang P menjalar lebih cepat
dibandingkan gelombang S dan datang lebih awal, karena itu sebagai tanda P dari primary
dan S dari secondary. Gelombang P melibatkan pergerakan partikel secara kompresi dalam
arah perambatan gelombangnya, sedangkan gelombang S melibatkan pergerakan geser.
Gelombang sekunder terdiri dari dua komponen, yaitu gelombang SH dengan gerakan
partikel horizontal dan gelombang SV dengan gerakan partikel vertikal. Perambatan
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
5
gelombang P sepanjang cairan (liquid) termasuk magma dan lelehan parsial tetapi gelombang
S menghilang atau terantenuasi secara baik, dimana pada cairan taktermampatkan dan tidak
menyokong stress geser.
Gambar 3. Hasil rekaman seismometer di daerah Kevo, Finland
Gambar 3. Seismogram menunjukkan pergerakan permukaan vertical yang terekam di
Kevo, Finland. Diawali pada 500 detik (8,3 menit) sesudahnya dan terjadi pada 17
Oktober 1989 Ms 7.1 (Mw6.9) Loma Prieta, California, gempabumi dekat San
Francisco. Jarak dari epicenter dengan seismometer sekitar 71o 7880 km). Panah
menunjukkan waktu datang pertama yang ditunjukkan oleh gelombang P dan diikuti
oleh gelombang S.
Sifat penjalaran gelombang P yang langsung adalah bahwa gelombang ini akan
menjadi hilang pada jarak lebih besar dari 130, dan tidak terlihat sampai dengan jarak kurang
dari 140. Hal tersebut disebabkan karena adanya inti bumi. Gelombang langsung P akan
menyinggung permukaan inti bumi pada jarak 103 dan pada jarak yang akan mengenai inti
bumi pada jarak 144. Gelombang P akan timbul kembali yaitu gelombang yang menembus
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
6
inti bumi dengan dua kali mengalami refraksi. Menghilangnya gelombang P pada jarak 103
memungkinkan untuk menghitung kedalaman lapisan inti bumi.
Guttenberg (1913) mendapatkan kedalaman inti bumi 2900 km. Telah didapatkan
pula bahwa batas mantel dengan inti bumi merupakan suatu diskontinuitas yang tajam.
Daerah antara 103 - 144 b b S w z , w l b y f y
lemah dapat pula terlihat di daerah ini. Walaupun gelombang bodi dapat menjalar ke segala
arah di permukaan bumi, namun tetap tidak dapat menembus inti bumi sebagai gelombang
transversal. Keadaan ini membuktikan bahwa inti luar bumi berupa fluida. Untuk penelitian
tetap diasumsikan keadaan homogen, yaitu bagian luar bumi dan inti bumi ( dua media
homogen yang berbeda ).
Kadang m f y S w z m
ke jarak kurang lebih 110. Karena adanya fase inilah pada tahun 1930 ditemukan media
lain yaitu inti dalam. Batas dari inti dalam ini terdapat pada kedalaman 5100 km .
Diperkirakan kecepatan gelombang seismik di inti dalam lebih tinggi dari pada di inti luar.
Untuk membedakan dan identifikasi, maka perlu pemberian nama untuk gelombang seismik
yang melalui inti bumi (baik inti luar maupun inti dalam).
Kecepatan gelombang seismik bertambah dengan kedalaman, maka lintasan
gelombang seismik akan berbentuk lengkungan cekung ke permukaan bumi. Kecepatan
gelombang P (Vp) tergantung dari konstante Lame ( ), rigiditas ( ), dan densitas ( )
medium yang dilalui dan secara matematis dirumuskan sebagai berikut:
2Vp 3.1.1)
Gelombang P mempunyai kecepatan paling tinggi dibanding dengan kecepatan gelombang
yang lain sehingga tercatat paling awal di seismogram. Menurut Poisson kecepatan
gelombang P mempunyai kelipatan 3 dari kecepatan gelombang S. Gelombang S
mempunyai gerakan partikel tegak lurus terhadap arah penjalaran dan mempunyai kecepatan
(Vs) sebesar :
Vs 3.1.2)
Untuk selanjutnya mengenai gelombang permukaan merupakan gelombang elastik
yang menjalar sepanjang permukaan bumi dan biasa disebut sebagai tide waves. Karena
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
7
gelombang ini terikat harus menjalar melalui suatu lapisan atau permukaan. Terdapat juga
dua tipe gelombang permukaan yaitu gelombang love dan gelombang rayleigh. Gelombang
permukaan menjalar lebih lambat dari gelombang badan tetapi terantenuasi lebih sedih
terhadap jarak. Gelombang permukaan dari gempa yang besar menjalar ke seluruh bumi
berkali-kali.
Gelombang Love (L) dan gelombang Rayleigh (R), yang menjalar melalui permukaan
bebas dari bumi. Gelombang L gerakan partikelnya sama dengan gelombang SH dan
memerlukan media yang berlapis. Gelombang R lintasan gerak partikelnya merupakan suatu
ellips. Bidang ellips ini vertikal dan berimpit dengan arah penjalarannya. Gerakan partikelnya
ke belakang (bawah maju atas mundur). Gelombang R menjalar melalui permukaan media
yang homogen.
Gelombang Love dan Rayleigh ada juga yang memberi simbul LQ dan LR dimana L
singkatan dari Long karena gelombang permukaan mempunyai sifat periode panjang dan Q
adalah singkatan dari Querwellen yaitu nama lain dari Love seorang Jerman yang
menemukan gelombang ini. Gelombang LQ dan LR menjalar sepanjang permukaan bebas
dari bumi atau lapisan batas diskontinuitas antara kerak dan mantel bumi. Amplitude
gelombang LQ dan LR adalah yang terbesar pada permukaan dan mengecil secara
eksponensial terhadap kedalaman. Dengan demikian pada gempa-gempa dangkal amplitude
gelombang LQ dan LR akan mendominasi.
Gelombang permukaan yang banyak tercatat pada seismogram adalah gelombang
Love dan gelombang Rayleigh. Dari hasil pengamatan diperoleh dua ketentuan utama yang
menunjukkan bahwa bagian bumi berlapis-lapis dan tidak homogen, yaitu :
Adanya gelombang Love ; gelombang ini tidak dapat menjalar pada permukaan
suatu media yang kecepatannya naik terhadap kedalaman.
Adanya perubahan dispersi kecepatan (velocity dispersion).
Gelombang L dan R tidak datang bersama-sama pada suatu stasiun, tetapi gelombang yang
mempunyai periode lebih panjang akan datang lebih dahulu. Dengan kata lain gelombang
yang panjang periodenya mempunyai kecepatan yang tinggi.
