Abstrak — Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan  model  system  pembebanan  Repeated Load Tipe Rapid Impact Compaction dengan menggunakan sistem instrumentasi dengan proses akuisisi data untuk memperoleh data tekanan pada lapisan tanah, pola  deformasi  tanah  dan  tekanan  air  pori  apabila dilakukan pembebanan. Untuk pengukuran tekanan pada lapisan  tanah      menggunakan  sensor  earth  pressure  cell, sedangkan  untuk  pengukuran  deformasi  tanah  dan tekanan air pori digunakan sensor  sensor ultrasonik dan pore  water  pressure  sensor.  Hasil  pengukuran  sistem  ini akan divalidasi  sesuai dengan rumus dan teori yang telah ada.
Hasil  yang  diperoleh  menunjukkan  bahwa  besarnya beban  yang  diberikan  berbanding  lurus  dengan  tekanan pada    lapisan  tanah.  Begitupula  dengan  pengukuran tekanan air pori tanah yaitu untuk beban statis perbedaan presentase kesalahan antara teori dan praktek cukup kecil yaitu  rata-rata    presentase  kesalahan  berkisar  0,0475 %, sedangkan  untuk  beban  dinamis,  diperoleh  bahwa tegangan  air  pori  memilik  batasan  nilai,  sehingga walaupun  terjadi  tumbukan  lagi  nilainya  akan  tetap. Untuk pengukuran deformasi tanah diperoleh peningkatan penurunan  tanah  sesuai  dengan  banyaknya  jumlah tumbukan.
Kata  kunci —  Earth  pressure  cell,  pore  water  pressure sensor,  sensor  ultrasonik,  Rapid  Impact  Compaction, tekanan tanah, tekanan air pori tanah, deformasi tanah

## I. PENDAHULUAN
Rapid  Impact  Compaction  (RIC)  merupakan  suatu metode kompaksi dinamis yang umumnya digunakan  untuk  memadatkan  tanah  berpasir  dimana kandungan tanah liat dan lanau yang rendah. Secara garis besar    prinsip  kerja  metode  RIC  adalah  dengan memberikan  tekanan  dengan  besaran  tertentu  pada permukaan  tanah  yaitu    menggunakan  palu  yang dijatuhkan  dari  ketinggian  tertentu  dengan  intensitas tumbukan yang diukur dalam satuan blows/minute atau tumbukan/menit.  Palu  tidak  menumbuk  permukaan tanah secara  langsung  melainkan pada sebuah plat  besi yang dipasang pada permukaan tanah yang disebut anvil seperti ditunjukkan pada gambar 1.
Evaluasi penggunaan rapid impact compaction selama ini diturunkan dari pengalaman lapangan saja. sehingga pada penelitian ini akan dibuat pada  skala laboratorium dengan  menggunakan  beberapa  sensor  yang  akan diujicobakan,  untuk  mengetahui  besarnya  perubahan tekanan tanah jika diberi tumbukan, besarnya deformasi tanah  dan  besarnya  tekanan  air  pori  akibat  tumbukan tersebut. Selanjutnya akan dilihat kinerja dari sensor dan divalidasi hasil pengukurannya sesuai dengan rumus dan teori yang telah ada.

## II. METODOLOGI

## A. Deskripsi Umum
Untuk  besarnya  perubahan  tekanan  tanah  dugunakan sensor  earth  pressure  cell,  untuk  perubahan  deformasi tanah digunakan sensor ultrasonic dan untuk tekanan air pori  digunakan  sensor  pore  water  pressure.  Rancangan keseluruhan Rapid Impact Compaction skala laboratorium ditunjukkan pada gambar 2.

