BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Saat ini perkembangan teknologi peralatan untuk mendukung kegiatan survey, pemetaan geologi dan untuk tujuan-tujuan pendeteksian lainnya telah berkembang pesat. Salah satu peralatan tersebut yaitu GPR (Ground Penetrating Radar). Alat ini memancarkan gelombang radar atau gelombang elektromagnetik kedalam tanah yang nantinya akan dipantulkan kembali. Berdasarkan pantulan tersebut dapat dianalisa dan diketahui halhal yang berkaitan dengan : struktur tanah/batuan yang sangat berguna untuk survey jalan & runway lapangan terbang, deteksi benda-benda yang ada didalam tanah seperti situs arkeologi, deteksi pipa (air dan gas), deteksi kabel (listrik dan telepon), rongga didalam tanah, penelitian air tanah, mendeteksi senjata atau ranjau, dll. Kegiatan ini dilakukan tanpa harus menyentuh langsung materi yang di deteksi. Dalam tahun-tahun mendatang berbagai kegiatan survey dan deteksi diperkirakan akan banyak ditopang oleh GPR ini sebagai alat pendeteksi bawah tanah. Penggunaan GPR dengan menggunakan pulsa radar frekuensi tinggi yang dipancarkan dengan antena dari permukaan tanah kedalam tanah dapat mendeteksi keberadaan material dibawah tanah, sehingga dapat diaplikasikan untuk berbagai kepentingan. 1.2 Tujuan
Tujuan
dari
praktikum
Survei
Elektromagnetik
dengan
menggunakan metode GRP kali ini adalah untuk mencari sebaran goronggorong di wilayah Universitas Brawijaya, tepatnya di Fakultas MIPA. 1.3 Manfaat Dengan melakukan praktikum SEM kali ini kita akan mengerti cara pengoperasian alat dan akuisisi data pada metode GPR. Kita juga akan memahami prinsip kerja GPR secara umum
BAB II DASAR TEORI Ground Penetrating Radar (GPR) merupakan bagian dari metoda Geofisika Elektromagnetik (EM) domain waktu. Pulsa radio dengan durasi signal pendek ditransmisikan ke bawah (ke tanah) dan kemudian sinyal radio yang kembali (terpantul) direkam. GPR merupakan sistem radar yang digunakan dalam pendeteksian objek yang terkubur di dalam tanah dengan kedalaman tertentu tanpa harus menggali tanah. GPR juga dapat digunakan untuk mengetahui kondisi dan karakteristik permukaan bawah tanah. Teknologi radar ini memiliki beberapa kelebihan diantara metode geofisika lainnya, yaitu : Biaya operasional lebih murah, resolusi yang sangat tinggi karena menggunakan frekuensi tinggi (broadband atau wideband), Pengoperasian yang cukup mudah dan merupakan metoda non destructive sehingga aman digunakan. Dalam penerapannya GPR dapat dibagi menjadi: Untuk Pemetaan geologi: menggunakan antenna < 500 MHz dan untuk Rekayasa (Uji tidak merusak): menggunakan antenna > 500 MHz. Metoda GPR menggunakan tanggapan tanah terhadap gelombang EM yang merambat melaluinya. Gelombang EM merupakan gelombang medan yang merambat secara transversal. Gelombang EM terdiri dari dua komponen yang saling tegak lurus yaitu intensitas medan listrik (E) dan intensitas medan magnet (H). Sifat perambatan gel EM adalah dalam perambatannya medan listrik berosilasi (bergetar) demikian juga dengan medan magnet. Arah getar
medan listrik selalu tegak lurus (orthogonal) dengan arah getar medan magnet dan arah perambatan gelombang EM tegak lurus terhadap arah getar dari medan listrik dan medan magnet. Penerapan pada geologi dan geoteknik : Medium (tanah atau batuan) dapat bersifat konduktif (misalnya lempung, daerah air asin) atau dapat bersifat resistif (misalnya pasir) maka gelombang radar akan bersifat difusif (amplitudo gelombang cepat meluruh) atau bersifat gelombang (amplitudo gelombang dapat merambat dalam jarak yang jauh). GPR terdiri dari sebuah pembangkit sinyal, antena transmitter dan receiver sebagai pendeteksi gelombang EM yang dipantulkan. Signal radar ditransmisikan sebagai pulsa-pulsa yang tidak terabsorbsi oleh bumi tetapi dipantulkan dalam domain waktu tertentu. Mode konfigurasi antena transmitter dan receiver pada GPR terdiri dari mode monostatik dan bistatik. Mode monostatik yaitu bila transmitter dan receiver digabung dalam satu antena. sedangkan moded bistatik bila kedua antena memiliki jarak pemisah. Transmitter membangkitkan pulsa gelombang EM pada frekuensi tertentu sesuai dengan karaketristik antena tersebut (10 MHz – 4 GHz). Receiver diset untuk melakukan scan yang secara normal mancapi 32-512 scan per detik. Setiap hasil scan ditampilkan pada layar monitor (real-time) sebagai fungsi waktu two-way traveltime, yaitu waktu yang dibutuhkan gelombang EM menjalar dari transmitter, target dan ke receiver. Tampilan ini disebut radargram. Fenomena elektromagnetik dapat dijelaskan dengan persamaan Maxwell. Persamaan ini terdiri dari 4 persamaan medan dan untuk tiap-tiap
persamaan merupakan hubungan antara medan dengan distribusi sumber yang bersangkutan.
