jurnal gaya tekan segmen l5s1.fix

Biomekanika dan BiotransportasiGaya Tekan pada Segmen L5/S1

PERCOBAAN 2GAYA TEKAN PADA SEGMEN L5/S1

Fulky A’yunni (081311733006)Dosen Pembimbing : Endah Purwati, S.Si., M.T

Prodi S1-Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya

ABSTRAKDisc L5/S1 merupakan pengertian dari lumbar 5 dan saccrum 1, bagian ini merupakan

titik rawan dalam sistem rangka. Pada praktikum ini bertujuan untuk mengukur parameter segmen tubuh manusia dan menentukan tekanan perut, gaya otot pada spinal erector dan gaya tekan pada segmen L5/S1 dengan menitikberatkan pada kasus pengangkatan beban statis. Parameter yang digunakan pada percobaan ini adalahrentang postur, ukuran beban dan berat beban orang coba. Pada percobaan ini menggunakan 3 orang coba yang semuanya bergender laki-laki dengan berat badan dan massa benda masing-masing coba adalah 54 kg untuk orang coba 1 dengan berat benda 1 kg, 65 kg untuk orang coba 2 dengan berat benda 2 kg dan 86 kg untuk orang coba 3 dengan berat benda 3 kg. Dari hasil analisis perhitungan data dapat diketahui bahwa gaya tekan L5/S1 pada orang coba 1 adalah 2.520,91 N, orang coba 2 sebesar 3.576,96 N dan pada orang coba 3 sebesar 5.174,2 N. Dari literatur yang kita dapatkan besar gaya tekan adalah dibawah <6.500 N pada L5/S1 sehingga dapat disimpulkan bahwa ketiga orang coba tersebut dikategorikan aman.

Kata kunci : Gaya tekan L5/S1, tekanan perut, gaya perut, gaya otot spinal erector.

PENDAHULUANSistem gerak pada tubuh manusia

dibagi menjadi dua, yaitu sistem gerak aktif dan sistem gerak pasif.Sistem gerak aktif yang dimaksud adalah otot, sedangkan yang pasif adalah tulang atau rangka. Selain tulang dan otot jug atredapat jaringan pembantu dalam proses gerak yaitu jaringan penghubung (connective tissue).

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, biomekanika selalu berhubungan dengan kerangka manusia

(Eko Nurmianto, 1996). Berikut ini adalah gambar kerangka manusia:


Gambar 1. Kerangka tubuh manusia

Otot adalah organ tubuh yang mampu berkontraksi untuk melakukan sebuah gerakan dengan bantuan tulang atau rangka.Otot pada ubuh manusia ada tiga macam, yaitu otot jantung, otot polos dan otot rangka. Otot rangka inilah yang berperan dalam proses bergerak. Otot rangka merupakan bagian penyusun terbesar tubuh kita.

Jaringan penghubung(connective tissue) adalah jaringan yang menghubungkan antara otot dengan tulang dan tulang dengna tulang. Jaringan yang menghubungkan otot dengan tulang adalah tendon.Tendon terdiri dari serabut-serabut kolagen yang letaknya paralel dengan panjang tendon. Tendon bergerak dalam sekelompok jaringan serabut dalam satusatu area dimana adanya gaya gesekan harus diminimalkan. Bagian dari jaringan ini memerlukan cairan synovial sebagai pelumas.Sedangkan jarring yang menghubungkan antara tulang dengan tulang adalah ligamen.Ligamen berfungsi untuk menyetabilkan sambungan (joint stability) atau membentuk bagian sanbungan dan menempel pada tulang.ligamen tersusun atas kolagen yang tidak paralel. Adanya tegangan konstan akan memperpanjang ligamen dan menjadikannya kurang stabil dalam menjaga sambungan. Selain tendon dan ligamen, juga terdapat sambungan cartilagenous yang memiliki fungsi sebagia pergerakan yang relatif kecil, seperti sambungan tulang iga dan pangkal tulang iga. Adanya gerakan yang relatif kecil pada setiap joint-nya maka dapat mengakibatkanterjadinya fleksibilitas badan manusia untuk membungkuk, menengadah dan memutar.

