ANALISA PENGARUH KADAR AIR TERHADAP SIFA

(1)

Abstrak— Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh kadar air terhadap sifat resistivitas dan konduktivitas batu kapur (limestone) daerah Gresik, Jawa Timur. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kadar air terhadap sifat resistivitas dan konduktivitas batu kapur dan membandingkan kualitas batu kapur daerah Bunga dan Ujungpangkah Gresik berdasarkan sifat resistivitas dan konduktivitasnya. Batu kapur atau (limestone) yang memiliki rumus kimia CaCO3 adalah

sebuah batuan sedimen yan terdiri dari mineral calcite (kalsium carbonate) dan berwarna agak putih. Resistivitas dan konduktivitas merupakan parameter sifat kelistrikan yang dapat diartikan sebagai kemampuan suatu bahan untuk dapat menghambat dan menghantarkan arus listrik. Dalam penelitian ini untuk mendapatkan besarnya resistivitas batuan maka digunakan LCR meter. Data yang diperoleh dari LCR meter adalah nilai resistansi bahan (R) sehingga untuk memperoleh besarnya resistivitas maka dilakukan pengolahan data terlebih dahulu. Pengukuran resistivitas batu kapur dalam penelitian ini terdiri dari dua perlakuan yaitu pengukuran saat batu kapur dalam kondisi kering dan dalam keadaan setelah direndam dalam aquades selama 6 menit. Dalam penelitian ini data yang didapat adalah besarnya nilai resistansi pada masing-masiing perlakuan. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat disipulkan bahwa semakin besar kadar air maka sifat resistivitas batu kapur menurun dan sifat konduktivitas batu kapur meningkat dan sebaliknya semakin kecil kadar air maka sifat resistivitas batu kapur meningkat dan sifat konduktivitas batu kapur menurun.

Kata Kunci— resistivitas, konduktivitas, batu kapur

I. PENDAHULUAN

atu kapur (limestone) banyak ditemukan di wilayah Jawa Timur, salah satunya daerah Gresik bagian Utara yang terdiri dari kecamatan Bungah, Ujung Pangkah,dan sekitarnya karena daerah tersebut merupakan daerah penggunungan kapur. Batu kapur merupakan batuan sedimen yang terdiri dari kalsium karbonat dan berwarna putih. Dalam penelitian kali ini akan membandingkan kualitas batu kapur daerah Bungah dan Ujung Pangkah dengan menggunakan parameter sifat resistivitas dan konduktivitas batu kapur tersebut. Latar belakang untuk membandingkan kualitas batu kapur daerah Bungah dan Ujung Pangkah dikarenakan lokasi antara

fisikanya, batuan sangat beragam baik warna, kekerasan, maupun mineral pembentuknya. Batuan merupakan suatu jenis mineral sehingga batuan mempunyai sifat kelistrikan. Arus listrik ini dapat berasal dari alam itu sendiri sebagai akibat terjadinya tidak keseimbangan, atau arus listrik yang sengaja diinjeksikan ke dalam bumi. Adanya sifat kelistrikan mineral penyusun batuan meliputi sifat resistivitas dan konduktivitas ,menyebabkan timbulnya respon terhadap suatu masukan yang diberikan. Dengan memberikan masukan dalam bentuk energi maka mineral akan memberikan respon pada keluaran yang sesuai dengan sifat-sifat mineral tersebut, khususnya jika energi yang diberikan berupa arus listrik dan responnya berupa beda potensial listrik.

Konduktivitas dan resistivitas merupakan karakteristik yang dapat digunakan mempelajari sifat aliran listrik di dalam bumi. Adanya sifat kelistrikan material di bawah permukaan yang tidak sama untuk setiap lapisan penyusun bumi mengakibatkan adanya respon yang berbeda terhadap suatu masukan arus.

