Weigh-In-Motion (WIM): Pengukuran beban kendaraan bergerak

Sedikit berbagi mengenai pengukuran beban kendaraan bergerak dengan sistem Weigh-In-Motion (WIM). Bagi yang tertarik dengan bidang teknik sipil khususnya bidang transportasi jalan dan jembatan untuk lalu lintas kendaraan. Topik ini juga merupakan topik tesis saya untuk merencanakan beban kendaraan rencana untuk pembebanan jembatan lalu lintas. Dari tinjauan pustaka yang saya lakukan, saya rasa topik ini cukup baik untuk dibagikan agar lebih banyak orang yang mengetahui mengenai salah satu teknologi yang sedang berkembang di Indonesia ini. 

Ilustrasi Sistem Weigh In motion. Sumber : http://www.bmpcoe.org/

1. Umum

Weigh-In-Motion (WIM) adalah sebuah metode pengukuran beban kendaraan yang dapat dilakukan ketika kendaraan dalam kondisi bergerak. Teknologi WIM ini adalah perkembangan terbaru dari pengukuran beban kendaraan yang selama ini dilakukan secara statis, yaitu mengukur beban kendaraan dalam kondisi berhenti di suatu lokasi pengukuran beban statis yang biasa disebut jembatan timbang. 

Data yang dapat dikumpulkan dari WIM antara lain beban gandar (axle weight) dan beban total (gross weight), jarak antar gandar (axle spacing), klasifikasi kendaraan, dan kecepatan kendaraan. Klasifikasi kendaraan yang dipakai alat pengukur sistem WIM bisa disesuaikan dengan klasifikasi yang digunakan, misal di Indonesia digunakan klasifikasi Bina Marga, seperti yang dikelompokkan dalam pencacahan lalu lintas kendaraan.

2. Jenis Teknologi Sensor Weigh-In-Motion

Teknologi sensor WIM terus berkembang seiring berjalannya waktu.Dari sekian banyak jenis teknologi sensor WIM yang dikembangkan, ada beberapa jenis teknologi dasar yang sering digunakan sebagai sensor untuk sistem WIM. Teknologi itu antara lain adalah strain gage, load cell, dan piezoelectric.

a. Load Cell

Sistem WIM dengan teknologi load cell seperti ditunjukkan Gambar di bawah ini, menggunakan sebuah pelat yang dilengkapi dengan load cell. Ketika kendaraan bergerak melintasi pelat, sistem merekam beban dinamik yang bekerja pada load cell. Jenis load cell yang digunakan dapat berupa heavy-duty stainless steel compression cell maupun hydraulic load cell dengan kapasitas sangat besar.

Load Cell. Sumber : Cardinal Scales

Aplikasi Weigh In motion tipe Load Cell. Sumber : FHWA

b. Jembatan dengan Strain Gages

Sistem WIM ini menggunakan strain gages di beberapa titik pada struktur jembatan yang ditunjukkan Gambar di bawah ini  Agar lebih sederhana, sistem ini biasanya digunakan pada jembatan dengan sistem struktur statis tertentu, yaitu terletak pada dua tumpuan sederhana, dengan lokasi pemasangan strain gages biasanya ditempatkan di serat bawah tengah bentang jembatan maupun di seperempat bentang jembatan. Ketika kendaraan melintasi jembatan, dapat diketahui regangan yang tercatat pada strain gages, yang kemudian dapat dianalisis balik untuk mendapat besaran beban akibat regangan struktur jembatan yang terjadi.

Aplikasi Weigh In motion tipe Strain Gages di Jembatan. Sumber :  FHWA
 

c. Piezoelectric

Sistem WIM dengan teknologi sensor piezoelectric adalah yang paling banyak digunakan untuk keperluan pengambilan data. Sistem sensor piezoelectric  yang tipikal seperti pada Gambar di bawah ini pada dasarnya terdiri dari kawat tembaga, diselubungi oleh material piezoelectric, dan dibungkus lagi dengan tembaga yang memiliki sifat konduktor. 

Aplikasi Weigh In motion tipe Piezoelectric. Sumber :  FHWA

Selain itu, sensor jenis ini dapat berbentuk WIM Strip seperti terlihat pada Gambar di bawah ini. WIM Strip berbentuk pelat alumunium yang dibalut karet sehingga dapat diletakkan dan direkatkan pada permukaan perkerasan. Cara kerja dari sensor ini adalah saat  tekanan diberikan pada material piezoelectric, arus listrik akan terproduksi. 

Aplikasi Weigh In motion tipe Piezoelectric bentuk WIM Strip. Sumber :  Puslitbang Jalan dan Jembatan, 2010

Sensor ini dipasang di perkerasan jalan dan beban kendaraan yang diterima sensor adalah yang ditransfer lewat perkerasan jalan. Dalam hal ini, karakter perkerasan juga mempengaruhi sinyal output dari sensor. Dengan menghitung dan menganalisis arus yang diproduksi, sensor dapat digunakan untuk menghitung berat dari roda yang melintas atau gabungan gandar dari kendaraan. Saat ini sudah diproduksi banyak variasi sensor piezoelectric dari bentuk, ukuran, pengemasan sensor, dan sebagainya, untuk mendapatkan hasil yang lebih baik, pemasangan yang lebih mudah, dan jangka waktu pemakaian yang lebih lama.

3. Kelengkapan lain dari Sistem Weigh-In-Motion

Untuk keperluan pengumpulan data yang lebih lengkap, pada umumnya sensor WIM dipasang dengan kelengkapan dua putaran induktif (loop) dan dua sensor pada setiap lajur yang dipantau. Sensor dipasang di perkerasan jalan dengan orientasi tegak lurus arah lalu lintas, sementara kedua putaran induktif (loop) dipasang di perkerasan jalan dengan letak di depan dan belakang sensor WIM yang digunakan.

Fungsi loop adalah pengukur kecepatan kendaraan yang melintas dengan cara mendeteksi roda saat melintasi bagian awal loop kemudian menghitung waktu tempuh sampai roda tersebut melintasi bagian akhir loop, sehingga kecepatan kendaraan dapat dihitung sebagai fungsi jarak antar bagian loop dengan waktu tempuh kendaraan melintasi loop tersebut.

Semua kelengkapan sensor WIM tersebut kemudian dihubungkan dengan data logger yang mencatat berupa data jumlah gandar kendaraan, jarak antar gandar kendaraan, berat setiap gandar dan berat total kendaraan tersebut. Data hasil pengukuran dari setiap kendaraan dan interval waktu akan direkam dan disimpan kedalam memori. Interval waktu yang digunakan dapat diatur sesuai dengan kebutuhan pengambilan data, misal interval harian, yaitu data yang direkam akan disalin setiap hari (24 jam) kedalam 1 file. Proses pencatatan data yang digunakan adalah vehicle by vehicle sehingga alat akan mencatat setiap kendaraan yang melintasi sensor. Layout tipikal penempatan sensor dan alat (data logger) ditampilkan pada Gambar di bawah ini.

Layout tipikal Weigh In motion. Sumber : http://www.civil.iitb.ac.in/

Semoga informasi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan.