ii

LOMBA KARYA TULIS ILMIAH

HUT PRODI FISIKA FKIP UNIVERSITAS PALANGKA RAYA KE-25

APLIKASI FISIKA LISTRIK DENGAN MENGGUNAKAN METODE

GEOLISTRIK WENNER UNTUK MENGUKUR RESISTIVITAS BAWAH

PERMUKAAN TANAH

Disusun oleh

DIAN PUSPITAWATI ( ACB 112 047 )

NOOR FAJERIAH ( ACB 112 035 )

WAHYU SELAWATI ( ACB 112 030 )

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MIPA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS PALANGKA RAYA

2015

ii

iii

KATA PENGANTAR

Pertama-tama kami mengucapkan puji dan syukur ke hadirat Tuhan Yang

Maha Esa, karena atas rahmat dan karunia-Nya lah karya tulis ilmiah ini dapat

diselesaikan tepat pada waktunya.

Kritik dan saran yang membangun, kreatif dan inovatif seyogyanya sangat

kami harapkan.Akhir kata, kami mengucapkan permohonan maaf yang sebesar-

besarnya apabila banyak terdapat kesalahan, sebab kesempurnaan hanya milik

Tuhan Yang Maha Esa semata dan terima kasih yang tak terhingga kepada semua

pihak yang telah membantu terselesaikannya karya tulis ilmiah ini. Harapan kami

semoga yang dituliskan ini dapat membawa manfaat yang besar bagi masyarakat

pada umumnya dan masyarakat pendidikan pada khususnya.

Palangka Raya, Maret 2015

Penyusun

iv

ABSTRAK

Indonesia memiliki kekayaan alam yang sangat melimpah. Kekayaan alam

tersebut terdiri dari kekayaan alam yang bersumber dari darat, laut, dan dari dalam

perut bumi. Kekayaan alam yang bersumber dari darat misalanya hasil hutan.

Sedangkan kekayaan alam yang bersumber dari laut misalnya ikan, rumput laut,

dan mutiara. Sementara, kekayaan alam yang bersumber dari dalam perut bumi

misalnya minyak, batu bara, emas, timah, nikel dan sebagainya. Untuk

mengetahui kandungan yang ada dibawah permukaan tanah maupun struktur

tanah kita gunakan aplikasi dari fisika listrik yaitu dengan menggunakan metode

geolistrik.

Metode geolistrik resistivitas atau tahanan jenis adalah salah satu dari

kelompok metode geolistrik yang digunakan untuk mempelajari keadaan bawah

permukaan dengan cara mempelajari sifat aliran listrik di dalam batuan di bawah

permukaan bumi. Metode geolistrik tahanan jenis konfigurasi wenner merupakan

metode dengan menganggap bumi sebagai resistor.Dengan mengetahui resistivitas

suatu bahan, maka kandungan dalam bumi dapat diketahui tanpa harus

menggalinya.

v

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. ii

KATA PENGANTAR .......................................................................................... iii

ABSTRAK ............................................................................................................ iv

DAFTARISI .......................................................................................................... v

BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ............................................................................... 2

1.3 Tujuan ................................................................................................. 2

1.4 Manfaat Penulisan ............................................................................... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 3

2.1 Konsep Geolistrik ............................................................................... 3

2.2 Konfigurasi Geolistrik ........................................................................ 4

2.3 Konfigurasi Geolistrik Wenner ........................................................... 5

BAB III METODE PENULISAN ........................................................................ 8

3.1 Sumber dan Jenis Data ........................................................................ 8

3.2 Pengumpulan data ............................................................................... 8

3.3 Analisis Data ....................................................................................... 8

3.4 Penarikan Kesimpulan ........................................................................ 8

vi

BAB IV PEMBAHASAN ..................................................................................... 9

BAB V PENUTUP ............................................................................................... 11

5.1 KESIMPULAN ................................................................................... 11

5.2 SARAN ............................................................................................... 11

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 12

LAMPIRAN-LAMPIRAN ................................................................................... 13

Lampiran 1. Biodata Penulis ..................................................................... 13

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Bumi adalah sumber segala jenis kekayaan alam yang sampai

sekarang belum terjamah oleh manusia secara keseluruhan. Dewasa ini,

tidak sulit untuk menemukan kandungan dalam bumi yang pada

prinsipnya tak bisa dilihat oleh kasat mata. Sedangkan kebutuhan manusia

terhadap jenis material dalam tanah sekarang ini tak bisa dihindari lagi,

maka untuk menyelesaikan masalah masalah tersebut di atas, perlu

dilakukan studi ke-geofisika-an. Karya tulis ilmiah ini merupakan suatu

studi geofisika yang menerapkan metode geolistrik tahanan jenis

konfigurasi Wenner Schlumberger.