Konduktivitas listrik batuan merupakan kuantitas fisik yang menggambarkan kemampuan bahan menghantarkan arus listrik. Konduktivitas bahan ini umumnya bergantung pada besar, struktur, fluida pengisi pori, distribusi pori, serta konduktivitas antar pori batuan, kecuali pada batuan yang bersifat konduktif seperti lempung yang dapat mengalirkan arus listrik ke segala arah dan sama besarnya. (Rachman Kurniawan.2001)

Konduktivitas adalah suatu sifat atau karakterisasi aliran listrik dari bahan suatu batuan. Pada bagian batuan, atom-atom terikat secara ionik atau kovalen. Karena adanya ikatan ini maka batuan mempunyai sifat menghantarkan arus listrik. Aliran arus listrik di dalam batuan dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu

1.1 Konduksi Elektronik

Konduksi ini adalah tipe normal dari aliran arus listrik dalam batuan. Hal ini terjadi jika batuan tersebut mempunyai banyak elektron bebas. Akibatnya arus listrik mudah mengalir pada batuan ini. Sebagai contoh, batuan yang banyak mengandung logam. Dalam konduksi elektronik, aliran arus melalui elektron seperti dalam metal. Konduksi elektronik sangat penting karena terdapat mineral konduktif, seperti metal sulfida dan grafit dalam survey mineral.

1.2 Konduksi Elektrolitik

Konduksi jenis ini banyak terjadi pada batuan yang bersifat poros dan pori-pori tersebut berisi oleh cairan-cairan elektrolitik. Dalam hal ini arus listrik mengalir akibat dibawa oleh ion-ion larutan elektrolitik. Konduksi dengan cara ini lebih lambat dari pada konduksi elektronik. Pada konduksi elektrolitik, arus mengalir melalui perpindahan ion dalam tanah. Dalam survey lingkungan dan teknik, konduksi elektrolit merupakan mekanisme yang paling umum.

1.3. Konduksi Dielektrik

Konduksi ini terjadi jika batuan bersifat dielektrik terhadap aliran arus listrik yaitu terjadi polarisasi saat bahan dialiri

ANALISA PENGARUH KADAR AIR TERHADAP SIFAT

RESISTIVITAS DAN KONDUKTIVITAS BATU KAPUR

(Limestone)

DAERAH GRESIK, JAWA TIMUR

Emy Aditya, Dwa Desa Warnana Jurusan Fisika, Fakultas IPA Institut

Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

(2)

arus atau batuan tersebut mempunyai elektron bebas sedikit bahkan tidak ada sama sekali. Tetapi karena adanya pengaruh medan listrik dari luar maka elektron-elektron dalam batuan dipaksa berpindah dan berkumpul terpisah dari intinya sehingga terjadi polarisasi.

Resistivitas berbanding terbalik dengan konduktivitas () yang ditinjau dari silinder konduktor dengan panjang L dan luas penampang A akan digambarkan berdasarkan penampang berikut seingga dapat dinyatakan dalam persamaan berikut;

Gambar 1 : Konduktor dengan panjang L dan luas penampang A

ρ=

RA

L

… … … .(

1.1 )

σ

=

1 ρ

… … … …(

1.2 )

σ

=

L

RA

=

I

A

V

L

=

j

E

… … … .

(

1.3 )

2.20

dengan : j= rapat arus (ampere/m2₎ E= medan listrik (volt/m)

σ

=

¿

konduktivitas (siemens)

ρ=¿

resistivitas (m)

Sifat fisik dari semua batuan dan mineral pada umumnya mempunyai harga resistivitas yang sangat tinggi. Hal tersebut dikarenakan nilai densitas, kecepatan gelombang dan kandungan radioaktifnya kecil pada harga susepbilitas magnetic sekitar 105_.

Konduktor adalah bahan yang harga resistivitasnya kurang dari 10-5_–103_{m. Isolator disifatkan dengan adanya ikatan} ionik sehingga elektron valensi tidak bebas bergerak. Perbedaan lain dari konduktor dan semikonduktor adalah variasinya terhadap suhu. Konduktor konduktivitasnya tinggi ketika suhu sekitar 0K, semikonduktor sebaliknya. Dalam pengelompokkannya konduktor dapat dibagi menjadi :

a. Konduktor bagus, harga resistivitasnya 10-8_{– 1 m} b. Konduktor sedang, harga resistivitasnya 1 – 107_m c. Konduktor jelek, harga resistivitasnya lebih dari 107

m

Konduktivitas dan resistivitas batuan berpori bergantung pada volume dan susunan pori-pori batuan. Konduktivitas akan semakin besar jika kandungan air dalam batuan

bertambah banyak dan resistivitas akan semakin besar jika kandungan air dalam batuan berkurang.

