dinus.ac.iddinus.ac.id/repository/docs/ajar/pendekatan_biomekanik.docx · web viewpengukuran kerja...
Post on 23-Mar-2018
215 Views
Preview:
TRANSCRIPT
PENGUKURAN KERJA FISIK MANUSIA DENGAN
PENDEKATAN BIOMEKANIKA
LANDASAN TEORI
1. Analisis Pengukuran Mekanika Tubuh Manusia dengan Metode
Biomekanika
Biomekanika merupakan salah satu dari empat bidang penelitian
informasi hasil ergonomi. Yaitu penelitian tentang kekuatan fisik
manusia yang mencakup kekuatan atau daya fisik manusia ketika bekerja
dan mempelajari bagaimana cara kerja serta peralatan harus dirancang agar
sesuai dengan kemampuan fisik manusia ketika melakukan akt ivitas kerja
tersebut.
Dalam biomekanik ini banyak disiplin ilmu yang mendasari dan
berkaitan untuk dapat menopang perkembangan biomekanik. Disiplin ilmu ini
tidak terlepas dari kompleksnya masalah yang ditangani oleh biomekanik ini.
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat bagan (Gambar 2.1) di bawah ini:
Anatomy Theoretical Mechanics Anthropometry
Kinesiology Bioinstrumentation
Biomechanics
General Biomechanics Occupational Biomechanics
Biostatics Biodynamics Workplace design
Biokinematics BiokineticsTool & Equipment design
Seating Devices Design
Manual Material Handling
Screening & assignment of personal
Job design & redesign
Gambar 1.1 Diagram Ilmu Biomekanika (Contini dan Drill, 1966)
1.1 Konsep Biomekanika
Biomekanika diklasifikasikan menjadi 2, yaitu :
1. General Biomechanic
General Biomechanic adalah bagian dari Biomekanika yang berbicara
mengenai hukum – hukum dan konsep – konsep dasar yang mempengaruhi
tubuh organic manusia baik dalam posisi diam maupun bergerak.
Dibagi menjadi 2, yaitu:
a) Biostatics adalah bagian dari biomekanika umum yang hanya
menganalisis tubuh pada posisi diam atau bergerak pada garis lurus
dengan kecepatan seragam (uniform).
b) Biodinamic adalah bagian dari biomekanik umum yang berkaitan
dengan gambaran gerakan – gerakan tubuh tanpa mempertim-bangkan
gaya yang terjadi (kinematik) dan gerakan yang disebabkan gaya yang
bekerja dalam tubuh (kinetik) (Tayyari, 1997).
2. Occupational Biomechanic.
Didefinisikan sebagai bagian dari biomekanik terapan yang mempelajari
interaksi fisik antara pekerja dengan mesin, material dan peralatan
dengan tujuan untuk meminimumkan keluhan pada sistem kerangka otot agar
produktifitas kerja dapat meningkat. Setelah melihat klasifikasi diatas maka
dalam praktikum kita ini dapat kita kategorikan dalam Biomekanik
Occupational Biomechanic. Untuk leebih jelasnya disini akan kita bahas
tentang anatomi tubuh yang menjadi dasar perhitungan dan penganalisaan
biomekanik.
Dalam biomekanik ini banyak melibatkan bagian bagian tubuh yang
berkolaborasi untuk menghasilkan gerak yang akan dilakukan oleh organ
tubuh yakni kolaborasi antara Tulang, Jaringan penghubung (Connective
Tissue) dan otot yang dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Tulang
Tulang adalah alat untuk meredam dan mendistribusikan gaya/tegangan
yang ada padanya. Tulang yang besar dan panjang berfungsi untuk
memberikan perbandingan terhadap beban yang terjadi pada tulang tersebut.
Mungkin dalam aplikasinya biomekanik selalu berhubungan dengan kerangka
manusia, oleh sebab itu di bawah ini adalah gambar kerangka manusia (Eko
Nurmianto, 1996).
Gambar 1.2 Kerangka manusia (Nurmianto, 1988)
Tulang juga selalu terikat dengan otot, dan jaringan penghubung (connective
Tissue) yakni ligamen,cartilage dan Tendon. Fungsi otot disini untuk menjaga
posisi tubuh agar tetap sikap sempurna.
2. Connective Tissue atau jaringan penghubung
a. Cartilagenous
Fungsi dari sambungan Cartilagenous adalah untuk pergerakan yang
relatif kecil.
Contoh: Sambungan tulang iga ( ribs ) dan pangkal tulang iga (sternum)
Sambungan cartilagenous khusus, antara vertebrata ( ruas-ruas tulang
belakang) yaitu dikenal sebagai interveterbratal disc, yang terdiri dari
pembungkus, dan dikelilingi oleh inti (puply core). Verterbrae juga
terdapat pada ligamen dan otot. Adanya gerakan yang relatif kecil pada
setiap jointnya, dapat mengakibatkan adanya flaksibelit as badan
manusia untuk membungkuk, menengadah, dan memutar. Sedangkan disc
berfungsisebagai peredam getaran pada saat manusia bergerak baik
translasi dan rotasi (Nurmianto, 1996).
b. Ligamen
Ligamen berfungsi sebagai penghubung antara tulang dengan tulang
untuk stabilitas sambungan (joint stability) atau untuk membentuk bagian
sambungan dan menempel pada tulang. Ligamen tersusun atas serabut
yang letaknya tidak paralel. Oleh karenanya tendon dan ligamen bersifat
inelastic dan berfungsi pula untuk menahan deformasi. Adanya tegangan
yang konstan akan dapat memperpanjang ligamen dan menjadikannya
kurang efektif dalam menstabilkan sambungan (joints).
