0
Laporan Praktikum Fisika Batuan A “Sifat Fisika Batuan”
Oleh :
NUR ROCHMAN MUHAMMAD 3713100012 Dosen Pengajar : Bu Anik Hilyah
JURUSAN TEKNIK GEOFISIKA
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
I DAFTAR ISI
ABSTRAK ... 1
BAB I ... 2
PENDAHULUAN ... 2
1.1 Latar Belakang ... 2
1.2 Permasalahan ... 2
1.3 Tujuan ... 2
BAB II ... 3
DASAR TEORI ... 3
2.1 Porositas ... 3
2.1.1. Porositas dibagi 2 berdasarkan asal usulnya : ... 3
2.1.2 Faktor Yang Mempengaruhi Porositas ... 3
2.1.2 Cara Menghitung Porositas dan Densitas ... 4
2.2 Konduktivitas Thermal... 4
2.2.1 Konduksi ... 5
2.2.2 Konveksi ... 5
2.2.3 Radiasi ... 5
2.3 Resistivitas ... 5
BAB III ... 6
METODOLOGI PERCOBAAN ... 6
3.1 Peralatan dan Bahan ... 6
3.1.1 Alat ... 6
3.1.2 Sampel Batuan ... 6
3.2 Rangkaian Alat ... 7
3.2.1 Rangkaian percobaan metode archimedes ... 7
3.2.2 Rangkaian percobaan pemanasan plat ganda ... 8
3.2.3 Rangkaian percobaan metode plat konduktor ganda ... 9
3.3 Cara Kerja ... 10
3.3.1 Diagram Alir Metode Archimedes ... 10
3.3.2 Diagram Alir Metode Pemanasan Plat Ganda ... 11
3.3.3 Diagram Alir Metode Plat Konduktor Ganda ... 12
BAB IV ... 13
ii
4.1 Analisis Data ... 13
4.2 Grafik ... 15
4.3 Pembahasan ... 16
BAB V ... 19
KESIMPULAN ... 19
Daftar Pustaka ... 20
I
SIFAT FISIKA BATUAN NUR ROCHMAN MUHAMMAD
3713100012
JURUSAN TEKNIK GEOFISIKA
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
ABSTRAK
Pada praktikum ini digunakan beberapa metode sederhana untuk menganalisis sifat fisik batuan yaitu metode pemanasan plat ganda, metode Archimedes , dan metode plat konduktor ganda. Metode tersebut di gunakan pada batu gamping bali dan clay yang telah di core . dari data perhitungan percobaan tersebut menghasilkan porositas sebesar X % , resistivitas X Ωm,dan konduktivitas thermal sebesar X W/m°K
2 BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Dalam ilmu geofisika untuk membedakan batuan dapat digunakan sifat fisik batuan tersebut karena setiap batuan memiliki respon tertentu terhadap metode pada geofisika yang membedakan dengan batuan lainnya dengan beberapa metode.
Untuk mengetahui sifat fisika batian tersebut diperlukan percobaan dengan metode sederhana yang memiliki prinsip dan perhitungan yang tepat untuk digunakan dalam percobaan.
1.2 Permasalahan
Permasalahan yang timbul dalam praktikum ini adalah bagaimana merancang metode sederhana yang memenuhi prinsip dalam metode geofisika dan cara penghitungan pada setiap parameter.
1.3 Tujuan
1. Mengetahui sifat fisika suatu batuan.
2. Mengetahui cara kerja suatu metode geofisika sederhana.
3 BAB II
DASAR TEORI 2.1 Porositas
Porositas adalah properti volumetrik mendasar yang menggambarkan potensi volume fluida yang terkandung dalam batuan yang dapat mempengaruhi sifat fisik batuan (misalnya, kecepatan gelombang elastis, tahanan listrik, dan kepadatan).
Porositas suatu medium adalah perbandingan volum rongga – rongga pori terhadap volum total seluruh batuan. Perbandingan ini biasanya dinyatakan dalam persen dan disebut porositas.
……...(2.1)
2.1.1. Porositas dibagi 2 berdasarkan asal usulnya :
Original (Primary) Porosity
Porositas yang terbentuk ketika proses pengendapan batuan (deposisi) tanpa ada faktor lain. Pada umumnya terjadi pada porositas antar butiran pada batupasir, antar Kristal pada batukapur, atau porositas oolitic pada batukapur.
