81
BAB III PENGUKURAN DAN PERHITUNGAN SIFAT FISIS LUMPUR SIDOARJO
3.1 Lokasi Pengambilan Sample
(a)
(b)
(c)
Gambar 3.1 Lokasi pengambilan sampel (a) Peta pulau jawa yang menunjukkan lokasi semburan lumpur di Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo (b) Image satelite seluruh wilayah semburan Lusi yang diambil setelah 100 hari semburan dimulai (c) Image satelite hanya untuk daerah semburan utama (Richard J.Davies, Richard E.Swarbrick, and Mud Huuse, 2006).
3.2 Pengukuran Sifat Elastis Lumpur Pengukuran sifat elastis lumpur dilakukan dengan menggunakan temperatur dan tekanan overburden yang konstan, yaitu pada temperatur 40˚Celcius dan tekanan OB 260 Bar. Lumpur yang diukur sifat elastisnya dalam keadaan tersaturasi oleh brine dan diberi tekanan pori (pore pressure) yang bervariasi, mulai dari 23,5 Bar sampai 230,4 Bar. Untuk mengetahui sifat elastis lumpur tersebut, parameter utama yang harus diukur adalah nilai kelajuan gelombang-S dan gelombang-P yang melalui sampel yang kita ukur pada keadaan PP tertentu. Setelah itu kita masukkan nilai Vp dan Vs yang kita peroleh ke dalam persamaan-persamaan konstanta elastis.
Temp No. OB PP (deg C)
Vp -P (m/s)
Vs -S (m/s)
Density r poisson (g/cc) ratio (n)
Lame Share Bulk connstant Modulus Modulus (l) (µ) (K) g/cc kg/m^3 kg/m^3 (m/s)^2 (m/s)^2 (m/s)^2
AI
SI
MR (mr) LR (lr)
1 260 23,5 40,00 2120,1814854,59204 2,3537090,4030069 7142362,5 1718978,4 8288348 4990,28962011,461 404597516811041 2 260 42,9 40,00 2119,5806855,15034 2,3537090,4027897 7131873,7 1721225,1 8279357 4988,87562012,775 405126316786354 3 260 61,3 40,00 2119,8381856,29712 2,3537090,4025062 7125203,5 1725844,6 8275767 4989,48152015,474 406213616770654 4 260 81,6 40,00 2120,5493856,13358 2,3550580,4026288 7137709 1726174,3 8288492 4994,01632016,244 406524016809718 5 260 102,6 40,00 2119,629 857,68128 2,3564080,4021059 7120105,8 1733414,2 8275715 4994,71092021,047 408463116777874 6 260 120,7 40,00 2118,2565857,68128 2,3564080,4019541 7106399,4 1733414,2 8262009 4991,47662021,047 408463116745576 7 260 140,5 40,00 2117,3996857,68128 2,3564080,4018592 7097846,4 1733414,2 8253456 4989,45732021,047 408463116725422 8 260 160,4 40,00 2119,0283857,10543 2,3564080,4021968 7118759,7 1731087,3 8272818 4993,2954 2019,69 407914816774702 9 260 179,3 40,00 2118,2565857,10543 2,3564080,4021115 7111053,1 1731087,3 8265111 4991,4766 2019,69 407914816756542 10 260 200,5 40,00 2117,3996857,10991 2,3564080,4020155 7102463,9 1731105,5 8256534 4989,45732019,701 407919116736303 11 260 230,4 40,00 2117,6566874,13886 2,3564080,3973055 6966088,5 1800575,5 8166472 4990,06292059,828 424289116414947
Tabel 2. Nilai konstanta elastis terhadap perubahan tekanan pori (pore pressure) (WISFIR laboratory research report, 2007).
82
Berdasarkan tabel diatas, kita dapat membuat kurva poisson’s ratio terhadap perubahan tekanan pori.