Gambar 1.3 Gerak Tangan
Ligamen tersebut untuk membatasi rentang gerakan. Batasan
jangkauan dapat menentukan ruang gerakan atau aktifitas yang
digambarkan oleh sistem sambungan tulang. Sambungan tulang yang
sederhana ada pada siku dan lutut. Dengan adanya alasan bahwa kedua
adalah sambungan yang membatasi gerakan fleksi (flexion).
Sambungan siku memberikan kebebasan gerak
pada tulang tangan.
Lengan dan tungkai adalah sambungan yang komplek, yang mampu
untuk mengadakan gerakan 3 dimensi, Contoh: gerakan mengangkat
tangan, sambungan siku juga dibantu oleh sambungan bahu,
pergerakan rotasi seluruh tangan pada sumbunya dan gerakan lengan
tangan pada sambungan pergelangan tangannya. Tangan manusia
mempunyai flesibilitas yang tinggi dalam gerakannya (Nurmianto, 1996).
c. Tendon
Berfungsi sebagai penghubung antara antara tulang dan otot terdiri
dari sekelompok serabut collagen yang letaknya paralel dengan panjang
tendon. Tendon bergerak dalam sekelompok jaringan serabut dalam
sutu area dimana adanya gaya gesekan harus diminimumkan. Bagian
dalam dari
jaringan ini mengeluarkan cairan synovial untuk pelumasan (Nurmianto,
1996).
3. Otot ( Muscle )
Membahas masalah otot striatik yaitu otot sadar. Otot terbentuk atas
visber (fibre), dengan ukuran panjang dari 10-40 mm dan berdiameter 0,01-
0,1 mm dan sumber energi otot berasal dari pemecahan senyawa kaya energi
melalui proses aerob maupun anaerob.
a. Anaerobic
Yaitu proses perubahan ATP menjadi ADP dan energi tanpa bantuan
oksigen. Glikogen yang terdapat dalam otot terpecah menjadi energi, dan
membentuk asam laktat. Dalam proses ini asam laktat akan memberikan
indikasi adanya kelelahan otot secara local, karena kurangnya jumlah oksigen
yang disebabkan oleh kurangnya jumlah suplai darah yang dipompa dari
jantung. Misalnya jika ada gerakan yang sifatnya tiba-tiba (mendadak), lari
jarak dekat (sprint), dan lain sebagainya. Sebab lain adalah karena
pencegahan kebutuhan aliran darah yang mengandung oksigen dengan adanya
beban otot statis. Ataupun karena aliran darah yang tidak cukup mensuplai
oksigen dan glikogen akan melepaskan asam laktat.
b. Aerobic
Yaitu proses perubahan ATP menjadi ADP dan enegi dengan
bantuan oksigen yang cukup. Asam laktat yang dihasilkan oleh
kontraksi otot
dioksidasi dengan cepat menjadi CO2 dan H 2O dalam kondisi aerobic.
Sehingga beban pekerjaan yang tidak terlalu melelahkan akan dapat
berlangsung cukup lama. Di samping itu aliran darah yang cukup akan
mensuplai lemak, karbohidrat dan oksigen ke dalam otot. Akibat dari kondisi
kerja yang terlalu lama akan menyebabkan kadar glikogen dalam darah akan
menurun drastic di bawah norma, dan kebalikannya kadar asam laktat akan
meningkat, dan kalau sudah demikian maka cara terbaik adalah menghentikan
pekerjaan, kemudian istirahat dan makan makanan yang bergizi untuk
membentuk kadar gula dalam darah.
Hal tersebut di atas adalah merupakan proses kontraksi otot yang telah
disederhanakan analisa pembangkit energinya, dan sekaligus menandakan arti
pentingnya aliran darah untuk otot. Oleh karenanya para ergonom
hendaklah
memperhatikan hal-hal seperti berikut untuk sedapat mungkin dihindari
(Nurmianto, 1996):
a) Beban otot statis (static muscle loads).
b) Oklusi (penyumbatan aliran darah) karena tekanan, misalnya tekanan
segi kursi pada popliteal (lipat lutut).
c) Bekerja dengan lengan berada di atas yang menyebabkan siku aliran
darah bekerja berlawanan dengan arah gravitasi.
Dalam dunia kerja yang menjadi perhatian adalah :
a. Kekuatan kerja otot.
Kekuatan kerja otot bergantung pada :
1. Posisi anggota tubuh yang bekerja
2. Arah gerakan kerja.
3. Perbedaan kekuatan antar bagian tubuh.
4. Usia.
b. Kecepatan dan ketelitian.
c. Daya tahan jaringan tubuh terhadap beban.
Suatu hal yang penting untuk mengetahui jenis otot yang sesuai untuk
menopang beban statis. Beban statis yang terjadi pada semua otot harus
diminimumkan. Gaya yang terjadi pada kontraksi otot sama dengan sebanding
dengan penampang melintangnya. Otot hanya mempunyai kemampuan
berkontraksi dan relaksi bila bergerak dengan arah berlawanan terhadap otot
yang lain, dikenal dengan gerakan antagonis.
