ALAT PENGUKURAN CHAMBER DAN LEVELING ANDAS PADA JEMBATAN WTP MENGGUNAKAN SENSOR BERBASIS ARDUINO

(1)

507

ALAT PENGUKURAN CHAMBER DAN LEVELING ANDAS PADA JEMBATAN WTP MENGGUNAKAN SENSOR

BERBASIS ARDUINO

Adhitya Nugraha Rahmadhani Program Studi Teknik Bangunan dan

Jalur Perkeretaapian Politeknik Perkeretaapian Indonesia

Madiun, Indonesia [email protected]

Ihya Ulumudin

Program Studi Teknik Bangunan dan Jalur Perkeretaapian Politeknik Perkeretaapian Indonesia

Madiun, Indonesia

Rifqi Putra Roidiana Program Studi Teknik Bangunan dan

Madiun, Indonesia

Aditya Wahyu Erlangga Program Studi Teknik Bangunan dan

Madiun, Indonesia

Abstract

In bridge construction and bridge maintenance, bridge testing is generally carried out. One of the bridge tests is the bridge camber test. Bridge chamber and leveling measurements generally use a waterpass tool. In certain conditions related to train operating hours so that it is possible to carry out bridge testing at the window time, in the current condition using an existing test tool, namely a waterpass, the measurement results during the bridge testing obtained are less than optimal due to the limited light at evening. In this study the authors made a chamber and leveling bridge measuring instrument capable of measuring quickly related to the dense window time during the day and can be operated at night. This tool uses laser and ultrasonic sensors to measure distances and uses Arduino nano as a microcontroller that processes sensor measurement data to be displayed as chamber high output data.

Keywords : Bridges, Chamber, Leveling Andas, Laser Sensors, Ultrasonic Sensors.

Abstrak

Pada pembangunan jembatan maupun perawatan jembatan pada umumnya dilakukan pengujian jembatan.

Salah satu pengujian jembatan yaitu uji chamber jembatan. Pengukuran chamber jembatan dan leveling andas umumnya menggunakan alat waterpass. Pada kondisi tertentu terkait dengan jam operasional kereta api sehingga tidak menutup kemungkinan untuk melaksanakan pengujian jembatan pada waktu window time tersebut, pada kondisi saat ini menggunakan alat pengujian yang ada yaitu waterpass, hasil pengukuran pada saat pengujian jembatan yang didapatkan menjadi kurang maksimal karena terbatasnya cahaya pada malam hari. Pada penelitian ini penulis membuat alat ukur chamber dan leveling andas jembatan yang mampu mengukur dengan cepat terkait dengan window time yang padat pada waktu siang hari dan dapat dioperasikan pada waktu malam hari. Alat ini menggunakan sensor laser dan ultrasonik untuk mengukur jarak serta menggunakan Arduino nano sebagai mikrokontroler yang memproses data hasil pengukuran sensor untuk ditampilkan sebagai data output tinggi chamber.

Kata Kunci : Jembatan, Chamber, Leveling Andas, Sensor laser, Sensor Ultrasonik

PENDAHULUAN

Jembatan merupakan salah satu komponen penting di dalam prasarana kereta api yang berfungsi sebagai penghubung jalur kereta api jika terdapat rintangan seperti sungai maupun jurang. Pengujian jembatan ada dua jenis pengujian yaitu; pengujian pertama dan pengujian berkala. Pengujian pertama adalah pengujian yang dilakukan saat jembatan baru terpasang, sedangkan pengujian berkala adalah pengujian rutin yang dilakukan rutin dalam periode

(2)

508

tertentu. Pengujian jembatan meliputi; pengujian chamber jembatan, pengujian level andas, serta pengujian geometri.

Pada kondisi tertentu terkait dengan jam operasional kereta api sehingga tidak menutup kemungkinan untuk melaksanakan pengujian jembatan pada waktu window time tersebut, pada kondisi saat ini menggunakan alat pengujian yang ada yaitu waterpass, hasil pengukuran pada saat pengujian jembatan yang didapatkan menjadi kurang maksimal karena terbatasnya cahaya pada malam hari. Melihat kondisi kemajuan teknologi pada masa sekarang dengan munculnya peralatan yang mampu diprogram sedemikian rupa sehingga alat tersebut dapat diatur fungsi dan kegunaannya maka penulis mengambil topik

“Bagaimana membuat alat ukur chamber dan leveling andas jembatan yang mampu mengukur dengan cepat dan dapat dioperasikan pada waktu malam hari”.