Geolistrik adalah salah satu metode geofisika yang digunakan untuk

menginterpretasi bawah permukaan tanah dengan menggunakan konsep

fisika dan tanpa merusak material-material tersebut. Prinsip kerja

geolistrik adalah mengukur tahanan jenis dengan mengalirkan arus listrik

kedalam batuan atau tanah melalui elektroda arus. Kemudian arus diterima

oleh elektroda potensial dengan menganggap bumi sebagai resistor.

Penggunaan geolistrik pertama kali dilakukan oleh Conrad Schlumberger

pada tahun 1912. Metode geolistrik tahanan jenis konfigurasi Wenner

merupakan salah satu metoda geofisika untuk mengetahui perubahan

tahanan jenis lapisan batuan dibawah permukaan tanah dengan cara

mengalirkan arus listrik DC (DirectCurrent) yang mempunyai tegangan

tinggi kedalam tanah. Injeksi arus listrik ini menggunakan 2 buah

elektroda Arus A dan B yang ditancapkan kedalam tanah dengan jarak

tertentu. Semakin panjang jarak elektroda AB akan menyebabkan aliran

arus listrik bisa menembus lapisan batuan lebih dalam.

Motivasi penulis membuat karya tulis ilmiah ini semata hanya ingin

mempelajari beberapa macam metode geolistrik, khususnya yaitu tentang

2

metode geolistrik tahanan jenis konfigurasi Wenner Schlumberger.

Keunggulan dari konfigurasi Wenner ini adalah ketelitian pembacaan

tegangan pada elektroda MN lebih baik dengan angka yang relatif besar

karena elektroda MN yang relatif dekat dengan elektroda AB. Disini bisa

digunakan alat ukur multimeter dengan impedansi yang relatif lebih kecil.

Dan kemampuan untuk mendeteksi adanya non-homogenitas lapisan

batuan pada permukaan, yaitu dengan membandingkan nilai resistivitas

semu ketika terjadi perubahan jarak elektroda MN/2.

1.2 Rumusan Masalah

Karya Tulis Ilmiah ini dalam rangka memecahkan permasalahan :

1. Bagaimana cara metode geolistrik dapat mengetahui besar tahanan

jenis dibawah permukaan tanah.?

2. Bagaimana hubungan antara panjang bentang elektrode dan kedalaman

tanah terhadap nilai resistivitas tanah?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari penulisan karya ilmiah ini , antara lain :

1. Mengetahui cara metode geolistrik dapat mengetahui besar tahanan

jenis dibawah permukaan tanah.

2. Mengetahui hubungan antara panjang bentang elektrode dan

kedalaman tanah terhadap nilai resistifitas tanah.

1.4 Manfaat

Berdasarkan uraian pada latar belakang, manfaatnya adalah sebagai

berikut.

1. Mengetahui besar nilai tahanan (resistivitas) jenis bawah permukaan

tanah.

2. Mengetahui struktur lapisan bawah permukaan tanah.

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 KONSEP GEOLISTRIK

Batuan dan mineral yang ada dibumi memiliki sifat listrik. Sifat

listrik batuan maupun mineral terdiri atas potensial listrik alami,

konduktivitas listrik, dan konstanta dielektrik. Konduktivitas listrik

adalah sifat yang paling dominan dibandingkan yang lainnya. Arus listrik

dapat mengalir pada batuan mineral melalui 3 cara yaitu:

1. Konduksi elektronik

Konduksi elektronik merupakan aliran elektron bebas yang

terdapat pada batuan maupun mineral. Karena pada batuan/mineral

ini terdapat banyak elektron bebas didalamnya sehingga arus listrik

dialirkan dalam batuan/ mineral oleh elektron bebas.

