## Journal of Science and Engineering
Full Paper

## Korelasi  Kadar  Air  Tanah  dan  Nilai  Geo- Resistivitas Metode Geolistrik
Antarissubhi 1 , Alfi Tranggono Agus Salim 1 , Jeremias Leda 2 , Ichsan Rauf 3 1 Jurusan Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah, Makassar Indonesia
2 Jurusan Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Atma Jaya, Makassar Indonesia
3 Jurusan Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Khairun, Ternate Indonesia
*Corresponding author, Antarissubhi@unismuh.ac.id Graphical Abstract

## Abstract
Air tanah adalah air yang bergerak di dalam bumi menempati ruang butir atau ruang pori. Identifikasi untuk mengetahui keberadaan lapisan penahan air pada kedalaman  tertentu,  dapat  menggunakan  metode  geofisika  yaitu  metode geolistrik resistivitas dengan konfigurasi Wenner. Prinsip metode resistivitas adalah mengalirkan arus listrik ke dalam bumi dengan cara mengkontakkan dua elektroda arus, kemudian mengukur distribusi potensial yang dihasilkan. Untuk analisis kelengkapan 1D digunakan sounding data geolistrik dengan software IP2Win  dan  MATLAB  untuk  visualisasi  data.  Pembacaan  resistivitas  di lapangan dan kondisi eksisting di lapangan akan divalidasi menggunakan indeks uji laboratorium. Parameter yang dibutuhkan adalah nilai kadar air dan berat jenis, serta klasifikasi tanah berdasarkan distribusi ukuran butir. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kadar air menurun sedangkan nilai resistivitas meningkat pada setiap lapisan dengan nilai kadar air terendah berkisar 41% - 72% dan nilai hambatan sekitar 16,4 m - 552 m.
Keywords: Air Tanah, Metode Geolistrik, Konfigurasi Wenner.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License