Induced (Secondary) Porosity
porositas yang terbentuk setelah proses deposisi batuan karena beberapa proses geologi yang terjadi pada batuan tersebut, seperti proses intrusi, fault, retakan, dan sebagainya. Proses tersebut akan mengakibatkan lapisan yang sebelumnya non-porosity/permeabelitas menjadi lapisan berporositas. Contohnya retakan pada shale dan batukapur, dan vugs atau lubang-lubang akibat pelarutan pada batukapur. 2.1.2 Faktor Yang Mempengaruhi Porositas
1. Susunan Batuan
Pemeriksaan porositas batuan salah satunya dengan melihat porositas gabungan batuan. Dalam memperkirakan nilai porositas, Slichter dan kemudian Graton dan Fraser menghitung porositas berbagai susunan batuan serupa. Porositas dengan susunan kubik atau biasa disebut cubic packing (agak kompak) adalah 47.6 %, sedangkan rombohedral (seperti belah ketupat, lebih kompak) adalah 25,96 %. 2. Distribusi Batuan
Distribusi suatu batuan berhubungan erat dengan komposisi butiran dari batuan tersebut. Batuan dengan satu jenis unsur penyusun bisa memiliki porositas yang lebih besar daripada porositas batuan yang terdiri dari berbagai macam unsur penyusun.
3. Sementasi
4
dengan baik, maka kemungkinan besar akan terdapat banyak pori yang tidak berhubungan. Hal ini dapat menyebabkan porositas efektif dari batuan itu menjadi kecil.
4. Kompaksi
Kompaksi dapat mempengaruhi harga dari porositas. Semakin dalam posisi batuan dari permukaan, beban yang diterima semakin besar. Jika suatu batuan terkompaksi dengan baik artinya semakin dalam dari permukaan, pori-pori dari batuan itu akan semakin kecil karena butiran penyusun semakin merapat. 5. Angularitas
Jika derajat angularitas butiran penyusun batuan semakin besar. Hal ini akan menyebabkan daerah sentuh antar butiran yang satu dengan yang lainnya akan semakin besar. Sehingga, mengakibatkan ruang yang dapat ditempati fluida akan semakin berkurang dan porositasnya menurun.
2.1.2 Cara Menghitung Porositas dan Densitas
Untuk menghitung besarnya porositas sebuah pellet, digunakan rumus seperti di bawah ini
………..(2.2)
Dimana :
Ms = massa sampel basah di udara yaitu (massa piknometer dan sampel basah) dikurangi massa piknometer kosong
Md = massa sampel kering di udara yaitu (massa piknometer dan sampel kering) dikurangi massa piknometer kosong
Mi = massa di dalam zat cair yaitu (massa piknometer dan sampel dan penuh air) dikurangi (massa piknometer dan air)
2.2 Konduktivitas Thermal
Konduktivitas thermal dari material dapat diartikan adalah sifat sebagai konduktor dari energi panas secara konduksi
………(2.3) d=jarak pengukuran m
5
∆�=Selisih suhu
Transfer panas (transfer oleh energi panas) dinyatakan oleh proses fisika diantaranya :
2.2.1 Konduksi
Pemindahan kalor yang terjadi pada dua benda padat yang berbeda temperatur dan terjadi kontak langsung.
2.2.2 Konveksi
Terjadi dengan medium fluida (gas/zat cair) dengan dicirikan oleh ikut berpindahnya pembawa panas.
2.2.3 Radiasi
Di mana panas ditransfer secara langsung tidak memerlukan medium, terpancar dalam bentuk gelombang elektromagnetik seperti cahaya atau gelombang radio.Radiasi umumnya diabaikan untuk kondisis lithospheric. Begitu juga, konveksi diabaikan di kebanyakan proses. Oleh karena itu, untuk studi geofisika dari litosfer bumi, hanya konduksi yang penting dan sifat thermal batuan paling substansial adalah konduktivitas thermalnya (Chermak and Rybach,1982). 2.3 Resistivitas
Resistivitas (ρ) adalah kemampuan suatu bahan untuk mengantarkan arus listrik yang bergantung terhadap besarnya medan istrik dan kerapatan arus. Semakin besar resistivitas suatu bahan maka semakin besar pula medan listrik yang dibutuhkan untuk menimbulkan sebuah kerapatan arus. Satuan untuk resistivitas adalah Ω.m.
Dalam praktikum ini digunakan formulasi sebagai berikut
6 BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Peralatan dan Bahan 3.1.1 Alat
Pada percobaan metode Archimedes digunakan sebuah oven , gelas ukur , timbangan digital , neraca geser, statip ,aquades dan tali.
