METODE TAHANAN JENIS KONFIGURASI WENNER

Pribadi Mumpuni Adhi, Almas Hilman Muhtadi, Panji Achmari, Zamzam Ibnu Sina, Iwan Jaya Aziz, Petrus Fajar

Subekti

10207069, 10208068, 10208040, 10208098, 10208084, 10208009

Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia Email : cometmetalics@gmail.com

Asisten : (Doni Herlambang/10207077)

(M. Rizqie Arbie /10207075) Tanggal Praktikum : (20-03-2011)

Abstrak

Untuk mengetahui kondisi di bawah permukaan dapat digunakan metode geolistrik. Salah satu metode dari geolistrik adalah metode tahanan jenis. Dengan mengetahui nilai tahanan jenis (resistivitas) di bawah permukaan maka dapat ditentukan banyaknya lapisan penyusun dan jenis material penyusun.Metode resistivitas yang digunakan adalah konfigurasi Wenner. Arus diinjeksikan ke permukaan bawah bumi kemudian diukur nilai beda potensial listrik dan arus listrik. Sehingga dapat diperoleh nilai resistivitas di bawah permukaan. Didapatkan ba hwa semakin dalam permukaan maka semakin kecil nilai resitivitasnya dan semakin renggang jarak antar elektroda maka semakin dalam permukaan yang dapat diukur resistivitasnya. Digunakan software RES2DINV untuk melakukan inversi data. Kata Kunci : Konfigurasi Wenner, RES2DINV, Resistivitas I. Pendahuluan

Praktikum Metode Tahanan Jenis Konfigurasi Wenner memiliki tujuan :

a. Memahami konsep fisika yang terlibat pada

metode tahanan jenis bawah permukaan tanah.

b. Menentukan sebaran nilai tahanan jenis,

banyaknya lapisan batuan, dan material

penyusun

c. Lapisan bawah permukaan tanah.

d. Memahami interpretasi data yang diperoleh

pada metode tahanan jenis.

e. Memahami penerapan konsep tahanan jenis

untuk keperluan eksplorasi.

Batuan dan mineral yang ada di bumi memiliki sifat-

sifat listrik seperti; potensial listrik alami, konduktivitas

listrik, dan konstanta dielektrik. Ada berbagai metode

yang dilakukan untuk mengetahui kondisi di bawah

permukaan tanah. Salah satunya adalah metode

geolistrik. Metode ini dapat dijadikan cara untuk

menyelidiki sifat listrik di dalam bumi melaui respon

yang ditangkap dari dalam tanah berupa beda potensial,

arus listrik, dan medan elektromagnetik. Salah satu dari

metode geolistrik ini adalah metode tahanan jenis.

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.

Ilustrasi garis ekipotensial yang terjadi akibat injeksi

arus ditunjukkan pada dua titik arus yang berlawanan di

permukaan bumi dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1. Pola aliran arus dan bidang ekipotensial [1]

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 2.

Gambar 2. Konfigurasi Wenner[2]

Beda potensial yang terjadi pada MN karena injeksi arus pada AB dapat dituliskan sebagai berikut: (1)

*(

) (

)+ (2)

*(

) (

)+

(3)

Sehingga

(4)

Dengan

*(

) (

)+

(5)

II. Metode Percobaan

Gambar 3. Skema Susunan Alat

Alat-alat yang dibutuhkan dalam praktikum ini antara lain:

1. Elektroda 20 buah 2. Naniura 3. Voltmeter 4. Amperemeter 5. Akumulator 6. Kabel penghubung

Cara pengambilan data adalah yang pertama

tancapkan elektroda pada tempat yang akan diukur dengan jarak setiap elektroda satu meter. Lakukan pada dua titik pengamatan. Setelah semua elektroda ditancapkan maka susun alat seperti pada gambar. Amperemeter dan voltmeter dihubungkan dengan elektroda, dan amperemeter juga dihubungkan dengan Naniura. Naniura dihubungkan dengan sumber tegangan DC (yang dipakai pada praktikum adalah akumulator).