Biomekanika dapat diterapkan pada [CHA91]: perancangan kembali
pekerjaan yang sudah ada, mengevaluasi pekerjaan, penanganan material
secara manual, pembebanan statis dan penentuan sistem waktu.
Prinsip-prinsip biomekanika dalam pengangkatan beban [CHA91]:
1. Sesuaikan berat dengan kemapanan pekerja dengan
mempertimbangkan frekuensi pemindahan.
2. Manfaatkan dua atau lebih pekerja untuk memindahkan barang yang berat.
3. Ubahlah aktivitas jika mungkin sehingga lebih mudah, ringan dan
tidak berbahaya.
4. Minimasi jarak horizontal gerakan antara tempat mulai dan berakhir
pada pemindahan barang.
5. Material terletak tidak lebih tinggi dari bahu.
6. Kurangi frekuensi pemindahan.
7. Berikan waktu istirahat.
8. Berlakukan rotasi kerja terhadap pekerjaan yang sedikit
membutuhkan tenaga.
9. Rancang kontainer agar mempunyai pegangan yang dapat dipegang
dekat dengan tubuh.
10. Benda yang berat ditempatkan setinggi lutut agar dalam pemindahan
tidak menimbulkan cidera punggung.
1.2 ANALISIS MEKANIK
1.2.1 Maximum Permissible Limit (MPL)
Merupakan batas besarnya gaya tekan pada segmen L5/S1 dari kegiatan
pengangkatan dalam satuan Newton yang distandarkan oleh NIOSH (National
Instiute of Occupational Safety and Health) tahun 1981. Besar gaya
tekannya adalah di bawah 6500 N pada L5/S1. Sedangkan batasan gaya
angkatan normal (the Action Limit) sebesar 3500 pada L5/S1. Sehingga, apabila
Fc < AL (aman), AL < Fc < MPL (perlu hati-hati) dan apabila Fc > MPL
(berbahaya). Batasan gaya angkat maksimum yang diijinkan , yang
direkomendasikan NIOSH (1991) adalah berdasarkan gaya tekan sebesar 6500 N
pd L5/S1 , namun hanya 1% wanita dan
25% pria yang diperkirakan mampu melewati batasan angkat ini.
Perlu diperhatikan bahwa nilai dari analisa biomekanika adalah rentang postur
atau posisi aktifitas kerja, ukuran beban, dan ukuran manusia yang
dievaluasi. Sedangkan kriteria keselamatan adalah berdasar pada beban tekan
(compression load) pada intebral disk antara Lumbar nomor lima dan
sacrum nomor satu (L5/S1). Untuk mengetahui lebih jelas lagi L5/S1 dapat
dilihat pada gambar 1.5 dibawah ini
Gambar 1.5 Klasifikasi dan kodifikasi pada vertebrae (Nurmianto, 1996)
Analisa dari berbagai macam pekerjaan yang menunjukkan rasa nyeri (ngilu)
berhubungan erat dengan beban kompresi (tekan) yang terjadi pada (L5/S1),
demikian kata Chaffin and Park (1973). Telah ditemukan pula bahwa 85-95% dari
penyakit hernia pada disk terjadi dengan relative frekuensi pada L4/L5 dan L5/S1.
Kebanyakan penyakit-penyakit tulang belakang adalah merupakan hernia pada
intervertebral disk yaitu keluarnya inti intervertebral (pulpy nucleus) yang
disebabkan oleh rusaknya lapisan pembungkus intervertebral disk.
Evan dan Lissner (1962) dan Sonoda (1962) melakukan penelitian dengan uji
tekan pada spine (tulang belakang). Mereka menemukan bahwa tulang belakang
yang sehat tidak mudah terkena hernia, akan tetapi lebih mudah rusak/retak jika
disebabkan oleh beban yang ditanggung oleh segmen tulang belakang (spinal)
dan yang terjadi dengan diawali oleh rusaknya bagian atas/ bawah segmen tulang
belakang (the castilage end-plates in the vertebrae). Retak kecil yang terjadi pada
vertebral akan menyebabkan keluarnya cairan dari dalam vertebrae menuju
kedalam intervetrebae disc dan selanjutnya mengakibatkan degenerasi (kerusakan)
pada disk. Dari kejadian ini dapat ditarik kesimpulan bahwa degenerasi adalah
merupakan prasyarat untuk terjadinya hernia pada intervertebral disc yang pada
gilirannya akan menjadi penyebab umum timbulnya rasa nyeri pada bagian
punggung bawah (low-back pain).
Dalam gerakan pada sistem kerangka otot, otot bereaksi terhadap tulang untuk
mengendalikan gerak rotasi di sekitar sambungan tulang, beberapa sistem
pengungkit menjelaskan hal tersebut. Dalam sistem ini otot bertindak sebagai
sistem mekanis yang berfungsi untuk suplai energi kinetik dan gerakan angular.
Pada Gambar 1.6 digambarkan sistem pengungkit yang terdapat pada anggota
tubuh manusia yang melakukan aktivitas kerja.