2. Elektrolitik

Konduksi elektrolitik terjadi ketika poripori batuan atau

mineral yang terisi oleh fluida elektrolitik, dimana aliran muatan

terjadi melalui aliran-aliran ion elektrolit. Intinya adalah arus listrik

dibawa oleh ion ion elektrolit.

3. Dielektrik

Konduksi dielektrik terjadi bila batuan atau mineral berperan

sebagai dielektrik ketika dialiri arus sehingga terjadi polarisasi pada

batuan ataupun mineral tersebut. Konduktivitas listrik ( kebalikan

dari resistivitas ) bergantung pada porositas batuan dan mobilitas dari

air ( atau fluida lainnya ) untuk melewati ruang berpori bergantung

padasifat mobilitas ionik dan konsentrasi larutan, viskositas ( )

temperatur, dan tekanan.

4

2.2 KONFIGURASI GEOLISTRIK

Metoda geolistrik terdiri dari beberapa konfigurasi, misalnya

yang ke 4 buah elektro dan ya terletak dalam satu garis lurus dengan

posisi elektroda AB dan MN yang simetris terhadap titik pusat pada

kedua sisi yaitu konfigurasi Wennerdan Schlumberger. Setiap

konfigurasi mempunyai metoda perhitungan tersendiri untuk mengetahui

nilai ketebalan dan tahanan jenis batuan dibawah permukaan. Metoda

geolistrik konfigurasi Schlumberger merupakan metoda favorit yang

banyak digunakan untuk mengetahui karakteristik lapisan batuan bawah

permukaan dengan biaya survei yang relatif murah. Umumnya lapisan

batuan tidak mempunyai sifat homogen sempurna, seperti yang

dipersyaratkan pada pengukuran geolistrik. Untuk posisi lapisan batuan

yang terletak dekat dengan permukaan tanah akan sangat berpengaruh

terhadap hasil pengukuran tegangan dan ini akan membuat data geolistrik

menjadi menyimpang dari nilai sebenarnya.

Yang dapat mempengaruhi homogenitas lapisan batuan adalah

fragmen batuan lain yang menyisip pada lapisan, faktor ketidak

seragaman dari pelapukan batuan induk, material yang terkandung pada

jalan, genangan air setempat, perpipaan dari bahan logam yang bisa

menghantar arus listrik, pagar kawat yang terhubung ketanah dsbnya.

Spontaneous Potential yaitu tegangan listrik alami yang umumnya

terdapat pada lapisan batuan disebabkan oleh adanya larutan penghantar

yang secara kimiawi menimbulkan perbedaan tegangan pada mineral-

mineral dari lapisan batuan yang berbeda juga akan menyebabkan

ketidak-homogenan lapisan batuan.

Perbedaan tegangan listrik ini umumnya relatif kecil, tetapi bila

digunakan konfigurasi Schlumberger dengan jarak elektroda AB yang

panjang dan jarak MN yang relatif pendek, maka ada kemungkinan

tegangan listrik alami tersebut ikut menyumbang pada hasil pengukuran

tegangan listrik pada elektroda MN, sehingga data yang terukur menjadi

5

kurang benar. Untuk mengatasi adanya tegangan listrik alami ini

hendaknya sebelum dilakukan pengaliran arus listrik, multimeter diset

pada tegangan listrik alami tersebut dan kedudukan awal dari multimeter

dibuat menjadi nol. Dengan demikian alat ukur multimeter akan

menunjukkan tegangan listrik yang benar-benar diakibatkan oleh

pengiriman arus pada elektroda AB. Multimeter yang mempunyai

fasilitas seperti ini hanya terdapat pada multimeter dengan akurasi tinggi.

2.3 KONFIGURASI GEOLISTRIK WENNER

Keunggulan dari konfigurasi Wenner ini adalah ketelitian

pembacaan tegangan pada elektroda MN lebih baik dengan angka yang

relatif besar karena elektroda MN yang relatif dekat dengan elektroda

AB. Disini bisa digunakan alat ukur multimeter dengan impedansi yang

relatif lebih kecil. Sedangkan kelemahannya adalah tidak bisa

mendeteksi homogenitas batuan didekat permukaan yang bisa

berpengaruh terhadap hasil perhitungan. Data yang didapat dari cara

konfigurasi Wenner, sangat sulit untuk menghilangkan factor non

homogenitas batuan, sehingga hasil perhitungan menjadi kurang akurat.