Kurva Poisson's Ratio Vs PP 0,404
Poisson's ratio
0,403 0,402 0,401 0,4 0,399 0,398 0,397 0
50
100
150
200
250
Pore Pressure (Bar)
Gambar 3.2 Kurva Poisson’s ratio terhadap Pore Pressure (Bar) pada suhu 40˚Celcius dan tekanan Overburden 260 Bar (WISFIR laboratory research report, 2007)
Berdasarkan kurva di atas, nilai Poisson’s Ratio pada temperatur 40˚Celcius dan tekanan overburden 260 Bar berkisar antara 0,397 hingga 0,403. Tetapi nilai Poisson’s Ratio banyak didominasi pada rentang nilai di atas 0,401. Hal ini menggambarkan bahwa lumpur tersebut lunak, dan mendekati fluid.
83
3.3 Pengukuran Viskositas Lumpur 3.3.1 Pengukuran Viskositas Lumpur Keadaan Original Pengukuran sifat viskositas lumpur dilakukan langsung di tepi tanggul. Lumpur yang diukur viskositasnya memiliki temperatur 90˚C. Metoda yang digunakan dalam menentukan viskositas lumpur adalah dengan mencatat waktu tempuh yang dibutuhkan bola besi untuk menempuh panjang lintasan tertentu di dalam lumpur. Dengan metoda ini kita diharapkan dapat mengetahui nilai kelajuan terminalnya. Dengan memasukkan kelajuan terminal yang diperoleh, jari-jari bola, massa bola, dan percepatan gravitasi ke dalam hukum Stokes, maka kita dapat peroleh nilai viskositas lumpur tersebut. Persamaan yang digunakan untuk menghitung viskositas adalah
η=
No 1 2 3 4 5
m.g 6.π .r.v
(3.1)
∆t massa bola jari-jari bola (detik) ∆S(meter) V(meter/detik) (Kg) (meter) 0,326 0,4 1,226993865 0,0953 0,0143
phi 3,14
g (meter/s2) 9,8
Viskositas (Kg/ms) 2,825267991
0,253 0,319 0,381 0,28
3,14 3,14 3,14 3,14
9,8 9,8 9,8 9,8
2,192615956 2,764602727 3,301923634 2,426610544
0,4 0,4 0,4 0,4
1,581027668 1,253918495 1,049868766 1,428571429
0,0953 0,0953 0,0953 0,0953
0,0143 0,0143 0,0143 0,0143
Tabel 3. Nilai viskositas lumpur untuk lima kali pengukuran selang waktu jatuhnya bola besi di dalam lumpur keadaan original (WISFIR laboratory research report, 2007).
Vikositas rata-ratanya adalah 2,825267991 Kg/ms
84
3.3.2 Pengukuran Viskositas Lumpur Keadaan Air Bebasnya dihilangkan Metoda yang dilakukan untuk pengukuran viskositas lumpur keadaan air bebasnya dihilangkan sama dengan pengukuran viskositas lumpur keadaan original, hanya sampel lumpur yang diukur terlebih dahulu didiamkan selama 10 hari, sehingga lumpur mengendap dan air bebasnya terpisah dari material lumpur. Setelah didiamkan selama 10 hari, volume air bebas yang terukur adalah 1750 ml dari volume total lumpur sebelum didiamkan, yaitu 9000 ml.
No 1 2 3 4 5
∆t massa bola jari-jari bola (detik) ∆S(meter) V(meter/detik) (Kg) (meter) 1,37 1,44 1,38 1,34 1,47
0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
0,291970803 0,277777778 0,289855072 0,298507463 0,272108844
0,0953 0,0953 0,0953 0,0953 0,0953
0,0143 0,0143 0,0143 0,0143 0,0143
phi
g (meter/s2)
Viskositas (Kg/ms)
3,14 3,14 3,14 3,14 3,14
9,8 9,8 9,8 9,8 9,8
11,87305874 12,47971137 11,9597234 11,61306475 12,73970536
Tabel 4. Nilai viskositas lumpur untuk lima kali pengukuran selang waktu jatuhnya bola besi di dalam lumpur keadaan air bebasnya dihilangkan (WISFIR laboratory research report, 2007).
