## RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING PERGERAKAN TANAH MENGGUNAKAN METODE MULTI SEGMENT INCLINOMETER BERBASIS ACCELEROMETER (STUDI KASUS MODEL LERENG)
Hamzah Afif,  Amien Widodo,  Juan Pandu,  dan Firman Syaifuddin
Departemen Teknik Geofisika, Fakultas Teknik Sipil Lingkungan dan Kebumian, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) e-mail : afifhamzah08@gmail.com
Abstrak. Telah  dilakukan  rancang  bangun  alat  monitoring  pergerakan  tanah  dengan  parameter  yang dipantau  antara  lain  perubahan  sudut  dan  kadar  kelembaban  tanah.  Metode  yang  digunakan  adalah multi segment  inclinometer  yang  dinilai lebih efektif  karena  dapat  membaca  pergerakan  tanah  melalui perubahan  sudut  yang    bervariasi  terhadap  kedalaman.  Prototype  alat  berupa  multi  segment inclinometer berbasis Arduino Mega 2560 sebagai mikrokontroler. Perubahan sudut diukur menggunakan inclinometer  berbasis  accelerometer  MPU  6050.  Prototype  alat  dan  sistem  yang  dibangun  pada penelitian ini menggunakan hardware dan software dengan lisensi open source sehingga pembuatannya lebih  mudah  dan  murah.  Prototype  alat  diuji  pada  sebuah  model  lereng.  Uji  yang  dilakukan  yaitu  uji pengaruh  sudut  dan  uji  penambahan air. Hasil  uji  pengaruh sudut sebelum  longsor  terjadi  perubahan sudut  accelerometer  sebesar  6°  dalam  setengah  detik.  Pada  uji  penambahan  air  perubahan  sudut accelerometer sebesar  7°-12°  dalam setengah  detik  dan  terjadi  pengurangan  kadar  kelembaban  tanah sebesar  21%.  Data  yang  diperoleh  dari  sensor  ditampilkan  secara  real  time  menggunakan  antarmuka Processing dan disimpan dalam bentuk .csv. Hasil analisa data menunjukkan sistem monitoring yang telah dibuat dapat membaca indikasi terjadinya longsor.
Kata Kunci: gerakan tanah; multi segment inclinometer; accelerometer; moisture sensor.
Abstract. Soil monitoring tools have been carried out with parameters monitored, including changes in angle  and  soil moisture  content.  The method  used  is  a multi-segment inclinometer  that  discusses more effectively because it can read ground movements through changing different viewpoints to the level. The prototype uses a multi-segment inclinometer based on Arduino Mega 2560 as a microcontroller. Change of  viewpoint  using  an  inclinometer  based  on MPU 6050  accelerometer  and  soil moisture levels  using  a humidity  sensor  from  DfRobot.  The  prototype  tools  and  systems  built  in  this  study  use  hardware  and software with an open source license so that the manufacture is easier and cheaper. The prototype tool is tested on a slope model. Tests carried out were angle effect test and  water addition test. The test results of the effect of the angle before the landslide occur an angle change of 6 ° in half a second. In the water addition test the angle changes by 7° -12° in half a second. Change in water content before the landslide were 21%. Data obtained from sensors is displayed in real time using the Processing interface and stored in  .csv  extensions. The  results  of  data  analysis indicate  that  the monitoring  system  that has  been made can read indications of landslides.
Keywords: ground movement; multi-segment inclinometer; accelerometer; moisture sensor.

