pengukuran kerja fisik manusia dengan...

Modul Biomekanika Praktikum Genap 2010/2011

Laboratorium Analisis Perancangan Kerja & Ergonomi ~ Universitas Islam Indonesia

36

PENGUKURAN KERJA FISIK MANUSIA DENGAN

PENDEKATAN BIOMEKANIKA

A. TUJUAN

a. Tujuan Umum

1. Mampu melakukan pengukuran kerja dan memanfaatkannya dengan

merancang metode kerja didasarkan pada prinsip–prinsip biomekanika.

2. Mengetahui besar beban kerja pada saat melakukan kerja dengan metode

biomekanika.

3. Mampu memahami keterbatasan manusia dari beban kerja yang

dibebankan pada anggota tubuh manusia.

b. Tujuan Khusus

1. Mampu mengaplikasikan metode Recommended Weight Limit (RWL)

dalam menghitung beban kerja, menghitung lifting index.

2. Mampu memberikan rekomendasi beban benda yang seharusnya dapat

diangkat oleh operator.

B. 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 aktivitas 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:



37

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).

Theoretical Mechanics Anthropometry

Bioinstrumentation

Anatomy

Kinesiology

Biomechanics

General Biomechanics

Biodynamics Biostatics

Biokinematics Biokinetics Tool & Equipment design

Workplace design

Seating Devices Design

Manual Material Handling

Screening & assignment of

personal

Job design & redesign

Occupational Biomechanics



38

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)



39

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 flaksibelitas 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).



40

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



41

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 2CO dan OH2 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



42

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.



43

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



44

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).



45

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.

a. Sistem pengungkit I :

Contoh sistem pengungkit I :

a. Otot Triceps menarik ulna untuk menggerakkan siku

b. Otot Quadriceps menarik tibia melalui patella untuk menggerakkan lutut

F L

r R r R

F

L

(Sistem Pengungkit I) r

R.L F (Sistem Pengungkit II)

r

L ) R r ( F

Gambar 1.6 Sistem Pengungkit



46

b. Sistem pengungkit II :

Contoh sistem pengungkit II :

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 cm

Dari data diatas dapat kita tentukan gaya F yang dikenai benda terhadap lengan

sbb:

N 140 20 - 25 - 185 J

:adalah reaksinya gayadan

N 185

5

20) x (30 25) x (13 F

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

W=25 P=2 kg

5 cm

13 cm

30 cm

F

J



47

dibawah ini didapat dari besarnya prosentase dikali dengan gaya berat dari orang

tersebut.

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 tangan

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

Fyw

Fxw

Wo

WH

SL1 Mw

1

Gambar 1.7 Persentase Persegmen tubuh (Tayyari, 1997)

10,0%

4,3%

W

1,4%

8,4%

W

50,0%

W

2,2%

W

6,2%

W

2,8% 1,7%

W W 0,6%

W



48

2. Lengan Bawah

3. Lengan Atas

NB = Gaya pada lengan atas dikalikan dua

Moment dikali dua agar benda utuh satu

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)

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)

Fye

Fxe

-Fyw

WLA

SL2 λ2

-Mw

Me

-Fxw

θ2

Fys

Fxs

-Fye

WUA

SL3

λ3

-Fxe

-Me

Ms

θ3



49

4. Punggung

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.

Mt

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)

-Fxs

Fxt

SL4

λ4

-Ms

-Fys

WT Fxt θ4



50

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:

DFMEF ASLM .. )1/5( (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)



51

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.

3

2

1

4 H

T



52

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 CM

Keterangan:

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



53

DM = Faktor pengali perpindahan

AM = Faktor pengali asimetrik

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.



54

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

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



55

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 :

Sedangakan dari hasil penelitian di dapat bahwa untuk pekerja industri

Indonesia faktor pengali jarak :

Setelah nilai RWL diketahui, selanjutnya perhitungan Lifting Index, untuk

mengetahui index pengangkatan yang tidak mengandung resiko cidera tulang

belakang, dengan persamaan :

RWL

L

Limit Weight dRecommende

WeightLoad LI

Keterangan:

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.



56

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



57

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 ini bersifat membatasi

kelangsungan aktivitas otot dan mempengaruhi serat-serat syaraf dan sistem

syaraf pusat sehingga orang menjadi 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



58

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.



59

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.



60

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 = 20

o, jarak siku-bahu

= 0,3 m θ3 = 80o, jarak bahu ke L5/S1 = 0,36 m θ4 = 45

o. sudut inklinasi

perut 45o, sudut inklinasi paha 50

o. Hitunglah gaya tekan pada L5/S1

tersebut!

Penyelesaian :

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



61

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)

1/5

75

36.04310 4

SLMPATH

1,8 = 0,73 N/cm

2

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.



62

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)

Penyelesaian :

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 69V = 1- 0,00326 6915

= 0,82396

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,

69,0

484,7

5

__Re

LI

RWL

L

LimitWeightcommended

LoadWeightLI



63

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.

C. PERALATAN PRAKTIKUM

1. Beban kerja

2. Penggaris atau meteran pengukur

3. Alat pengukur sudut (busur)

4. Timbangan berat badan

5. Stop watch

6. Meja kerja

7. Lembar pengamatan

D. PROSEDUR PELAKSANAAN PRAKTIKUM

1. Ukur berat beban kerja.

2. Untuk pengangkatan RWL, posisikan operator pada bidang pengangkatan,

catat data-data yang diperlukan seperti data operator, beban, H, V, dan A

pada posisi pertama (origin), jumlah angkatan per menit (F), dll.

3. Operator mengangkat beban kerja dari lantai ke meja kerja selama 2 menit.

4. Catat H, V dan A pada posisi setelahnya (destination), dan hitung D.

5. Sedangkan untuk pengangkatan MPL, posisikan operator pada bidang

pengangkatan sesuai posisi MPL.

6. Foto operator untuk 1 kali pengangkatan, kemudian analisa berdasarkan

analisa MPL.

7. Lengkapi lembar pengamatan kriteria Biomekanik (RWL dan MPL).

8. Data diolah dan dihitung.



64

pengukuran kerja fisik manusia dengan...

Documents