## Gambar  2. Rancangan Keseluruhan Sistem RIC

## B.Perancangan perangkat keras
1. Perancangan pengukuran tekanan tanah dengan sensor Earth Pressure Cell
Sensor ini menggunakan strain gauge. Strain gauge di konfigurasi menjadi rangkaian jembatan penuh wheatstone  yang  di  pasang  pada sensing  plate .  Karena sensor  menggunakan  strain  gauge    maka  sensor  ini bekerja ketika ada tekanan pada sisi sensing plate yang mengakibatkan strain gauge akan mengalami deformasi. Deformasi pada strain gauge mengakibatkan perubahan nilai  resistansi,  sehingga    rangkaian jembatan wheatstone dari strain gauge  menjadi tidak seimbang.
Sensor earth pressure cell yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut
a. Output rated 0.66 mV/V
A.Ejah Umraeni Salam (1) , Zahir Zainuddin(2), Ida Rachmaniar (3) , Arief Rahman (4) , Khaerul Imam Herman (5) 1,2,3,4,5 Departemen Teknik Elektro, Universitas Hasanuddin

## Prototipe Model Rapid Impact Compaction untuk skala laboratorium
R
b. S ensitifitas 3.3  V/KPa
c. Resistansi full bridge 350 Ω
d. Tegangan Eksitasi 3-12V
Penguat  instrument  yang  digunakan  adalah  sebuah modul penguat instrumen dengan IC AD620 sebagai komponen utama penguat. Modul ini memungkinkan  dilakukan  pengaturan  gain  yang dibutuhkan  dengan  mengatur  potensiometer  yang terdapat pada modul AD620 dan memggunakan catu yang  sesuia  dengan  hasil  penguatan.  Berikut spesifikasi singkat modul AD620
a. Supply Range: 3-12VDC
b. Gain 1.5-1000 kali
c. Signal Output Range: ± (Vin-2V)
Penguat  instrument  dibutuhkan  karena  tegangan keluaran  sensor  sangat  kecil  yaitu  dalam  orde mikrovolt  tidak  dapat  dibaca  oleh  mikrokontroler Arduino Uno tanpa dilakukan penguatan.
Modul ADC1115 16-bit digunakan untuk meningkatkan  akurasi  pembacaan  tegangan  dari modul  penguat  AD620.  Modul  ini  dilengkapi dengan PGA (Programmable Gain Amplifier) dan programmable  comparator . PGA  mengatur  nilai tegangan  maksimum  masukan  yang  akan  dibaca oleh  ADC  yang  memungkinkan  menjangkau  nilai tegangan  yang  sangat  kecil  untuk  setiap  bitnya. Untuk sistem ini digunakan nilai PGA 2/3 dengan ketelitian  tiap  bit  sebesar  0.1875mV.  spesifikasi singkat dari ADS1115 sebagai berikut:
a. Low  Current  Consumption:  Continuous Mode: Only 150µA.
b. I2C Interface: 4-Pin-Selectable Addresses
c. Internal PGA: up to x16
d. Programmable Comparator
Sehingga rancangan keseluruhan alat adalah seperti pada gambar 3.
Gambar 3. Skematik Rangkaian  Elektronik Pengujian sensor Earth Pressure Cell
2. Perancangan pengukuran tekanan tanah dengan sensor ultrasonik dan pore water pressure
Cara kerja sistem ini adalah sensor akan membaca deformasi  tanah  dan  juga  tekanan  air  pori  tanah  secara realtime . Tanah didalam bak uji akan ditumbuk dengan berat beban dan juga kedalaman sensor tekanan air pori yang  berbeda-beda    hingga  mengalami  runtuhan.  Berat beban  yang  diberikan  pada  palu  tumbuk  yakni  sebesar 2kg,  dan  3kg  .  Frekuansi  tumbukan  yakni  30-  40kali tumbukan tiap beban. Ketika dilakukan tumbukan sensor ultrasonik  mulai  membaca  tegangan  yang  dihasilkan oleh  deformasi  atau  runtuhan  tanah  hasil  tumbukan, begitupula  dengan  sensor  tekanan  air  akan  membaca berapa  tegangan  yang  didapat  oleh  sensor  dari  hasil penyaringan  air pori. Beban terbuat dari semen dan pipa sebagai  pegangan  untuk  menumbuk  dengan  masing- masing  berat  yang  telah  ditentukan  seperti  ditunjukkan pada gambar 4.
Gambar 4 . Bak uji dan beban uji
Adapun rangkaian keseluruhan seperti ditunjukkan pada gambar  5. Dimana komponen  utama  yang  digunakan adalah  arduino  sebagai  pusat  kontrol  dari  semua komponen  yang  ada.  Adapun  pin  arduino  yang dipergunakan sebanyak 12 pin yang terhubung langsung ke  modul  ADS1115,  modul  AD620  ,  LCD  16x2,  dan sensor  ultrasonik  tipe  JSN  SR-04T,  seperti  ditunukka pada gambar 5.
Gambar 5. Skematik Rangkaian  Elektronik pengujian sensor sensor ultrasonik dan pore water pressure
Sehingga rancangan keseluruhan alat adalah seperti pada gambar 6
Gambar 6. Rangkaian alat keseluruhan

