Jurnal Geosaintek Vol 10. No. 1. Tahun 2024. 22-29. p-ISSN : 2460-9072, e-ISSN : 2502-3659
Artikel Diulas : 24-11-2023

## IDENTIFIKASI KEMENERUSAN PIPA AIR BAWAH PERMUKAAN MENGGUNAKAN METODE GROUND PENETRATING RADAR (GPR)
Wien Lestari 1 , Afni Nur Jannah 1 , Ahmad Faqih 1 , Mesya Sabhna Adma Dita 1 , Daniel Juliandro 1 , Helda Kusuma Rahayu 1
1 Departemen Teknik Geofisika, Fakultas Teknik Sipil Perencanaan dan Kebumian, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya e-mail : afninurj02@gmail.com
Abstrak. Metode  Ground  Penetrating  Radar  (GPR)  merupakan  metode  geofisika  non  destruktif  yang menghasilkan resolusi tinggi terhadap kontras dielektrik bawah permukaan. Dengan menggunakan metode GPR,  penelitian  ini  dilakukan  untuk  mengidentifikasi  kemenerusan  pipa  air  dan  kepadatan  lapisan  pada daerah “AYE”. Frekuensi alat yang digunakan dalam pengambilan data adalah 270 MHz dengan jumlah lintasan  sebanyak  dua  lintasan  dan  panjang  tiap  lintasan  20  m.  Pengolahan  dilakukan  dengan  program MATGPR dalam software Matlab 2015a. Tahap yang dilakukan dalam pengolahan antara lain input data, adjust signal position, remove DC component, dewow filter, median filter, inverse amplitude decay, removal global background, karhunen-loeve filter, bandpass filter, resample scan axis, 1-D velocity model, phase- shifting  migration,  1D  time  to  depth  conversion, dan picking  anomaly .  Hasil  pengolahan  diperoleh penampang radargram dengan kedalaman ±7 meter. Dalam penampang radargram tersebut, diketahui dua anomali hiperbola yang sama diduga sebagai kemenerusan pipa air dengan bahan PVC pada meter 11.1 dan 18.1  dengan  kedalaman  0,3  meter  pada  lintasan  1,  dan  ditemukan  pada  meter  10.7  dan  18.3  dengan kedalaman 0.9 meter pada lintasan 2. Anomali yang diduga pipa tersebut memiliki rentang kecepatan 0.0171 m/ns hingga 0.138 m/ns. Lapisan yang padat diindikasikan berada di kedalaman >4 meter yang ditunjukkan oleh reflektor dengan horizon yang kurang tajam, sedangkan lapisan bagian atas yang kurang padat diduga sebagai lapisan timbunan.
Kata Kunci: GPR; Kemenerusan Pipa; Kontras Dielektrik
Abstract . Ground Penetrating Radar (GPR) method is a non destructive geophysical method that produces high resolution of subsurface dielectric contrast. Using the GPR method, this research was conducted to identify the continuity of water pipes and layer density in the "AYE" area. The frequency of the tool used in data collection is 270 MHz with a total of two passes and a length of 20 m for each pass. Processing is done with the MATGPR program in Matlab 2015a software. The stages carried out in the processing include data input, adjust signal position, remove DC component, dewow filter, median filter, inverse amplitude decay, removal global background, karhunen-loeve filter, bandpass filter, resample scan axis, 1D velocity model, phase-shifting migration, 1D time to depth conversion, and anomaly picking. The processing results obtained a radargram cross section with a depth of ±7 meters. In the radargram cross section, the same two hyperbola anomalies are suspected to be the continuation of a water pipe with PVC material at meters 11.1 and 18.1 with a depth of 0.3 meters on track 1, and found at meters 10.7 and 18.3 with a depth of 0.9 meters on track 2.  The  suspected  pipe  anomaly  has  a  velocity  range  of  0.0171  m/ns  to  0.138  m/ns.    The  dense  layer  is indicated to be at a depth of >4 meters as indicated by the reflector with a less sharp horizon, while the less dense upper layer is suspected to be the fill layer.
Keywords: GPR; Pipe Continuation; Dieletric Contrast
Artikel Diterima : 05-04-2024