Menurut persamaan empiris (Archie,1942 dalam Anca,2004)

ρ

e

=

a

∅

−m

S

−n

ρ

w

… … … …

(

1.4 )

dengan :

∅

= porositas(fraksi volume pori) S = fraksi dari pori yang terisi

ρ

_w = resistivitas air n  2

m = konstanta 0.5  a  2.5, 1.3  m  2.5

II. METODOLOGI

Penelitian ini menggunakan sampel batu kapur yaitu batu kapur A(daerah Bungah,Gresik) dan batu kapur B(daerah Ujung Pangkah). Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah massa kedua sampel dalam kondisi kering dan kondisi stelah perendaman dengan air , kadar air dan resistansi.

Alat dan bahan yang diperlukan dalam penelitian kali ini adalah batu kapur, LCR meter, penjepit buaya, lempeng tembaga, timbangan digital, gelas kimia, aquades.

Prosedur yang pertama kali dilakukan mengeringkan batuan dengan menggunkan Oven selama 24 jam, membentuk kedua sampel batuan dengan bentuk yang sama, setelah itu massa kedua sampel ditimbang. Langkah kedua yaitu mengukur resistansinya menggunakan LCR meter, kemudian dicatat hasil resistansi yang didapatkan. Langkah selanjutnya kedua sampel batu kapur direndam ke dalam gelas kimia yang berisi aquades dan dibiarkan selama 6 menit, kemudian ditimbang kembali untuk mengetahui perubahan massa batu kapur tersebut. Langkah terakhir pengukuran resistansi kedua sampel dengan LCR meter dan dicatat hasilnya.

Adapun diagram alir dari percobaan ini, yaitu

Dilakukan pengolahan data Batu kapur A Batu kapur B

Dioven /dikering selama 24 jam

Ditimbang massanya

Diukur resistansinya

Direndam dengan aquades 6 menit

Ditimbang massanya

(3)

Gambar 2. Sampel batu kapur A dan B

Gambar 3. Skema Kerja

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan maka didapatkan data meliputi massa batu kapur dalam kondisi kering dan kondisi direndam dalam aquades , resistansi serta karakteristik fisik dari kedua sampel batu kapur.

Tabel 1. Data Karakteristik Tiap Sampel

Jenis

Sampel MassaAwal (gr)

Panjang

L(meter) PermukaaLuas n (m2₎

Batu

kapur A 91.94 0.03 16 x10

-4

Batu kapur B

103.13 0.03 18 x10-4

Table 2. Data hasil Pengukuran

Jenis Sampel

Massa Awal

(gr)

Resistansi

 MassaAkhir (gr)

Resistans i



Batu kapur A

91.94 55.15 96.79 45.29

Batu kapur B

103.13 69.76 110.16 28.79

Berdasarkan kedua table diatas terdapat perbedaan antara massa awal batu kapur sebelum direndam aquades dan setelah direndam dengan aquades. Selisih anatar massa awal dan massa akhir merupakan massa air yang mengisi por-pori kedua batu kapur tersebut. Dapat diketahui besarnya kadar air yang mengisi pori-pori batu kapur dengan menggunakan persamaan berikut;

kadar air batu A

=

W

air

W

batu

x

100

=

¿

4.85

91.94 x

100 =

5.27 kadar air batu B

=

W

air

W

batu

x

100 ¿

7.03

103.13 x

100 =

6.82

Sangat jelas bahwa kadar air yang mengisi pori-pori batu kapur B lebih banyak daripada batu kapur A. Dapat dikatakan bahwa porositas batuan B lebih besar dibanding dengan porositas batuan A.

Untuk mengetahui besarnya resistivitas dan konduktivitas batu kapur A dan B maka dilakukan perhitungan menggunakan persamaan 1.1 dan 1.2.

Contoh perhitungan Resistivitas batu kapur A

ρ=

RA

L

=

(

55.15 )(

16 x

10

−4

)

0.03 =

2.94 m

σ

=

1 ρ

=

1

2.94 =

0.34 S

m

Secara lengkap hasil perhitungan nilai resistivitas dan konduktivitas akan disajikan dalam table berikut;

Table 3. Data Perhitungan Resistivitas dan Konduktivitas Batu Kapur

B A

(4)