Frekuensi gelombang seismic memilki jangkauan yang sama tingginya dengan
jangkauan pendengaran yaitu lebih dari 20 Hz sampai terkecilnya ketika bumi berosilasi
secara bebas dengan panjang periodenya sekitar 54 menit atau setara dengan 0,0003 Hz.
Amplitude gelombang seismic juga besar. Pengukuran perpindahan tanah dari kecil sampai
jangkauan gempabumi sedang yaitu berkisar antara 10-10
sampai 10-1
meter.
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
8
Tipe-tipe gempabumi vulkanik
Takeshi Minakami (1960,1961) seorang ahli seismologi dan vulkanologi dari Jepang
mengklasifikasikan gempabumi vulkanik ke dalam dua tipe berdasarkan tanda pada
seismogram dan kedalaman sumber, yaitu tipe A dan tipe B. Namun ada tipe lain dari
seismisitas gunungapi yaitu tremor.
1) Tipe A
- Memiliki gelombang P dan S yang jelas
- Umumnya terjadi pada kedalaman 1-10 km di bawah gunungapi
- Event tipe A lebih sering disebut volcano-tectonic (VT) atau high-frequency (HF)
2) Tipe B
- Memiliki tanda kemunculan gelombang P pada seismogram, sedangkan
gelombang S tidak jelas
- Relatif memuat frekuensi rendah untuk gempabumi tektonik dengan magnitudo
yang sama.
- Untuk kedalaman fokus yang sangat dangkal (< 1 km)
- Event tipe B disebut long-period (LP) atau low frequency (LF).
3) Tremor
- Tipe kegempaan gunungapi lainnya adalah tremor. Tremor ini menghasilkan
sinyal kontinyu pada seismograph dengan durasi menit sampai hari atau lebih.
- Frekunsi yang dominan tremor gunungapi adalah 1-5 Hz; biasanya 2-3 Hz.
- Dua tipe spesial dari tremor gunungapi adalah tremor harmonik dan spasmodic
tremor.
3.1.3 PRINSIP DASAR DARI SEISMOMETER
Meskipun modeling dan interpretasi dari gelombang seismic menggunakan
matematika yang komplek, intrumentasi seismic justru menggunakan mekanika yang
sederhana. Produk Mark geofon L4C secara luas digunakan untuk gempabumi dan studi
gunungapi. Pada umumnya geophone terdiri atas resistor, lilitan kawat, pegas, massa, kutub
selatan magnet, dan kutub utara magnet.
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
9
Gambar 4. Produk Mark L4C geophone vertikal, dari Bowden(2003). Sebuah massa utuh
dalam M (kg) yang disambungkan dengan sebuah pegas yang memiliki koefisien pegas
sebesar k (n x m1) dan teredam secara mekanik oleh dashpot b (n x m
1 x s
1). Kawat sensor
pergerakan terikat dengan massa dan direpresentasikan dengan induktansi Lc dengan
resistansi kawatya sebesar Rc.
Untuk magnet permanen, diletakkan menyatu dengan permukaan bumi, sehingga akan
mengikuti getaran vertikal bumi bila ada gelombang seismik yang menjalar di permukaan
bumi. Lilitan kawat tergantung pada pegas, dan akan bergerak ketika ada gelombang seismik
yang datang. Prinsip kerjanya dengan mengembangkan kerja dari bandul sederhana, ketika
mendapatkan usikan atau gangguan dari luar seperti gelombang seismik maka bandul akan
bergetar dan merekam data berupa grafik. Seismograf memanfaatkan gerakan mekanik dan
elektromagnetik seismographer. Kedua jenis gerakan tersebut dapat mengidentifikasi baik
gerakan vertikal maupun gerakan horizontal tergantung dari arah gerak pendulum yang
digunakan. Prinsip kerja menggunakan prinsip spring mass dan elektromagnetik transducer.
Ketika terjadi getaran tanah yang direspon oleh seismometer, menyebabkan magnet dalam
seismometer bergerak dan kumparan tetap diam karena kelembamannya. Pergerakan magnet
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
10
relatif terhadap kumparan menimbulkan tegangan yang proporsional terhadap kecepatan
relatif kumparan terhadap magnet.
3.1.4. TOPIK PENELITIAN TERKINI UNTUK VULKANO SEISMOLOGI
Vulkano seismologi bertujuan untuk memberikan pengertian mengenai struktur
magma dan system hirotermal, sumber mekanik dari seismisitas vulkanik, dan bagian dan
pola sementara pada pengangkutan magma sepanjang crust. Tujuan utamanya adalah untuk
menebak karakteristik magma secara baik sehingga dapat dikembangkan model kuantitatif
yang dapat melaporkan pengamatan sieismik dan memprediksi pengembangan kedepan
mengenai seismic termasuk didalamnya mengenai erupsi.
Meskipun penejelasan tentang kecepatan seismic bumi membutuhkan waktu yang
tidak sedikit bagi ahli seismologi, intrumentasi baru dan pendekatannya menjaga agar tetap
actual dan produktif. Sebagai contoh dalam struktur kecepatan 3D untuk bangunan gunungapi
dapat digambarkan pada detail yang tak diprediksikan menggunakan tomografi travel time
beresolusi tinggi. Dawson et al.(1999) menggunakan inverse tomografi pada 4,695
gelombang P dan 3,195 gelombang S dating dari 206 gempabumi selama periode 20 hari
tahun 1996 untuk mendapat resolusi tinggi (0,5 km) kecepatan gelombang P dan model Vp/Vs
untuk daerah kaldera Kilauea. Tahun 1998 Ohminato menunjukkan bahwa data konsisten
dengan pergerakan pada patahan sub horizontal atau sill-like structure yang berlokasi sekitar
1 km di dasar bawah kaldera Kilauea. Volume berubah dengan estimasi dari moment seismic
pada event tunggal VLP 1-4x103m
3, dan durasi integrasi aktifitas VLP 5x10
5m
3 mengunakan
pengukuran broadband seismometer.
Gambar 5. Broadband seismometer
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
11
Seismometer broadband memiliki jangkauan / range frekuensi yang lebih luas yaitu
0,01 50 Hz. Seismometer jenis ini sangat sensitive terhadap variasi lingkungan, khususnya
variasi temperature dan tekanan atmosfer. Oleh sebab itu seismometer ini membutuhkan
tempat khusus, seperti penempatannya dalam borehole. Seismometer broadband merupakan
seismometer 3 komponen (vertical, horizontal NS EW) dan merupakan seismometer digital,
sinyal diteruskan ke amplifier / pengkondisi signal (memisahkan antara noise dan signal),
dilanjutkan ke ADC (Analog to Digital Converter). Umumnya sinyal data yang terekam oleh
seismometer diintegrasikan dalam sistem telemetri menggunakan sistem berbasis TCP IP.