FL
F
L
r R r RGambar 1.6 Sistem Pengungkit
(Sistem Pengungkit I) F R.Lr
(Sistem Pengungkit II) F ( r R ) L
r
a. Sistem pengungkit I :
C o n t o h s i s t e m p e n g u n g k i t I :
a. Otot Triceps menarik ulna untuk menggerakkan siku
b. Otot Quadriceps menarik tibia melalui patella untuk menggerakkan lutut
b. Sistem pengungkit II :
C o n t o h s i s t e m p e n g u n g k i t I I :
a. Otot Biceps menarik radius untuk mengangkat siku
b. Otot Brachialis menarik ulna untuk mengangkat siku
c. Otot Deltoid menarik humerus untuk mengangkat bahu
Untuk mendapatkan gambaran sederhana tentang mekanisme gaya (force)
tersebut, dibawah ini terdapat contoh
sbb: Contoh soal:
Suatu benda kerja seberat 2 kg diangkat dengan satu lengan, berat lengan tersebut
25 N. Di ketahui jarak pusat beban lengan terhadap pusat beban benda sejauh
30 cm, r = 5 cm, R = 13 cmF
J
5 cm
W=25P=2 kg
13 cm
30 cm
Dari data diatas dapat kita tentukan gaya F yang dikenai benda terhadap lengan
sbb:
F (13 x 25) (30 x 20) ------------ 2kg x 10 = 20
N5
185 Ndan gay a reaksiny a adalah :J 185 - 25 - 20 140 N
Perlu kita ketahui bahwa seorang operator bekerja tidak hanya lengan saja yang
mengeluarkan tenaga, tetapi bagian tubuh yang lain seperti punggung, paha, betis
dll.
Dalam biomekanik perhitungan guna mencari moment dan gaya dapat dilakukan
dengan cara menghitung gaya dan mement secara parsial atau menghitung tiap
segmen yang menyusun tubuh manusia. Berat dari masing – masing
segmen
dibawah ini didapat dari besarnya prosentase dikali dengan gaya berat dari orang
tersebut.
2,8% 1,7% 0,6%
10,0%
4,3%
8,4%
50,0%
6,2%
2,2%
1,4%
Gambar 1.7 Persentase Persegmen tubuh (Tayyari, 1997)
Oleh karena itu, di bawah ini merupakan perhitungan (secara manual) dalam
praktikum ini, yaitu dihitung tiap segmen yang mempengaruhi tulang
belakang dalam melakukan aktivitas pengangkatan, kecuali segmen kaki:
1. Telapak tanganFyw
Fxw
1
Mw SL1
WH
ΣFy = 0
ΣFx = 0 -- tidak ada gaya
horisontal.
ΣM = 0
WH = 0,6% x Wbadan
Fyw = Wo/2 + WH
Mw = (Wo/2 + WH) x SL1 x cos θ1
Wo
2. Lengan Bawah
FyeFxe
θ2 λ2Me
WLA
SL2
-Fxw
-Mw
-Fyw
ΣFy = 0
ΣFx = 0 -- tidak ada gaya
horisontal.
ΣM = 0
λ2 = 43%
WLA = 1,7% x Wbadan
Fye = Fyw + WLA
Me = Mw + (WLA x λ2 x SL2 x cosθ2)
+ (Fyw x SL2 x cos θ2)
3. Lengan Atas
Fxs
Fys
θ3Ms
λ3
WUA
SL3
-Me
-Fye
-Fxe
ΣFy = 0
ΣFx = 0 -- tidak ada gaya horisontal.
ΣM = 0
λ3 = 43,6%
WUA = 2,8% x Wbadan
Fys = Fye + WUA
Ms = Me + (WUA x λ3 x SL3 x cosθ3)
+ (Fye x SL3 x cos θ3)
NB = Gaya pada lengan atas dikalikan dua
Moment dikali dua agar benda utuh satu
4. Punggung
SL4
λ4
Fxt WTFxt θ4
-Fys
-Fxs
-Ms
ΣFy = 0
ΣFx = 0 -- tidak ada gaya horisontal.
ΣM = 0
λ4 = 67%
WT = 50% x Wbadan
Fyt = 2Fys + WT
Mt = 2Ms + (WT x λ4 x SL4 x cos θ4)
+ (2Fys x SL4 x cos θ4)
Mt
Dengan menggunakan teknik perhitungan keseimbangan gaya pada tiap
segmen tubuh manusia, maka didapat moment resultan pada L5/S1.
Kemudian untuk mencapai keseimbangan tubuh pada aktivitas pengangkatan,
moment pada L5/S1 tersebut diimbangi gaya otot pada spinal erector (FM) yang
cukup besar dan juga gaya perut (FA) sebagai pengaruh tekanan perut (PA)
atau Abdominal Pressure yang berfungsi untuk membantu kestabilan badan
karena pengaruh momen dan gaya yang ada seperti model pada gambar 2.8
dibawah ini.