## 1.  PENDAHULUAN
Penelitian permukaan bumi bagian lapisan atas dan lapisan  bawah guna keperluan investigasi sumber daya alam, dapat membantu dalam pengembangan ilmu kebumian seperti ilmu geoteknik, geofisika dan ilmu- ilmu yang berhubungan bumi lainnya seperti geodesi, geografi, geomorpologi dan lain-lain. Ilmu geoteknik bertujuan untuk mempelajari sifat lapisan bumi bagian atas. Peninjauan dengan cara eksplorasi geofisika pada dasarnya adalah mengkaji gejala-gejala gangguan yang terjadi pada keadaan normal. Untuk mengatasi akibat negatif yang bisa terjadi, maka penyidikan dan pemantauan bawah lapisan bumi secara berkelanjutan dalam waktu panjang perlu dilakukan [1]. Untuk mengetahui lebih awal adanya perubahan penyimpangan sehingga akibat  yang  lebih  besar  bisa  diantisipasi  atau  diminimalisasi  dan  peran  geofisika  cukup  penting.  Semakin banyak  kegagalan  pondasi  sering  dikaitkan  dengan  sejumlah  faktor  seperti  kurang  lengkapnya    informasi tentang tanah dan  batuan geologi di bawah pemukaan lokasi pembangunan infrastruktur  [2]. Khususnya eksplorasi  pada  padat  bangunan  atau  daerah  yang  luas  infrastruktur  dan  berdinamika  tinggi.  Selain  itu, metode geolistrik dan  pengeboran merupakan metode-metode non destruktif yang dapat digunakan untuk memetakan serta menginvestigasi keadaan, jenis dan desain perlapisan tanah bawah permukaan [3]. Adapun keperluan untuk mempelajari material dekat permukaan yang bersifat beraneka ragam adalah karena memiliki implikasi pada eksplorasi sumber daya alam yang letaknya tidak jauh dari permukaan, peningkatan kualitas kontrol bangunan infrastruktur dan lingkungan [4].
Prainvestigasi  merupakan  salah  satu  komponen  penting  dalam  rancang  bangun  infrastruktur  bawah permukaan.  Pembangunan  infrastruktur  permukaan  berasosiasi  dengan  resiko,  karena  pengetahuan  secara visual kondisi tanah terbatas. Metode geolistrik menjadi salah satu alat atau sarana untuk memprediksi kondisi tanah permukaan [5].
Penyelidikan tanah bertujuan untuk memperoleh data-data tanah yang diperlukan untuk perencanaan pondasi.  Pondasi  merupakan  bangunan  yang  berada  di  dalam  tanah  sering  disebut sub structure ,  sehingga
penyelidikan  tanah  sangat  penting  dilakukan.  Tanah  merupakan  elemen  struktural  dan  fungsional  dari ekosistem terestrial (berbasis darat). Tanah terbentuk oleh berbagai proses geologi melalui interaksi faktor geologi  dan  iklim.  Proses  pembentukan  tanah  sangat  lambat.  Biasanya  dibutuhkan  ribuan  tahun  untuk membentuk  tanah  dengan  lapisan  tipis.  Tanah  adalah  sumber  kehidupan  yang  fundamental  bagi  semua makhluk hidup. Tanah memiliki banyak sifat fisik dan kimia yang memberikan pengaruh besar pada distribusi dan pengembangan vegetasi dan kehidupan [6].
Pemantauan  yang  tidak  dilakukan  secara  kontinyu  memungkinkan  terjadi  kerusakan  bangunan  yang lebih  cepat.  Seperti  terjadinya  amblasan,  kemiringan  dan  runtuhnya  bangunan  yang  akan  menimbulkan korban jiwa maupun harta yang tidak sedikit [7]. Dengan demikian dalam interpretasi hasil pengukurannya perlu data-data pendukung, selain itu metode analisisnya merupakan metode inversi. Bahkan untuk meneliti satu objek biasanya digunakan lebih dari satu metode, hasil pengukurannya kemudian dikorelasikan untuk mengetahui bagian-bagian yang berkaitan untuk memvalidasi hasil pengukuran tersebut [8].
Beberapa  tanah  mengandung  partikel  berukuran  besar  yang  tidak  dapat  dikurangi  secara  signifikan. Partikel yang lebih besar dari 2 mm dikenal sebagai batu kerikil (2-4 mm), kerikil (4-76 mm), batu bulat (76- 250 mm), batu (250-600 mm), dan yang lebih besar (> 600 mm) sebagai batu besar [9].
Besaran  resistivitas  tanah  secara  teoritis  dapat  diperoleh  dengan  menerapkan  pendekatan  homogen isotropik  dan  teori  medan  ekipotensial.  Penerapan  Hukum  Ohm  pada  medium  yang  bersifat    homogen isotropik,  akan  menghasilkan  medan  ekipotensial  yang  berbentuk  bola.  Pada  metode  geolistrik  rotasi  dan revolusi  bumi  diabaikan,  maka  persamaan  Laplace  akan  berbentuk  simetri  bola,  sehingga  potensial  yang dihasilkan  hanya  bergantung  pada  jarak (jarak  sumber  arus ke  titik pengamatan).  Pada metode  geolistrik, pengukuran  dilakukan  dipermukaan  bumi, maka  medium  ekipotensial  yang  dihasilkan  berbentuk  setengah bola. Penyelesaian persamaan Laplace dan menerapkannya pada Hukum Ohm akan diperoleh solusi sebagai berikut.
𝑉(𝑟) = 𝜌𝐼 2𝜋𝑟 (1)
Dimana  :  V(r)  =  potensial  (volt),  =  resistivitas  (Ωm),  I  =  arus  listrik  (ampere)  dan  r  =  jarak  (m).  Pada pengukuran listrik yang diukur adalah beda potensial, dengan demikian untuk dua titik yang berjarak r beda potensialnya diperoleh sebagai berikut [10].
∆𝑉 = 𝜌𝐼 2𝜋𝑟 (2)
Dalam perkembangannya, parameter faktor resistivitas formasi ditentukan oleh faktor sementasi formasi tanah.  Faktor  ini  merupakan  suatu  konstanta  yang  bergantung  pada  jenis  tanah,  bentuk  pori,  macam sambungan pori, jenis porositas dan distribusinya serta kemamfaatannya. Sehingga faktor resistivitas formasi dapat ditulis sebagai :
𝐹 = 𝑎 𝑓 ∅ −𝑚 (3)
Dengan 𝑎 𝑓 menyatakan  faktor  elastisitas  pada pori  formasi, ∅ adalah porositas  dan  m  adalah  faktor sementasi [11]..