Dasar Teori

Jembatan harus memenuhi persyaratan-persyaratan beban gandar, lendutan, stabilitas konstruksi, dan ruang bebas. Pengujian jembatan dilakukan untuk menjamin kelayakan dan kelaikan prasarana perkeretaapian. Pengujian jembatan terdiri dari pengujian material, pengujian dalam fabrikasi, pengujian dalam pemasangan, pengujian bangunan bawah, pengujian jembatan lama. (Suwandi, 2018) Lendutan didefinisikan sebagai besaran deflection yang tidak boleh melebihi persyaratan koefisien terhadap panjang teoretis yang ditentukan. Jembatan kereta api saat dilewati oleh kereta api akan terjadi lendutan. Untuk menjaga konstruksi jembatan agar tetap aman saat dilalui oleh beban kereta api yang menghasilkan lendutan maka dibutuhkan adanya chamber atau kontra lendutan. Pada sebuah jembatan yang memiliki panjang bentang lebih dari 20 m harus diberi chamber. Besaran kontra lendut harus cukup untuk melawan lendutan pada rasuk pokok atau rangka akibat beban merata yang disebutkan pada RM 1921.

Sensor ultrasonik merupakan sensor yang bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara dan digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu objek atau benda tertentu didepan frekuensi kerja gelombang suara antara 20 kHz hingga 2 MHz (Arief, 2011). Sensor ultrasonik terdiri dari dua unit kerja yaitu unit pemancar dan unit penerima. Struktur unit pemancar dua kali jarak sensor dengan objek, sehingga jarak sensor dengan objek dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:

𝑠 = v x t/2 Keterangan:

s = jarak (meter)

v = kecepatan suara (340 m/s) t = waktu tempuh (s)

Sensor HC-SR04 mampu mengukur jarak antara 3cm–3m dengan output panjang pulsa yang sebanding dengan jarak objek. Sensor ini hanya membutuhkan 2 pin I/O untuk berkomunikasi dengan mikrokontroler, yaitu TRIGGER dan ECHO. Untuk mengaktifkan modul HCSR-04 mikrokontroler mengirimkan pulsa positif melalui pin TRIGGER minimal 10 µs, selanjutnya modul HCSR-04 mengirimkan pulsa positif melalui pin ECHO selama 100 µs hingga 18 ms, sebanding dengan jarak objek.

(3)

509

PEMBAHASAN

Metodologi penelitian penulisan kertas kerja wajib ini dapat dilihat pada alur piker pembuatan kertas kerja wajib di bawah ini:

MULAI

TUJUAN PENELITIAN IDENTIFIKASI

MASALAH

PENENTUAN SPESIFIKASI ALAT

MEMBUAT GAMBAR DESIGN

METODE KERJA ALAT

PEMBUATAN PROTOTYPE ALAT

PENGUMPULAN DATA PENGUJIAN KINERJA

ALAT

DATA PRIMER 1. Data Hasil Pengukuran Waterpass.

2. Data Hasil Percobaan Alat.

3. Data Hasil Pengujian Alat di Lapangan.

4. Data Perbandingan Hasil Alat dengan Waterpass

DATA SEKUNDER 1. Data Spesifikasi Sensor 2. Standar Operasional Prosedur Pengujian Jembatan

3. Desain atau Shop Drawing Jembatan BH 429

A

(4)

510

Gambar 3.1 Diagram Alur Pikir

Pada perancangan alat pengukuran chamber dan leveling andas ini pertama penulis memulai dengan perancangan alat. Desain pada alat ukur camber ini pada dasarnya mengacu pada alat yang sudah ada, namun alat ini didesain agar dapat dioperasikan dengan lebih cepat dengan window time yang singkat dan dapat dioperasikan pada malam hari. Alat ini dibagi menjadi dua bagian. Bagian pertama adalah menggunakan sensor laser, fungsinya sendiri yaitu digunakan untuk pengoptikan dan sebagai penggangti waterpass. Alat pertama diletakkan diatas tripod sama halnya dengan perletakan alat waterpass pada umumnya.