Gambar 1.8 Model sederhana dari punggung bawah (low back) yang diteliti
oleh chaffin untuk analisis terhadap aktifitas angkat Koplanar Statis. (Chaffin,
1984)
Gaya otot pada spinal erector dirumuskan sebagai berikut:
FM .E M ( L5 / S1) FA
.D(Newton)
FM = Gaya otot pada Spinal Erector (Newton)
E = Panjang Lengan momen otot spinal erector dari L5/S1
(estimasi 0,05 m sumber: Nurmianto; 1996)
M(L5/S1) = MT = Momen resultan pada L5/S1
FA = Gaya Perut (Newton)
D = Jarak dari gaya perut ke L5/S1 ( 0,11 m)
( Sumber:Nurmianto,1996)
Untuk mencari Gaya Perut (FA), maka perlu dicari Tekanan Perut (PA)
dengan persamaan:
(N/Cm2)
(newton)
Wtot = Wo +2 WH + 2 WLA+ 2 WUA + Wt
Keterangan:
PA = Tekanan Perut
AA = Luas Diafragma (465 cm2)
ΘH = Sudut inklinasi perut
ΘT = Sudut inklinasi kaki
Wtot = Gaya keseluruhan yang terjadi
Kemudian gaya tekan/kompresi pada L5/S1 dirumuskan sbb:
FC = Wtot . cos 4 – FA + Fm (newton)
3
2
4 H
T1
Gambar 1.9 Contoh pengangkatan MPL.
1.2.2 Recommended Weight Limit (RWL)
Recommended Weight Limit merupakan rekomendasi batas beban yang
dapat diangkat oleh manusia tanpa menimbulkan cidera meskipun pekerjaan
tersebut dilakukan secara repetitive dan dalam jangka waktu yang cukup
lama. RWL ini ditetapkan oleh NIOSH pada tahun 1991 di Amerika Serikat.
Persamaan NIOSH berlaku pada keadaan :
a. Beban yang diberikan adalah beban statis, tidak ada penambahan
ataupun pengurangan beban di tengah – tengah pekerjaan.
b. Beban diangkat dengan kedua tangan.
c. Pengangkatan atau penurunan benda dilakukan dalam waktu maksimal 8
jam. d.Pengangkatan atau penurunan benda tidak boleh dilakukan saat duduk
atau
berlutut.
e. Tempat kerja tidak sempit.
Berdasarkan sikap dan kondisi sistem kerja pengangkatan beban dalam proses
pemuatan barang yang dilakukan oleh pekerja dalam eksperimen,
penulis melakukan pengukuran terhadap faktor – faktor yang mempengaruhi
dalam pengangkatan beban dengan acuan ketetapan NIOSH (1991).
Gambar 1.10 Recommended Weight Limit
Persamaan untuk menentukan beban yang direkomendasikan untuk
diangkat seorang pekerja dalam kondisi tertentu menurut NIOSH adalah sbb:
RWL = LC x HM x VM x DM x AM x FM x CMKeterangan:
LC = konstanta pembebanan = 23 kg
HM = faktor pengali horizontal = 25 / H
FM = faktor pengali frekuensi (Frequency Multiplier) *lihat tabel 1
CM = faktor pengali kopling (handle) * lihat tabel 2
VM = Faktor pengali vertikal
DM = Faktor pengali perpindahan
DM = 0.82 + 45/D
AM = Faktor pengali asimetrik
AM = 1- 0,0032 . A
Catatan (lihat gambar )
Keterangan:
H = jarak beban terhadap titik pusat tubuh
V = jarak beban terhadap lantai
D =jarak perpindahan beban secara vertical
A = sudut simetri putaran yang dibentuk tubuh
Untuk Frekuensi Pengali ditentukan dengan menggunakan tabel FM
dibawah ini dengan mengetahui frekuensi angkatan tiap menitnya dan
juga nilai V dalam inchi.
Coupling Multiplier
Coupling V < 30 inches V > 30 inches
Type (75 cm) (75 cm)
Good 1.00 1.00
Fair 0.95 1.00
Poor 0.90 0.95
Tabel 1.1 Tabel Frekuensi Pengali
Frekuensi Durasi Kerja
Angktn/mnt 1 jam 1 jam t 2 jam 2 jam t 8 jam
(F) V < 30 V 30 V < 30 V 30 V < 30 V 30
0.2 1.00 1.00 0.95 0.95 0.85 0.85
0.5 0.97 0.97 0.92 0.92 0.81 0.81
1 0.94 0.94 0.88 0.88 0.75 0.75
2 0.91 0.91 0.84 0.84 0.65 0.65
3 0.88 0.88 0.79 0.79 0.55 0.55
4 0.84 0.84 0.72 0.72 0.45 0.45
5 0.80 0.80 0.60 0.60 0.35 0.35
6 0.75 0.75 0.50 0.50 0.27 0.27
7 0.70 0.70 0.42 0.42 0.22 0.22
8 0.60 0.60 0.35 0.35 0.18 0.18
9 0.52 0.52 0.30 0.30 0.00 0.15
10 0.45 0.45 0.26 0.26 0.00 0.13
11 0.41 0.41 0.00 0.23 0.00 0.00
12 0.37 0.37 0.00 0.21 0.00 0.00
13 0.00 0.34 0.00 0.00 0.00 0.00
14 0.00 0.31 0.00 0.00 0.00 0.00
15 0.00 0.28 0.00 0.00 0.00 0.00
>15 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Keterangan: untuk frekuensi pengangkatan kurang atau hanya 1 kali dalam 5
menit ditetapkan F = 2 Lift/mnt
Untuk Faktor Pengali kopling (handle) dapat ditentukan pada tabel 2.1 berikut : Tabel
1.2 Tabel Coupling Multiplier
Dari persamaan yang ditetapkan NIOSH tersebut, terdapat perbedaan faktor
pengali jarak vertikal untuk pekerja Indonesia, sehingga perlu penyesuaian
terhadap nilai perkiraan berat beban yang direkomendasikan untuk diangkat.