Vikositas rata-ratanya adalah 12,13305272 Kg/ms. Nilai viskositas lumpur ratarata pada keadaan air bebasnya dihilangkan lebih tinggi bila dibandingkan dengan lumpur pada keadaan original.
85
3.4 Pengukuran Resistivitas Lumpur 3.4.1 Pengukuran Resistivitas Lumpur Keadaan Original Lumpur yang diukur resistivitasnya memiliki temperatur 22˚Celcius. Metoda yang digunakan adalah dengan memasukkan lumpur ke dalam soil box resistivity, kemudian pada kedua sisi soil box resistivity yang telah diisi lumpur dialiri arus konstan. Pada kedua sisi yang sama kita catat nilai beda potensialnya. Dengan membagi nilai beda potensial dengan arus dan konstanta geometris, maka kita akan dapatkan nilai resistivitas dari lumpur tersebut. Konstanta geometris adalah besaran yang bergantung pada dimensi objek yang kita ukur resistivitasnya, dalam hal ini adalah lumpur yang berada di dalam wadah. Hal tersebut sesuai dengan apa yang diungkapkan oleh Hukum Ohm yang secara matematis dapat kita tuliskan sebagai berikut.
ρ=
Va I a .K
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Va (mV) Ia (mA) Ra (Ohm) 66,75 3,3 20,22727273 66,75 3,3 20,22727273 67,05 3,3 20,31818182 67,05 3 22,35 66,75 3,3 20,22727273 67,05 3 22,35 67,05 3,3 20,31818182 66,75 3,3 20,22727273 66,75 3,3 20,22727273
(3.2)
K (m-1) 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5
Rho (Ohm.m) 0,323636364 0,323636364 0,325090909 0,3576 0,323636364 0,3576 0,325090909 0,323636364 0,323636364
86
Tabel 5. Nilai resistivitas lumpur keadaan original untuk sembilan kali pengukuran nilai tegangan dan arus semu (WISFIR laboratory research report, 2007).
Nilai resistivitas rata-ratanya adalah 0,331507071 Ohm.m.
3.4.2 Pengukuran Resistivitas Lumpur Keadaan Air Bebasnya dihilangkan Metoda yang dilakukan untuk pengukuran resistivitas lumpur keadaan air bebasnya dihilangkan sama dengan pengukuran resistivitas lumpur keadaan original, hanya sampel lumpur yang diukur terlebih dahulu didiamkan selama 10 hari, sehingga lumpur mengendap dan air bebasnya terpisah dari material lumpur. Data dari pengukuran tersebut dapat kita lihat seperti berikut ini.
No 1 2 3 4 5 6 7 8
Va (mV) 71,32 78,68 88,1 92,96 94,43 79,12 77,5 86,19
Ia (mA) 3,3 3,3 3 3,3 3,3 3,3 3 3,3
Ra (Ohm) 21,61212121 23,84242424 29,36666667 28,16969697 28,61515152 23,97575758 25,83333333 26,11818182
K (m-1) 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5
Rho (Ohm.m) 0,345793939 0,381478788 0,469866667 0,450715152 0,457842424 0,383612121 0,413333333 0,417890909
9
93,4
3,3
28,3030303
62,5
0,452848485
Tabel 6. Nilai resistivitas lumpur keadaan air bebasnya dihilangkan untuk sembilan kali pengukuran nilai tegangan dan arus semu (WISFIR laboratory research report, 2007).
87
Nilai resistivitas rata-ratanya adalah 0,419264646 Ohm.m. Nilai resistivitas ratarata lumpur pada keadaan original lebih kecil dari pada nilai resistivitas rata-rata lumpur pada keadaan air bebasnya dihilangkan. Hal ini disebabkan karena air bebas yang terkandung pada lumpur membuat lumpur menjadi lebih konduktif.