Untuk pengambilan data yang pertama adalah jarak setiap elektroda adalah 1 meter. Apabila alat sudah siap

dan voltmeter dipasang pada menu V, tombol pada Naniura ditekan sehingga arus mengalir melalui elektroda-elektroda. Setelah itu geser ke elektroda berikutnya masih dengan jarak 1 meter dan lakukan cara yang sama. Kombinasikan jarak elektroda dari mulai 1 meter hingga 6 meter. Maka akan didapatkan 57 titik pengamatan.

Gambar 4. Cara Pengambilan Data

Lakukan inversi data dengan software RES2DINV. Sebelumnya lakukan dahulu pengolahan data dengan software spreadsheet seperti Ms. Excel. Save dalam format txt kemudian dikonversi ke format dat. Setelah itu jalankan software RES2DINV lakukan buka menu File

read data files , pilih nama file dengan ekstensi .dat. Setelah itu pilih menu Inversion Least-square inversion. Maka akan tampil gambar hasil inversi. Untuk melakukan koreksi data maka pilih menu Edit exterminate bad datum points. Eliminasi data yang buruk, lalu save kembali data dengan nama yang berbeda. Setelah itu pilih menu Inversion inversion method and setting choose logarithm of apparent resistivity use apparent resistivity lalu tekan ok. Setelah itu pilih menu Inversion Least-square inversion kembali. III. Data dan Pengolahan

No. A M N B V(mV) I(mA) a

1 1 2 3 4 1668 140 74.859665

2 2 3 4 5 980 116 53.082083

3 3 4 5 6 1402 144 61.17379

4 4 5 6 7 1222 139 55.237787

5 5 6 7 8 1011 108 58.817596

6 6 7 8 9 1093 112 61.317157

7 7 8 9 10 1008 111 57.058115

8 8 9 10 11 1011 103 61.672819

9 9 10 11 12 875 93 59.115991

10 10 11 12 13 615 69 56.002304

11 11 12 13 14 809 79 64.342999

12 12 13 14 15 671 78 54.051504

13 13 14 15 16 600 65 57.998634

14 14 15 16 17 873 92 59.621965

15 15 16 17 18 541 67 50.734377

16 16 17 18 19 655 86 47.854493

17 17 18 19 20 839 93 56.68379

18 1 3 5 7 630 173.2 45.709085

19 2 4 6 8 618 171.9 45.177528

20 3 5 7 9 398 136.5 36.640407

21 4 6 8 10 237 92.5 32.197079

22 5 7 9 11 202 76.3 33.268766

23 6 8 10 12 278 93.6 37.323195

24 7 9 11 13 275 92.8 37.238706

25 8 10 12 14 375 128.1 36.786799

26 9 11 13 15 278 93.6 37.323195

27 10 12 14 16 220 74 37.35948

28 11 13 15 17 201 73 34.600555

29 12 14 16 18 206 66 39.222308

30 13 15 17 19 220 74 37.35948

31 14 16 18 20 275 96 35.997416

32 1 4 7 10 200 107.9 34.938936

33 2 5 8 11 160 101 29.860683

34 3 6 9 12 153 111.1 25.958434

35 4 7 10 13 107 79.9 25.242835

36 5 8 11 14 131 88.7 27.83869

37 6 9 12 15 160 91.4 32.997034

38 7 10 13 16 188 104.5 33.911163

39 8 11 14 17 205 117 33.027

40 9 12 15 18 131 76.1 32.447987

41 10 13 16 19 139 86.7 30.220165

42 11 14 17 20 119 73.1 30.685324

43 1 5 9 13 91 91.3 25.050158

44 2 6 10 14 123 124.8 24.77025

45 3 7 11 15 113 107.8 26.345081

46 4 8 12 16 95 88 27.131937

47 5 9 13 17 102 82.7 30.998061

48 6 10 14 18 102 77 33.292722

49 7 11 15 19 161 131.3 30.817756

50 8 12 16 20 157 123.6 31.924275

51 1 6 11 16 84 103.4 25.521642

52 2 7 12 17 98.5 113.9 27.168295

53 3 8 13 18 78 8.87 276.26181

54 4 9 14 19 100 106 29.637667

55 5 10 15 20 85 85.9 31.086772

56 1 7 13 19 99 120.5 30.972714

57 2 8 14 20 98 129.7 28.485065 Tabel 1. Data Hasil Percobaan

Menggunakan software RES2DINV, maka akan dihasilkan hasil inversi data seperti pada gambar 6