Kecepatan suara ultrasonik adalah v = 340 m/s biubah ke 0,0034 mm/µs karena kita ingin jaraknya dalam bentuk satuan mm. Untuk menghitung jarak sensor ke objek kita gunakan persamaan s = v x t. Karena v = 0,0034 mm/µs, maka s = 0,0034 x t. Karena waktu tempuh gelombang suara adalah dua kali yaitu saat pertama dipancarkan dan setelah memantul dari benda kembali ke sensor maka persamaan tadi menjadi

s = 0,0034 x t/2.

Kecepatan suara

v = 340 m/s atau 0,0034 mm/µs Rumus jarak

s = v x t s = 0,0034 x t

Rumus jarak pada sensor ultrasonik HC-SR04 s = 0,0034 x t/2

A

EVALUASI

KESIMPULAN DAN SARAN PENGOLAHAN DATA

(5)

511

Pemrogaman alat ini penulis menggunakan software ArduinoIDE. Alasan penulis menggunakan tersebut karena software ArduinoIDE merupakan software yang sudah disediakan oleh pihak Arduino untuk memprogam semua mikrokontroler yang berbasis Arduino.

Untuk metode kerja alat tersebut hamper sama dengan metode pengujian yang sudah ada saat ini. Bedanya hanya pada perletakan alat. Alur cara kerja alat pengukur chamber dan leveling andas sebagai berikut :

Mulai

Hubungkan alat IRA dengan bluetooth android

Letakan alat ultrasonic pada camber pertama kiri

Pindahkan alat ultrasonic pada segmen kedua hingga akhir kiri

Letakan alat laser pada parapet kiri sejajar dengan camber

A Persiapan Alat

A Pemasangan

Tripod

Pemasangan alat laser pada tripod

Hubungkan kabel usb laser pada powerbank Hubungkan kabel usb ultrasonic pada

powerbank

Screenshoot hasil pengukuran di android

(6)

512

Gambar 3.2 Diagram cara kerja alat Metode kerja pengukuran camber

Pekerjaan pengukuran alat ukur memiliki prosedur agar dapat dioperasikan dan mendapatkan hasil yang presisi, berikut ini adalah prosedur yang harus dilakukan untuk mengoperasikan alat prototype ;

Sumber : Dokumentasi Penulis Gambar 3.3 Denah Pengukuran Tampak Atas

Selesai

Letakan alat ultrasonic pada camber pertama kanan

Letakan alat laser pada parapet kiri sejajar dengan camber

Pindahkan alat ultrasonic pada segmen kedua hingga akhir kiri

(7)

513

Sumber : Dokumentasi Penulis Gambar 3.4 Denah Pengukuran Tampak Melintang Langkah – langkah untuk melakukan pengukuran adalah sebagai berikut ;

1. Mendirikan tripod pada titik A dan meletakan sensor laser diatas tripod tersebut dengan menyekrup bagian bawahnya.

2. Setelah meletakan alat sensor laser, atur kaki tripod agar gelembung nivo berada pada titik tengah tabung di dalam lingkaran yang menandakan bahwa tripod tersebut datar.

3. Hubungkan kabel usb alat sensor laser ke power bank . 4. Hubungkan kabel usb sensor ultrasonic dengan powerbank.

5. Pastikan kabel alat sensor laser dan ultrasonic terbuhung, setelah terhubung nyalakan bluetooth android dan membuka aplikasi bluetooth hc 05 logger lalu sambungkan dengan alat pengukuran yang bernama “HC 05” .

6. Letakan sensor ultrasonic pada titik camber C lalu posisikan titik tengah dari alat sejajar dengan laser.

7. Screenshoot hasil pembacaan dari android yang di gunakan .

8. Letakan sensor ultrasonic pada titik camber D lalu posisikan titik tengah dari alat sejajar dengan laser .

9. Screenshoot hasil pembacaan dari android yang di gunakan.

10. Ulangi langkah 6 dan 7 untuk titik D hingga titik I . 11. Pindahkan sensor laser ke titik B.

12. Ulangi langkah 2 – 5 untuk membuat alat siap digunakan.

13. Ulangi langkah 6 dan 7 untuk titik J hingga titik P.

Proses kalibrasi alat ukur chamber dan leveling andas ini dilaksanakan dengan membandingkan dengan alat ukur meteran.