Pada percaobaan metode pemanasan plat ganda digunakan kompor listrik , dua buah plat seng ,dan pyrometer.
Pada percobaan metode plat konduktor ganda digunakan dua plat diameter disesuaikan , penggaris ,multimeter, rangkaian penyetabil arus ,dan adaptor. 3.1.2 Sampel Batuan
3.1.2.1 Clay
Sampel batuan ini diambil di di kali krembang (karang sambung) tepatnya di koordinat 7°35’24”BT 109°41’42” LS.Batu lempung ini berwarna ke abu-abuan dan sebagian putih tulang. Memiliki tekstur yang halus. Di coring berbentuk silinder pejal yang berdimensi panjang 4.8 cm diameter 3cm. 3.1.2.2 Limestone Bali
7 3.2Rangkaian Alat
3.2.1 Rangkaian percobaan metode archimedes
8
3.2.2 Rangkaian percobaan pemanasan plat ganda
9
3.2.3 Rangkaian percobaan metode plat konduktor ganda
10 3.3 Cara Kerja
3.3.1 Diagram Alir Metode Archimedes
(start) Core clay dan limestone bali
Di rendam dalam aquades 60 menit Di timbang berat
(Wn)
Di timbang (Mw) Di tiriskan
Batu di masukkan ke beker berisi
aquades Di timbang (Mb)
Batu di ikat pada statip (melayang )dalam beker berisi aquades
Di timbang (Ma)
Di oven sampai berat konstan Massa batu basah
(gram)
Massa (beker+aqua+bat
11
3.3.2 Diagram Alir Metode Pemanasan Plat Ganda
Di panaskan pada kompor listrik 10
menit
suhu °K (start) Core clay dan
limestone bali
Di ukur temperature plat atas Di susun seperti gambar percobaan
Di ukur temperature batu atas
Di lepas plat atas
Batu cepat-cepat diangkat
Di ukur temperature batu bawah
Di ukur temperature plat bawah (finish)
suhu °K
suhu °K
12
3.3.3 Diagram Alir Metode Plat Konduktor Ganda
Di ukur arus yang mungalir (A) (start) Core clay dan
limestone bali
Di ukur besar voltase (V) pada batu Di susun seperti gambar percobaan
(finish)
I input Ampere
13 BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis Data
Setelah percobaan telah dilakukan, didapatkan data dan perhitungan percobaan sebagai berikut:
4.1.1 Data Dan Perhitungan Percobaan Metode Archimedes
Sampel batu Mn(berat natural) gr
Mw (berat batu
basah) gr Ma (celup) gr
Clay 87.4973 88.3639 185.9
Limestone bali 48.2368 48.5564 147
Sampel batu
Clay 175.8 86.5284 10.1 1.24%
Limestone bali 131.9 48.148 15.1 0.27%
14
4.1.2 Data Dan Perhitungan Percobaan Metode Pemanasan Plat Ganda
�� = .
4.1.3 Data Dan Perhitungan Percobaan Metode Plat Konduktor Ganda
Tebal Plat
Clay 0.0003 109.6 382.6 129.3 402 325 0.015 0.0007065 3.122268015 Limestone 0.0003 44.6 317.6 74.9 348 325 0.015 0.0007065 4.554595587
15 4.2 Grafik
Perbandingan antar sifat fisik batuan berdasarkan data diatas adalahsebagai berikut:
4.2.1 Grafik Hubungan Porositas Dengan Resistivitas
0
0.00% 0.20% 0.40% 0.60% 0.80% 1.00% 1.20% 1.40%
R
Porositas (X) vs Resistivitas(Y)
� = �
�
� �� =
.
.
.
16
4.2.2 Grafik Hubungan Porositas Dengan Konduktivitas Thermal
4.2.3 Grafik Hubungan Porositas Dengan Resistivitas
4.3 Pembahasan
Pada percobaan metode Archimedes memiliki target untuk mencari porositas dengan mengambil data massa natural ,massa kering , massa melayang ,dan massa tenggelam .Massa melayang dipengaruhi oleh gaya archimedes dari fluida ke porus kosong batuan dalam hal ini diabaikan pengaruh dari kedalaman batu melayang . Pengovenan dilakukan sampai berat konstan saat ditimbang . Dari data porositas diatas dapat dilihat bahwa porositas clay lebih besar disbandingkan
0
0.00% 0.20% 0.40% 0.60% 0.80% 1.00% 1.20% 1.40%
Ko
Konduktivitas Thermal(Y) vs Porositas (X)
0
17
dengan limestone bali , ini disebabkan karena pori dari limestone tidak saling terhubung , sedangkan pada clay terhubung sehingga dalam saat proses perendaman akan sangat mempengaruhi.