Besaran elektromagnet
yang
menggambarkan
penjalaran
gelombang
di dalam medium, yaitu kecepatan fasa v dan koefisien
atenuasi α atau jangkauan / skin depth τ ( kedalaman dimana sinyal telah berkurang 1/e ( ca.37 %) dari nilai awal), yaitu :
Persamaan yang menghubungkan sifat fisik medium dengan medan yang timbul pada medium tersebut dapat dinyatakan dengan :
Keterangan : H = intensitas medan magnet (ampere/m) D = perpindahan listrik (coulomb/m2) є = permitivitas listrik (farad/m) σ = konduktivitas (1/ohm-m) Untuk menyederhanakan masalah, sifat fisik medium diasumsikan tidak bervariasi terhadap waktu dan posisi (homogen isotropi). Maka persamaan Maxwell dapat ditulis sebagai berikut :
Persamaan Maxwel ini adalah landasan berpikir dari perambatan gelombang elektromagnet. Pada material dielektrik murni suseptibilitas magnetik (μ) dan permitivitas listrik (є) adalah konstan dan tidak terdapat atenuasi dalam perambatan gelombang. Tidak sama halnya jika berhadapan dengan material dielektrik yang ada. Sifat-sifat dari material bumi bergantung dari komposisi dan kandungan air material tersebut. Keduanya ini mempengaruhi cepat rambat perambatan gelombang dan atenuasi gelombang elektromagnet. Keberhasilan dari metoda GPR bergantung pada variasi bawah permukaan
yang
dapat
menyebabkan
gelombang
tertransmisikan.
Perbandingan energi yang direfleksikan disebut koefisien refleksi (R) yang ditentukan oleh perbedaan cepat rambat gelombang elektromagnet dan lebih mendasar lagi adalah perbedaan dari konstanta dielektrik relatif dari media yang berdekatan. Hal ini dapat terlihat pada persamaan berikut :
Keterangan : V1 = cepat rambat geombang elektromagnet pada lapisan 1 V2 = cepat rambat geombang elektromagnet pada lapisan 2 , dan V1 < V2 є1 dan є2 = konstanta dielektrik relatif lapisan 1 dan lapisan 2 Dalam semua kasus, besarnya R terletak antara -1 dan 1. bagian dari energi
yang
ditransmisikan
sama
dengan 1-R. Persamaan
diatas
daplikasikan untuk keadaan normal pada permukaan bidang datar. Dengan asumsi tidak ada sinyal yang hilang sehubungan dengan amplitudo sinyal. Jejak yang terdapat pada rekaman georadar merupakan konvolusi dari koefisien refleksi dan impulse georadar ditunjukkan oleh persamaan :
Keterangan : r(t) = koefisien refleksi A(t) = amplitudo rekaman georadar F(t) = impulse radar n(t) = noise radar
Besar amplitudo rekaman georadar r(t) akan tampak pada penampang rekaman georadar berupa variasi warna. Refleksi atau transmisi
di sekitar batas lapisan menyebabkan energi hilang. Jika kemudian ditemukan benda yang memiliki dimensi yang sama dengan panjang gelombang dari sinyal gelombang elektromagnet maka benda ini menyebabkan penyebaran energi secara acak. Absorbsi ( mengubah energi elektromagnet menjadi energi panas ) dapat menyebabkan energi hilang. Penyebab yang paling utama hilangnya energi karena atenuasi fungsi kompleks dari sifat lstrik dan dielektrika media yang dilalui sinyal radar. Atenuasi (α) tergantung dari konduktifitas (σ), peermeabilitas magnetik (μ), dan permitivity (є) dari media yang dilalui oleh sinyal dan frekuensi dari sinyal itu sendir (2πf). Sifat bulk dari material ditentukan oleh sifat fisik dari unsur pokok yang ada dan komposisinya.