Tata cara pelaksanaan kalibrasi:

a. Pasang alat menghadap ke objek ukur, misal: tembok, atau media yang lain.

b. Atur jarak antara alat dengan objek yang diukur. Untuk kalibrasi sensor laser ini membutuhkan toleransi jarak antara alat dan objek ukur sejauh 5cm, apabila kurang dari 5 cm maka sensor alat tidak dapat dikalibrasi sehingga objek ukur dengan jarak 5cm dari alat ukur akan terhitung jarak 0cm pada alat ukur tersebut.

c. Setelah jarak antara alat dengan objek ukur disetel, lalu tekan tombol kecil yang ada pada sisi kiri alat ukur tersebut dan tunggu hingga terdengar bunyi pada alat tersebut.

d. Alat ukur sudah terkalibrasi dan siap digunakan.

(8)

514

Sumber : Dokumentasi Penulis

Gambar 3.5 Proses Kalibrasi Alat

Pengukuran dengan alat ukur chamber baru. Proses pengukuran dimulai dengan penyetelan alat, pemasangan tripod, pemasangan alat dan penyesuaian keseimbangan alat dengan nivo.

Berdasarkan hasil pengukuran chamber dengan alat ukur chamber yang baru didapatkan hasil chamber sebagai berikut.

Tabel 3.1 Hasil Pengukuran Chamber Dengan Alat Baru Km Kecil-Besar Segmen Jembatan Hasil Ukur Segmen Kiri Hasil Ukur Segmen Kanan

1 1711 1713

2 1681 1683

3 1712 1681

4 1682 1682

5 1692 1683

6 1681 1691

7 1722 1692

8 1683 1691

9 1708 1718

Tabel 3.2 Hasil Pengukuran Chamber Dengan Alat Baru Km Besar-Kecil Segmen Jembatan Hasil Ukur Segmen Kiri Hasil Ukur Segmen Kanan

1 1742 1734

2 1723 1722

3 1689 1725

4 1719 1713

5 1692 1711

6 1720 1709

7 1682 1710

8 1721 1710

9 1745 1731

(9)

515

KESIMPULAN

Kelebihan pada alat ukur chamber yang baru ini yaitu memiliki dimensi yang lebih kecil daripada alat yang sudah ada, bisa dibongkar pasang sehingga mudah dan ringan dalam membawanya. Tingkat ketelitian alat mencapai 0,3 mm dengan panjang maksimal pengukuran pada jarak 40 m pada sensor laser dan 2 m pada sensor ultrasonik. Alat ukur chamber ini bisa digunakan untuk pengujian pertama maupun berkala sekaligus perawatan jembatan. Pada keadaan gelap sensor laser bekerja lebih efektif sehingga dapat digunakan untuk mengukur pada malam hari. Kelemahan alat ukur chamber ini yaitu pada kondisi siang hari, atau terik matahari sensor laser yang ditembakkan menjadi memudar atau melemah sehingga jangkauan jarak yang bisa diukur menjadi berkurang. Alat ini menggunakan sumber daya baterai powerbank sehingga jika baterai powerbank habis maka alat tidak bisa digunakan.

DAFTAR PUSTAKA

Arioarief. (2012). Alat Ukur Waterpass Dalam Ilmu Ukur Tanah . http://aryadhani.blogspot.com/2012/03/alat-ukur-waterpas-dalam-ilmu ukur.html.

pada tanggal 09 Februari 2019

Dwiatmoko, Hermanto. 2016. Pengujian Jalur dan Bangunan Kereta Api. Kencana. Jakarta.

Ir. H. J. Struyk, & Prof. Ir. K. H. C. W. Van Der Veen. 1995. Jembatan, Jakarta: Pradnya Paramita

Republik Indonesia. 2007. Undang–Undang Nomor 23 Tahun 2007 tentang Perkeretaapian.

Lembaran Negara RI Tahun 2007. Sekretarian Negara. Jakarta.

Supriyadi, B., & Muntohar, A. S. 2007. Jembatan. Yogyakarta: BetaOffset.

https://fun-elektro.blogspot.com/2016/06/pengertian-macam-fungsi-mikrokontroler.html diunduh pada tanggal 09 Februari 2019

https://www.elangsakti.com/2015/05/sensor-ultrasonik.html diunduh pada tanggal 16 July 2019