## PENDAHULUAN
Bencana longsor menurut data dari BNPB pada tahun  2018,  menjadi  bencana  yang  paling  banyak menyebabkan  korban  jiwa.  Tanah  longsor  sendiri merupakan  suatu  fenomena  pergerakan  massa batuan,  tanah,  atau  bahan  rombakan  material penyusun  lereng  yang  bergerak  ke  bawah  atau  ke luar  lereng  karena  pengaruh  gravitasi  (Risdiyanto, 2011).    Dari  total  kebutuhan  ratusan  ribu  sistem peringatan  dini  longsor,  hingga  saat  ini  baru  200 unit  sistem  peringatan  dini  longsor  yang  telah
terpasang  (BNPB,  2018).  Penyebab  longsor  terbagi atas  faktor  internal  (faktor  dari  lereng  itu  sendiri) dan  faktor  eksternal  (faktor  diluar  lereng).  Faktor- faktor internal antara lain; kegempaan, iklim (curah hujan),  vegetasi,  morfologi,  batuan/tanah  maupun situasi  setempat  (R.F.  Hirnawan,  1993),  tingkat kelembaban  tanah  (moisture),  adanya  rembesan, dan aktifitas geologi seperti patahan (terutama yang masih  aktif),  rekahan  dan  liniasi.  Proses  eksternal penyebab longsor diantaranya adalah :
• Pelapukan (fisika, kimia dan biologi) dan erosi,
• penurunan tanah (ground subsidence),
• deposisi (fluvial, glasial dan gerakan tanah),
• getaran dan aktivitas seismik,
• jatuhan tepra.
Telah berhasil dibuat prototype  untuk memantau  terjadinya  longsor  oleh  Uchimura dengan  menggunakan  multi  segment  inclinometer. Metode  multi  segment  inclinometer  merupakan sebuah  metode  pengukuran  perubahan  sudut menggunakan  2  atau  lebih  inclinometer  yang ditempatkan secara vertikal pada 1 lubang bor yang sama  (Uchimura  dkk.,  2015).  Accelerometer  adalah alat  yang  digunakan  untuk  mengukur  percepatan, mendeteksi  dan  mengukur  getaran  (vibrasi),  dan mengukur  percepatan  akibat  gravitasi  (inklinasi). Sensor  accelerometer  mengukur  percepatan  akibat gerakan  benda  yang  melekat  padanya  (Setiadi, 2017).  Metode  multi  segment  inclinometer  ini merupakan sebuah pendekatan yang baru, sehingga masih  diperlukan  banyak  penelitian  lanjutan  untuk meningkatkan  efektifitasnya.  Untuk  membuatnya diperlukan  keahlian  khusus  karena  perakitannya yang rumit.
Penelitian ini fokus  membahas  sistem monitoring pergerakan tanah berdasarkan parameter perubahan sudut dan kadar kelembaban tanah  sebelum  terjadi  longsor  menggunakan aplikasi metode multi segment inclinometer dengan bahan-bahan  yang  sederhana.  Perubahan  sudut diukur menggunakan inclinometer berbasis
accelerometer  MPU  6050.  Prototype  dirangkai berbasis Arduino Mega
2560 sebagai mikrokontroler  dengan  bahan-bahan  yang  lebih terjangkau  dengan  lisensi  open  source,  sehingga pengembangan  dan  pengaplikasian  prototipe  pada lapangan akan lebih mudah dan murah.

## METODOLOGI
Alur  penelitian  dijelaskan  melalui  diagram  alir penelitian  pada  Gambar  1.  Proses  pembuatan prototype terbagi atas 3 tahapan, yaitu perancangan perangkat keras, perancangan perangkat  lunak  dan  pembuatan  model  uji.  Pada setiap  rancangan  rangkaian  perangkat  keras  dan
program  perangkat  lunak  dilakukan  uji  coba fungsional untuk memastikan hasil rancangan dapat berfungsi dengan baik sebelum dilakukan pengujian pada  model  uji.  Pengujian  pada  model  lereng  juga dilakukan untuk mendapatkan model yang sesuai.

## Gambar 1 Diagram alir penelitian

## Perancangan Perangkat Keras
1.  Inclinometer
Sensor  accelerometer  berfungsi  sebagai  pengukur derajat  kemiringan  (inclinometer).  Sensor  ini dihubungkan dengan  mikrokontroller melalui komunikasi I2C. Komunikasi I2C dilakukan dengan 2 kabel  yaitu  SDA  dan  SCL.  Modul  GY  521 memiliki  2 alamat I2C yaitu 0X68 dan 0X69.