## C.Perancangan Perangkat Lunak
1.  Pengukuran tekanan tanah dengan sensor Earth Pressure Cell
Perangkat lunak adalah istilah umum untuk data yang diformat  dan  disimpan  secara  digital,  berbeda  dengan perangkat  keras  karena  merupakan  bagian  sistem  yang tidak berwujud. Perancangan ini terdiri atas perancangan perangkat  lunak  pada  Arduino  UNO  R3  dengan menggunakan  Arduino  IDE  ( Integrated  Development Environment) yang menggunakan bahasa pemrograman Arduino  yang  berbasis  bahasa  C++.  Perancangan  ini perangkat lunak ini dapat digambarkan seperti flowchart pada gambar 7.
Gambar 7. Flowchart Program
2. Pengukuran tekanan tanah dengan sensor ultrasonik dan pore water pressure
Untuk  perancangan  perangkat  lunak  ini  dapat digambarkan seperti flowchart pada gambar 8.
Gambar 8. Flowchart Program

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Pengukuran tekanan tanah dengan sensor Earth Pressure Cell
Pengujian  sistem  dilakukan  berdasarkan  besarnya jarak  peletakan sensor pada permukaan tanah. Konversi tegangan menjadi tekanan menggunakan persamaan[3] :
Physical quantity (Kpa) = e A∗ 0.5E∗S (1)
dengan:
e  :Sensor output voltage (µV) E : Excitation Voltage (V) S : Sensitivity (3.3 µV) A : Gain
Persamaan  diatas  diperoleh  berdasarkan  persamaan konversi strain (regangan)  menjadi  tegangan  untuk sensor  bertipe full  bridge yang  menggunakan strain gauge.Strain merupakan perubahan  panjang strain gauge dibagi  panjang  total  dari strain  gauge dimana nilainya dinyatakan dalam satuan µ  Perhitungan strain berdasarkan  data  kalibrasi  menggunakan  persamaan berikut:
strain output = Tekanan ∗ S (2)
Dimana  S  merupakan sensitivity sensor  yaitu  sebesar 3.3µ  /  KPa.  Sedangkan  Berdasarkan  persamaan    (1), strain dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
𝑠train output = Tegangan A∗4.5 (3)
Mulai Inisialisasi Arduno Membaca ADC Memfilter tegangan Menkonversi tegangan Tampilan monitor selesai iart
Untuk    peletakan  sensor    persis  diatas  tanah.  Hasil yang  diperoleh  untuk  beban  1  kg  dan  2,5  kg  seperti ditunjukkan pada tabel 1 dan 2.
TABEL 1

