GPR

GPRDurraDonaYanisaKhoir

Metode ground penetrating radar atau georadar adalah salah satu metode geofisika yang mempelajari kondisi bawah permukaan berdasarkan sifat elektromagnetik dengan menggunakan gelombang radio yang mempunyai rentang frekuensi antara 1-1000 MHz.Georadar disebut juga metode refleksi elektromagnetik karena menggunakan gelombang elektromagnet dan memanfaatkan sifat radiasinya yang memperlihatkan refleksi seperti pada metode seismik

Parameter yang dideteksi pada metode ini adalah permitivitas listrik (), konduktivitas listrik () dan permeabilitas magnetik () .GPR digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk stratigrafi tanah, studi air tanah, pemetaan fracture bedrock, dan penentuan kedalaman dari permukaan air tanah (Davis dan Annan, 1989).Tokoh Teori DasarPersamaan Maxwell Merupakan perumusan matematis untuk hukum-hukum alam yang berkaitan engan fenomena elektromagnetik.Persamaan ini menerangkan hubungan komponen fisika yang mengukur properti material

Dimana:E= Kuat medan listrik (V/m)H= Kuat medan magnet (A/m)B= Induksi magnet (Vs/m2)D= Perpindahan listrik (As/m2)J= Rapat arus (A/m2)Q= Rapat muatan (As/m3)

Persamaan (1.1) mempunyai arti fisis bahwa medan listrik timbul akibat dari medan magnetik yang berubah sebagai fungsi waktu.Sedangkan persamaan (1.2) menunjukan bahwa medan magnetik yang terjadi dalam satu ruang, ditimbulkan oleh aliran arus, serta medan magnetiknya berbanding lurus dengan arus total daerah tersebut (Baker dan Harry, 2007)Constituitive EquationMerupakan suatu persamaan yang menghubungkan antara persamaan-persamaan Maxwell dengan medium bumi. Constituitive Equation mengkuantifikasi parameter fisik material dan menjelaskan bagaimana kehadiran medan elektromagnetik memberikan pengaruh pada elektron/atom, ataupun ion.

Persamaannya sebagai berikut :

Dimana := Konduktivitas (Siemens/m)= Permitivitas medium (Farad/m)r= Permitivitas relatif mediumo= Permitivitas dalam ruang vakum (8.85x10-12 )= Permeabilitas magnet mediumr= Permeabitas magnet relatif mediumo= Permeabitas magnet dalam ruang vakum (4x10-7 )

Konduktivitas listrik () menunjukan pergerakan muatan bebas (menghasilkan arus listrik) saat munculnya medan listrik.Permitivitas listrik () menunjukan pergantian muatan dalam struktur material yang diakibatkan oleh munculnya medan listrik. Permeabilitas magnetik () menggambarkan bagaimana atom dan molekul merespon terhadap medan magnetik.Prinsip Dasar Metode GPRA. Prinsip kerja GPR yaitu dengan mentransmisikan gelombang radar (Radio Detection and Ranging) ke dalam medium target dan selanjutnya gelombang tersebut dipantulkan kembali ke permukaan dan diterima oleh alat penerima radar (receiver), dari hasil itulah berbagai macam objek dapat terdeteksi dan terekam dalam radargram.

Untuk mendetesi suatu objek diperlukan perbedaan parameter kelistrikan dari medium yang dilewati gelombang radar. Perbedaan parameter kelistrikan itu antara lain permitivitas listrik, konduktivitas listrik, dan permeabilitas magnetik. Mekanisme kerja GPR adalah sebagai berikut :1. Pulsa triger (gelombang EM) dihasilkan dalam unit control2. Pulsa triger dikirim melalui kabel (tembaga atau serat optik) ke transmitter (antenna)3. Di dalam transduser, pulsa triger ditransformasikan ke dalam bentuk pulsa bipolar dengan amplitudo yang lebih besar daripada pulsa triger.4. Pancaran pulsa dari transmitter tersebut merambat ke antena dan diradiasikan ke bawah permukaan.5. Di bawah permukaan gelombang dipantulkan oleh bidang batas yang mempunyai kontras densitas, bagian sinyal pantul akan kembali ke antena penerima (receiver).6. Antena penerima akan mendeteksi sinyal yang kembali tersebut dan mengirimkannya ke unit kontrol melalui kabel.7. Di dalam unit kontrol sinyal di proses dan ditampilkan pada layarMekanisme kerja GPR dan contoh rekaman radargram

(gambar radargram)B. Koefisien RefleksiKeberhasilan metode GPR bergantung pada variasi bawah permukaan yang dapat menyebabkan gelombang radar tertransmisikan dan terrefleksikan.Refleksi yang ditimbulkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik timbul akibat adanya perbedaan antara konstanta dielektrik relatif antara lapisan yang berbatasan.Perbandingan energi yang direfleksikan disebut koefisien refleksi (R) yang ditentukan oleh perbedaan cepat rambat gelombang elektromagnetik dan lebih mendasar lagi adalah perbedaan dari konstanta dielektrik relatif dari medium yang berdekatanHal ini dapat dilihat dalam persamaan berikut:

dimana :V1 , V2 = Kecepatan pada lapisan 1 dan 21 , 2 = Konstanta dielektrik pada lapisan 1 dan 2