## Perancangan Perangkat Lunak
1.  Alur Kerja Mikrokontroler
Diagram  alir  mikrokontroler  dapat  dilihat  pada Gambar 2.
2.  Tampilan pada desktop
Ada  dua  output  dari  program  Processing  yaitu display  data  real  time  dan  file  hasil  penyimpanan
data.  Hasil  display  data  real  time  ditampilkan  pada Gambar 3.
Gambar 2 Alur kerja mikrokontroler
Gambar 3 Display data yang berisi grafik kadar air berbanding waktu, grafik accelerometer berbanding waktu, visualisasi sudut dan waktu.

## Pembuatan Model Uji
Pengujian  alat  prototipe  dilakukan  pada  model longsoran  yang  dibuat  dengan  skala  laboratorium.
Pada penelitian ini dibuat sebuah model kotak dari papan  akrilik  sebagai  wadah  untuk  tanah  dengan dimensi panjang lebar tinggi sebesar 70 cm, 35 cm dan 28 cm. Pada salah satu kotak diberi papan yang memiliki lubang-lubang dengan diameter 1 cm yang berada  1  cm  dari  bagian  paling  bawah  sebagai jalam untuk infltrasi air ke tanah. Visualisasi model pengujian seperti pada Gambar 4 di bawah
Gambar 4a Model uji ketika belum diisi tanah
Gambar 4b Model ketika diisi tanah dengan ketebalan 10 cm dengan sudut 26°

## HASIL DAN PEMBAHASAN Uji Pengaruh Sudut
Uji  ini  dilakukan  dengan  mengangkat  secara perlahan  bagian  dasar  dari  kotak.  Karena keterebatasan  dari  kotak  yang  dibuat,  maka pengangkatan  dilakukan  secara  manual.  Laju pengangkatan  tidak  dapat  dihitung  dengan  tepat, tetapi  dapat  dilihat  dari  tren  data  yang  diperoleh. Dari  Gambar  5,  dapat  dilihat  perubahan  sudut accelerometer  yang  terjadi  selama  pengujian pengaruh sudut.
Sudut  awal  dari  kedua  accelerometer  sedikit berbeda  yaitu  85°  pada  accelerometer  1  dan  79° pada accelerometer 2. Nilai ini sudah stabil selama 8 detik yang ditetapkan sebagai waktu untuk kalibrasi berdasarkan  datasheet  modul  GY  521.  Perbedaan nilai ini disebabkan karena faktor pemasangan yang mana  sulit  untuk  memposisikan  agar  sensor  untuk benar-benar  lurus.  Namun,  karena  analisa  yang dilakukan  berdasarkan  perubahan  sudut  maka perbedaan  inisial  sudut  sensor  ini  dapat  diabaikan. Sesaat  setelah  kotak  diangkat,  dapat  dilihat penurunan sudut yang dipengaruhi oleh pengangkatan.  Pengangkatan  berpengaruh  lebih besar terhadap accelerometer 1. Hal ini disebabkan karena  accelerometer  1  berada  pada  permukaan tanah sehingga berubahnya sudut permukaan tanah sangat  terasa  pada  sensor.  Beberapa  kali  kenaikan nilai  sensor  (meskipun  tidak  drastis)  merupakan faktor  dari  laju  pengangkatan  yang  tidak  stabil
karena  dilakukan  secara  manual.  Sensor  2  yang letaknya  dalam  tanah,  menghasilkan  perubahan yang  relatif  lebih  halus  dengan  rerata  perubahan sudut sebesar 1°-2° per detik.
Terjadi anomali pada detik ke 21,5 dimana nilai sensor  yang  terbaca  sebesar  86°  yang  mana mempunyai  selisih  20°  dengan  nilai  yang  terbaca setengah  detik  sebelumnya.  Pada  dokumentasi pengujian  tidak  ditemukan  adanya  tanda-tanda longsoran  atau  perubahan  signifikan  yang  terjadi. Oleh  sebab  itu,  kemungkinan  penyebab  anomali tersebut  adalah  akibat  dari  fluktuasi  dari  nilai output  sensor.  Pada  detik  ke  23  pengujian  mulai terlihat  crack  yang  cukup  jelas  di  permukaan  tanah seperti  terlihat  pada  Gambar  4b.  Dari  data  yang diperoleh, pada detik ke 23 terjadi perubahan sudut yang  signifikan  sebesar  6°  dalam  waktu  setengah detik  selanjutnya.    Dalam  waktu  1,5  detik setelahnya  longsor  sudah  terjadi.  Longsor  terjadi pada sudut 43°.