Gabungan dari tulang, otot dan jaringan penghubung menghasilkan gaya dan momen gaya yang dapat dihitung secara parsial untuk setiap segmen tubuh. Berikut ini adalah gambar segmen tubuh beserta prosentase beratnya:

Gambar 2. Prosentase per segmen tubuh

Pada bagian-bagian tertentu seperti telapak tangan, lengan atas, lengan bawah, dan punggung, memiliki peran yang berarti pada proses pengangkatan. Berikut ini adalah perhitungan momen gaya yang bekerja pada daerah tersebut:

a. Telapak tangan

b. Lengan bawah


c. Lengan atas

Gaya pada lengan atas dikali dua, momen dikali dua agar benda utuh satu

d. Punggung

Gerakan seperti mengangkat beban tidak hanya dipengaruhi oleh lengan saja tetapi juga oleh bagian tubuh lain seperti punggung, paha, betis dan lainnya. Perhatikan gambar di bawah ini:

Gambar 3. Pemodelan sederhana aktifitas mengangkat

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. Gaya otot pada spinal erector dirumuskan sebagia berikut:

FM E=M L5 /S 1−FA DFM =Gaya otot pada spinal erector(N)E =Panjang lengan momen otot spinal erector dari L5/S1(±0,05 m) Dimana M(L5/S1)=MT=momen resultan pada L5/S1.FA =Gaya perut(N)D =Jarak dari gaya perut ke L5/S1.(±0,11 m)

Untuk mencari gaya perut FA, maka perlu mencari tekanan perut PA dengan menggunakan rumus:

Keterangan:PA = Tekanan Perut(N/cm2)FA = Gaya perut(N)AA = Luas Diafragma (465 cm2)Θv = Sudut inklinasi perutΘT = Sudut inklinasi kaki

W tot=W o+2 W H +2W LA+2W UA+W t

Keterangan:Wtot = Total gaya yang terjadi(N)Wo = Berat badan(N)WH = Berat telapak tangan(N)WLA = Berat lengan bawah(N)


WUA = Berat lengan atas(N)Wt = Berat punggung(N)

FC=W tot . cosθ4−FA+ Fm

Keterangan:FC = Gaya tekan pada segmenL5/S1(N)Wtot = Berat total(N)Θ4 = Sudut inklinasi perutFA = Gaya perut (N)Fm = Gaya otot pada spinal erector

ALAT DAN BAHANAlat-alat yang digunakan pada

percobaan ini adalah timbangan badan, meteran (mistar) + busur, beban (1 kg, 2 kg, 3 kg)

METODEPada praktikum ini yang pertama

kali dilakukan adalah menimbang badan orang coba yang akan diukur besar gaya tekannya pada L5/S1. Kemudian dilanjutkan dengan mengukur panjang telapak tangan, lengan bawah, lengan atas dan punggung. Setelah itu atur posisi tubuh dari orang coba sesuai dengan pada Gambar 3, pada posisi tersebut ukurlah θ1, θ2, θ3, θ4, θH, dan θT. Hitung gaya tekan pada L5/S1 dengan menggunkan persamaan diatas. Pada praktikum ini kami menggunakan 3 orang coba.

HASILOrang Coba 1 (Wbdn= 54 kg x 10 = 540 N)

Orang Coba 2 (Wbdn= 65 kg x 10 = 650 N)

Orang Coba 3 (Wbdn= 86 kg x 10 = 860 N)

Hasil analisis perhitungan data sesuai dengan persamaan diatas:

Orang coba 1Bagian yang dianalisa (Wo = 10 N)

Momen telapak tangan 1,45 NmMomen Gaya Lengan Bawah

4,52 Nm

Momen Gaya Lengan Atas

5,69 Nm

Momen Gaya Punggung 93,59 NmTekanan Perut 0,046 PaGaya Perut 21,39 ×10−4 NGaya Otot Spinal Erector 1971,79 NGaya Tekan pada L5/S1 2.520,91 N