## PENDAHULUAN
Salah  satu  metode  geofisika  non  destruktif  yang  sering  digunakan  adalah  metode  GPR  atau Ground Penetrating Radar. Metode GPR menghasilkan resolusi yang tinggi dan cukup baik terhadap kontras dielektrik material bawah permukaan. Kedalaman GPR bergantung pada frekuensi dari antena GPR, efisiensi dari radiasi antena,  dan  sifat-sifat  kelistrikan  dari  lapisan  batuan  bawah  permukaan  (Benson  &  Glaccum,  1979).  Studi kasus menyatakan bahwa kedalaman penetrasi GPR dengan antena berfrekuensi 80 MHz hanya mencapai 20- 70 kaki di bawah permukaan (Beres dan Haeni, 1991). Besarnya atenuasi akan membuat kedalaman penetrasi semakin dangkal (Putranto & Iskandarsyah, 2021).
Pada  daerah  “AYE”  terdapat  kemenerusan  pipa  air  yang  menjalar  di  bawah  permukaan.  Berdasarkan penelitian  yang  dilakukan  oleh  Arief  &  Sumargana  tahun  2021,  metode  GPR  dapat  digunakan  untuk mengidentifikasi objek bawah permukaan seperti pipa besi, pipa air, kabel serat optik, dan kabel listrik. Selain itu, analisis mengenai lapisan tanah yang berada di bawah permukaan dapat dilakukan dengan menggunakan metode GPR seperti yang telah dilakukan (Fiqriawan, 2023; Adsura, 2021; Mariyanto, 2023). Dalam penelitian sebelumnya, utilitas berupa pipa berbahan PVC bisa memiliki kecepatan 0.01 - 0.03 m/ns ketika di berada di lapisan clay (Mohd Kamal et al., 2020). Dari penelitian-penelitian tersebut, metode GPR terbukti mampu untuk digunakan dalam mengidentifikasi utilitas. Oleh karena itu, pada penelitian ini digunakan metode GPR untuk mengidentifikasi kemenerusan pipa air dan kepadatan lapisan pada daerah “AYE”.

## Metode GPR
Ground  Penetrating  Radar  (GPR)  merupakan  metode  geofisika  untuk  identifikasi  bawah  permukaan dangkal dengan prinsip penjalaran gelombang elektromagnetik. Frekuensi metode GPR antara 10 – 1000  MHz (Syukri, 2020).  Prinsip kerja GPR adalah memanfaatkan gelombang elektromagnetik yang dikirimkan oleh antena transmitter kemudian dipantulkan ke bawah permukaan hingga mengenai objek tertentu. Gelombang hasil  pemantulan  akan  dihamburkan  oleh  struktur  permukaan  dan  anomali  bawah  permukaan  lalu  diterima oleh antena receiver dalam bentuk radargram (Azizah, 2016).
Penetrasi  kedalaman  yang  dapat  dicapai  oleh  gelombang  radar  sangat  bergantung  pada  besar  kecilnya frekuensi  yang  digunakan.  Selain  itu,  penetrasi  juga  dipengaruhi  oleh  konduktivitas  dari  material,  karena konduktivitas  material  yang  tinggi  dapat  menyebabkan  penetrasi lebih dangkal.  Hal itu  dikarenakan terjadi absorbsi oleh lapisan-lapisan yang konduktif (Musset and Khan, 1993). Frekuensi gelombang radar juga akan berpengaruh  pada  resolusi yang  dihasilkan.  Untuk  menghasilkan  resolusi  yang  baik  maka  harus  digunakan frekuensi yang tinggi (Putranto & Iskandarsyah, 2021).
Kecepatan  gelombang  elektromagnetik  bawah  permukaan  tergantung  pada  frekuensi,  konduktivitas listrik, konstanta dielektrik dan permeabilitas magnet, yang diturunkan melalui persamaan sebagai berikut :
𝑉 𝑚 = 𝜔 𝛽 = 𝑐 √ 𝜀𝑟𝜇𝑟 2 √1+𝑡𝑎𝑛 2 𝐷+1 (𝑚/𝑛𝑠) (1)
dengan  c  adalah  kecepatan  cahaya  di  udara, 𝜀 𝑟 adalah  konstanta  dielectrik  relatif, 𝜇 𝑟 adalah  permeabilitas magnetik relatif, dan 𝑡𝑎𝑛 2 adalah loss factor .
𝑡𝑎𝑛 2 𝐷 = 𝜎 𝜀𝜔 (2)
Medium  bawah  permukaan  memiliki  sifat  kemagnetan  yang  sedikit  ( 𝜇 𝑟 = 1 )  dan  merupakan  material dengan  konduktivitas  yang  kecil  ( 𝜎 = 0 ),  maka  persamaan  kecepatan  gelombang  dapat  dituliskan  sebagai berikut :
𝑉 𝑚 = 𝑐 √𝜀 𝑟 = 0,3 √𝜀 𝑟 (3)
Atenuasi adalah pelemahan sinyal akibat pengaruh jarak yang ditempuh oleh sinyal semakin menjauh. Faktor  terjadinya  atenuasi  adalah    sifat  konstanta  dielektrik  material  bumi,  konduktivitas,  permeabilitas magnet, dan skin depth (Reynolds, 1997).