Adanya perbedaan ini karena faktor pengali vertikal sangat bergantung pada
antropometri ketinggian knuckle (jarak vertikal dari lantai ke ujung jari tangan
dengan posisi lurus ke bawah). Perumusan faktor pengali vertikal yang dihasilkan
oleh NIOSH adalah :
VM = 1- 0,03 | V-75|Sedangakan dari hasil penelitian di dapat bahwa untuk pekerja industri
Indonesia faktor pengali jarak :
VM (Indonesia) = 1- 0,00326 | V – 69 |Setelah nilai RWL diketahui, selanjutnya perhitungan Lifting Index, untuk
mengetahui index pengangkatan yang tidak mengandung resiko cidera tulang
belakang, dengan persamaan :
Keterangan:
LI
Load WeightRecommende d Weight
Limit L RWL
Jika LI 1, maka aktivitas tersebut tidak mengandung resiko cidera tulang
belakang. Jika LI > 1, maka aktivitas tersebut mengandung resiko cidera tulang
belakang
Dalam tubuh manusia terdapat tiga jenis gaya: Winter, 1979 )
1. Gaya Gravitasi, yaitu gaya yang melalui pusat massa dari tiap segmen tubuh
manusia dengan arah ke bawah. Besar gayanya adalah massa dikali percepatan
gravitasi ( F = m.g )
2. Gaya Reaksi yaitu gaya yang terjadi akibat beban pada segmen tubuh atau
berat segmen tubuh itu sendiri.
3. Gaya otot yaitu gaya yang terjadi pada bagian sendi, baik akibat gesekan sendi
atau akibat gaya pada otot yang melekat pada sendi. Gaya ini menggambarkan
besarnya momen otot.
Tubuh manusia terdiri dari 6 link Chaffin & Anderson (1984), yaitu:
1. Link lengan bawah, dibatasi joint telapak tangan dan siku.
2. Link lengan atas, dibatasi joint siku dan bahu.
3. Link punggung, dibatasi joint bahu dan pinggul.
4. Link paha, dibatasi joint pinggul dan lutut.
5. Link betis, dibatasi joint lutut dan mata kaki.
6. Link kaki, dibatasi joint mata kaki dan telapak kaki.
2. KELELAHAN
Dalam biomekanik kita akan berurusan dengan salah satu kejadian yang
dinamakan kelelahan. Kelelahan ini tidak lepas dari biomekanik karena dalam
aplikasinya biomekanik melihat orang secara mekanik, tetapi kodrat
kemanusiaan pada manusia tidak dapat dikesampingkan sehingga
manusia/pekerja mempunyai keterbatasan yaitu salah satunya keadaan yang
dinamakan lelah. Kelelahan adalah proses menurunnya efisiensi performansi
kerja dan berkurangnya kekuatan atau ketahanan fisik tubuh manusia untuk
melanjutkan kegiatan yang harus dilakukan.
Dalam bahasan lain, kelelahan didefinisikan sebagai suatu pola yang
timbul pada suatu keadaan yang secara umum terjadi pada setiap individu
yang telah tidak sanggup lagi untuk melakukan aktivitasnya. Ada beberapa
macam kelelahan yang diakibatkan oleh beberapa faktor, seperti:
1. Lelah otot, yang diindikasikan dengan munculnya gejala kesakitan
ketika otot harus menerima beban berlebihan.
2. Lelah visual, yaitu lelah yang diakibatkan ketegangan yang terjadi
pada organ visual (mata) yang terkonsentrasi secara terus menerus pada
suatu objek.
3. Lelah mental, yaitu kelelahan yang datang melalui kerja mental
seperti berfikir sering juga disebut sebagai lelah otak.
4. Lelah monotonis, yaitu kelelahan yang disebabkan oleh aktivitas
kerja yang bersifat rutin, monoton, ataupun lingkungan kerja yang
menjemukan. Sedangkan kelelahan yang disebabkan oleh sejumlah
faktor yang berlangsung secara terus menerus dan terakumulasi, akan
menyebabkan apa
yang disebut dengan lelah kronis. Di mana gejala-gejala yang tampak
jelas akibat lelah kronis dapat dicirikan seperti:
1. Meningkatnya emosi dan rasa jengkel sehingga orang menjadi
kurang toleran atau asosial terhadap orang lain.
2. Munculnya sikap apatis terhadap pekerjaan.
3. Depresi yang berat.
2.1 Proses Terjadinya Kelelahan
Kelelahan terjadi karena terkumpulnya produk-produk sisa dalam otot
dan peredaran darah, di mana produk-produk sisa inibersifat
membatasi kelangsungan aktivitas otot dan mempengaruhi serat-
serat syaraf dan sistem syaraf pusat sehinggaorangmenjadi lambat
bekerja. Makanan yang mengandung glikogen mengalir dalam
tubuh melalui peredaran darah. Setiap kontraksi dari otot selalu diikuti oleh
kimia (oksidasi glukosa) yang merubah glikogen menjadi tenaga, panas dan
asam laktat (produk sisa).