No.Segmentasi

tubuhPanjang

Sudut saat WO

= 10 N1. Telapak tangan 18 cm 10o

2. Lengan bawah 29 cm 30o

3. Lengan atas 28 cm 80o

4. Punggung 52 cm 50o

5. Inklinasi perut - 50o

6. Inklinasi kaki - 40o

No.Segmentasi

tubuhPanjang

Sudut saat WO = 20 N

1. Telapak tangan 18 cm 20o






No.

Segmentasi tubuh

PanjangSudut saat WO =

30 N1. Telapak tangan 18 cm 40o









6,55 Nm


11,153 Nm

Momen Gaya Punggung 139,51 Nm

Tekanan Perut 11,11 PaGaya Perut 0,516 NGaya Otot Spinal Erector 2.789,06 NGaya Tekan pada L5/S1 3.576,96 N



7,85 Nm


10,28 Nm

Momen Gaya Punggung 199,8 NmTekanan Perut 0,317 PaGaya Perut 0,015 NGaya Otot Spinal Erector 3.995,97 NGaya Tekan pada L5/S1 5.174,2 N

PEMBAHASANPada praktikum kali ini mempelajari

tentang gaya tekan pada segmen L5/S1 (Lumbal 5/Saccrum 1) yanag bertujuan untuk mengukur parameter segmen tubuh manusia dan menentukan tekanan perut gaya otot pada spinal erector dan gaya tekan ada segmen L5/S1 dengan menitikberatkan pada kasus pengangkatan beban statis. Percobaan ini perlu dibahas karena sebagian besar gaya tekan yang dialami oleh tubuh ketika menerima beban atau mengangkat beban adalah segmen lumbal 5/sacrum 1. Sehingga dengan

membahas ini diharapkan kita dapat mengetahui seberapa besar gaya tekan yang terjadi pada bagian tersebut jika kita mengangkat beban dengan berat tertentu.

Pada percobaan menggunakan analisa biomekanika yaitu nilai rentang postur atau posisi aktifitas kerja, ukuran beban dan berat badan orang coba. Dari analisa tersebut kami menggunakan 3 orang coba yang semuanya bergender laki-laki berat badan dan massa benda masing-masing coba adalah 54 kg untuk orang coba 1 dengan berat benda 1 kg, 65 kg untuk orang coba 2 dengan berat benda 2 kg dan 86 kg untuk orang coba 3 dengan berat benda 3 kg. Kemudian mengambil dan mengukur data-data yang dibutuhkan. Setelah semua data terkumpul dilakukan analisis data untuk menentukan besar momen gaya pada telapak tangan, lengan atas, lengan bawah, punggung, tekanan perut (PA), gaya perut (FA), gaya otot pada spinal erector, dan gaya tekan segmen L5/S1.

Setelah dilakukan perhitungann terhadap hasil data yang didapatkan ketika percobaan, data yang diperoleh untuk menentukan hasil akhir percobaan yaitu gaya tekan pada segmen L5/S1 adalah untuk orang coba 1 yaitu 2.520,91 N, orang coba 2 sebesar 3.576,96 N dan pada orang coba 3 sebesar 5.174,2 N.

Berdasarkan pada teori, MPL (Maximum Permissible Limit) merupakan batas besarnya gaya tekan pada segmen L5/S1 dari kegiatan pengangkatan dalam satuan newton yang distandarkan oleh NIOSH (National Institute of Occupational Safety and Health) tahun 1981. Besar gaya tekannya adalah dibawah 6500 N pada L5/S1. Sedangkan batasan gaya angkatan normal (the Action Limit) sebesar 3500 N pada L5/S1. Sehingga, apabila Fc < Al


(aman), Al < Fc < MPL (perlu hati-hati), dan apabila Fc > MPL (berbahaya). Batasan gaya angkat maksimum yang diizinkan, yang direkomendasikan NIOSH (1991) adalah berdasarkan gaya tekan sebesar 6500 N pada L5/S1, namun hanya 1% wanita dan 25% pria yang diperkirakan mampu melewati batasan angkat ini.