Pada percobaan pemanasan plat ganda memiliki target untuk mencari konduktivitas termal dari batuan. Dengan memanfaatkan sifat aliran kalor yang mengalir dari suhu tunggi ke suhu rendah. Digunakan data dari selisih suhu antara batu bagian bawah dengan atasnya selama sepuluh menit. Digunakan plat ganda karena untuk memenuhi hukum perpindahan kalor karena plat atas memiliki suhu yang jauh lebih dingin dari plat bawah sehingga kalor akan mengalir dari suhu tinggi ke rendah. Dari data konduktivitas termal diatas terlihat bahwa konduktivitas termal limestone lebih besar dibandingkan dengan konduktivitas clay ,ini disebabkan karena limestone memiliki materi kompaksi yang lebih kuat dan padat disbandingkan clay .
Pada percobaan konduktor plat ganda memiliki target untuk mencari resistivitas batuan . Percobaan ini terinspirasi oleh cara kerja komponen resistor dan konfigurasi wenner . Dengan memanfaatkan aliran arus yang telah di setabilkan dengan rangkaian penyetabil pada core maka akan dapat diukur besar beda potensial yang muncul dengan multimeter . Plat konduktor disesuaikan dengan luas core agar electron mengalir dengan sempurna . Setelah data voltase, dimensi sampel ,dan arus didapatkan maka akan dapat dihitung resistivitas batuan tersebut. Yang terjadi adalah resistivitas limestone lebih besar dari pada resistivitas clay karena sedikit saturasi fluida dalam limestone dibandingkan pada clay yang akan menurunkan resistivitas batu.
18
Grafik kedua diatas (4.2.2) adalah hubungan antara konduktivitas termal dan porositas dari data hasil percobaan . Dapat dilihat terjadi penurunan konduktivitas termal seiring naiknya porositas batu .Hal ini di karenakan semakin besar porositas maka akan banyak rongga yang mengurangi koneksi mineral dalam batu tersebut sehingga kalor hanya mengalir pada bagian yang terkoneksi,dan yang terisi oleh fluida akan terpengaruh cenderung menurun konduktivitas termalnya karena fluida pengisinya memiliki konduktivitas termal yang jauh lebih rendah yang akan mempengaruhinya.
Grafik ketiga diatas (4.2.3) menunjukkan hubungan antara konduktivitas termal dengan resistivitas . Terlihat bahwa semakin besar resistivitas maka semakin besar juga konduktivitas termal batu. Hal ini terjadi karena resistivitas dan konduktivitas termal berhubungan dengan porositas dengan hubungan yang sama sehingga jika di korelasikan keduanya akan menghasilkan grafik (4.2.3) .Yang sebenarnya antara dua parameter tersebut memiliki pengaruh yang lain yang berbeda satu dengan yang lainnya .Dari sisi material resistivitas lebih dipengaruhi sifat unsur tentang banyaknya electron bebas yang dimiliki .Sedangkan konduktivitas termal lebih dipengaruhi oleh sifat suatu bahan untuk menghantarkan panas tidak peduli jumlah electron bebas yang dimilikinya.
19 BAB V
KESIMPULAN
Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
Porositas :
1. Clay = 1.24%
2. Limestone (dari Bali) = 0.27%
Konduktivitas Termal:
1. Clay = .
2. Limestone (dari Bali) = .
Resistivitas rata-rata:
1. Clay = 6.530836093Ωm
2. Limestone(dari Bali) = 14.81622517Ωm
Porositas berbanding berbalik dengan resistivitas.
Resistivitas berbanding lurus dengan konduktivitas termal.
20 Daftar Pustaka
Cermak,V.& Rybach,L.1982.Thermal Conductivity and Specific Heat of Rocks. In: Numerical Data and Funcional Relatinship in Science and Technology ed.K.-HHellwege.Landolt:Bornstein
J,H, Schön.2011.Physical Property of Rocks. ed.Cubbit,J.Elshevier:Australia
21 Lampiran
Clay Limestone
Kali Krembang Bali waterblow beach
22
Pengovenan
23
Pengukuran suhu plat bawah Pengukuran suhu batu bagian atas
24
Rangkaian Metode plat konduktor ganda