Parameter nilai resistivitas dan konduktivitas batuan ketika batuan dalam kondisi kering dan dalam kondisi setelah direndam dengan air selama 6 menit. Pada batu kapur A pada kondisi kering memiliki nilai resistivitas sebesar 2.94m namun setelah direndam dengan aquades nilai resistivitasnya menurun sebesar 2.41m, hal ini dikarenakan adanya kadar air yang mengisi pori-pori batu kapur A sebesar 5.27%.Begitu pula kapur B sebesar 6.82 . Pori-pori batuan identik dengan sifat fisik batuan yaitu porositas. Porositas semakin besar ketika pori-pori batuan semakin banyak. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin besar kadar air yang mengisi pori-pori batuan atau semakin besar porositas batuan maka nilai resistivitas semakin menurun. Dengan artian kemampuan bahan untuk menghambat arus listrik semakin kecil dikarenakan air dapat menghantarkan arus listrik,

Berbeda dengan parameter konduktivitas yang nilainya semakin naik dengan adanya kadar air yang mengisi pori-pori kedua batuan. Pada batu kapur A dalam kondisi kering memiliki nilai konduktivitas sebesar 0.34 S/m, namun setelah direndam dengan aquades nilai konduktivitas meningkat sebesar 0.41 S/m, hal ini dikarenakan adanya kadar air yang mengisi pori-pori batu kapur A sebesar 5.27%.Begitu pula pada batu kapur B yang menunjukkan perbedaan nilai konduktivitas , dalam kondisi awal atau kering konduktivitas nya sebesar 0.24 S/m, namun setelah direndam dengan aquades nilai konduktivitasnya meningkat sebesar 0.28 S/m, hal ini dikarenakan adanya kadar air yang mengisi pori-pori batu kapur B sebesar 6.82%.

Adanya air yang masuk atau mengisi pori-pori batuan dikarenakan porositas batuan yang besar, semakin besar porositas maka semakin banyak pula ruang kosong atau

pori-pori batuan dan begitu pula sebaliknya semakin kecil porositas maka adanya ruang kosong pada batuan semakin sedikit.

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa kadar air mempengaruhi sifat resistivitas dan konduktivitas batuan. Semakin besar kadar air maka resistivitas semakin kecil namun sifat konduktivitasnya semakin meningkat dan sebaliknya semakin kecil kadar air maka sifat resistivitasnya semakin besar namun sifat konduktivitasnya menurun, dapat dikatakan kemampuan batu kapur untuk menghambat arus listrik semakin besar. Dapat dibuat grafik hubungan antara kadar air dengan resistivitas dan konduktivitas seperti pada grafik di bawah ini.

0 0.02 0.04 0.06 0.08

Gambar 4. Grafik Hubungan Kadar Air dengan Resistivitas

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08

Gambar 5. Grafik Hubungan Kadar Air dengan Konduktivitas

(5)

KESIMPULAN

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut;

1. Semakin banyak kadar air maka resistivitas batuan semakin kecil dan konduktivitas batuan semakin meningkat, begitu sebaliknya semakin sedikit kadar air maka resistivitas batuan semakin besar dan konduktivitas batuan semakin kecil

2. Kualitas batu kapur daerah Bungah lebih baik daripada batu kapur daerah Ujung Pangkah, Gresik.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada dosen Fisika Batuan yaitu bapak Dwa Desa Warnana yang telah memberikan materi kuliah Fisika Batuan sehingga dapat mendukung dalam melakukan percobaan ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Agus Setyawan, Wahyudi, Hapsari.2005.Estimasi pola penyebaran Resistivitas Bawah Permukaan dengan Metode CSAMT.Jurusan Fisika FMIPA UNDIP dan UGM.Jurnal Nasional

[2] Arsyad, Muhammad. 2000. Pengetahuan Tentang Bumi. Makassar Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Makassar

[3] Bowles, J. E., Hainim, J. K. 1984. Sifat-Sifat Fisis Dan Geoteknis Tanah. Penerbit Jakarta: Erlangga.

[4] Kurniawan, Rachman. 2001.Workshop Geofisika Eksplorasi Tingkat Dasar. Makassar Universitas Hasanuddin

[5] L. H., Shirley. 1987. Geoteknik dan Mekanika Tanah. Bandung: Nova. [6] Prasetya, Novan Anca. 2004. Pengukuran Resistivitas Untuk Evaluasi

Kepadatan Kering Maksimum Hasil Pemadatan Tanah Pasir, Tugas akhir ITS, Surabaya.