3.2 TITLMETERS
Secara garis besar, tiltmeter adalah perangkat yang dapat digunakan untuk mengukur
perubahan kecenderungan lokal dari permukaan bumi , selain itu tiltmeter dapat digunakan
dalam kasus lubang bor. Penggunaan tiltmeters dapat juga digunakan dalam monitoring
gunungapi, dan kasus ini sudah banyak di aplikasikan. Penggunaan titlmeters dalam
monitoring gunungapi, digunakan untuk mengukur deformasi gunungapi yang berfungsi
untuk mengukur perubahan yang dialami gunung api, baik dalam kondisi deflesi dan inflasi
Pada dasarnya, perubahan yang terjadi dipermukaan terjadi akibat adanya perubahan
posisi dari suatu benda (materi) baik secara horizontal maupun secara vertikal. Pada kasus
monitoring gunungapi, biasanya titlmeters tersebar di tubuh gunung api, yaitu kaki gunung
api, tubuh gunung api hingga kaki gunung api. Dalam monitoring gunung api, ada beberapa
tipe tiltmeters yang digunakan, antara lain:
3.2.1 short-base bubble titlmeters
Secara umum, jenis tiltmeters dasar/landasan lebih portabel dan lebih murah, sehingga
membuat peralatan jenis ini lebih cocok untuk monitoring g, meskipun nung api, meskipun
long-base tiltmeters jauh lebih akurat. Dalam pembahasan jenis titlmeter ini, penulis berusaha
menjelsaskan 3 jenis titilmeter yang sudah banyak diaplikasikan , salah satunya short-base
bubble titmeters.
Instrumen jenis ini paling banyak digunakan untuk monitoring kemiringan (perubahan
tanah) di dekat gunung berapi. Seperti namanya, alat ini terdapat sebuah buble (gelembung)
dalam fluida elektrolit yang di lingkupi oleh tabung kecil (biasanya memilki ukuran beberapa
sentimeter). Secara umum, bentuk dari Short-base bubble tiltmeters dapat dilihat pada
Gambar 6.
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
12
Gambar 6. Skema titlmeter jenis Short-base bubble tiltmeters untuk pemantauan
gunung berapi (Westphal, et al, 1983)
Pada Gambar 6, menjelaskan bahwa, pada perancangan alat ini, terdapat tiga
kabel yang terikat di dalam tabung kecil. Sebagian posisi tabung diisi dengan
elektrolit(cairan yang mampu menghantarkan arus listrik). Dalam hal ini, gerakan
gelembung (garis putus-putus ) dalam cairan elektrolit menyebabkan perubahan
impedansi di tabung kaca yang merupakan bagian dari penghubung impedansi elektronik.
Perubahan impedansi , yang sebanding dengan tiltmetrs (dipermukan tanah) yang
merupakan sampel secara berkala ( misalnya , pada interval 10 menit ) dikonversi ke
sinyal digital , dan ditelemeter ke arah analisis data. Ketika sensor miring, gerakan
gelembung dengan kearah kabel A, maka kabel A akan mengalami perubahan
konduktivitas, akibat aliran cairan antara kabel A dan B. Perubahan konduktivitas yang
terjadi antara kabel A dan B dapat diukur secara elektronik yang berhubungan dengan
kemiringan ke arah sumbu panjang tabung . Dua sensor diatur tegak lurus satu sama lain
ukuran dua komponen tilt orthogonal , sehingga menentukan vektor kemiringan yang
nantinya akan dihasilkan . Tiltmeters ini dapat diinstal di permukaan , tetapi pendekatan
yang lebih baik adalah dengan cara diisolasi/diberi pelindung (dalam bentuk kubah) agar
terhindar dari efek-efek permukaan yang nantinya dapat mempengaruhi kaekuratan data.
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
13
Dalam penelitian Westphal et al (1983), pada umumnya produsen menawarkan desain
yang sama, namun dapat dimodifikasi pada tingkat sensitivitasnya. Untuk sebagian besar
aplikasi dalam pemantauan gunungapi, pada alat tiltmeter diperlukan tingkat sensitivitas
sebesar (0,1 rad). Satu microradian ( rad) berkorespondensi terhadap kenaikan
vertikal sebesar 1 mm dan 1 km pada peubahan horizontal.
3.2.2 The Ideal-Aerosmith mercury capacitance tiltmeter(Tillmeters kapasitansi merkuri)
Titilmeters ini pernah digunaka untuk memantau deformasi gunung Kilauea yang
berada di Hawai yang pada saat menunjukkan aktivitas pada gunung api tersebut. Alat ini
secara umum memiliki dasar/landasan yang relatif pendek. Pada setiap ujung tabungnya
memilki panjang 1 m, dan posisi merkuri pi pisahkan dari wadah logam, sehingga tidak
berkorespondesi dengna udara luar. Prosesnya, merkuri mengalir melalui tabung pertama dari
satu kolam ke yang lain untuk menjaga hidrostatik keseimbangan, sehingga terjadi perubahan
kapasitansi. Perubahan kapasitansi dilakukan secara elektronik dengan sirkuit penghubung
elektronik , yang anntinya akan dikonversi ke perubahan kemiringan yang sama , dan
direkam di dekat United States Geological Survey ( USGS ) HVO. Secara umum, bentuk alat
ini seperti plat kapasitor sejajar dan alat ini memilki sensitivitas 0,1 rad. Alat ini pernah di
pasang di Uwekahuna Vaault pada tahun 1965 dan masih beroprasi hingga tahun 2006.
Gambar 7. Hasil rekaman kemiringan dari alat Ideal-
Aerosmith mercury capasitance titilmeter.
Gambar 8. Analisis dari rekaman hasol
letusan 1983 utuk menentukan
persamaanberdasarkan rekaman
tiilmeter
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
14
manjelaskan hasil rekaman tiltmetes dari alat Ideal-Aerosmith mercury capasitance
titilmeter, berdasarkan hasil dari awal letusan hingga 2 periode letusan sepanjang zona
Mauna Ulu yang berlangsung pada tahun 1969 dan dilakukan lagi pada tahun 1983-1984
P O . P l b l m m y b l ngsung selama
berhari-hari.
Proses-proses yang terjadi pada Gambar 7, ditandai keluarnya aliran lava dengan
volume tinggi, dan mengalami penurunan dengan sangat cepat, serta terlihat aktivitas
tremor yang terdapat diujung rekaman. Pola data titilmeter terjadi proses perulangan
seperti di Gambar 7. Hasil dari gempa vulkanik yang terajdi kemudian dimodelkan oleh
Dvorak dan Okamura ( 1987) yang mengusulkan sebuah model hidrolik untuk
menjelaskan variasi dalam tingkat kemiringan selama peristiwa tersebut. Mereka
beranggapan bahwa : (1) laju aliran magma sebanding dengan perbedaan tekanan antara
reservoir puncak dan reservoir yang mengalami pemisahan atau serangkaian waduk
dalam sistem keretakan, dan (2) tekanan magmatik berhubungan linier dengan volumetrik
regangan . Ini mengikuti rata-rata aliran magma, hingga puncak pada kurva tersebut
berbentuk kurva eksponensial. Dvorak dan Okamura ( 1987) menunjukkan bahwa kurva
eksponensial diwakili oleh persamaan
, merupakan harga tertinggi
rata-rata perubahan kemiringan dalam mikroradian, dan t merupakan fungsi waktu dalam
skala hari. Berdasarkan hasil rekaman Ideal Aerosmith Tiltmeters, untuk periode 2-9
P O y b G mb 9).