## HASIL PENGUKURAN TEGANGAN DENGAN KENAIKAN
BEBAN 1 KG

## TABEL 2 HASIL PENGUKURAN TEGANGAN DENGAN KENAIKAN BEBAN 2.5 KG
Dari  hasil  pengujian  diperoleh  persentase  beda  dari hasil yang diperoleh dari data kalibrasi dan teori rata-rata cukup  kecil  yaitu  0,138  %.  Semakin  besar  tegangan keluaran  sensor  maka  semakin  kecil  persentase  beda antara keduanya. Sedangkan untuk beban yang berubah dengan kenaikan 2,5 kg dengan dengan kedalaman yang berbeda  yaitu 10 cm dan 20 cm diperoleh  hasil  seperti ditunjukkan pada gambar 9.
Gambar 9. Grafik Posisi Letak Sensor Terhadap Tegangan Keluaran untuk Massa Beban yang Berbeda.
Sedangkan untuk uji beban dinamis yaitu yaitu dengan cara  meletakkan  beban  dengan  massa  yang  berubah- ubah  pada  sensor  yang  bertujuan  untuk  melihat  respon keluaran  tegangan  sensor  terhadap  perubahan  massa beban.  Data  hasil  pembacaan  tegangan  direkam
menggunakan software MegunoLink.  Hasil  pengujian dapat  ditunjukkan  pada  gambar  10.  Gambar  tersebut merupakan grafik tegangan terhadap jumlah pembacaan tegangan  setiap  200  ms oleh  mikrokontroler  dengan filter dan tanpa filter.
Gambar 10 . Grafik Tegangan dengan menggunakan moving average filter
Dari    pengujian  ini  diperoleh  bahwa  sistem instrumentasi  yang  dibuat  dapat  mengukur  nilai perubahan  tegangan  yang  dihasilkan  untuk  beban dinamis.
2. Pengukuran tekanan tanah dengan sensor  pore water pressure
Pengujian  instrumen  dilakukan  dua  kali  yakni pengujian  tekanan  air  pori  dan  deformasi  tanah. Pengujian tekanan air pori terdiri dari tekanan statis dan tekanan  dinamis  yang  masing-masing  diatur  dengan kedalaman sensor 5 cm, 8 cm, 12 cm, 15 cm, dan 20 cm. Dan pengujian deformasi tanah dilakukan sebanyak dua kali pengambilan data yakni beban 2 kg dan 3 kg. Untuk Pengujian  Tekanan  air  pori  statis  seperti  ditunjukkan pada tabel

## TABEL 3 PENGUJIAN TEKANAN AIR PORI STATIS
Dari tabel di peroleh beda antara teori dan praktek cukup  keci  yaitu  rata-rata  0,714%.Validasi  yang digunakan  untuk  menghitung  presentase  beda  adalah rumus  berdasarkan  teori  yang  sudah  ada  yakni  sebagai berikut :
µ = γw . h (4)
dimana µ    : tekanan air pori
Beban (kg) Tegangan Rata-rata (V) Tekanan (KPa) Strain berdasarkan Persentase beda (%)
Data Kalibrasi (µε) Persamaan 1 (µε) 1 0.034 10.13 33.44 33.28 0.4620 2 0.492 145.98 481.72 481.65 0.0172 3 0.803 238.35 786.54 786.09 0.0563 4 1.033 306.37 1011.01 1011.26 0.024 5 1.055 312.97 1032.79 1032.79 0.00005 6 1.094 324.39 1070.49 1070.97 0.045 7 1.455 431.59 1424.26 1424.37 0.008 Beban (kg) Tegangan Rata-rata (V) Tekanan (KPa) Strain berdasarkan Persen tase beda
(%)
Data
Kalibrasi (µ  Persamaan 1 (µ  2.5 0.472 139.91 461.72 462.06 0.0742 5 1.036 305.02 1006.56 1014.19 0.7587 7.5 1.178 349.25 1152.54 1153.21 0.0582 10 1.29 382.76 1263.12 1262.85 0.0211
Kedalaman Peletakan Sensor (cm) Tegangan Output (V) Tekanan air Pori hasil uji (kPa) Tekanan air Pori Teori (kPa) Presentase Beda Uji dan Teori 0 0.0003 0.0238 0 0 5 0.0071 0.5057 0.5 1.143 8 0.01123 0.7937 0.8 0.785 12 0.0171 1.2115 1.2 0.961 15 0.0211 1.4908 1.5 0.609 20 0.0281 1.9842 2 0.786
γw : berat jenis air h    : kedalaman sensor
Untuk Pengujian Tekanan air pori beban dinamis seperti ditunjukkan pada ganbar 11.