## METODOLOGI
Data GPR yang digunakan pada penelitian ini adalah sebanyak dua lintasan, JB24 dengan panjang lintasan 19.26 m dan JB25 dengan panjang lintasan 19.1 m.
Gambar 1. Desain Akuisisi Penelitian
Pengolahan data berupa .dzt dilakukan menggunakan program MATGPR pada software Matlab 2015a. Parameter median yang digunakan pada data JB24 adalah 1x5, eigen factor 2, dan bandpass agar anomali yang ditargetkan  dapat  terlihat  lebih  jelas,  serta resample  scan untuk  memperjelas  penampang.  Sementara  itu, parameter  median  yang  digunakan  data  pada  data  JB25  adalah  1x5,  eigenfactor  10,  tanpa bandpass dan resample scan karena anomali sudah terlihat.

## Gambar 2. Flowchart Pengolahan Data
Pengolahan  data  GPR  dilakukan  untuk  menghasilkan  penampang  GPR  yang  baik  agar  dapat diinterpretasi struktur lapisan penelitian. Tahapan pengolahan data GPR yang ditunjukkan Gambar 1 adalah sebagai berikut.
Artikel Diterima : 05-04-2024
1. Input Data , merupakan proses memasukkan raw data hasil perekaman akuisisi GPR.
2. Adjust  Signal  Position, merupakan  proses  pengembalian  sinyal  pada  posisi  sebenarnya  dengan menghilangkan  jeda  sinyal  saat  akuisisi  data  sebelum  alat  menyentuh  permukaan  (Elfaraby Syaifudin, 2017).
3. Remove  DC  Component, merupakan  tahapan  untuk  menghilangkan  pengaruh  komponen  DC  yang dapat menimbulkan distorsi pada gelombang (Pramudhita et al., 2021).
4. Dewow Filter , merupakan salah satu langkah processing untuk menghilangkan frekuensi rendah yang terekam oleh radargram (Pramudhita et al., 2021).
5. Median Filter atau filter mean, berfungsi untuk menghilangkan noise dengan frekuensi tinggi dan tidak beraturan (Elfaraby  Syaifudin, 2017).
6. Inverse  Amplitude  Decay ,  berfungsi  untuk  menguatkan  amplitudo  yang  sebelumnya  hilang  hingga seolah-olah setiap titik memiliki energi yang sama (Elfaraby  Syaifudin, 2017).
7. Removal  Global  Background ,  bertujuan  menghilangkan  noise  yang  muncul  di  profil  sehingga menutupi sinyal yang awalnya berarah mendatar (Elfaraby  Syaifudin, 2017).
8. Karhunen-Loeve Filter dengan vektor eigen untuk memperkuat koherensi lateral.
9. Bandpass Filter, berfungsi sebagai filter untuk menghilangkan noise dengan batas frekuensi tertentu (Elfaraby  Syaifudin, 2017).
10. Resample Scan Axis berfungsi untuk memperdetail penampang.
11. 1D  Velocity  Model, proses  menentukan  cepat  rambat  gelombang  elektromagnetik  pada  material permukaan bawah tanah, kemudian mengubah travel time menjadi kedalaman penetrasi.
12. Filter 1-D Phase-Shifting Migration, merupakan prosedur mengubah permukaan yang telah terekam oleh  data  GPR  dengan  lokasi  Heterogenesis  bawah  permukaan  agar  data  kembali  ke  posisi  yang sebenarnya.
13. 1D  Time  to  Depth  Conversion, merupakan  konversi  data  GPR  dari  domain  waktu  ke  domain kedalaman.
14. Picking  Anomaly, merupakan  proses  penentuan  anomali  yang  menjadi  target  sehingga  diketahui kedalaman serta kecepatan anomali tersebut.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengukuran data GPR dengan frekuensi 270 MHz mendapatkan hasil berupa radargram yang ditunjukkan pada Gambar 2 dan Gambar 4. Radargram tersebut menunjukkan adanya variasi jenis tanah atau anomali yang disebabkan oleh sinyal antena transmitter . Radargram hasil pengukuran ini diolah menggunakan MATGPR untuk menghasilkan penampang 2D yang digunakan dalam interpretasi kemenerusan pipa bawah permukaan dan kepadatan lapisan pada daerah penelitian.