## 2.  METODE PENELITIAN
Penelitian  deteksi  air  tanah  dilaksanakan  di daerah  sekitar  Fakultas  Teknik,  Universitas  Hasanuddin, Sulawesi  Selatan.  Penelitian  ini  merupakan  penelitian  eksperimental  dimana  alat  yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah geolistrik resistivitymeter, Global Postioning System (GPS) dan peralatan yang di gunakan untuk pengolahan data yaitu Software Matlab. Metode yang di gunakan dalam penelitian ini yaitu metode geolistrik atau resistivitas
Dengan menggunakan konfigurasi wenner, hasil yang relevan antara pembacaan resistivitas di lapangan dan  keadaan  eksisting  di  lapangan  maka  pembacaan  resistivitas  akan  divalidasi  menggunakan  indeks  uji laboratorium. Parameter yang dibutuhkan ialah nilai kadar air dan berat isi, serta klasifikasi tanah berdasarkan gradasi butir.
a) Konfigurasi Wenner.
Metode geolistrik tahanan jenis yang di gunakan untuk mengetahui sifat resistivitas tanah permukaan bumi dengan  mengetahui  sifat  aliran  listrik  di  dalam  bumi  dan  bagaimana  cara  mendeteksinya.  Dalam  hal  ini pengukuran  yang  dilakukan  meliputi  potensial  listrik,  arus  yang  di  injeksikan.  Ada  dua  jenis  pengukuran yakni  mapping  dan  sounding.  Pada  mapping  pengukurannya  bersifat  kwalitatif  sedangkan  pada  sounding lebih bersifat kwantitatif [12].
Letak kedua elektroda potensial dapat diletakkan di sembarang tempat dipermukaan bumi, tetapi untuk mempermudah  pekerjaan  dan  pelaksanaan  analisis  data  serta  interpretasinya,  elektroda-elektroda  tersebut diletakkan menurut aturan tertentu.

## Gambar 2. Susunan elektroda potensial dan elektroda arus [10].
Aturan  elektroda  Wenner  banyak  berkembang  di  Amerika.  Konfigurasi  ini  dapat  dipakai  baik  pada metode resistivitas mapping maupun metode resistivitas sounding. Pada konfigurasi Wenner, elektroda arus dan elektroda potensial diletakan pada jarak yang sama yakni r 1 =r 4 = a dan r 3 =r 2 = 2a. Resistivitas semu untuk setiap posisi elektroda masing-masing diberikan diperoleh :
𝜌 𝑎 = 2𝜋𝑎 ∇𝑉 𝐼 (5)
Metode  hambatan  jenis  menghasilkan  model  resistivitas  pelapisan  tanah  yang  berkaitan  dengan  sifat konduktivitasnya  secara  vertikal.  Metode  ini  akan  memberikan  informasi  maksimal  yang  diperlukan  pada daerah yang disurvei [13]. Posisi ke dalaman dan ketebalan tanah dasar akan memberi informasi-informasi penting untuk banyak aplikasi lainnya seperti nikel, batubara, eksplorasi laterit, pertanian dan lingkungan, penentuan  ketersediaan  air  tanah,  penentuan  posisi  air  tanah  dangkal  dan  perkiraan  potensi  produksi pertanian [14]. Pengukuran langsung ke dalaman tanah atau lapisan tanah dengan pengamatan langsung dengan cara logging masih terlalu mahal terutama bila digunakan untuk daerah yang luas dan cukup beresiko bila diaplikasikan di wilayah yang padat bangunan atau padat penduduk. [15].
b) Metode pengeboran
Pengeboran  yang  dilakukan  adalah  sebanyak  4  (empat)  titik  dengan  ke  dalaman  masing-masing  titik sesuai dengan kebutuhan yang diinginkan. Pelaksanaan pekerjaan boring secara ringkas,
 Mesin  bor  diletakkan  di  atas  lantai  dek kerja, pada posisi  titik bor  yang  telah  ditetapkan  sebelumnya. Kemudian  pada  keempat  sisinya  diikat  kawat  ke  balok-balok  dek  kerja,  hal  ini  dimaksudkan  bilamana tabung penginti (core barrel) menekan lapisan tanah batuan yang keras, mesin bor tidak terangkat. Selain itu juga dipasang tripod/menara yang dilengkapi dengan kerek dengan kerek diujung atasnya.
 Pengeboran dilakukan dengan mesin bor tipe hydraulic drilling dengan kapasitas drilling 100 meter.
 Pengeboran dilakukan dengan core barrel single dan double , diameter 89 mm dan 73 mm untuk penginti. Pemboran dilakukan dengan sistem kering sehingga core yang didapat dalam kondisi baik. Kegiatan penelitian secara detail tampak pada diagram alir berikut :