## Gambar 11 Grafik Tegangan Keluaran Beban Dinamis
Dari  grafik  diatas  dapat  dilihat  bahwa  tegangan keluaran  untuk  masing  masing  kedalaman  sensor  terus meningkat,  seiring  dengan  semakin  banyaknya  jumlah tumbukan  hingga  penumbukan  yang  ke  30.  Perbedaan tegangan  yang  tidak  begitu  signifikan    terjadi  pada kedalaman 12 cm dan 15 cm(hijau dan ungu).

## Gambar 12 . Grafik Tekanan Air Pori Beban Dinamis
Grafik diatas  menggambarkan  hasil uji coba tekanan air  pori  dinamis  pada  ketinggian  12  cm  dan  15  cm kenaikannya tidak terlalu besar , namun ketika mencapai tumbukan  ke  30  telah  melewati  tekanan  statis  air porinya. Tekanan air pori maksimal yang di dapat pada beban 2 kg adalah 0.73 KPa untuk kedalaman 5 cm, 0.84 KPa untuk kedalaman 8cm, 1.23 KPa untuk kedalaman 12  cm,  1.82  KPa  untuk  kedalaman  15  cm,  2.61  KPa untuk kedalaman 20 cm.
3. Pengukuran Deformasi Tanah dengan sensor Ultrasonic
Pada  pengujian  ini  diperlukan  plat  alas  penumbuk agar  semua  sisi  dari  tanah  turun  sejajar.  Plat  alas penumbuk ini ini dibuat dari campuran semen dan pasir dengan diameter hamper sama dengan ukuran diameter bak  uji  sehingga  sensor  ultrasonic  dapat  diletakkan  di
bagian  pinggir  bak  uji  agar  tidak  terhalang  oleh penumbuk .
Sensor  ultrasonic  harus  diletakkan  20cm  diatas permukaan plat yang telah dibuat agar perubahan tinggi dapat terbaca.Tinggi tanah awal tetap sama yakni 30 cm , hanya saja peletakan sensor yang di sesuaikan dengan penambahan  tinggi  dari  plat  alas  tumbukan  yang  telah dibuat.  Berikut  gambar  bak  uji  untuk  pengujian deformasi  tanah.  Pengujian  dilakukan  pada  beban tumbukan  2  kg  dan  tumbukan  5  –  50  kali  tumbukan. Hasil Pengujian dapat dilihat pada tabel 4.
TABEL 4

## TABEL PENGUJIAN DEFORMASI TANAH BEBAN 2KG
No Jumlah Tumbukan Deformasi 1 5 1.11 cm 2 10 2.57 cm 3 15 3.39 cm 4 20 4.71 cm 5 25 5.27 cm 6 30 5.51 cm 7 35 5.83 cm 8 40 6.26 cm 9 45 6.67 cm 10 50 6.87 cm
Pada tabel 4 menunjukkan banyaknya tumbukan yakni 5  hingga  50  kali  tumbukan.  Pada  tumbukan  ke  5  telah terjadi deformasi hingga 1.11 cm dan hingga tumbukan ke 50 terjadi deformasi sebesar 6.87 cm .