3.2.3 Long base Fluid tiltmeters (tiltmeters cairan Panjang-basa )
Jenis tiltmeter ini, telah banyak digunakan dalam pemantauan gunung api, karena
memilki rancangan dasar yang pendek/rendah, namun memilki ukuran antara senosr yang
satu dengan yang lain cendrung lebih panjang. Secara umum, alat ini lebih praktis dan
memilki kerentanan yang lebih rendah terhadap fluktuasi kemiringan pada skala yang kecil
((yaitu, 'noise' terkait dengan gerakan tanah lokal yang dapat disebabkan by menetap
diferensial, hujan atau salju pemuatan, freeze / mencair siklus, dll). T l m Long-
b paling baik digunakan hingga jangkauan ratusan meter dan memiliki kepekaan
sebesar rad. instrumen tersebut mudah mengatasi gelombang bumi rad, yang
nantinya dapat dihitung secara akurat dari teori dan menghapusnya dari rekaman tiltmeter
(proses penghilangan noise).Namun, pada dasarnya alat ini relatif lebih mahal dan
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
15
memerlukan instalasi yang rumit serta pemeliharaan untuk mengisolasinya dari dampak
lingkungan yang terjadi di permukaan. Alat ini paling cocok untuk pemantaun gunung api
secara kontinyu.
S S -b l m , L -b l m
berbagai jenis desain. Sebagaian besar mencangkup satu atau dua tabung yang memiki
panjang minimal 100 meter dan biasanya tabung tersebut diisi dengan cairan , biasanya cairan
yang digunakan berupa air. Pada setiap ujung tabung pada sensor ini, melakukan
pengukkuran ketinggian permukaan yang nantinya akan nerpengaruh terhadap titik ikat yang
acuannya pada permukaan tanah. Posisi permukaan cairan tetap horizontal, sehingga
permukaannnya relatif terhadap perubahan ketinggian diantara ujung-ujung tabung.
Perubahan ini dapat diukur dengan berbagai jenis sensor, termasuk mikrometer, tekanan
transduser, atau interferometer, untuk menentukan besarnya dan, untuk desain biaksial, arah
kemiringan (Agnew, 1986) (Gambar .10).
Gambar 10. Perbedan dari ketiga jenis long-base Tiltmerts (Agnew,1984)
Gambar. 10. (A) terdapat sebuah titlmeter, diaman sebelah kiri terdapat sebuah tabung
dan pot pada titlmeters tang dihubungkan oleh pipa dan disebelah kanan tabung
dilengkapi oleh alat ukur, untuk mengukur ketinggian air berupa mikrometer sekrup.
Prinsip k l , m m l H G y l
mengukur perubahan tinggi permuksn air dalam suatu wadah, yang di akibatkan adanya
perubahan ketinggian yang terjadi disuatu tempat. Pada Gambar.10 (B), terdapat sebuah
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
16
sensor yang pada kedua sisi kiri dan kanan dihubungkan oleh transduser tekanan yang
nantinya berfungsi untuk menghitung perubahan ketinggian. Untuk mengukur perbedaan
tekanan dalam hal ini digunakan pendekatan seperti marometer pipa U pada kedua
ujungnya, yang nantinya perbedaan tinggi cairan dapat dilihat pada skala yang diletakkan
pada kedua kaki manometer U. Sedangkan pada Gambar.10 (C), merupakan tiltmeter
jenis Michelson-Gale, yang terdiri dari sebuah laser interferometri yang terlihat disebelah
kiri pada gambar, dan diposisi kanan terdapat sebuah cahaya tampak. Interferometer
digunakan untuk mengukur level pada fluida (cairan). Desain utama pada alat ini adalah
cairan yang hanya terisi oleh setengah cairan yang dapat menunjukkan permukaan
ekuipontensial. Sebuah instrumen biaxial mampu menentukan arah kemiringan.
3.2 STRAINMETERS
Strainmeter berasal dari dua suku kata, yaitu strain yang berarti regangan dan meters yaitu
mengacu pada makna dalam pengukuran. Kita tahu bahwa strain (regangan) adalah
perubahan volume (dilatasi) atau perubahan bentuk (distosi) pada tubuh gunung api sebagai
akibat dari adanya stress (tegangan), yang dinyatakan dalam rasio:
, dimana adalah
final state (tegangan akhir) dan adalah initial states(tegangan awal). Dalam kasusu ini,
karena kita lebih mangacu pada pemantauan gunung api, maka secara umum akan berlaku
pada 3D (tiga dimensi)
Tensor strain berhubungan dengan keadaan akhir gunung api berdasarkan pemantauan
keadaan awalnya. Dengan menentukan vektor pergeserannya di sepanjang tig sumbu
orthogonal, oleh karena itu strain (regangan) dibedakan menjadi 3, yaitu:
1. Linier Strain (ID)
Secara singkat, linier strain ini berlaku dalam tipe 1D yang digunakan ketika strain
(regangan lokal). Seperti mengukur zona perpanjangan pada permukaan/kontraksi.
Secara perumusan, linier strain di formulasikan sebagai berikut:
......................(3.2.1)
Dimana, yaitu strain dalam satu dimensi, yaitu perubahan panjang mula-mula
dan yaitu perubahan panjang akhir.
2. Surface Strain (2D)
Strain jenis ini mengacu pada pengukuran perubahan regangan yang terjadi dalam dua
arah, yaitu arah panjang dan arah lebar, sehingga nantinya perubahan yang terjadi
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
17
akan terlihat dalam dua dimensi. Secara perumusan, strain surface dirumuskan
sebagai berikut:
..............(3.2.2)
Dimana, yaitu strain dalam dua dimensi, yaitu perubahan luas mula-mula dan
yaitu perubahan luas akhir.
3. Volumetric Strain (3D)
Volumetric strain memberikan informasi tentang distribusi ruang (x,y,z) yang
didalamnya terjadi perubahan strain (regangan), khususnya dalam aktivitas gunung
api akan terjadi proses volumetric strain yang disebabkan oleh proses inflasi dan
deflasi magma yang akan berpengaruh terhadap perubahan pada tubuh gunung api.