## Gambar 3. Diagram Alir Penelitian .

## 3. HASIL DAN PEMBASAHAN
Pengeboran  yang  telah  di  lakukan  pada  empat  titik  yaitu  BH-01,  BH-02,  BH-03  dan  BH-04  untuk mengambil hasil bor tanah dan telah ditest di laboratorium sebagaimana pada tabel berikut:
Tabel 1. Profil Lapisan Tanah Berdasarkan Nilai Resistivitas
Bore Hole Depth (m) ρ (Ohm-m) Water Content (%) Min Max Min Max BH-01 1.25 1.7 356 552 43 3.55 4 229 356 59.7 8.55 9 39.6 61.4 67.4 BH-02 1.55 2 356 552 66.3 4.55 5 147 229 71.2 6 6.5 61.4 95.3 58.1 11.5 12 10.6 16.4 70.6 BH-03 1 1.45 356 552 41 3 3.5 229 356 72.7 6 6.45 61.4 95.3 51.2 8.5 9 16.4 25.5 60.4 BH-04 1.55 2 95.3 147 41 3 3.45 61.4 95.3 58.6 4.55 5 25.5 39.6 41 6 6.5 16.4 25.5
70.3
Gambar 4. Foto hasil bor pada lokasi BH-01
Gambar 5. Foto hasil bor pada lokasi BH-02
Gambar 6. Foto hasil bor pada lokasi BH-03
Gambar 7. Foto hasil bor pada lokasi BH-04
Gambar 8a. Korelasi kadar air tanah dan nilai resistivitas pada lokasi BH-01
Gambar 8b. Korelasi kadar air tanah dan nilai resistivitas pada lokasi BH-02
Gambar 8c. Korelasi kadar air tanah dan nilai resistivitas pada lokasi BH-03
Gambar 8d. Korelasi kadar air tanah dan nilai resistivitas pada lokasi BH-04
Pada gambar 8a terlihat  nilai  korelasi  water content menurun sedangkan nilai resistivity range semakin meningkat pada setiap layer. Pada gambar 8b nilai water content bervariasi naik turun antara 58,1 - 71,2% terhadap nilai resistensi pada rentang 16,4 Ωm sampai 552 Ωm, begitu juga gambar 8c nilai water content bervariasi naik turun antara 41% - 72% terhadap nilai resistensi antara 25.5 Ωm - 552 Ωm. Sedangkan pada gambar 8d nilai water content bervariasi naik turun antara 41% - 70,3% terhadap nilai resistensi antara 25.5 Ωm - 147 Ωm

## 4. KESIMPULAN
Nilai  korelasi  kadar air tanah bervariasi terhadap nilai resistivitas sebagaimana ditunjukan pada gambar 8a - 8d. Hal ini dipengaruhi oleh kandungan material dan jenis tanah pada lokasi pengukuran. Variasi kadar air tanah pada lokasi penelitian ini terletak antara 41% - 72% sedangan variasi nilai resistivitas antara 16.4 Ωm - 552 Ωm.