berikut ini

Gambar 5. Hasil Inversi Menggunakan Software RES2DINV

IV. Analisis Resistivitas semu (apparent resistivity) dipengaruhi

oleh jenis batuan yang berada di bawah permukaan. Apabila batuannya lebih berongga maka nilai resistivitasnya besar, sedangkan apabila batuan lebih kompak maka nilai resistivitasnya akan lebih kecil. Batuan yang lebih kompak akan lebih mudah mengalirkan arus daripada batuan yang berongga, sehingga nilai resistivitas batuan yang kompak akan lebih kecil. Resistivitas terhadap kedalaman tidak dapat kita peroleh hubungan secara langsung, karena masih tergantung dari jenis batuan yang dikandung di bawah permukaannya. Pada umumnya semakin ke dalam permukaan bumi maka batuan akan semakin kompak. Oleh karena itu resistivitas akan semakin kecil.

Dari sumber yang didapatkan, pengaruh jenis material terhadap resistivitas disajikan dalam tabel

Material Resistivity Ω-m

Ashes 3.5

Clay soil - 40% moisture 7.7

Clay soil - 20% moisture 33

Clay – London 4-20

Clay - very dry 50-150

Chalk 50-150

Coke 0.2-8

Consolidated Sedimentary rocks 10-500

Garden earth 50% moisture 14

Garden earth 20% moisture 48

Gravel - well graded 900-1000

Gravel - poorly graded 1000-2500

Gravel clay mixture 50-400

Peat 45-200

Sand - 90% moisture 130

Sand - normal moisture 300-800

Sand clay mixture 200-400

Surface Limestone 100-10,000 Tabel 2 Tipe Resistivitas Tanah [2]

Apabila dilihat dari gambar 5 hasil inversi menggunakan software RES2DINV, lapisan yang paling atas memiliki nilai resitivitas yang lebih tinggi dibandingkan lapisan yang berada di bawahnya. Berarti dapat diartikan bahwa lapisan yang paling atas terdiri dari bahan yang apabila diinjeksikan arus maka dia akan lebih menghambat arus tersebut. Bahan tersebut adalah batuan yang lebih keras dibandingkan dengan batuan yang berada di lapisan di bawahnhya. Warna yang ungu tua menunjukkan bahwa resistivitasnya paling tinggi. Tetapi warna ungu tersebut tidak tersebar merata, hanya ada di beberapa daerah saja dan tidak dalam. Dapat dianalisis bahwa warna ungu adalah campuran tanah lempung dengan kerikil. Karena saat pengambilan data di lapangan terdapat kerikil-kerikil di beberapa tempat (tidak semua) pengambilan data. Selanjutnya warna yang lebih tua yaitu kuning, sampai merah yaitu lapisan paling atas terdiri dari tanah gambut (peat). Tanah gambut adalah tanah yang subur yang banyak ditanami oleh tumbuhan. Dapat dilihat dari tempat pengambilan data di lapangan sipil, tempat pengambilan data berada di atas lapangan rumput. Untuk warna hijau, merupakan transisi dari tanah gambut ke tanah lempung (clay). Tanah lempung terdiri dari dua jenis, yaitu tanah lempung kering dan tanah lempung basah. Tanah lempung basah ditunjukkan dengan warna biru. Adanya tanah lempung basah disebabkan hujan yang terjadi malam sebelum

praktikum sehingga menyebabkan air lebih tersimpan di lapisan yang paling bawah. Namun terjadi anomali yang ditunjukkan oleh warna biru yang lebih cerah dibandingkan dengan yang di sekitarnya. Analisisnya mengapa bisa terjadi anomali adalah karena tempat pengambilan data berada di lapangan Sipil yang dekat dengan pohon. Warna biru yang lebih muda menunjukkan adanya akar pohon yang menyerap air sehingga tanah lempungnya menjadi lebih kering dibandingkan dengan yang berada di sekitarnya. Jadi secara umum ada dua lapisan, yaitu lapisan tanah gambut dan lapisan tanah lempung. Tanah lempung dapat dibagi menjadi dua lapisan yaitu tanah lempung kering dan tanah lempung basah. Sementara itu di atas permukaan terdapat kerikil-kerikil, tetapi tidak termasuk dalam kategori lapisan tanah. Hubungan antara jarak a atau jarak antar elektroda terhadap kedalaman dapat dilihat pada gambar 2. Dari gambar 2 dapat diambil interpretasi bahwa semakin lebar jarak a maka kedalaman yang dapat diukur pun semakin dalam. Hal ini sesuai juga dengan hasil inversi yang didapat yang disajikan dalam gambar 5. Dari gambar 5 dapat dilihat bahwa hasil inversi semakin mengerucut ke bawah, hal ini disebabkan pengambilan data untuk a yang lebih besar lebih sedikit dibandingkan dengan a yang lebih kecil.