Pada dasarnya kelelahan timbul karena terakumulasinya produk sisa
dalam otot dan tidak seimbangnya antara kerja dan proses pemulihan.
Secara lebih jelas terdapat 3 penyebab timbulnya kelelahan fisik, yaitu:
1. Oksidase glukosa dalam otot menimbulkan CO2 ,saerolactic, phosphati
dan sebagainya, dimana zat-zat tersebut terikat dalam darah yang kemusian
dikeluarkan waktu bernafass.
Kelelahan terjadi apabila pembentukan zat-zat tersebut tidak seimbang
dengan proses pengeluaran, sehingga timbul penimbunan dalam
jaringan otot yang mengganggu kegiatan otot selanjutnya.
2. Karbohidrat didapat dari makanan dirubah jadi glukosa dan disimpan
dihati dalam bentuk glukogen. Setiap cm2 darah normal akan membawa 1
mm glukosa, berarti setiap sirkulasi darah hanya membawa 0,1% dari
sejumlah glikogen yang ada dalam hati karena bekerja persediaan
glikogen akan menipis dan kelelahan akan timbul apabila konsentrasi
glikogen dalam hati tinggal 0,7%.
3. Dalam keadaan normal jumlah udara yang masuk dalam pernafasan
kira- kira 4 Lt/menit, sedangkan dalam keadaan kerja keras dibutuhkan
udara kira-kira 15 Lt/menit. Ini berarti pada suatu tingkat kerja
tetentu akan
dijumpai suatu keadaan dimana jumlah oksigen yang masuk melalui
pernafasan lebih kecil dari tingkat kebutuhan. Jika hal ini terjadi
maka kelelahan yang timbul dikarenakan reaksi oksidasi dalam tubuh yaitu
untuk mengurangi asam laktat menjadi air dan karbon dioksida agar
dikeluarkan dari tubuh, menjadi tidak seimbang dengan pembentukan
asam laktat itu sendiri (asam laktat terakumulasi dalam otot dalam
peredaran darah)
2.2 Gejala-Gejala Kelelahan
Secara pasti datangnya keletihan yang menimpa pada diri seseorang akan
sulit untuk diidentifikasikan secara jelas mengukur lingkungan kelelahan
seseorang bukanlah pekerjaan yang mudah. Prestasi ataupun performansi kerja
yang bisa mengevaluasi tingkatan kelelahan. Kelelahan dapat kita lihat melalui
indikasi-indikasi (gejala-gejala) sebagai berikut:
1. Perhatian pekerja yang menurun.
2. Perasaan berat dikepala, menjadi lelah seluruh badan, kaki terasa
berat menguap, pikiran merasa kacau, mata merasa berat, kaku dan
canggung dalam gerakan tidak seimbang dalam berdiri terasa berbaring.
3. Merasa susah berpikir menjadi gugup tidak dapat konsentrasi tidak
dapat mempunyai perhatian terhadap sesuatu cenderung lupa kurang
kepercayaan cemas terhadap sesuatu tidak dapat mengontrol sikap dan
tidak tekun dalam pekerjaan.
4. Sakit kekakuan bahu nyeri di pinggang pernafasan merasa tertekan
suara serat, haus, terasa pening , spasme dari kelopak mata, tremor pada
anggota badan merasa kurang sehat badan.
2.3 Upaya Mengurangi Kelelahan.
Problematika kelelahan akhirnya membawa manajemen untuk selalu
berupaya mencari jalan keluar. Karena apabila kelelahan tidak segera ditangani
secara serius akan menghambat produktivitas kerja dan bisa menyebabkan
kecelakaan kerja.
Adapun upaya-upaya untuk mengurangi kelelahan adalah sebagai berikut;
1. Sediakan kalori secukupnya sebagai input untuk tubuh.
2. Bekerja menggunakan metode kerja yang baik. Misalkan bekerja
dengan menggunakan prinsip ekonomi gerakan.
3. Memperhatikan kemampuan tubuh, artinya mengeluarkan tenaga
tidak melebihi pemasukannya dengan memperhatikan batasan- batasannya.
4. Memperhatikan waktu kerja yang teratur. Berarti harus dilakukan
pengaturan terhadap jam kerja, waktu istirahat, dan sarana-sarananya.
Masa-masa libur dan rekreasi.
5. Mengatur lingkungan fisik sebaik-baiknya, seperti temperatur,
kelembaban, sirkulasi udara, pencahayaan kebisingan getaran, bau/wangi-
wangian, dll.
6. Berusaha untuk mengurangi monotoni warna dan dekorasi ruangan
kerja, menyediakan musik, menyediakan waktu-waktu olah raga, dll.
