Pratikum : Basic Ergonomics 2

Biomekanika, Psychological Performance, dan Manual material Handling

Anatomi Tubuh dan Otot Manusia

Anatomi tubuh manusia merupakan susunan tubuh pada manusia yang terkait dengan sistem rangka pada manusia dan sambungan rangka Anatomi adalah hal yang harus diperhatikan dalam kaitan mengetahui tingkat kapasitas kekuatan manusia. Sebab untuk dapat memenuhi desain atau  perancangan produk baru maka diperlukan suatu peralatan yang sesuai dengan kebutuhan manusia, sehingga dibutuhkan pengetahuan mengenai kerangka pada manusia, Hal ini dilakukan agar diketahui karakter kerangka manusia dan sistem otot yang menyertainya. Karakteristik otot terutama berkaitan dengan dimensi dan kapasitasnya.

Rangka-rangka yang ada pada manusia sebenarnya merupakan suatu hubungan atau garis-garis pada sistem pergerakan tubuh manusia ( link ), dimana pada rangka ini akan menempel otot-otot yang bekerja secara sinergis dan antagonis. Rangka pada manusia terdiri dari tulang-tulang yang bersatu membentuk sebuah sistem pergerakan yang dikendalikan oleh otot. Rangka ini berfungsi sebagai alat untuk meredam dan mendistribusi gaya atau tegangan yang ada. Setiap rangka ( link ) akan mempunyai pusat pergerakan berupa sambungan yang terbatas secara arah pergerakan yang dinamakan sendi yang berfungsi sebagai joint. Dalam tubuh manusia terdapat 6 joint dan link yaitu :

• Link lengan bawah yang dibatasi joint telapak tangan dan siku.


• 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

Aktifitas otot pada manusia terkait dengan dua aktifitas utamanya yaitu saat berkontraksi dan berelaksasi. Analisanya seperti silinder pneumatik aktifitas tunggal dengan sistem pegas. Walaupun pada hakekatnya tidak ada pegas dalam tubuh manusia, disinilah otot sebagai penggerak utama bergerak dengan arah berlawananan terhadap otot yang lain yang dikenal sebagai gerakan anatagonis yang berfungsi untuk mengendalikan  dan mengembalikan posisi tangan dan kaki pada tempat asalnya

Biomekanika dan Batasan Angkat

Biomekanika adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari interaksi anatara manusia dan mesin serta peralatan yang digunakan dalam material handling yang dilakukan berkaitan dengan anatomi dan otot-otot pada tubuh Biomekanika berguna menghindari terjadinya keluhan-keluhan akibat cedera yang terjadi pada segmen tubuh yaitu pada link dan joint. Posisi-posisi manusia dalam melakukan suatu material handling secara manual sangat terkait terutama mengenai gaya dan momen, jadi pergerakan yang dilakukan manusia juga terkait dengan tinggi dan berat badan pada manusia.

Pada dasarnya biomekanika  mempelajari dan menganalisis batas-batas kekuatan, ketahanan, kecepatan dan ketelitian yang dimiliki manusia dalam melakukan kerja dipengaruhi oleh factor manusia yaitu sikap kerja, jenis pekerjaan, usia, dan jenis kelamin dengan tujuan untuk meningkatkan produktivitas kerja.

Biomekanika terbagi menjadi 3 bagian, yaitu :

• Biostatik : bagian dari biomekanika umum yang hanya menganalisa bagian tubuh dalam keadaan diam maupun bergerak pada garis lurus dengan kecepatan seragam (uniform).


• Biodinamik : berkaitan dengan gerakan-gerakan tubuh tanpa mempertimbangkan gaya yang terjadi (kinematik) dan gaya yang disebabkan gaya yang bekerja dalam tubuh (kinetik).


• Occupational biomekanika : bagian dari mekanika terapan yang mempelajari interaksi fisik antara pekerja dengan mesin, material dan peralatan dengan tujuan untuk meminimumkan keluhan pada sistem kerangka otot agar produktvitas kerja dapat meningkat.

Kebutuhan untuk mengangkat secara manual (tanpa alat) haruslah benar-benar diteliti secara ergonomis. Penelitian ini akan menyebabkan adanya aturan standarisasi dalam aktifitas angkat manusia. Standard kemampuan angkat tersebut tidak hanya meliputi arah beban, akan tetapi berisi pula tentang ketinggian dan jarak operator terhadap beban yang diangkat. Pendekatan terhadap batasan dari massa beban yang akan diangkat meliputi :

• Batasan legal ( legal limitations )

Prosedur ini memberikan nilai ekuivalen yang disebut sebagai ”action limit” (Batasan tindakan) yang dikeluarkan oleh NIOSH (National Institue of Occupatioan Safety and Health ) Amerika Serikat NIOSH adalah suatu institusi nasional untuk keselamatan dan kesehatan kerja. Selain itu terdapat pula beberapa penghargaan industri (Industrial Award) di Australia yang telah mengeluarkan suatu batasan angkat secara internasional. Di samping itu Worksafe Australia , mengeluarkan lembaran kerja yang berisi tindakan khusus sesuai dengan batas angkatnya. Standar-standar internasional inilah yang kemudian digunakan dalam batasan legal (legal limitations )