## Lintasan 1
Profil radagram lintasan 1 yang disajikan pada Gambar 2 merupakan raw data hasil pengukuran GPR. Data yang diukur memiliki panjang lintasan sebesar 20 meter dan penetrasi gelombang elektromagnetik ±7 meter.  Kemudian,  dilakukan  pengolahan  dengan  beberapa  filter  dan  dikonversikan  dari  waktu  menjadi kedalaman yang ditunjukkan pada Gambar 3.
Berdasarkan Gambar 3 yaitu time depth conversion dan kecepatan tersebut didapatkan kedalaman dan pengindikasian  material  penyusunnya.  Anomali  dengan  kecepatan  0.13  m/ns  dan  0.138  m/ns  diindikasikan sebagai  pipa  yang  memiliki  bahan  PVC  yang  ditemukan  pada  jarak  11.1  meter  dan  18.1  meter  serta  di kedalaman sekitar 0.9 meter. Anomali lain yang diidentifikasi dengan kecepatan 0.091 m/ns dan dan 0.095 m/ns diindikasikan sebagai concrete wet yang ditemukan hingga pada kedalaman 1.13 meter. Selain itu, juga terdapat anomali dengan kecepatan 0.103 m/ns diindikasikan sebagai rongga pada soil dimana lapisan soil ini merupakan timbunan dengan sifat less dense yang ditemukan di kedalaman 0.298 dan 0.776 m.
Artikel Diterima : 05-04-2024
Gambar 3. Hasil Raw Data Pengukuran GPR pada Lintasan 1
Gambar 4. Hasil Pengolahan pada Lintasan 1
Tabel 1. Anomali pada Lintasan 1