Dari hasil yang diperoleh tersebut pada masing-masing orang coba dikatakan aman. Karena tidak melebehi dari batas besar gaya tekan pada L5/S1 yaitu 6.500 N

SIMPULAN Adapun kesimpulan dari percobaan

ini adalah Orang coba 1

Wo = 10 N- Besar tekanan perut PA = 0,046 Pa- Besar gaya otot pada spinal erector

Fm = 1.971,79 N- Gaya tekan pada segmen L5/S1 Fc

= 2.520,91 N Orang coba 2


Fm = 2.789,06 N- Gaya tekan pada segmen L5/S1 Fc

= 3.576,96 N Orang coba 3


Fm = 3.995,97 N N- Gaya tekan pada segmen L5/S1 Fc

= 5.174,2 NDari hasil diatas dapat disimpulkan

bahwa semua orang coba pada saat dikategorikan aman karena tidak melebihi gaya tekan sebesar 6500 N pada L5/S1.

UCAPAN TERIMAKASIH

Terimakasih kami ucapkan kepada Departemen Fisika Fakultas Sains dan teknologi Universitas Airlangga yang telah memberikan kesempatan menggunakan fasilitas praktikum

DAFTAR PUSTAKAAma, Fadli dkk.2015. Pedoman

Praktikum Biomekanika & Biotransportasi. Surabaya : FSAINTEK, UNAIR

https://ukhtymj.wordpress.com/2013/10/03/biomekanika-kerja/ (diakses 11 oktober 2015 pukul 20.00 WIB)

https://ukhtymj.wordpress.com/2013/10/03/biomekanika-kerja/

https://ukhtymj.wordpress.com/2013/10/03/biomekanika-kerja/


LAMPIRAN

ANALISIS DATA

Mengukur parameter segmen tubuh dan menentukan tekanan perut, gaya otot pada spinal erector, dan gaya tekan pada segmen L5/S1 Orang Coba 1

WO = 10 NMomen gaya pada telapak tanganM W=(W O /2+W H )× SL1× cosθ1

M W= (10 /2+3,24 ) ×0,18 ×cos 10°M W=8,24 ×0,18 × 0,98M W=1,45 Nm

Momen gaya pada lengan bawahM e=M w+(W LA × λ2× SL2 ×cosθ2 )+(F yw × SL2×cos θ1)

M e=1,45+(9,18 × 0,43× 0,29× cos30 ° )+(8,24 ×0,29 ×cos 30°)M e=1,45+0,99+2,08M e=4,52 Nm

Momen gaya pada lengan atasM s=M e+(W UA × λ3 × SL3× cosθ3 )+¿

M s=4,52+(15,12× 0,436 ×0,28 × cos80 ° )+¿)M s=4,52+0,32+¿0,85M s=5,69Nm

Momen gaya pada punggungM T=2 M s+(W T × λ4 × S4 × cosθ4 )+¿


M T=2(5,69)+ (270 × 0,67×0,52 ×cos50 ° )+(2(32,54)× 0,52 ×cos50 °)M T=11,38+60,46+21,75

M T=93,59 N m

Tekanan perut

PA=10−4(43−0,369 (θH+θT ))( M L5 /S 1)1,8

75

PA=10−4(43−0,369 (50+40 ))( 93,59 )1,8

75

PA=10−4 (9,79 )(3.553,56)

75PA=0,046 Pa

Gaya perutF A=PA × A A

F A=0,046× 465 ×10−4

F A=21,39 ×10−4 N

Gaya otot pada spinal erector

FM=M (L5 /S 1)−F A D

E

FM=93,59−(21,39 ×10−4 .0,11)