Dalam perambatannya, amplitudo sinyal akan mengalami pelemahan karena adanya energi yang hilang, sebagai akibat terjadinya refleksi / transmisi di tiap batas medium.Penyabab dasar terjadinya atenuasi merupakan fungsi kompleks dari sifat dielektrik dan sifat listrik medium yang dilewati oleh sinyal radar.Faktor atenuasi () tergantung pada konduktivitas, permitivitas, dan permeabilitas magnetik medium, dimana sinyal tersebut menjalar, serta frekuensi sinyal itu sendiri.Faktor atenuasi

Dimana adalah kecepatan sudut dan f adalah frekuensi (Hz). Rumus ini berlaku untuk material non magnetik.

C. Skin DepthSkin depth () adalah suatu besaran yang menyatakan kedalaman pada suatu medium homogen dimana sinyal telah berkurang menjadi 1/e (yaitu 37%) dari nilai awalnya dari permukaan bumi dan berbanding terbalik dengan faktor atenuasi.

Tabel 1.1 Permitivitas relatif, konduktivitas, kecepatan, dan atenuasi media geologiMaterialPermitivitas RelatifKonduktivitas (mS/m)Kecepatan(m/ns)Koef. Atenuasi (dB/m)UdaraAir terdistilasiAir segarAir lautPasir keringPasir jenuhBatugampingSerpihLanauLempungGranitGaram keringEs18080803-520-304-85-155-305-404-65-63-400.010.53x1030.010.1-10.5-21-1001-1002-10000.01-10.01-10.010.30.0330.0330.010.150.080.120.090.070.060.130.130.1602x10-30.11030.010.03-0.30.4-11-1001-1001-3000.01-10.01-10.01D. Tipe Konfugirasi Akuisisi DataAda 3 konfigurasi dalam pengukuran GPR, yaitu refleksi, velocity sounding, dan transluminasi. Pengukuran refleksi disebut juga Continous Reflection Profiling (CRP). Pengukuran velocity sounding disebut juga Common Mid Point (CMP) yang digunakan untuk menaksir kecepatan versus kedalaman, sedangkan transluminasi disebut juga radar tomografi.1. Continous Reflection Profiling (CRP)Merupakan konfigurasi GPR yang paling umum digunakan. Antena (receiver dan transmitter) berada pada jarak tertentu dan dipindahkan sepanjang lintasan survei. Hasil pengukuran pada radargram berupa waktu tempuh gelombang radar pada sumbu vertikal dan jarak tempuh lintasan pada sumbu horizontal. (gambar)Konfigurasi ini memerlukan perhitunganparameter akuisisi, seperti :Frekuensi kerjaTime windowSampling intervalJarak antar stasiun pengukuran (trace interval)Offset (jarak antara transmitter dan receiver)2. Common Mid Point (CMP)Konfigurasi ini menggunakan antena bistatik, transmitter di posisi yang tetap, sedangkan receiver bergerak menjauhinya. Lokasi akuisisi metode CMP harus memiliki reflektor yang datar atau sudut kemiringan yang landai. Asumsi material bersifat homogen dan karakteristik reflektor adalah sama disepanjang lintasan pengukuran. CMP merupakan konfigurasi untuk menentukan kecepatan pada setiap lapisan. Konfigurasi ini dilakukan dengan transmitter dan receiver saling menjauh sehingga titikrefleksi berada pada lokasi yang sama. (gambar)3. Radar TomographyKonfigurasi ini berbeda dengan kedua konfigurasi sebelumnya karena pada konfigurasi ini tidak memanfaatkan pantulan gelombang radar, posisi transmitter dan receiver mengapit medium yang akan dideteksi sehingga gelombang radar langsung diterima receiver. Radar Tomography dapat digunakan dalam mendeteksi rekahan pada tiang pilar. (gambar)Hal yang harus diperhatikanTerdapat beberapa pertanyaan mendasar yang harus dijawab sebelum ditentukan apakah georadar cocok diterapkan dalam pemecahan masalah tertentu, yaitu :a. Berapa kedalaman target?Jika kedalaman target diluar jangkauan georadar dalam kondisi idealnya , maka georadar tidak bisa digunakan.b. Bagaimana geometri targetnya?Target yang harus dideteksi sebaiknya dikuantifikasi seakurat mungkin. Faktor target yang paling penting adalah ukuran target (tinggi, panjang, dan lebar). Jika target berbentuk tidak bulat, maka arah target (jurus, dip) harus diperkirakan. c. Berapa besar sifat kelistrikannya?Permitivitas relatif (=konstanta dielektrik) dan konduktivitas listrik harus ditaksir. Target harus mempunyai kontras listrik yang jelas dibandingkan dengan lingkungannya. d. Bagaimana material lingkungannya?Jika material sekitar memperlihatkan variasi sifat-sifat elektromagnetik yang sama atau mirip dengan kontras dan skala dari target, maka target sulit dideteksi.e. Bagaimana lingkungan surveinya?Metode georadar peka terhadap lingkungan pengukuran. Dua faktor penting adalah kehadiran struktur logam dan sumber elektromagnetik pada frekuensi radio. Aspek lain adalah aksesbilitas , yaitu kemudahan daerah survei untuk dimasuki. Dapatkan peralatan dan operator memasuki daerah survei secara aman dan ekonomis? Apakah ada kondisi khusus atau bencana yang mungkin terjadi?MALA Professional ExplorerThe ProExUnshieldedSpesifikasi Alat