Volumetric dapat di hitung, dengan persamaan, sebagai berikut:
..............(3.2.3)
Dimana, yaitu strain dalam tiga dimensi, yaitu perubahan volume mula-mula
dan yaitu perubahan volume akhir.
3.3.1 Linier strainmeters (extensometers)
Linier strainmeters dirancang untuk mengukur pergeseran antara dua titik yang
terpisah satu sama lain, baik dipermukaan maupun dilubag bor. Jenis yang paling umum dari
linier strainmeters yaitu: rod strainmeters (strainmeters batang), wie strainmeters
(strainmeters kawat) dan laser strainmeters (strainmeters laser). Untuk invar-rod strainmeters
dan invar-rod strainmeters digunakan untuk memantau panjang patahan yang terjadi pada
suatu dearah. Alat ini pernah digunakan untuk memantau rayapan sepanjang patahan San
Andreas yang terletak di pusat California hingga mencapai kedalaman 0,05 mm dan 0,02
mm. Sedangkan untuk laser-strainmeters memiliki suatu keunggulan tersendiri dibandingkan
alat sebelumnya, yaitu memilki presisi/tingkat ketelitian yang sangat tinggi yaitu berkisar
antara hingga (100 hingga 0,1 per triyun).
Namun, semua rancangan linier-strainmeters rentan terhadap pengaruh lingkungan,
diantaranya fluktuasi (naik turun) suhu, pegaruh hujan/salju, sehingga harus dilakukan
antisipasi dari beberapa efek tersebut(misalnya memasang alat dalam sebuah
trowongan/mengubur/ menyediakan tempat yang terisolasi
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
18
3.3.2 The Sacks-Evertson Volumetric strainmeter
strainmeter Sebagian besar bentuk deformasi solid-body melibatkan regangan volume
(yaitu , peningkatan atau penurunan volume ( dilatational atau kompresi regangan) . Jenis
regangan sangat penting dalam vulkanologi, karena biasanya terjadi sebagai hasil dari
gerakan magma , inflasi atau deflasi perubahan reservoir magma , atau tekanan dalam magma
tubuh atau sistem hidrotermal . Sebuah cara yang baik untuk mengukur regangan volumetrik
pertama kali diusulkan oleh Benioff ( 1935), yang menyarankan mengubur wadah besar
cairan dengan lubang kecil ( mirip dengan disegel botol plastik yang berisi jerami soda
sempit ) . Strain di dalam tanah akan mengubah volume wadah dan memaksa fluida mengalir
dalam atau keluar dari jerami . semakin sempit jerami, semakin jauh diberikan volume cairan
(sesuai dengan perubahan yang diberikan dalamregangan volumetrik ) akan bergerak ke atas
atau bawah dalam jerami . Dengan merasakan posisi kolom cairan dalam jerami , pengukuran
tepat dari volumetrik regangan dapat diperoleh . Alat ini sudah banyak diterapakan dalam
pemantauan gunung api.
Sacks-Evertson volumetrik strainmeter dan beberapa aplikasi untuk pemantauan
gunung berapi adalah lebih lengkap dijelaskan dalam Bab 9, yang penawaran
khusus dengan pengamatan lubang bor strain dan tekanan fluida. Sacks-Evertson
strainmeters dipasang di California selama tahun 1980 dan 1990, termasuk empat di
Wilayah Long Valley, memiliki sensitivitas hingga (satu bagian per triliun) selama
periode detik hingga menit. Sacks-Evertson strainmeters telah diinstal dekat beberapa
gunung berapi di seluruh dunia, termasuk gunung Hekla, di Islandia
3.3.3 The Gladwin tensor strainmeter
Meskipun Gladwin tensor strainmeter dirancang terutama untuk pertambangan dan
aplikasi tektonik, yang (Gladwin, 1984; Gladwin dan Hart, 1985) namun alat ini, dalam
rancangannya diperliuas untuk pemantauan gunung api. Seperti Sacks- Evertson dilatometer,
yang strainmeter tensor adalah dimaksudkan untuk instalasi di lubang bor, sebaiknya 200m
atau lebih mendalam. Tidak seperti dilatometer, yang langkah-langkah regangan volumetrik
(besaran skalar), yang tensor strainmeter menentukan tiga independen komponen medan
regangan permukaan, "xx," yy, "xy. Untuk bahan isotropik, strain tensor 3-D umumnya
memiliki enam komponen independen. dekat permukaan Bumi, namun, stress vertikal dan
tarikannya adalah nol, sehingga medan regangan benar-benar dijelaskan oleh tiga komponen
horisontal. The Gladwin tensor strainmeter menggunakan tiga extensometers horisontal
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
19
disusun secara vertikal dalam silinder, masing-masing diputar 120 derajat yang digunakan
untuk mengukur tiga komponen independen strain horisontal. Setiap transduser terdiri dari
tiga pelat kapasitor. Pelat yang melekat pada dinding silinder sehingga deformasi dari dinding
silinder ditransfer secara efektif ke kesenjangan antara piring. Yang dihasilkan kapasitansi
diferensial perubahan diukur dengan elektronik rangkaian jembatan dirancang khusus untuk
sensitivitas tinggi dan stabilitas elektronik. Sensitivitas regangan alat ini sebesar dan
untuk respon frekuensi alat ini dari 0 Hz sampai lebih dari 10 Hz. ini berarti bahwa
instrumen yang sama cocok untuk mengukur akumulasi regangan bertahap, seperti
mungkin disebabkan oleh inflasi magmatik, serta strain frekuensi yang lebih tinggi terkait
dengan gunung berapi gempa bumi dan fluida aliran, misalnya. Strainmeters tensor jenis ini
telah dipasang di tambang sejak akhir 1960-an dan dekat aktif kesalahan sejak awal 1980-an.
Tiga dipasang di 1986 sepanjang bagian San Andreas Kesalahan dekat Parkfield di California
tengah. mulai tahun pertengahan tahun 1993, dua instrumen yang terdeteksi signifikan
perubahan dalam tingkat akumulasi geser regangan (0,5 dan 1,0 microstrain per tahun). yang
ketiga instrumen juga mendeteksi perubahan, tetapi dipengaruhi oleh deformasi lokal karena
proses hidrologi.
3.4 GPS KONTINYU
Beberapa pengamatan yang dilakukan secara teliti membuktikan bahwa peningkatan
tekanan magma besar atau kecil, akan menyebabkan ternyadinya deformasi. Untuk
mengetahui gejala deformasi gunung api yang terjadi dilakukan pemantaun dengan beberapa
metode, salah satunya adalah metode yang berbasis satelit yaitu metode GPS yang dilakukan
secara kontinu (Continuous GPS). Pada prinsipnya pemantauan deformasi kontinu
menggunakan GPS dilakukan secara tersu - menerus secara otomatis, yaitu dengan
menempatkan GPS diberapa titik ukur di lokasi yang dipilih.Metode deformasi kontinu ini
umumnya menggunakan sensor-sensor, extensiometer, dan dilatometer, yang hanya
mengkarakterisir deformasi yang sifatnya relatif lokal. Patut ditekankan di sini bahwa GPS
yang dikombinasikan dengan sistem telemetri data juga mulai banyak digunakan untuk
mementau deformasi guung api secara kontinu.