2.4 Penyebab Kelelahan
Kelelahan yang terjadi dapat disebabkan berbagai hal penyebab
yang paling penting adalah:
1. Monotonitas
2. Intensitas dan durasi kerja
3. Lingkungan suasana, cahaya, dan kebisingan.
4. Fisiologi tanggung jawab.
5. Sakit, ngilu, dan gejala nutrisi.
Contoh Soal:
A. MPL
1. Seorang pekerja mengambil kotak yang berada pada ketinggian 45 cm di
atas lantai dan mengangkat ke meja 70 cm di atas lantai. Berat kotak 60
kg, berat badan 65 kg, jarak pergelangan tangan ke pusat masa benda
0,07 m, θ1 = 20o, jarak pergelangan tangan-siku = 0,28 m, θ2 = 20o, jarak
siku-bahu= 0,3 m θ3 = 80o, jarak bahu ke L5/S1 = 0,36 m θ4 = 45o. sudut inklinasi
perut 45o, sudut inklinasi paha 50o. Hitunglah gaya tekan pada L5/S1
tersebut!
P e n ye le s aian :
WH = 0,6 % Wbadan = 0,6% * 650 = 3,9 N
WLA = 1,7 % Wbadan = 1,7% * 650 = 1,05 N
WUA = 2,8 % Wbadan = 2,8% * 650 = 18,2 N
WT = 50 % Wbadan = 50% * 650 = 325 N
Sehingga,
WTOT = Wo + 2WH + 2WLA + 2WUA + WT = 971,3 N
2 = 0.43
3 = 0.436 4 = 0.67
D = 0.11
AA = 465 cm2
Wo = 60 kg * 10 = 600 N
Wbdn = 65 kg * 10 = 650 N
Tabel 2.2 panjang dan sudut segmentasi tubuh
No Segmentasi Tubuh Panjang (m) Sudut (derajat)
1. Telapak tangan SL1 = 0,07 20o
2. Lengan bawah SL2 = 0,28 20o
3. Lengan Atas SL3 = 0,30 80o
4. Punggung SL4 = 0,36 45o
5. Inklinasi Perut θH = 45o
6. Inklinasi Paha ΘT = 50o
H T
A. Telapak Tangan
Fyw = Wo/2 + WH = 303.9 N
MW = (W0/2 + WH) * SL1 * Cos θ1 = 19,99 = 20 Nm
B. Segmen Lengan Bawah
Fye = Fyw + WLA = 314,95 N = 315 N
Me = MW + (WLA * 2 * SL2 * Cos θ2) + (Fyw * SL2 * Cos θ2) = 101,21
Nm
C. Segmen Lengan Atas
Fys = Fye + WUA = 333,2 N
Ms = Me + (WUA * 3 * SL3 * Cos θ3) + (Fye * SL3 * Cos θ3) = 118,03
Nm
D. Segmen Punggung
Fyt = 2Fys + WT = 991.4 N
Mt = 2Ms + (WT * 4 * SL4 * Cos θ4) + (2Fys * SL4 * Cos θ4)
= 236.06 + 55,43 + 169.64 = 461.04 Nm
Kemudian Gaya perut (PA) dan Tekanan Perut (FA)
PA 10 4 43 0.36
75
M L5 / S1 1,8 = 0,73 N/cm2
FA = PA * AA = 0,73 * 465 = 339.45 N
Gaya otot pada spinal erector :
FM * E = M(L5/S1) – FA * D
FM = 8474,01 N
Gaya Tekan/kompresi pada L5/S1:
Fc = Wtot * Cos θ4 – FA + FM = 8821.37 N > 6500 N
Kesimpulan:
Pekerjaan tersebut membahayakan bagi pekerja dan sebaiknya dilakukan
perbaikan secara adimistasi dan teknis sehingga pekerja dapat bekerja dengan
sehat tanpa mengalami cedera pada L5/S1 serta tujuan dan target perusahaan
dapat tercapai.
B. RWL
2. Seorang pekerja mengambil kotak dengan berat 5 kg di atas konveyor 15
cm dan mengangkat ke sebuah meja dengan ketinggian 125 cm dari lantai.
Jarak beban terhadap titik pusat tubuh 35 cm. Sudut simetri putaran yang
dibentuk tubuh 45o. Jika selama 80 menit pekerja tersebut melakukan
pengangkatan sebanyak 224 kali, Berapa batas beban yang
direkomendasikan? Apakah pekerjaan tersebut dikategorikan aman
atau
tidak? (diketahui Handle Coupling dalam kategori Fair)
P e n ye le s aian :
L= 5 kg LC = 23 kg
V = 15 cm Handle Fair = 0,95
D = 110 cm H = 35 cm
A = 45o
Menghitung,
HM = 25/H = 25/35 = 0,714
VM = 1- 0,00326
= 0,82396
V 69 = 1- 0,00326 15 69
DM = 0,82 + 4,5/D = 0.82 + 4.5/110 = 0.861
FM = 224 lift/80 mnt= 2.8 = 3
CM = 0,95
LC = 23
Sehingga :
RWL = LC * HM * VM * DM * AM * FM * CM
RWL = (23) (0.714) (0.82396) (0.861) (0.856) (0.79) (0.95)
= 7,484
Kemudian mencari Lifting Index,
LI LoadWeight L 5
Re commended
LI 0,69
W e i gh t Limit RWL 7,484
Kesimpulan:
Karena LI ≤ 1, maka aktivitas tersebut tidak mengandung resiko
cidera tulang belakang bagi pekerja dan sebainya metode kerja di
pertahankan dan data tersebut dapat digunakan
sebagai bahan perbandingan dalam perekrutan pekerja
baru.
64
top related