Sistem GPR terdiri atas pengirim transmitter) yaitu antenna yang terhubung ke sumber pulsa dan sebagain penerima (receiver) yaitu antenna
yang terhubung ke unit pengolahan sinyal(control unit) dan citra(display). GPR memiliki cara kerja yang sama dengan radar konvensional. GPR mengirim pulsa energi antara 10 sampai 2000 MHz kedalam tanah dari suatu antena dan kemuadian merekam pemantulannya dalam waktu yang sangat singkat.
unit kontrol radar menghasilakan pulsa trigger yang tersingkronisasi ke pengirim dan penerima elektronik di antena. pulsa ini mengendalikan pengirim dan penerima elektronik untuk menghasikan sample gelombang dari pulsa radar yang di pantulkan. Anttena merupakan tranduser yang mengkonversikan arus elektrik pada antena logam untuk mengirimkan gelombang Elektromagnetik yang akan di propagasikan ke dalam material. Antena juga mengubah gelombang EM ke arus pada suatu elemen antena, bertindak sebagai suatu penerima energi EM dengan cara menangkap bagian gelombang EM. frekuensi tengah antena yang disediakan untuk tujuan komersial berkisar anatar 10 sampai 20000 MHz.
Secara Umum antena dengan frekuensi rendah dapat menyediakan kedalamn penetrasi yang lebih tinggi namun memiliki resolusi yang lebih rendah dibandingkan dengan antena frekuensi tinggi.
BAB III METODOLOGI 3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian Praktikum Survei Elektromagnetik dengan metode GPR (Ground Penetrating Radar) dilakukan pada hari Sabtu tanggal 10 Mei 2014. Praktikum dilakukan di Universitas Brawijaya sendiri, tepatnya di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam di depan gedung Graha Sahinta. Kami melakukan akuisisi pada pukul 13.00 WIB selama kurang lebih satu setengah jam. 3.2 Alat yang Digunakan Peralatan yang digunakan dalam metode radar yaitu GPR (Ground Penetrating Radar) terdiri dari beberapa bagian, antara lain 1. GPR future versi 2005 (control unit) Alat ini mengoperasikan antena yang berperan sebagai transmitter dan receiver. Selain itu, alat
ini juga dihubungkan dengan
peralatan elektronik (Ethernet) seperti laptop sebagai monitor di lapangan. 2. Alat Ukur (meteran) Alat ini digunakan untuk menentukan panjang spasi tiap pengukuran. Pada survey ini kali ini kita menggunakan benang untuk membantu pengukuran spasi, tiap 10 meter. 3. Laptop dengan 3D Software – Future 2005 Laptop digunakan untuk mengoperasikan ataupun mengatur data akuisisi. Selanjutnya pengolahan data dapat dilakukan di sini pula.