Untuk gunungapi yang lebih aktif, sehubungan dengan adanya tuntutan ketersedian
informasi deformasi dalam waktu yang relatif cepat, maka pemantauan secara kontinu dengan
GPS akan relatif lebih efektif dibandingkan dengan metode survei GPS secara periodik
(Abidin, 2007).
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
20
Konsep dasar penentuan posisi dengan GPS adalah reseksi (pengikatan ke belakang)
dengan jarak, yaitu dengan pengukuran jarak secara simultan ke beberapa satelit GPS yang
koordinatnya telah diketahui ke titik pengamatan. Satelit yang diperlukan untuk menghitung
posisi mutlak dalam ruang minimal dibutuhkan empat satelit. Tiga satelit dengan untuk
menghitung parameter koordinat dengan metode perpotongan lingkaran dan satelit ke empat
digunakan untuk menyamakan (singkronisasi waktu satelit dengan penerima). Pada dasarnya
terdapat, tiga segmen sistem GPS.
1. Satelit
Berfungsi sebagai penerima dan penyimpan data yang ditransmisikan oleh stasiun-stasiun
pengontrol, penyimpan dan menjaga informasi waktu berketelitian tinggi dan
memancarkan sinyal informasi secara kontinu ke pesawat penerima (receiver) dari
pengguna.
2. Controller
Berfungsi sebagai mengendalikan dan mengotrol satelit dari bumi.
3. Receiver
Berfungsi menerima data dari satelit dan memprosesnya untuk menentukkan posisi, arah,
jarak dan waktu yang diperlukan pengguna.
3.4.1 Metode dan sistem koordinaat pada GPS
a. Metode dalam penentuan posisi pada GPS, dibagi menjadi 2 yaitu:
1. Metode Absolut
Metode ini dikenal sebagai point positioning, menentukan posisi hanya berdasarkan pada
sebuah pesawat penerima. Ini umumnya hanya diperuntukkan bagi keperluan
NAVIGASI.
2. Metode Relatif
Metode ini disebut differential positioning, menentuka posisi di muka bumi secara terus
menerus menerima sinyal dari satelit dalam jangka waktu tertentu, hasilnya berupa
referensi. Ini umumnya digunakan untuk keperluan survei GEODESI.
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
21
b. Sistem Koordinat pada GPS :
1. Koordinat Geografi
Koordinat ini diukur dalam lintang dan bujur. Lintang diukur terhadap equator sebagai
titik Nol (Batasnya 90 derajat LU 90 derajat LS), sedangkan Bujur diukur terhadap
Greenwich sebagai titik Nol (Batasnya 180 derajat BT 180 derajat BB)
2. Koordinat Datum
Koordinat ini diukur dalam pemetaan yaitu datum Horisontal dan Vertikal. Datum
Horisontal digunakan untuk menentukan koordinat peta (X,Y), sedangkan datum vertikal
untuk menentukan koordinat elevasi (topografi).
Ditinjau dari prosedur perngambilan data di lapangan dibagi menjadi :
1. Statik, hasil pengukuran mempunyai akurasi yang sangat tinggi, pruduktivitas rendah.
2. Fast Statik, hasil pengukuran mempunyai akurasi sedang.
3. Kinematik, dibagi menjadi 2 :
- Stop & Go
- Kontinuitas
Hasil pengukuran mempunyai akurasi rendah, produktivitas tinggi.
Sedangkan metode pengolahan data dibagi 2 :
1. Metode Post Processing, hasil didapatkan setelah pengolahan data.
2. Metode Real-Time, hasil diketahui langsung saat melakukan pengukuran. (Kirbani,
2001).
Tabel 1. Rangkungan Metode Pengukuran dan Keperluannya
Metode Pengambilan Data Baseline Keperluan
Static Survei dengan cakupan luas, long baseline
10-20 km, pekerjaan titik kontrol orde
tinggi
FastStatic Survei untuk penentuan posisi yang perlu,
akurasi baik, cakupan cukup luas
Stop & Go Kinematic Survei Detail untuk daerah bersifat lokal,
produktivitas tinggi, akurasi rendah.
Continous Kinetmaic Survei topografi pada area terbuka,
produktivitas tinggi
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
22
3.5 Beberapa Perhatian Tentang Sensor Deformasi Dekat Permukaan
Tidak ada sensor geodetik yang benar-benar canggih dalam desain, namun walaupun
begitu dapat memberikan informasi yang berguna tentang proses vulkanik dimonitor dampak
lingkungan. Permukaan bumi memiliki dua kelebihan yang luar biasa, yaitu sebagai tempat
untuk meletakkan strainmeters dan tiltmeters: itu dapat diakses dengan biaya rendah, dan ada
banyak ruang untuk menempatkannya. "Jika tidak ada alasan lain selain ini, instalasi
permukaan akan terus mendominasi di sebagian besar gunung berapi untuk masa mendatang.
Salah satu cara untuk menghindari keanehan dekat permukaan instalasi adalah untuk
mengambil keuntungan dari yang sudah ada terowongan, gua, atau lubang bor sedapat
mungkin. Agnew (1986) menyebutkan beberapa keuntungan dari ini pendekatan (misalnya,
mengurangi efek termal), tetapi juga mencatat dua kelemahan: (1) bukaan tersebut dapat
tidak tersedia di mana pengukuran yang diperlukan; dan (2) instrumen dipasang di bukaan
tersebut dapat tidak mengukur apa yang dimaksudkan karena bukaan sendiri mendistorsi
medan regangan.
Kasus yang ideal, yang hanya bisa didekati dalam praktek, adalah untuk melahirkan
sebuah lubang di batuan dasar yang kompeten jauh di bawah tabel air (sebaiknya 100m atau
lebih dalam), hal ini dengan pipa kedap air, dan beberapa yang dirancang dengan baik
tiltmeter atau strainmeter ke pipa. Dimana instalasi rumit tersebut tidak mungkin dilakukan
(kasus umum), instalasi dekat permukaan akan cukup dalam kebanyakan kasus jika tindakan
pencegahan sederhana yang diamati untuk mengurangi suhu dan curah hujan efek.