## IV. KESIMPULAN
Sistem  instrumentasi elektronik  yang dibangun dapat berfungsi  dengan  baik,  terbukti  dengan  hasil  yang diperoleh  untuk  pengukuran  dengan  sensor Earth Pressure  Cell diperoleh  presentase  kesalahan    dari pengujian untuk beban statis rata-rata  cukup kecil yaitu 0,138%.  Sehingga  sensor  dapat  digunakan  untuk mengukur  tekanan  lapisan  tanah  apabila  diberi  beban. Pada beban dinamis diperoleh bahwa tegangan keluaran sensor berbanding lurus dengan tekanan yang diberikan pada  sensor,  yang  berarti  semakin  besar  tekanan  pada sensor maka semakin besar tegangan keluaran sensor. Pada pengukuran tekanan air pori, tegangan keluaran sensor berbanding lurus dengan tekanan yang diberikan baik tekanan statis maupun dinamis. Pada tekanan statis presentase  beda  yang  didapatkan  antara  rumus  dan pengujian  sensor  rata-rata  0,714  %.  Pada  pengujian tekanan  air  pori  dinamis  menunjukkan  bahwa  pada kedalaman  tertentu,  terdapat  batasan  nilai  tekanan  pori untuk  jumlah  tumbukan,  artinya  walaupun  tumbukan terus  dilakukan  tidak  merubah  nilai  tekanan  air  pori.. Pengukuran  deformasi  tanah  menunjukkan  bahwa semakin besar frekuensi tumbukan maka semakin cepat pula penurunan tanah .
0 0,01 0,02 0,03 0,04 1 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Tegangan Keluaran Kedalaman 5cm Kedalaman 8cm Kedalaman 12cm Kedalaman 15cm Kedalaman 20cm 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 1 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Tekanan Air Pori Kedalaman 5cm Kedalaman 8cm Kedalaman 12cm Kedalaman 15cm Kedalaman 20cm Jumlah Tumbukan V Jumlah Tumbukan V

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Mathieu,  Lamandé;  Keller,  Thomas;  Berisso,  Feto;  Stettler,
Matthias;  Schjønning,  Per;,  "Accuracy  of  soil  stress measurements as affected by transducer dimensions and shape,"
Soil and Tillage Research, no. 145, pp. 72-77, 2014.
[2] Bashar,  Tarawneh;  Mounir,  Matraji;,  "Ground  improvement using  rapid  impact  compaction:  case  study  in  Dubai,"
Građevinar, vol. 11, no. 66, pp. 1007-1014, 2014.
[3] KYOWA,  "Relations  between  Transducer  Output  Signals  in Strain and Voltage,"2018.[Online]. Available :http ://www.kyowa-ei.com/eng/technical/notes/transducers/ strain_voltage.html.
[4] KYOWA,  "Conversion  of  Measured  Strain  or  Output  Voltage into Physical Quantity," 2018.W.-K. Chen, Linear Networks and Systems (Book style) . Belmont, CA: Wadsworth, 1993, pp. 123– 135.
[5] Geovanne  P,  Furriel;  J.  Alves,  Aylton;  P.  Calixto,  Wesley;  R. Silva, Brunna C; Matias, Calebe A; Silva, Uyara;, "Methodology for Validating Measurement Systems of Soil Compaction," 2016.
[6] Adam,  Dietmar,  and  Ivan  Paulmichl.  "RAPID  IMPACT COMPACTOR −AN INNOVATIVE DYNAMIC ."
Improvement of Soil Properties, 2007: 184-185
[7] Sompie,  Oktavian  B.  A.,  and  Christian  Pontororing.  "Analisis Tegangan-Regangan,  Tekanan  Air  Pori  Dan  Stabilitas  Model Dam Timbunan Tanah." Jurnal Ilmiah Media Engineering Vol.4
No.4, 2014: 206.
[8] R.  J.  Hansman  Jr.,  "Characteristics  of  Instrumentation,"  in Measurement, Instrumentation, and Sensors  Handbook , United
States, CRC Press LLC, 1999, pp. 25-32.B. Smith, “An approach to  graphs  of  linear  forms  (Unpublished  work  style),” unpublished.
[9] J. Fraden, Handbook of Modern Sensors Physics, Designs, And
Applications, New York: Springer, 2010.
[10] "Arduino - Introduction," [Online].
Available: https://www.arduino.cc/en/Guide/Introduction