V. Simpulan

Didapatkan dari praktikum a. Kondisi di bawah permukaan dapat ditentukan

dengan melihat nilai resistivitasnya. Semakin besar nilai resitivitasnya maka arus semakin sulit mengalir. Batuan yang berpori dan berongga memiliki resistivitas yang tinggi dibandingkan batuan yang kompak.

b. Struktur tanah pada lapangan Sipil ITB memiliki dua lapisan, lapisan pertama adalah tanah gambut dan lapisan kedua adalah tanah lempung.

c. Resistivitas bergantung terhadap jenis batuan yang ada di bawah permukaan. Semakin dalam permukaan nilai resistivitas semakin kecil.

d. Jarak antara elektroda, apabila semakin renggang maka semakin dalam resistivitas yang dapat diukur di bawah permukaan.

Pustaka [1] Bulkis Kanata dan Teti Zubaidah. 2008. Aplikasi Metode Geolistrik Jenis Konfigurasi Wenner-Schlumberger untuk Survey Pipa Bawah Permukaan. Tersedia : http://ejournal.unud.ac.id/abstrak/bulkis%20_7_%281%29.pdf (tanggal akses 22 Maret 2011) [2] http://appliedgeophysics.lbl.gov/dc/em44.pdf (tanggal akses 22 Maret 2011)

[3]http://community.myelectrical.com/wikis/myelectricalwiki/earth-resistivity/revision/1.aspx (tanggal akses 22 Maret 2011)

Lampiran

The Use of Wenner Configuration to Monitor Soil Water Content

Menggunakan Konfigurasi Wenner untuk Memonitor Kandungan Air Tanah Para insinyur, ahli agronomi, dan professional yang lainnya, pada bidang pekerjaan mereka membutuhkan pengetahuan untuk mengetahui kuantitas air di dalam tanah dan mereka perlu bisa mengukurnya secara cepat, mudah, dan akurat. Menentukkan kandungan air biasanya diselesaikan dengan metode langsung dan tak langsung. Metode untuk menentukkanya bisa menggunakan konfigurasi Wenner.

Metode konfigurasi Wenner merupakan metode tak langsung, yang mengukur kandungan air tanah sebagai fungsi dari resistivitas tanah (Rs). Digunakan empat probe beso yang ditancapkan ke dalam tanah dengan penempatan seperti pada gambar 1. Resisitivitas tanah (pada tempat yang diuji) dapat ditentukan dengan mengalirkan arus ke dalam tanah melalui elektroda-elektroda. Resistansi R diukur melalui perubahan tegangan antara jarak elektroda horizontal dengan arus yang tercipta dari medan listrik pada elektroda-elektroda. Dengan tanah yang homogen, resistivitas tanah menurut Neidle dapat dihitung dengan Rs = 4πaR = 12.6aV/I dimana Rs merupakan resistivitas tanah dalam (ohm-cm), R merupakan resistansi tanah (ohm), V adalah tegangan (V), I adalah arus (A), a merupakan jarak elektroda (cm) = 10b , dan b the kedalaman elektroda (cm).

Gambar 1. Metode Eksperimen

Dari nilai resistivitas yang didapatkan maka akan dapat dilihat kandungan air dalam tanah. Semakin basah tanahnya maka resistivitasnya akan semakin kecil. Pustaka S.K. Agodzo , P.Y. Okyere and K. Kusi-Appiah. The Use of Wenner Configuration to Monitor Soil Water Content. 2003. Lecture given at the College on Soil Physics Trieste, 3 – 21 March 2003. Tersedia

http://users.ictp.it/~pub_off/lectures/lns018/01Agodzo1.pdf (tanggal akses 22 Maret 2011)