Penguburan sensor dan elektronik apapun terkait bahkan oleh beberapa meter akan sangat
membantu, dan biasanya dapat dicapai dalam satu hari kerja tunggal. Melampirkan sensor
untuk beberapa batang logam yang memiliki didorong untuk penolakan di dalam tanah tidak
dikonsolidasi, digabungkan bersama-sama, dan sebagian terbungkus dalam beton biasanya
usaha yang dihabiskan dengan baik. Akhirnya, perumahan kokoh untuk melindungi
komponen permukaan instalasi (misalnya: telemetri tiang dan antena) dari yang terburuk
dari unsur-unsur penting. Jangan pernah meremehkan kekuatan destruktif dari alam
(misalnya, angin, salju tebal,). Membangun monitoring yang lebih kuat dalam cuaca yang
baik selalu lebih baik untuk memperbaiki satu standarisasi. Berikut rekomendasi tentang
penggunaan tiltmeters dekat permukaan untuk pemantauan gunung berapi menerapkan
sebagian sensor berkelanjutan lain juga, dan mereka masih tampak sebagai relevan seperti
ketika mereka pertama kali diterbitkan (Dzurisin, 1992a). Karena kebutuhan atau
pengawasan, saya telah melanggar pedoman ini di masa lalu dan dapat melakukannya lagi di
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
23
masa depan. (1) Jadilah skeptis. Jangan tergoda untuk menafsirkan data tiltmeter sampai
informasi dasar yang memadai yang tersedia untuk setiap stasiun. ingat bahwa kemiringan
tanah yang cukup besar dapat disebabkan oleh tanggapan situs instalasi dari tiltmeter
tersebut, siklus freeze / thaw, hujan deras, air tanah perubahan, dan faktor-faktor lain yang
tidak terkait dengan aktivitas gunung berapi. (2) Jangan pernah percaya tiltmeter tunggal.
desain jaringan tiltmeter dengan cukup redundansi mengkompensasi stasiun diandalkan yang
mungkin ada, terlepas dari jumlah usaha yang dikeluarkan selama instalasi. (3) Jangan pernah
percaya data set tunggal. menafsirkan Data tiltmeter hanya dalam konteks lain informasi
pemantauan dan dalam terang Sejarah letusan gunung berapi baru-baru ini.
(4) Jadilah sadar akan dampak sosial dan ekonomi pekerjaan Anda. Dampak dapat bersifat
positif (misalnya, pengurangan kerusakan kehidupan atau properti) atau negatif (misalnya,
kesulitan yang disebabkan oleh tidak perlu evakuasi atau penurunan properti nilai-nilai).
3.6 GRAVIMETERS
Gravimeter sensitive terhadap dua proses yang biasanya terjadi pada gunungapi aktif:
(1) perubahan ketinggian terhadap permukaan tanah, (2) perubahan distribusi massa pada sub
permukaan. Pertama kali diciptakan oleh Vening Meisnez-Van Bemeelen berupa pendulum,
lalu La Coste (1934) menemukan gravimeter yang kemudian dikembangkan hingga saat ini.
Gravimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur nilai gaya berat relatif di
permukaan bumi.
Pengukuran gravity pada gunungapi menggunakan alat untuk mempelajari perubahan
bentuk permukaan dan perubahan sub permukaan terhadap massa atau densitas yang
disebabkan oleh proses magmatic. Ada dua cara untuk mendapatkan beberapa pengukuran
yaitu: (1) dengan melakukan pengulangan survey pada bench mark menggunakan gravimeter
portable, (2) dengan menginstall satu atau lebih gravimeter yang menghasilkan perekaman
percepatan gravitasi lokal. Klasifikasi dari gravimeter ada dua yaitu: gravimeter absolut dan
gravimeter relative.
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
24
Gambar 11. Gravimeter yang digunakan sebagai pengukuran gaya berat. Alat ukur ini
memiliki tingkat ketelitian yang cukup tinggi, karena dapat mengukur perbedaan
percepatan gaya berat yang lebih kecil dari 0,01 mgal. Pada dasarnya alat ini
bekerja berdasarkan benda yang digantungkan pada pegas. Apabila benda tersebut
terkena gaya berat maka akan menyebabkan panjang pegas berubah.
3.6.1 GRAVIMETER ABSOLUT
Salah satu tipe dari gravimeter absolut adalah free-fall gravimeter yang dapat
melakukan pengukuran secara langsung dan sangat tepat saat benda jatuh dengan
jarak d dan waktu t di ruang hampa.
Pengukuran ini didekatkan dengan persamaan gerak d=gt2/2 untuk menentukan nilai
g lokal.
Tipe free fall gravimeter terdiri dari empat komponen:
1) Ruang yang dikosongkan dengan pengujian massa jatuh secara bebas.
2) Referensi pengujian massa yang terjadi di percepatan non gravitasi dan gangguan
lainnya.
3) Laser interferometer
4) Jam atom
Untuk mengukur gravitasi lokal dan gravimeter jenis ini menggunakan kaedah spring
untuk mengimbangkan gayaberat dengan daya yang berlawanan.
Contoh Gravimeter jenis Mutlak
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
25
Gambar 12. Contoh gravimeter absolute yaitu Gravimeter SCINTREX CG3/3M, alat
ini boleh mengukur sehingga 7000 mGal tanpa perlu resetting.
3.6.2 GRAVIMETER RELATIF-KEAJAIBAN ZERO LENGTH SPRING DAN
SUPERKONDUKTIVITAS
Perbedaan pengukuran gravimeter relative ada di percepatannya karena gravitasi
berbeda pada lokasi atau waktu.
Pada tahun 1932, Lucien LaCoste mengembangkan desain terbaru bersama dengan
dosennya Dr. Arnold Romberg untuk peralatan portable pada jenis ini.
Gravimeter relative dikembangkan oleh LaCoste dan Romberg dimana mereka
mengembangkan seismograf periode panjang yang sama dengan seismograf
pendulum horisontal yang digunakan untuk merekam pergerakan tanah horisontal
akibat gempabumi.
LaCoste dan Romberg berpendapat bahwa jika peralatan yang sama mampu
mengukur pada pergerakan vertical ternyata membutuhkan keseimbangan presisi pada
gaya gravitasi.
Contoh gravimeter relative
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
26
(a)
(b)
Gambar 13. (a) menunjukkan bagian-bagian dari gravimeter LaCoste Romberg, (b) Worden
gravimeter. Prinsip gravimeter ini terdiri dari suatu beban pada ujung batang, yang ditahan
oleh zero length springyang berfungsi sebagai pegas utama. Besarnya perubahan gaya tarik
bumi akan menyebabkan kedudukan beban dan pengamatan. Hal tersebut dilakukan
dengan peraturan kembali beban pada kedudukan semula. Perubahan kedudukan yang
dialami ujung batang disebabkan karena adanya goncangan-goncangan, selain karena
adanya variasi gayatarik bumi. Ujung batang yang lain dipasang shock eliminating spring
untuk menghilangkan efek goncangan.