88
60
1.54607 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa; Dickite; Analcime; Quartz 1.50106 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa; Dickite; Analcime
1.37400 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa; Dickite; Analcime
3.5 Pengukuran Difraksi Sinar X
1.76944 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa; Dickite
1.67585 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa; Dickite; Analcime; Quartz
3.5.1 Grafik yang Dihasilkan X-Ray Difractometer
1.90761 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa; Dickite; Analcime
Grafik di bawah ini adalah grafik yang menunjukkan hubungan intensitas
50
1.81731 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa; Dickite; Analcime; Quartz
gelombang/sinar X (counts) terhadap posisi sudut (2θ) dari sampel lumpur. Posisi
40
2.28461 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa; Dickite; Analcime; Quartz 2.22959 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa; Dickite; Analcime
sudut ini adalah besaran yang menentukan beda fasa antara sinar X yang
2.51808 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa; Dickite; Analcime
dipantulkan oleh permukaan atom di dalam kristal. Jika beda fasa yang dimiliki
30
P o s itio n [°2 The ta ]
3.03149 [Å]; Albite, calcian, ordered; Dickite; Analcime 2.92960 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa; Dickite; Analcime 2.83794 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa; Analcime
antara sinar X yang satu dengan yang lainnya adalah kelipatan bilangan bulat
3.54101 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa
panjang gelombang sinar X yang digunakan, maka interferensi yang terjadi adalah
3.76001 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa; Dickite 3.35223 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa; Dickite; Quartz 3.21982 [Å]; Albite, calcian, ordered; Analcime
interferensi konstruktif (intensitas maksimum). Sebaliknya, jika beda fasa yang
20
4.49839 [Å]; Clinochlore 1MIa; Dickite 4.26676 [Å]; Clinochlore 1MIa; Dickite; Quartz 4.05071 [Å]; Albite, calcian, ordered; Clinochlore 1MIa; Dickite
dimiliki antara sinar X yang satu dengan yang lainnya adalah setengah dari
5.62053 [Å]; Analcime
panjang gelombangnya, maka interferensi yang terjadi adalah interferensi
M I-2 7.17407 [Å]; Clinochlore 1MIa
destruktif (intensitas minimum).
C o unts
400
100
0 10
89
Gambar 3.3 Grafik intensitas sinar X (counts) terhadap posisi sudut (2θ)
(WISFIR laboratory research report, 2007).
14.06480 [Å]; Clinochlore 1MIa 10.23995 [Å]; Dickite
3.5.2 Pengukuran Posisi Sudut dan Lebar Sudut untuk Interferensi Maksimum Berdasarkan grafik intensitas terhadap posisi sudut, maka kita dapat menentukan beberapa posisi sudut yang menghasilkan interferensi maksimum. Tabel di bawah ini menunjukkan posisi sudut pada saat terjadi interferensi yang menghasilkan intensitas maksimum dan lebar sudut pada saat terjadi interferensi yang menghasilkan intensitas setengah dari intensitas maksimum (FWHM). Selain menunjukkan posisi sudut dan lebar sudut, grafik di bawah ini juga menunjukkan hasil perhitungan nilai d-spacing (jarak antara permukaan atom di dalam kisi kristal yang berfungsi sebagai reflektor sinar X)