Gambar 1. Susunan elektroda konfigurasi wenner-schlumberger.

6

Dimana K adalah faktor geometri yang tergantung oleh penempatan

elektroda di permukaan dan adalah resistivitas (tahanan jenis)

maka nilai resistivitas untuk metode Wenner-Schlumberger dapat dihitung

dengan faktor geometrikesis

Tabel 1. Nilai Resistivitas Material-material Bumi

Material Resistivity (Ohm-

Meter)

Air (Udara)

Pyrite (Pirit) 0.01-100

Quartz (Kwarsa) 500-800000

Calcite (Kalsit) 11012-11013

Rock Salt (Garam

Batu) 30-11013

Granite (Granit) 200-10000

Andesite (Andesit) 1.7102-45104

Basalt (Basal) 200-100000

Limestoes

(Gamping) 500-10000

Sandstone (Batu

Pasir) 200-8000

Shales (Batu Tulis) 20-2000

Sand (Pasir) 1-1000

Clay (Lempung) 1-100

7

Ground Water (Air

Tanah) 0.5-300

Sea Water (Air

Asin) 0.2

Magnetite

(Magnetit) 0.01-1000

Dry Gravel (kerikil

kering) 600-10000

Alluvium (Aluvium) 10-800

Gravel (Kerikil) 100-60

8

BAB III

METODE PENULISAN

3.1 Sumber dan Jenis Data

Data-data yang dipergunakan dalam penyusunan karya tulis ilmiah

ini berasal dari berbagai literatur kepustakaan yang berkaitan dengan

permasalahan yang dibahas. Beberapa jenis referensi utama yang digunakan

adalah jurnal ilmiah edisi cetak maupun edisi online, dan artikel ilmiah yang

bersumber dari internet. Jenis data yang diperoleh variatif, bersifat kualitatif

maupun kuantitatif.

3.2 Pengumpulan Data

Metode penulisan bersifat studi pustaka. Informasi didapatkan dari

berbagai literatur dan disusun berdasarkan hasil studi dari informasi yang

diperoleh. Penulisan diupayakan saling terkait antar satu sama lain dan

sesuai dengan topik yang dibahas.

3.3 Analisis Data

Data yang terkumpul diseleksi dan diurutkan sesuai dengan topik

kajian. Kemudian dilakukan penyusunan karya tulis ilmiah berdasarkan data

yang telah dipersiapkan secara logis dan sistematis. Teknik analisis data

bersifat deskriptif argumentatif.

3.4 Penarikan Kesimpulan

Simpulan didapatkan setelah merujuk kembali pada rumusan

masalah, tujuan penulisan, serta pembahasan. Simpulan yang ditarik

mempresentasikan pokok bahasan karya tulis ilmiah, serta didukung dengan

saran praktis sebagai rekomendasi selanjutnya.

9

BAB IV

PEMBAHASAN

Metode geolistrik merupakan salah satu metode yang digunakan untuk

mengukur resistivitas permukaan bawah tanah. Metode geolistrik dapat di bagi

lagi dalam beberapa bagan,tetapi pada karya tulis ini khususnya membahas

tentang metode geolistrik wenner. Metode geolistrik resistivitas adalah salah satu

metode yang cukup banyak digunakan dalam dunia eksplorasi khususnya

eksplorasi air tanah karena resistivitas dari batuan sangat sensitif terhadap

kandungan airnya dimana bumi dianggap sebagai sebuah resistor. Metode

geolistrik resistivitas atau tahanan jenis adalah salah satu dari jenis metode

geolistrik yang digunakan untuk mempelajari keadaan bawah permukaan dengan

cara mempelajari sifat aliran listrik di dalam batuan di bawah permukaan bumi.