## REFERENSI
[1]  Fahad  Irfan  Siddiqui  and  Syed  Baharom  Azhar  Bin  Syed  Osman,  2012.  Integrating  Geo-Electrical  and Geotechnical Data for Soil Characterization. International Journal of Applied Physics and  Mathematics, Vol. 2, No. 2.
[2]  Fatoba. J.O, Alo J.O and Fakeye A.A, 2010. Geoelectric Imaging for Foundation Failure Investigation at Olabisi Onanbajo  University  (O.O.U)  Minicampus,  Ago  Iwoye,  South  Western  Nigeria,  Journal  of  Applied  Science Research, 6(12): 2192-2198
[3]  Carcione J. M and Ursin. B, 2007. Seismic Velocity / Eletrical Conductivity Relation, International Workshop Innovation in EM, Grav and Mag. Methods New Prospective for exploration Capri Italy  April 15-18
[4]  Lateef. T.A and Adegoke. J.A, 2011, Geophysical investigation of   Foundation Condition of a Site in Ikere - Ekiti State Nigeria. Australia Journal of Basic and applied Sciences  5(9): 1852-1857
[5]  Berit E.Danielson, 2011. The Applicability of Geoelectrical Methods in Pre-Investigation for construction in rock. Doctoral Thesis Engineering Geology Lund University Sweden
[6]  Balasubramanian A, 2017. Characteristics of Soil Profile. Centre for Advance Studies in Earth Science, University of Mysore, Mysore
[7]  Egwuonwu, G.N and Sule. P.O 2012. Geophysical  Investigation Faillure of Learning Superstructur in Zaria Area, Northern Nigeria. Research Journal in Engineering and Applied Sciences 1(2) : 110-116
[8]  Egbai, J.C.  2011. A Combination of  Electrical Resistivity and Seismic Refraction  Surveys for Ground  Water Exploration in Basement Region of Ifon, Ondo State, Nigeria. Australian Journal of Basic and  Applied Sciences, 5(5): 1007-1016
[9]  Phogat V.K, V.S. Tomar and Rita Dahiya, 2016. Soil Physical Properties. Haryana Agricultural University, Hisar, Haryana 125004, India
[10]  Telford,  W.  M,  Geldart,  L.P  and  Sheriff,  R.E,  1990.  APPLIED  GEOPHYSIC  Second  Edition.  Cambridge University press New York. USA
[11]  Zakir. H and Alan. J.C, 2012. Relationship Among Porosity, Permeability, Electrical and Elastic Properties. RSI, 2600 South Gessner Road, Houston, TX 77063, USA.
[12]  Philip. K, Michael. B and Ian H, 2002. An Introduction to Geophysical   Exploaration Third Edition. Blackwell Science Paris France : 184-195
[13]  Abdulrahman A.S, 2008. Integration of Surface Seismic Data with Geo-electric Data, Earth Sciences Department King Fahd Univesity of Petroleum & Minerals. SAUDI ARABIA  s234817 @kfupm.edu.sa
[14]  Coulouma. G and Ursin. B, 2011. Combining Seismic and Electrical Methods for Predicting Bedrock Depth Along Mediterranean Soil Toposequence, American Journal Experts Editorial Certification (AJE) Geoderma 170(2): 39- 47
[15]  Max  A.  Meju,  Luis  A.  Gallardo  and  Adel  K.  Mohamed,  2003.  Evidence  Correlation  Of  Electrical  Resistivity Andseismic Velocity In Heterogenius Near Surface Material. Geophysical Research Letter vol. 30 no.7