Pos. [°2Th.] 6.2791 8.6283 12.3278 15.7545 19.7197 20.8018 21.9247 23.6433 25.1288 26.5691 27.6830 29.4404 30.4887 31.4986 35.6255 39.4089 40.4234 47.6322 50.1581 51.6133 54.7286
Height [cts] 43.19 22.94 50.93 47.25 55.65 67.84 38.01 57.06 61.74 322.13 175.93 110.06 55.20 25.09 30.29 20.87 2.24 32.35 47.86 1.34 10.88
FWHM [°2Th.] 0.4080 0.4896 0.4080 0.3264 0.3264 0.3264 0.4896 0.4896 0.4896 0.3264 0.3264 0.3264 0.4080 0.4896 0.4896 0.4896 0.4896 0.3264 0.4080 0.3264 0.6528
d-spacing [Å] 14.06480 10.23995 7.17407 5.62053 4.49839 4.26676 4.05071 3.76001 3.54101 3.35223 3.21982 3.03149 2.92961 2.83794 2.51808 2.28461 2.22959 1.90761 1.81731 1.76944 1.67585
Rel. Int. [%] 13.41 7.12 15.81 14.67 17.28 21.06 11.80 17.71 19.17 100.00 54.62 34.17 17.14 7.79 9.40 6.48 0.69 10.04 14.86 0.42 3.38
Tip width [°2Th.] 0.4896 0.5875 0.4896 0.3917 0.3917 0.3917 0.5875 0.5875 0.5875 0.3917 0.3917 0.3917 0.4896 0.5875 0.5875 0.5875 0.5875 0.3917 0.4896 0.3917 0.7834
90
59.7659 61.7507 68.1980
31.04 24.02 21.56
0.4896 0.9792 0.4896
1.54607 1.50106 1.37400
9.63 7.46 6.69
0.5875 1.1750 0.5875
Tabel 7. Nilai posisi sudut (sudut hamburan) (˚2Th) yang menghasilkan intensitas maksimum (interferensi maksimum) (cts), dan jarak antar atom dalam kristal (Amstrong) (WISFIR laboratory research report, 2007).
3.5.3 Kandungan Mineral pada Sampel yang Teridentifikasi Berdasarkan data difraksi sinar X di atas, maka kita dapat mengetahui jenis matirks mineral yang terkandung di dalam sample tersebut. Hal tersebut dapat kita lihat pada tabel di bawah ini.
Compound Name Albite, calcian, ordered Clinochlore 1MIa Aluminium tetrahydroxodisilicate formamide (dickite) Analcime Quartz
Chemical Formula ( Na , Ca ) ( Si , Al )4 O8 Mg2.5 Fe1.65 Al1.5 Si2.2 Al1.8 O10 ( O H )8 Al2 Si2 O5 ( O H )4 ( H C O N H2 )
Na15.76 Al15.26 Si32.74 O96 ( H2 O )16 Si O2
Tabel 8. Kandungan mineral yang terindentifikasi dari uji difraksi sinar-X (WISFIR laboratory research report, 2007).
91
3.6 Scanning Electron Microscope 3.6.1 Image yang Dihasilkan SEM Scanning electron microscope adalah sebuah tipe mikroskop electron yang memiliki kemampuan untuk menghasilkan image dengan resolusi tinggi dari sebuah permukaan sampel. Image yang dihasilkan oleh SEM memiliki karakteristik tampilan 3 dimensi dan berguna untuk menentukan struktur sampel. Di bawah ini adalah image sampel hasil SEM.
Gambar 3.4 Hasil image dari SEM dengan perbesaran 2000 kali (WISFIR laboratory research report, 2007).
92
3.6.2 Kandungan Mineral pada Sampel yang Teridentifikasi Berdasarkan image hasil SEM di atas, maka dapat pula kita mengetahui jenis mineral yang terkandung dari kurva intensitas (counts) hasil dari difraksi elektron untuk setiap potensial pemercepat elektron.
Gambar 3.5 Kurva intensitas elektron terhadap potensial pemercepat (WISFIR laboratory research report, 2007).
Elemen O Al K Si K SK Fe K
KeV
Compound
1,486 1,739 2,307 6,398
Al2O3 (Alumunium Oksida) SiO3 (Ion Silikat) SO3 (Sulfur Trioksida) FeO (Besi II Oksida)
Tabel 9. Kandungan mineral yang terindentifikasi dari uji SEM (WISFIR laboratory research report, 2007).
93