Metode resistivitas umumnya digunakan untuk eksplorasi dangkal, sekitar

300 500 m. Prinsip dalam metode ini yaitu arus listrik diinjeksikan ke alam

bumi melalui dua elektroda arus, sedangkan beda potensial yang terjadi diukur

melalui dua elektroda potensial. Dari hasil pengukuran arus dan beda potensial

listrik, dapat diperoleh variasi harga resistivitas listrik pada lapisan di bawah titik

ukur

Metode Geolistrik resistivitas dilakukan dengan cara menginjeksikan arus

listrik ke permukaan bumi yang kemudian diukur beda potensial diantara dua

buah elektrode potensial. Pada keadaan tertentu, pengukuran bawah permukaan

dengan arus yang tetap akan diperoleh suatu variasi beda tegangan yang berakibat

akan terdapat variasi resistansi yang akan membawa suatu informasi tentang

struktur dan material yang dilewatinya. Prinsip ini sama halnya dengan

menganggap bahwa material bumi memiliki sifat resistif atau seperti perilaku

resistor, dimana material-materialnya memiliki kemampuan yang berbeda dalam

menghantarkan arus listrik.

10

Ilustrasi garis ekipotensial yang terjadi akibat injeksi arus ditunjukkan pada dua

titik arus yang berlawanan di permukaan bumi dapat dilihat pada gambar 1

Gambar 2. Pola aliran dan bidang ekipotensial

Semakin besar jarak antar elektroda menyebabkan makin dalam tanah

yang dapat diukur.

Ada beberapa konfigurasi untuk tahanan jenis dalam melakukan akuisisi

data. Salah satunya adalah dengan menggunakan konfigurasi Wenner. Konfigurasi

Wenner ditunjukkan pada gambar 3

Gambar 3. Konfigurasi Wenner

Hubungan antara panjang bentang elektroda dengan resistivitas bawah

permukaan tanah adalah semakin panjang bentang elektroda maka semakin kecil

nilai resistivitas karena nilai resistivitas dengan panjang elektroda berbanding

terbalik.

11

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Metode geolistrik merupakan salah satu metode yang

digunakan untuk mengukur resistivitas permukaan bawah tanah.

Dalam penggunaannya metode resistivitas umumnya digunakan

untuk eksplorasi dangkal, sekitar 300 500 m. Prinsip dalam metode

ini yaitu arus listrik diinjeksikan ke alam bumi melalui dua elektroda

arus, sedangkan beda potensial yang terjadi diukur melalui dua

elektroda potensial. Metode Geolistrik resistivitas dilakukan dengan

cara menginjeksikan arus listrik ke permukaan bumi yang kemudian

diukur beda potensial diantara dua buah elektrode potensial. Pada

keadaan tertentu, pengukuran bawah permukaan dengan arus yang

tetap akan diperoleh suatu variasi beda tegangan yang berakibat akan

terdapat variasi resistansi yang akan membawa suatu informasi

tentang struktur dan material yang dilewatinya. Hubungan antara

panjang bentang elektroda dengan resistivitas bawah permukaan

tanah adalah ,semakin panjang bentang elektroda maka semakin kecil

nilai resistivitas karena nilai resistivitas dengan panjang elektroda

berbanding terbalik.

5.2 SARAN

Demikian karya tulis ilmiah yang kami buat, semoga dapat

bermanfaat bagi pembaca. Diharapkan di masa yang akan datang

dapat digunakan sebagai salah satu sumber data untuk penelitian

selanjutnya.

12

DAFTAR PUSTAKA

Hutagalung-Bakker;(2013); Identifikasi Jenis Batuan Menggunakan Metode

Geolistrik Resistivitas Konfigurasi Schlumberge dalam Perencanaan Pondasi

Bangunan di Terminal Transit Desa Passo; Prossiding FMIPA Universitas

Pattimura; 159-167

Rozaq-Susilo-Wasis;Identifikasi Kedalaman dan Struktur Lapisan Bawah Tanah

Candi Jajaghu Berdasarkan Nilai Resistivitas dengan Menggunakan Metode

Geolistrik Konfigurasi Dipole-Dipole;Journal Fisika FMIPA Universitas

Brawijaya;1-5

Sultan;(2009);Penyelidikan Geolistrik Resistivity pada Penentuan Titik Sumur

Bor untuk Pengairan di Daerah Garongkong Desa Lempang Kecamatan Tanete

Riaja Barru; Journal Penelitian Enjineering.151-158

13

14

15