“BIOMEKANIKA”

Analisis Perancangan Kerja dan Ergonomi

Teknik Industri Universitas Gunadarma

Biomekanika

Biomekanika = Mekanika biologi organismeBiomekanika merupakan alat yang dapat mencegah bebankerjaMempelajari fungsi dan struktur bagian tubuh serta efeknyatekanan/beban internal/eksternal terhadapnya.

Beban berat yang kumulatif dapat menyebabkan kelainanfisik.Dirasakan sebagai gejala pertama sakit: sesuatu yang tidakcomfortableBila tidak diperhatikan dapat menyebabkan kecelakaan dikemudian hari

Biomekanika

� Biomekanika adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari interaksi fisik antara pekerja dengan mesin, material dan peralatan dengan tujuan untuk meminimumkan keluhan pada sistem kerangka otot agar produktivitas kerja dapat meningkat.meningkat.

� Pendekatan biomekanika � tubuh manusia sebagai suatu sistem yang terdiri dari elemen-elemen yang saling berkait dan terhubung satu sama lain, melalui sendi-sendi dan jaringan otot yang ada.

� Prinsip-prinsip fisika digunakan untuk menyatakan

tegangan mekanik pada tubuh dan gaya otot yang

diperlukan untuk membagi tegangan-tegangan tersebut.

Arm Lift Torso Lift Leg Lift

Bio

st

High Far Lift Floor Lift High Near Lift

Bio

static

Biodynamic

Application of Biomechanics >> Manual Task

Application of Biomechanics >>Sports

Application of

BiomechanicsBiomechanics

>> Hospital’s

activities

Struktur Tubuh Manusia

� TULANG (BONES) � investigasi pada L5/S1.

� SAMBUNGAN (JOINTS) � aplikasi teori fisika

(beban, massa, gaya, momen) pada tubuh (beban, massa, gaya, momen) pada tubuh

manusia.

� OTOT (MUSCLE) � aerobic & anaerobic

metabolism.

Lumbar - Sacrum

� Dalam banyak kegiatan penanganan material seperti mengangkat, membawa, mendorong dan menarik, gaya-gaya yang signifikan terjadi pada tulang belakang bagian bawah yaitu pada ruas

lumbar ke-5 dan sacrum ke-1 (L5/S1), lokasi lumbar ke-5 dan sacrum ke-1 (L5/S1), lokasi dimana sering terjadi cedera punggung.

Anatomy of the

Human SpineHuman Spine

� Didalam melakukan analisa biomekanik, tubuh manusia dipandang sebagai suatu sistem yang terdiri dari link (penghubung) dan joint (sambungan).

Link - Joint

� Menurut Ghaffin & Anderson (1984), tubuh manusiaterdiri dari enam link yaitu:

� Link lengan bawah yang dibatasi joint pergelangan tangandan siku.

Link lengan atas yang dibatasi joint siku dan bahu.

Link – Joint (2)

� Link lengan atas yang dibatasi joint siku dan bahu.

� Link punggung yang dibatasi joint bahu dan pinggul.

� Link paha yang dibatasi joint pinggul dan lutut.

� Link betis yang dibatasi joint lutut dan mata kaki.

� Link kaki yang dibatasi joint mata kaki dan telapak kaki.

Biomechanics Analysis

Aerobic vs. Anaerobic Metabolism

� Aerobic

� Use of O2, efficient, high capacity

� Anaerobic

� No O2, inefficient, low capacity

� Aerobic used during normal work (exercise) levels, anaerobic added during extreme demands

� Anaerobic metabolism -> lactic acid (pain, cramps,tremors)

How to measure ?

Biostatics :

�Apply Newton’s Law

� Use RULA (Rapid Upper Limb Assessment)

�Use REBA (Rapid Entire Body Assessment) �Use REBA (Rapid Entire Body Assessment)

Biodynamic :

� Apply advanced Newton’s Law

� Manual material handling (NIOSH’s Law)

� Simulation

HUKUM NEWTON I

Selama tidak ada resultan gaya yang bekerja

Selama tidak ada resultan gaya yang bekerja pada

sebuah benda maka benda tersebut akan selalu pada

keadaannya, yaitu benda yang diam akan selalu diam dan

benda yang bergerak akan bergerak dengan kecepatankonstan.Selama tidak ada resultan gaya yang bekerja

pada sebuah benda maka benda tersebut akan

selalu pada keadaannya, yaitu benda yang diam

akan selalu diam dan benda yang bergerak akan

bergerak dengan kecepatankonstan.