4. 1 buah headphone Digunakan untuk mendengarkan impuls (alat bantu timer) 5. Connector Kabel Kabel
ini Berfungsi
sebagai
medium
sinyal
Gelombang
Elektromagnetik dari transmiter dan receiver ke unit kontrol (laptop) dan juga untuk menyambungkan unit ke power supply (accumulator). 6. 1 buah batang penghubung probe Dipasang pada probe, digunakan untuk memudahkan kita dalam memegang dan mengoperasikan probe saat akuisisi data. 7. 1 USB Bluetooth Dongle Dihubungkan pada laptop, untuk mentransfer data hasil akuisisi pada control unit 8. Power suplly Sebagai sumber tegangan dan dihubungkan pada control unit dengan menggunakan kabel 9. Probe vertical dan horizontal Sebagai alat untuk mengukur gelombang elektromagnetik
3.3 Metode Pengukuran Data Di Lapangan 3.3.1 Prosedur Lapangan Pertimbangan utama dalam menentukan arah lintasan, yaitu target yang menyangkut bentuk, kedalaman, jenis material, susunan antara masingmasing objek, sumber-sumber pengganggu sinyal pada daerah sekeliling dan lain-lain. Selain menentukan arah lintasan, perlu dipertimbangkan pula, pergerakan antena untuk resolusi lateral dan panjang profil dan sistem dan setting untuk interferensi, pengolahan data yang diperlukan. Umumnya maupun
horisontal
yang
paling
penting
adalah
resolusi
vertikal
dan kedalaman penetrasi. Hal ini dicapai dengan
menggunakan berbagai frekuensi antena. Untuk tujuan
objek
utilitas
bawah permukaan biasanya digunakan antena 900 MHz dan antena ini sudah mencukupi kebutuhan meskipun kedalaman yang dicapai hanya sekitar
0,5
s/d
2,0 meter. Bila ada target yang lebih dalam hanya
diperlukan antena 500 MHz saja.
3.3.2 Akuisisi Data Lapangan Urutan akusisi data lapangan menggunakan GPR Future I-160 adalah : 1. Rangkai komponen GPR seperti pada Gambar 4 2. Nyalakan baterai(tekan on pada baterai), dan nyalakan control unit 3. Pilih ground scan 4. Kemudian pilih mode yang dinginkan (misalnya live scan, automatic scan dll) 5. Jika
memilih
automatik,
pemilihan
impuls
sesuai
kebutuhan.
Semakin besar impuls semakin lama waktu scannya dan semakin lebar area yang di survey 6. Setelah operator GPR memilih mode pada alat GPR sesuai
yang
dinginkan, sofware pada komputer dijalankan oleh Operator software dengan interface bluethoot. pilih ”New”. Pilih ” com 7”, kemudian Tekan ” OK” bersamaan pada Operator GPR menekan ”OK” conect to computer.
7. Setelah itu alat GPR akan terhubung pada komputer lewat interface bluethoot
ditandai
dengan munculnya password Bluethoot pada komputer dan isi paswordnya. 8. Sementara itu alat GPR mengeluarkan bunyi yang menandakan siap untuk di Run yaitu dengan menekan tombol hijau di bagian belakang control unit dan jalan diatas daerah yang disurvey. 9. Setelah GPR berhenti mengeluarkan sinyal(ditandai tidak terdengar bunyi), operator komputer pilih ”close” kemudian pilih ”save” untuk menyimpan data hasil akusisi. 3.4 Pengolahan Data GPR Pengolahan dilakukan secara langsung dengan menggunakan 3D
software
yaitu future
2005.
Software
ini
akan
langsung
menampilkan kondisi area yang di survey, melalui warna warna yang di indikasikan sebagai metal, cavity, native, dan mineral. Hal yang
perlu
dilakukan adalah mengubah arahnya, ini ditujukan untuk memperjelas tampilan dari hasil yang diperoleh
BAB IV PEMBAHASAN Pada praktikum kali ini didapatkan data dari alat GPR future versi 2005 dengan softwarenya. Software ini akan langsung menampilkan kondisi area yang di survey, melalui warna warna yang di indikasikan sebagai metal, cavity, native, dan mineral. Kita tidak perlu mengolah data, karena hasil data akan muncul sesaat setelah kita melakukan akuisisi dengan bantuan USB bloetooth. Dari proses akuisisi data, hasil akan sangat dipengaruhi oleh frekuensi yang ditembakkan. Frekuensi ini sendiri dipengaruhi oleh keadaan dari lokasi yang disurvey. Gelombang GPR akan di atenuasi (penyerapan dan penyebaran) oleh sifat-sifat tertentu dari masing-masing lokasi, dimana yang paling penting adalah konduktifitas kelistrikan dari material. Berdasarkan