Spesific FeaturesModular designDual hardware channel (4 data channel) as standardMulti channel: max 8 antennas (16 data channels)Supports all MALA antennasSupports Array configurationsEthernet communicationsPulse Repetition Frequency (PRF): 100 KHz (upgradeable)100 KHz PRF per hardware channel

Sumber listrikSumber listrik dari ProEx adalah baterai Li-Ion 12 V

AplkasiArkeologi dan forensikLubang borGeologi/pertambanganPengukuran es dan saljuPenelitianTransportasi dan jalananMapping

Spesifikasi AlatShieldedRAMAC X3M

Specific featuresOperates with MALA shielded antennas (100, 250, 500, 800 MHz)Built-in electronicsHigh speed communications (Ethernet) with XV Monitor/notebook PCCompact, lightweight, portable, and field rugged design IP67Auto stacking for highest data quality and optimized speed performanceLow power consumption for extended operationSystem ConfigurationBerdasarkan pemakaian, X3M bisa digunakan secara didorong maupun ditarik.Jika digunakan secara didorong, ketika dihubungkan dengan antena setelah itu diletakkan di Rough Terrain CartJika digunakan secara ditarik, roda pengukuran dipasang dibelakang antena shielded

X3M dengan sistem dorong dan sistem tarik

Sumber listrikSumber listrik standar untuk RAMAC X3M adalah Li-Ion battery pack, yang berkapasitas 12V/13,2 AhWaktu operasi kira kira mencapai 6 jamKetika voltase baterai akan turun menuju 10V maka X3M akan mati secara otomatisX3M bisa juga menggunakan sumber listrik eksternal 12V DCAplikasiArkeologiTeknik sipilLingkunganGeologiPengukuran saljuTransportasi dan jalanMappingRAMAC/GPR AntennasAntena RAMAC/GPR tersedia dalam beberapa frekuensi yang berbeda, baik shielded maupun unshielded.Antena antena ini bisa dioperasikan dengan X3M, lalu diolah dengan GroundVision software

Shielded AntennasAntena shielded didesain untuk penggunaan pada lokasi yang memiliki banyak noiseAntena shielded terdiri dari transmitter dan receiver yang tidak terpisahDesainnya menjaminkan bahwa energi dari radar transmitter hanya dipancarkan dari bawah antena, dimana ada kontak dengan tanah dan melindungi receiver dari sinyal luar (noise) dari arah selain dibawah sinyalShielded antena yang bisa digunakan dengan X3M dan ProEx

Unshielded AntennasAntena unshielded terdiri dari transmitter dan receiver yang terpisah, yang membuat antena unshielded ini bisa dioperasikan pada teknik survey yang berbeda beda.Antena unshielded MALA didesain untuk pengaplikasian yang membutuhkan penetrasi kedalaman maksimumKarena antena tersebut unshielded, maka mereka lebih cocok digunakan pada area yang tidak ada sumber noiseHarus diingat bahwa antena unshielded biasanya memiliki penetrasi kedalaman yang lebih baik daripada antena shielded. Tapi untuk membuat perekaman yang lebih lebar, bergantung pada lingkungan yang disebut air reflectionsv

Semakin besar frekuensi antena, maka semakin dangkal dan akurat data yang dihasilkan.

Antena unshielded dapat digunakan dengan handle, skid box, atau antenna sledge

Skid boxAntenna sledge

RT AntennaRTA (Rough Terrain Antenna) adalah antena unshielded one piece dimana elemen antena dipasang dalam sebuah konfigurasi in-line.RTA umumnya digunakan untuk investigasi geologi pada permukaan dalam (groundwater/soil layers/bedrock surface) dan paling cocok di medan yang kasar atau sulit.RTA tersedia dalam frekuensi yang bermacam macam yaitu 100, 50, 25 MHz

RTA frekuensi 100, 50, dan 25 MHzPerhitungan RT Antenna bisa menggunakan software GroundVisionSistem RTA sangat ringan dan praktis, contohnya pada RTA berfrekuensi 50 MHz yang beratnya kurang dari 14 kg (termasuk monitor dan CUII) sehingga sangat cocok pada perhitungan medan seberat apapun

Pengambilan DataShieldedUnshielded