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
27
Gambar 14. Sebuah sistem suspensi dengan perhitungan keseimbangan yang tepat untuk
torka gravitasi pada massa membutuhkan sebuah tiang/balok yang menggunakan sistem zero
spring.
Dalam klasifikasinya, gravimeter La Coste Romberg termasuk dalam tipe Zero
Length Spring. Gravimeter La Coste Romberg ini mempunyai pembacaan dari 0 sampai
dengan 7000 mgal, dengan ketelitian 0,01 mgal dan drift rata-rata kurang dari 1 mgal
setiap bulannya. Untuk operasionalnya, Gravity meter ini memerlukan temperature yang
tetap (contoh untuk LRG, alat yang dipakai Pertamina, pada suhu 51o C), oleh karena
itu dilengkapi dengan Thermostat untuk menjaga keadaan temperature supaya tetap.
Dengan adanya Thermostat ini, maka diperlukan baterai 12 Volt, disamping untuk
pembacaan benang palang (cross hair) dan Bubble Level. Berat gravity meter ini termasuk
baterai dan kotaknya kurang lebih 19 pound, sedangkan baterai charger dan piringan
beratnya kira-kira 8 pound.
Torka graviasi:
Torka pada pegas:
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
28
Total Torka yang bekerja pada sistem:
3.6.3 HASIL GRAVITY DARI GUNUNGAPI TERTENTU
Perekaman LaCoste dan Romberg model gravimeter D dipasang pada gunung
Vesuvius tahun 1988. Alat ini berlokasi di Osservatorio Vesuviano di pillar yang nyata pada
kedalaman 20 m di gua buatan. Pada pegas yang khas, nilai F linear terhadap l, dan F
mendekati nol karena l mendekati l0, pegas tidak mengalami perubahan.
Gambar 15. Grafik hubungan antara penggunaan gaya oleh pegas ideal F dan panjangnya L
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
29
Gambar 16. Diagram skematis yang menunjukkan komponen gravimeter LaCoste &
Romberg
Bagian-bagian dari gravimeter LaCoste Romberg yaitu:
1. Zero-length springs adalah pegas yang dipergunakan untuk menahan massa.
2. Massa dan beam
3. Hinge atau engsel berlaku sebagai per atau pegas
4. Micrometer digunakan untuk mengembalikan posisi massa ke posisi semula
5. Long and short lever yaitu tuas untuk menghubungkan micrometer dengan zero-length
springs.
Setelah kita mengetahui bagian-bagian dari gravimeter LaCoste Romberg, maka
langkah selanjutnya adalah menentukan posisi Pengamat yaitu dengan:
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
30
metakkan piringan pada titik amat yang ditentukan.
metakkan kotak pembawa gravitymeter di depan titik amat.
mengusahakan untuk berdiri menghadap alat dengan membelakangi matahari
memperhatikan arah angin
menghindarkan alat-alat berat berada di dekat gravitymeter pada saat mengukur.
mengambil sikap serelaks mungkin
menyediakan bantalan bila daerah pengamatan berada pada arean yang berbatu dan
berkerikil.
Setiap gravimeter LaCoste dan Romberg dalam pengukurannya menggunakan sistem
pengukuran relative. Data yang terbaca dalam gravimeter skala pembacaan, yang dapat
dikonversi ke satuan mgal dengan menggunakan table kalibrasi. Untuk itu supaya
mendapatkan harga pembacaan yang baikkita harus mengakkan gravimeter tersebut dengan
cara mengatur level memanjang dan melintang, secara singkat seperti berikut ini:
meletakkan piringan dan tekan sisi-sisinya pada permukaan tanah sehingga ketiga
kakinya tertanam pada tanah secara mantap.
membuka penutup kotak pembawa dan periksa temperatur gravitymeter.
mengeluarkan gravitymeter dengan cara mengangkat pada bagian sekerup penegak
dengan menggunakan ibujari dan jari lainnya menekan badan gravitymeter.
menyalakan lampu gravitymeter dan gunakan sekerup penegak untuk mendapatkan
posisi tegak sempurna
setelah posisi gravimeter dalam posisi tegak sempurna, baru dilakukan pembacaan dengan
langkah-langkah sebagai berikut:
1. Putar sekerup pengunci (clamp) berlawanan jarum jam sampai habis.
2. Amati posisi benang bacaan pada lensa pengamatan. (reading line, untuk LaCoste &
Romberg G-1118 adalah 3.0).
3. Amati dan gerakkan benang bacaan dengan memutar sekerup.
4. Untuk mendapatkan harga pembacaan yang baik, putaran sekerup pembacaan
disarankan dari arah kiri ke kanan (searah jarum jam).
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
31
5. Periksa level memanjang dan melintang dan Periksa kembali posisi benang bacaan,
6. Matikan lampu gravitymeter.
7. Putar sekerup pengunci searah jam sampai habis untuk mengunci pegas.
8. Baca hasil pengukuran pada skala pembacaan.
Di gunung Merapi, Indonesia, perekaman gravimeter dilakukan di pengamatan
Babadan yang mencatat sinyal janka panjang yang dikorelasikan dengan seismic dan aktivitas
gunungapi. Sebagai contoh, penyimpangan kesalahan pada jarak menurun secara konstan dari
November 1993 sejak alat itu terpasang samapai Maret 1994, kemudian mengalami kenaikan
secara konstan sampai Juni 1994 hingga akhirnya stabil. Arah pembalikan menjelaskan
periode untuk frekuensi rendah dan terkolepnya dome aliran piroklastik selama Maret-April
1994. Sebgai tambahan, admitans gravimeter, sebuah kombinasi peralatan yang sensitive dan
respon mekanik pada tanah oleh gaya pasang surut mengalami penurunan hingga 20% ketika
ekstrusi pada kubah lava terjadi. Selain itu, pengamatan yang sama dengan gravimeter juga
dilakukan di gunung Etna, Sicily, dimana interpretasinya sulit dilakukan oleh
ketidakmampuan untuk memisahkan efek perubahan pada tanah, pergerakan magma,
perubahan densitas, dan fluktuasi air tanah.
Dari pengamatan menggunakan gravimeter ini sebenarnya memperoleh banyak
keuntungan namun memerlukan investasi yang nyata pada uang, waktu, dan usaha karena
harus diamati selama terus-menerus. Hal inilah yang membuat pengamatan yang
menguntungkan ini menjadi sulit.
-
CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS
DANIEL DZURISIN
32
DAFTAR PUSTAKA
Dzurisin, Daniel. 2007. Volcano Deformation Geodetic Monitoring Techniques.
Springer. UK, Germany.
Hasanuddin Z. Abidin. 2007. Pendahuluan Metode Survei GPS. ITB. Bandung
Kirbani, 2001. Panduan Workshop Eksplorasi Geofisika (Teori dan Aplikasi).
Laboratorium Geofisika. Fakultas MIPA, UGM. Yogyakarta.
top related