Σ F = 0 a = 0

konstan.

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.

1. Besar gaya tekannya adalah di bawah 6500 N pada L5/S1.

2. Batasan gaya angkatan normal (the Action Limit) sebesar

3500 pada L5/S1.3500 pada L5/S1.

Apabila : Fc < AL (aman), AL < Fc < MPL (perlu hati-hati) dan 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

(Nurmianto, 1996).

2-D Model of the Elbow:

From Chaffin, DB and Andersson, GBJ (1991) Occupational Biomechanics. Fig 6.2

JAWAB :

Perlu kita ketahui bahwa seorang operator bekerja tidak hanyaPerlu 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.

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 yangkestabilan badan karena pengaruh momen dan gaya yang

ada

MODEL BIOMEKANIKA

TULANG BELAKANG

(CHAFFIN, 1991)

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:Persamaan NIOSH berlaku pada keadaan:

1. Beban yang diberikan adalah beban statis, tidak ada penambahan

ataupun pengurangan beban di tengah – tengah pekerjaan.

2. Beban diangkat dengan kedua tangan.

3. Pengangkatan atau penurunan benda dilakukan dalam waktu

maksimal 8 jam.

4. Pengangkatan atau penurunan benda tidak boleh dilakukan saat

duduk atau berlutut.

5. Tempat kerja tidak sempit.

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

DM = Faktor pengali perpindahan

AM = Faktor pengali asimetrik

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 tubuhdibentuk tubuh

Untuk Frekuensi Pengali ditentukan

dengan menggunakan tabel FM

dibawah ini dengan mengetahui

frekuensi angkatan tiap menitnya dan

juga nilai V dalam inchi.

Keterangan: untuk

frekuensi pengangkatan

kurang atau hanya 1 kali

dalam 5 menit ditetapkan

F = 2 Lift/mnt.

Untuk Faktor Pengali coupling (handle) dapat ditentukan pada

Tabel 1.2 berikut:

Musculoskeletal Disorder (MSDs)

� Musculoskeletal disorders (MSDs) atau gangguan

otot rangka merupakan kerusakan pada

otot, saraf, tendon, ligament, persendian,

kartilago, dan discus invertebralis.kartilago, dan discus invertebralis.

� Kerusakan pada otot dapat berupa ketegangan

otot, inflamasi, dan degenerasi.

� Sedangkan kerusakan pada tulang dapat berupa

memar, mikro faktur, patah, atau terpelintir.

Penyebab MSDs

1. Kelelahan dan keletihan terus menerus yang disebabkan oleh frekuensi atau periode waktu yang lama dari usaha otot, dihubungkan dengan pengulangan atau usaha yang terus menerus dari bagian tubuh yang sama meliputi posisi tubuh yang bagian tubuh yang sama meliputi posisi tubuh yang statis;

2. Kerusakan tiba-tiba yang disebabkan oleh aktivitas yang sangat kuat/berat atau pergerakan yang tak terduga.

Jenis-jenis keluhan MSDs

1. Sakit Leher � peningkatan tegangan otot atau myalgia, leher miring atau kaku leher.

2. Nyeri Punggung � gejala nyeri punggung yang spesifik seperti herniasi lumbal, arthiritis, ataupun spasme otot.

3. Carpal Tunnel Syndrome � kumpulan gejala yang mengenai tangan dan pergelangan tangan yang diakibatkan iritasi dan nervus medianus.

4. De Quervains Tenosynovitis � Penyakit ini mengenai pergelangan tangan, ibu jari, dan terkadang lengan bawah, disebabkan oleh inflamasi tenosinovium dan dua tendon terkadang lengan bawah, disebabkan oleh inflamasi tenosinovium dan dua tendon yang berasa di ibu jari pergelangan tangan.

5. Thoracic Outlet Syndrome � Merupakan keadaan yang mempengaruhi bahu, lengan, dan tangan yang ditandai dengan nyeri, kelemahan, dan mati rasa pada daerah tersebut

6. Tennis Elbow � keadaan inflamasi tendon ekstensor, tendon yang berasal dari sikulengan bawah dan berjalan keluar ke pergelangan tangan.

7. Low Back Pain � terjadi apabila ada penekanan pada daerah lumbal yaitu L4 danL5. Apabila dalam pelaksanaan pekerjaan posisi tubuh membungkuk ke depan makaakan terjadi penekanan pada discus.