0,05

FM=93,59−(2,3529 ×10−4)0,05

FM=1971,79 N

W tot=W O+2 W H +2W LA+2W UA+W t

W tot=529,2+2 (3.24)+2(9,18)+2(15,12)+270W tot=529,2+6,48+18,36+30,24+270W tot=854,28 N

Gaya tekan pada L5/S1FC=W tot . cosθ4−FA+ Fm

FC=854,28 . cos50 °−21,39 ×10−4+1971,79FC=549,12−21,39 ×10−4+1971,79FC=2.520,91 N

Orang Coba 2 WO = 20 N

Momen gaya pada telapak tangan


M W=(W O /2+W H )× SL1× cosθ1

M W= (20 /2+3,9 )× 0,18 ×cos20 °M W=13,9 × 0,18× 0,94M W=2,35 Nm


M e=2,35+(11,05× 0,43× 0,26 ×cos 30° )+(13,9× 0,26 ×cos 30°)M e=2,35+1,07+3,13M e=6,55 Nm


M s=6,55+(18,2× 0,436 ×0,28 ×cos 60° )+¿)M s=6,55+1,11+3,493M s=11,153Nm

Momen gaya pada punggungM T=2M s+(W T × λ4 × S4 × cosθ4 )+¿

M T=2(11,153)+(325 ×0,67 × 0,50× cos 40° )+(2(43,15)×0,50 ×cos 40 °)M T=23,06+83,4+33,05M T=139,51 N m

Tekanan perut

PA=10−4(43−0,369 (θH+θT ))( M L5 /S 1)1,8

75

PA=10−4(43−0,369 ( 40+35 ))(139,51 )1,8

75

PA=10−4 (15,325 )(7.249,19)

75PA=11,11 Pa


F A=11,11 ×465 × 10−4

F A=0,516 N



E


FM=139,51−(0,516 ×0,11)0,05

FM=139,51−0,0570,05

FM=2.789,06 N


W tot=637+2(3,9)+2(11,5)+2(18,2)+325W tot=637+7,8+23+36,4+325W tot=1.029,2 N


FC=1.029,2. cos 40 °−0,516+2.789,06FC=788,41−0,516+2.789,06FC=3.576,96 N

Orang Coba 3 WO = 30 N

Momen gaya pada telapak tanganM W=(W O /2+W H )× SL1× cosθ1

M W= (30 /2+5,16 )× 0,18 ×cos 40 °M W=20,16 × 0,18 ×0,77M W=2,79 Nm


M e=2,79+(14,62 ×0,43 ×0,25 × cos 40° )+(20,16 × 0,25 ×cos 40° )M e=2,79+1,2+3,86M e=7,85 Nm


M s=7,85+ (24,08× 0,436 ×0,31 ×cos 80° )+¿)M s=7,85+0,56+1,87M s=10,28Nm

Momen gaya pada punggungM T=2M s+(W T × λ4 × S4 × cosθ4 )+¿

M T=2(10,28)+ (430 ×0,67 × 0,51× cos 30 ° )+(2(58,86)×0,51 ×cos30 °)M T=20,56+127,24+52


M T=199,8 N m

Tekanan perut

PA=10−4(43−0,369 (θH+θT ))( M L5 /S 1)1,8

75

PA=10−4(43−0,369 (30+40 ))(199,8 )1,8

75

PA=10−4 (17,17 )(13.837,95)

75PA=0,317 Pa


F A=0,317× 465 ×10−4

F A=0,015 N



E

FM=199,8−(0,015 × 0,11)0,05

FM=139,51−1,62 ×10−3

0,05FM=3.995,97 N


W tot=842,8+2 (5,16 )+2 (14,62 )+2 (24,08 )+430W tot=842,8+10,32+29,24+48,16+430W tot=1.360,52 N


FC=1.360,52 .cos30 °−0,015+3.995,97FC=1,178,24−0,015+3.995,9 7FC=5.174,2 N

jurnal gaya tekan segmen l5s1.fix

Documents