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