nilai
konduktivitasnya,
logam
yang
semakin
konduktif, kecepatan gelombang radar yang semakin kecil sehingga ada kontras yang besar antara medium dengan bahan. Kontras tersebut yang mengakibatkan perbedaaan radargram yang dihasilkan oleh material yang di ran GPR. Dengan mengetahui nilai konduktivitas dapat memperkirakan material apa yang ada dibawah tanah, GPR ini menangkap
sinyal
yang dominan dari salah satu material, jadi sulit
memperkirakan lapisan yang banyak. Dari akuisisi data yang dilakukan, didapatkan hasil seperti pada gambar dibawah ini :
Akuisisi yang kelompok kami lakukan sepanjang 50m, dengan pengambilan akuisisi dibagi menjadi 10 line. Dan saya melakukan akuisisi pada 2 line terakhir, tapi karena ada kesalahan data yang saya dapat hanya 1 line saja. Dari gambar data diatas, dapat dilihat bahwa warna yang tampak adalah warna hijau, biru, dan orange kekuningan. Warna yang paling mendominasi adalah warna hijau, warna hijau menandakan bahwa di dalamnya hanya terdapat tanah. Namun, ditengah gambar terdapat kumpulan warna biru dan warna biru menurut sumber adlah indikasi adanya gorong-gorong. Namun, menurut saya warna biru yang tampak bukanlah
gorong-gorong karana jumlahnya tidak terlalu banyak dan tidak bias dikatakan sebagai gorong-gorong Selain itu, warna biru juga tersebar di beberapa titik sebagai suatu rembesan. Di titik paling bawah hanya terdapat warna biru (tidak terdapat warna hijau) yang semakin kebawah warna birunya semakin pekat (biru tua) yang menandakan kemungkinan adanya gorong-gorong. Warna biru muda mengindikasikan kedalaman yang dangkal, berkebalikan dengan warna biru tua yang menunjukkan kedalaman yang cukup dalam. Namun jika diperhatikan lebih saksama warna biru tidak terlalu ada pada titik atas, yang terdapat hanya warna hijau dengan beberapa titik yang berwarna orange kekuningan. Warna orange kekuningan sedikit terlihat, yang menandakan bahwa disitu terdapat logam. Dan logam tersebut saya asumsikan sebagai kabel (tembaga) yang memang sengaja dikubur didalamnya.
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Melalui praktikum GPR yang dilaksanakan untuk mendeteksi persebaran gorong-gorong yang saya lakukan di line 9 dan line 10, didapatkan hasil bahwa pada line 9 persebaran gorong-gorong tidak ada. Warna biru yang tampak bukanlah gorong-gorong karana jumlahnya tidak terlalu banyak dan tidak bias dikatakan sebagai gorong-gorong. Warna biru pada gambar tersebut saya perkirakan adalah suatu rembesan.. Karena jika diamati pada line 9 persebaran gorong-gorong (warna biru) hanya terdapat pada bagian tengah line sampai ke bagian bawah. Sedangkan bagian atas line 9 tidak terdapat gorong-gorong (warna biru) dan hanya terdapat tanah dengan hanya dibeberapa titik yang terdapat bagian logamnya. Dan kedalaman yang dapat dicapai gelombang elektromagnetik pada metode GPR berkisar antara 1-15m, dan pada akuisisi kali ini kedalaman yang dicapai adalah 13 meter. 5.2 Saran Sebaiknya peralatan yang akan digunakan dalam praktikum dipersiapkan lebih matang. Agar praktikum bias diselesaikan secepat mungkin.
DAFTAR PUSTAKA Astutik, Sri .2001. Penggunaan Ground Penetrating Radar (GPR) Sebagai Metal Detector. Universitas Jember. Navarro, V., Candel, M., Yustres, Alonso,´ A. J., and Garc´ ı, B. 2009. Trees, Lateral Shrinkage And Building Damage. Eng. Geol., 108,189–198. Satriani. Et. al. 2010. Building Damage Caused By Tree Roots: Laboratory Experiments Of GPR And ERT Surveys. Adv. Geosci., 24, 133– 137. Supriyanto. 2007. Perambatan Gelombang Elektromagnetik.Depok: Universitas Indonesia
LAMPIRAN
LAPORAN PRAKTIKUM SURVEI ELEKTROMAGNETIK Disuusn oleh: Locana Indra Puspitarani 125090707111015
Asisten : Yoel Marthin Program Studi Geofisika Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Brawijaya
Malang 2014