## Uji Pengaruh Kadar Air
Uji ini dilakukan pada sudut sebesar 43°. Sudut ini dipilih berdasarkan uji sebelumnya dimana pada sudut  ini  model  sudah  membentuk  crack.  Air ditambahkan  melalui  boks  infiltrasi  yang  terdapat pada  bagian  ujung model.  Penambahan  air  dengan metode  ini  untuk  mensimulasikan  aliran  air  pada lapisan tanah bagian bawah.
Gambar 5 Grafik perubahan sudut berbanding waktu hasil uji sudut
Sebelum  terjadi  anomali,  sudut  dari  sensor relatif  stabil.  Hal  ini  karena  sudut  model  tidak diubah.  Pada  detik  ke  56,  mulai  terjadi  anomali seperti  yang  terjadi  pada  uji  sebelumnya  yaitu perubahan  kenaikan  sudut  yang  tajam.  Perubahan sudut yang terjadi sebesar 7° dalam setengah detik dan  bertambah  lagi  12°  setengah  detik  kemudian. Anomali  ini  terjadi  sesaat  sebelum  terjadinya longsor.  Pada  accelerometer  1,  nilai  sudut mengalami  penurunan  sebesar  9°.  Longsor  yang terjadi  berupa  luncuran  dimana  seluruh  model meluncur  turun  pada  bidang  gelincir.  Longsoran luncuran  terjadi  karena  lapisan  bawah  model telah jenuh  air  sehingga  gaya  penahan  terhadap  lapisan bawah  kotak  menjadi  kecil  dan  tidak  mampu menahan  beban  model.  Luncuran  ini  pada  grafik ditunjukkan  pada  data  yang  terus  mengalami penurunan  sudut  secara  drastis.  Tercatat  hingga detik ke 61, sudut accelerometer 2 sudah mencapai 30°.  Hal  ini  disebabkan  oleh  luncuran  tanah  yang mendorong sensor.

## PENUTUP Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan  dari  penelitian  ini  yaitu  prototype multi segment inclinometer berbasis accelerometer dapat  digunakan  sebagai  sistem  monitoring pergerakan  tanah  secara  real  time  dan  membaca indikasi terjadinya longsor pada model berdasarkan perubahan  sudut  dan  kadar  air.  Perubahan  sudut sebelum terjadinya longsor pada uji pengaruh sudut sebesar 6° dan pada uji pengaruh  kadar air sebesar 7°-12°.

## DAFTAR PUSTAKA
R.F.  Hirnawan  (1993), Ketanggapan  Stabilitas  Lereng Perbukitan  Rawan  Gerakan-  tanah  atas  Tanaman Keras,  Hujan  &  Gempa ,  Universitas  Padjajaran,
Bandung.
Risdiyanto, I. (2011), Identifikasi Daerah Rawan Longsor . Diambil 1 September 2018 http://doi.org/10.13140/RG.2.1.4316.5684. Setiadi, F. (2017), RANCANG BANGUN PROTOTIPE EARLY WARNING SYSTEM TANAH LONGSOR MENGGUNAKAN  SENSOR MAJEMUK  BERBASIS GSM ,
other,  Politeknik  Negeri  Padang.  Diambil  dari http://polinpdg.ac.id.
Gambar 6 Grafik perubahan sudut berbanding waktu hasil uji pengaruh kadar air.
Uchimura,  T.,  Towhata,  I.,  Wang,  L.,  Nishie,  S., Yamaguchi,  H.,  Seko,  I.  dan  Qiao,  J.  (2015), "Precaution  and  early  warning  of  surface  failure  of slopes  using  tilt  sensors", Soils  and  Foundations ,
Vol.55,
No.5, hal. 1086 – 1099. http://doi.org/10.1016/j.sandf.2015.09.010.
-------------------