## Lintasan 2
Pada Gambar 4, disajikan raw data hasil pengukuran GPR pada lintasan 2 sebelum dilakukan pengolahan. Seperti dengan lintasan 1, data yang diukur memiliki panjang lintasan 20 meter dengan penetrasi kedalaman ±7 meter. Setelah dilakukan beberapa pengolahan, penghilangan noise pada proses removal background , dan konversi waktu menjadi kedalaman, didapatkan hasil berupa penampang yang dapat dilihat pada Gambar 5.
Berdasarkan hasil pengolahan (Gambar 5),  diketahui bahwa anomali pada meter ke-10.7 dan meter ke- 18.3 masing-masing berada pada kedalaman 1.09 m dan 0.912 m. Anomali tersebut berada di panjang lintasan yang sama dengan anomali yang terdapat di lintasan 1 sehingga diduga merupakan kemenerusan berupa pipa dengan bahan PVC seperti pada lintasan 1. Hal ini diperkuat dengan nilai kecepatannya yaitu 0.0171 m/ns dan 0.0236 m/ns. Meskipun nilai kecepatan PVC pada lintasan 1 lebih besar, ini dapat disebabkan oleh perbedaan jenis  atau  keadaan  kering  dan  basah  lapisan.  Perbedaan  kedalaman  antara  anomali  hiperbola  yang diindikasikan  sebagai  PVC  pada  lintasan  1  dan  lintasan  2  diduga  akibat  adanya  pelemahan  reflektor  pada lintasan 2 karena dianggap noise.
Jenis Anomali Jarak ke- (meter) Kedalaman (meter) Velocity (m/ns) Concrete wet 1.87 1.13 0.091 16.6 0.442 0.095 Rongga 8.97 0.298 0.103 13.4 0.776 0.103 Pipa PVC 11.1 0.298 0.13 18.1 0.9 0.138
Selain  anomali  pipa  PVC,  terdapat  juga  anomali  berbentuk  hiperbola  pada  meter  ke-4.66  dengan kedalaman 0.451 m dan nilai kecepatan 0.0745 m/ns. Anomali tersebut diduga sebagai utilitas lain yaitu kabel listrik.
Gambar 5. Hasil Raw Data Pengukuran GPR pada Lintasan 2
Gambar 6. Hasil Pengolahan pada Lintasan 2
Tabel 2. Anomali pada Lintasan 2

## Analisis Kepadatan Lapisan
Garis merah pada Gambar 6 menunjukkan interpretasi batas perbedaan kepadatan lapisan batuan yang didasari atas perbedaan karakteristik reflektor pada data GPR.
Rentang kedalaman 0 - 4 meter pada lintasan 1 dan 0 - 5 meter pada lintasan 2 memiliki reflektor dengan horizon tajam, sedangkan rentang kedalaman di bawah batas garis merah memiliki reflektor dengan horizon yang  kurang  tajam.  Reflektor  dengan  horizon  yang  kurang  tajam  yang  berada  di  bawah  batas  garis  merah menunjukkan lapisan yang lebih padat dibandingkan lapisan yang berada di atas batas garis merah. Pemadatan ini dapat dipengaruhi oleh pembebanan oleh pipa-pipa yang berada di atasnya sehingga butiran-butiran pada lapisan tersebut terkompaksi dan batuannya menjadi lebih padat, sedangkan lapisan bagian atas yang kurang padat diduga sebagai lapisan timbunan.
Adanya  perbedaan  reflektor  terjadi  akibat  pengurangan  energi  yang  dialami  oleh  gelombang  ketika menemui  lapisan  dengan  kepadatan  yang  lebih  padat.  Horizon  tajam  pada  reflektor juga dapat dipengaruhi
Jenis Anomali Jarak ke- (meter) Kedalaman (meter) Velocity (m/ns) Pipa PVC 4.66 0.451 0.0745 10.7 1.09 0.0171 Kabel listrik 4.66 0.451 0.0745
oleh  keberadaan  air  pada  pipa-pipa  ataupun  air  yang  terkandung  oleh  lapisan  batuan  tersebut  dimana  air sebagai medium konduktif dengan konstanta dielektrik yang tinggi sehingga memengaruhi respon reflektor pada  gelombang  radar.  Reflektor  yang  kontinu  pada  kedalaman  0  meter  di  setiap  lintasan  menunjukkan perlapisan endapan muda. Detail mengenai jenis lapisan batuan dapat diketahui menggunakan data bor ataupun SPT.
(a)
(b)
Gambar 7. Interpretasi Perbedaan Kepadatan Lapisan Batuan pada (a) Lintasan 1 dan (b) Lintasan 2

## PENUTUP

## Simpulan dan Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
1. Diperoleh dua anomali hiperbola yang sama dengan dugaan sebagai keberadaan pipa air yang menerus yang  ditemukan  pada  jarak  11.1  meter  dan  18.1  meter  dengan  kedalaman  0.3  m  pada  lintasan  1, sedangkan pada lintasan 2 ditemukan pada jarak 10.7 dan 18.3 dengan kedalaman 0.9 m.
2. Kepadatan lapisan batuan dapat diinterpretasi secara kualitatif dengan melihat hasil reflektor data GPR dimana ketajaman horizon suatu reflektor berbanding terbalik dengan kepadatan lapisan tersebut.
Untuk saran yang diberikan penulis adalah menganalisis lebih lanjut mengenai kepadatan lapisan batuan dan  jenis  lapisan  batuan  dapat  diketahui  dengan  lebih  akurat  menggunakan  pengukuran  langsung  seperti pengambilan sampel data bor ataupun SPT.

## DAFTAR PUSTAKA
Adsura, S.P. and Nur, A.A. (2021), “Analisa Tanah Lunak Menggunakan Metode Standar Penetration Test Dan Ground Penetration Radar”, Bulletin of Scientific Contribution: GEOLOGY , 19(1), pp.1-8.
Arief, M.,  Sumargana, L. (2021). Penggunaan Metode Ground Penetrating Radar (GPR) Untuk Identifikasi Utilitas Bawah Tanah. Prisma Fisika , 9 (3), 244-248.
Azizah. (2016), “Pemfokusan Citra Radar Untuk Hasil Pemodelan Radar Penembus Permukaan Menggunakan Algoritma Migrasi Jarak”, Jurnal ELKOMIKA , Vol: 4; No:1; Hal:110-122.
Benson, R., and R. Glaccum. 1979. The application on of groundpenetrating radar to soil surveying . Final Report NASA, Cape Kennedy Space Center, FL. Technos, Inc., Miami, FL.
Beres, M., and Haeni, F. P. (1991). Application of groundpenetrating-radar methods in hydrogeologic studies. Ground Water , 29(3), 375-386.
Elfaraby,  W.  A.,    Syaifudin,  F.  (2017).  Pengolahan  data  Ground  Penetrating  Radar  (GPR)  dengan  menggunakan software MATGPR R-3.5. Jurnal Teknik ITS , 6.
Fiqriawan, M.R. (2023), “Pemanfaatan Metode Georadar dalam Menganalisis Lapisan Tanah di Indonesia”, Einstein's: Research Journal of Applied Physics , 1(2), pp.38-41.
Mohd Kamal, N. H. B., Amin, Z. M.,  Mohamad, N. B. (2020), “The Effect of Ground Penetrating Radar (GPR) Image Reflection  on  Different  Pipes  and  Soil”, IOP  Conference  Series:  Earth  and  Environmental  Science , 540 (1). https://doi.org/10.1088/1755-1315/540/1/012093
Musset,  A.E.  and  Khan,  M.A.  (1993). Looking  into  the  Earth:  An  Introduction  to  Geological  Geophysics .  London: Cambridge University Press.
Pramudhita, B. D. P. A., Yusroni, S. A., Wafi, A., Setiawan, N. S., Santoso, S. B.,  Mariyanto, M. (2021). Georadar method for detecting underground septic tank. Journal of Physics : Conference Series (Vol. 1825, No. 1, p. 012020). IOP Publishing.
Putranto, P. A.,  Iskandarsyah, I. (2021). Identifikasi Morfologi Sungai Masa Lampau dan Kaitannya dengan Banjir Masa Lampau Menggunakan Metode Ground Penetrating Radar (GPR) di Daerah Aliran Sungai Citarum, Bandung, Jawa  Barat. Prosiding  Industrial  Research  Workshop  and  National  Seminar ,  4–5.  https://jurnal.polban.ac.id/ojs- 3.1.2/proceeding/article/view/2804/2195
Syukri, Muhammad.
(2020), Pengantar Geofisika , Aceh: Syiah Kuala University Press.
(https://Unsyiahpress.Id/Pengantar-geofisika/ )
Reynolds, J.M. (1997), An Introduction to Applied and Environmental Geophysics , Chichester: John Wiley and Sons Ltd. 796p.