• Batasan Biomekanika ( biomechanical limitation )

Batasan angkat ini berdasarkan nilai dari analisa biomekanika mengenai rentang postur atau posisi aktifitas kerja, ukuran beban dan ukuran manusia yang dievaluasi. Sedangkan faktor yang mempengaruhinya adalah pada beban tekan (compression load ) pada interverbal disk antara lumbar nomor lima dan sacrum no nomor satu (L5/S1).Hal ini dikarenakan penyakit-penyakit tulang belakang adalah merupakan hernia pada interverbal disk yaitu keluarnya inti interverbal (pulpy nucleus) yang disebabkan oleh rusaknya lapisan pembungkus interverbal disk. Analisa biomekanika yang dilakukan terhadap L5/S1 adalah menganalisa gaya kompresi (tekan) dengan memberikan suatu beban luar, postur dan data antropometri dari operator angkatnya.

• Batasan Fisiologi ( phisiological limitations )

Batasan fisiologi ini adalah metode pendekatan rata-rata metabolisme dari aktifitas angkat yang berulang (repetitive lifting), sebagaimana dapat juga ditentukan juga dari jumlah konsumsi oksigen. Kelelahan kerja yang terjadi akibat dari aktivitas yang berulang-ulang akan meningkatkan rasa nyeri pada tulang belakang. Metode lain adalah dengan melakukan pengukuran terhadap tekanan yang ada dalam perut atau IAP (Intra Abdominal Pressure) selama aktifitas angkat. Dari sini pula dikeluarkan beberapa batasan gaya terhadap kerja manual yang mengakibatkan faktor jarak beban relatif terhadap operatornya.

• Batasan Psiko-fisik ( phsyco-physical limitations )

Metode ini berdasarkan pada sejumlah eksperimen yang dilakukan untuk mendapatkan berat pada berbagai keadaan dan ketinggian yang berbeda, misalnya seseorang diberikan beban yang berbeda secara bergantian dengan ukuran berat dan ketinggian yang berbeda, hingga didapatkan nilai yang tidak mampu ia angkat lagi. Snook (1978) mengatakan bahwa para pekerja memonitor perasaannya masing-masing dan megatur berat beban sampai menunjukkan kemampuan angkat maksimum. Kemudian aktifitas angkat real diterapkan dengan melibatkan para pekerja industri pada eksperimen tersebut. Sehingga setelah melalui sekian banyak eksperimen didapatkan tiga macam posisi angkat, yaitu :

• Dari permukaan lantai ke ketinggian genggaman tangan ( Knuckle Height )


• Dari ketinggian genggaman tangan  ke ketinggian bahu ( Shoulder Height )


• Dari ketinggian bahu ( Shoulder Height ) ke maksimum jangkauan tangan vertikal ( Vertikal Arm Reach )

Konsumsi Energi dan Waktu Istirahat

Kerja fisik seringkali dirumuskan sebagai kegiatan yang memerlukan usaha fisik manusia yang kuat selama periode kerja berlagsung. Dalam hal ini, maka konsumsi energi merupakan faktor utama dan tolak ukur yang dipakai sebagai penentu berat/ringannya kerja fisik tersebut. Analisa konsumsi energi yang dipakai pada beberapa pekerjaan tertentu, misalnya pemindahan material, pengopersian mesin berat, serta penggunaan alat-alat bantu lainnya, memiliki tujuan, yaitu :

• Pemilihan frekuensi dan periode istirahat pada manajemen waktu kerja


• Perbandingan metode alternatif pemilihan perlatan untuk mengerjakan suatu jenis pekerjaan


• Hubungan dengan pengukuran fitness, dan penerapan untuk perancangan aktifitas kerja maupun jenis pekerjaan lainnya

Beberapa hal yang patut dijadikan pokok bahasan dan analisa terhadap manifestasi kerja berat tersebut antara lain adalah :

• Denyut jantung ( heart rate )


• Tekanan darah ( blood pressure )


• Cardiac output ( keluaran paru dengan satuan liter per menit )


• Komposisi kimia darah ( kandungan asam laktat )


• Temperatur tubuh ( body temperature )


• Kecepatan berkeringat ( sweating rate )


• Pulmonary ventilation ( kecepatan membuka dan menutupnya ventilasi paru dengan satuan liter per menit )


• Konsumsi oksigen

Dari sekian banyak hal yang patut dijadikan bahasan hanya konsumsi oksigen yang berhubungan langsung dengan konsumsi energi, maka faktor ini dapat dianggap sebagai faktor pengukur langsung dan valid

Unit/satuan yang dipakai

Kilocalorie merupakan satuan dari energi pada beberapa literatur ergonomi.dalam unit SI (satuan Internasional) didapat bahwa :

1 kilocalorie (kcal) = 4.2 kilojoule (kj)

1 liter oksigen akan memberikan 4.8 kcal energi yang setara dengan 20 kj

Proses Metabolisme

Proses metabolisme yang terjadi di dalam tubuh manusia merupakan fase yang penting sebagai penghasil energi yang diperlukan untuk kerja fisik. Lewat proses metabolis akan dihasilkan panas dan energi yang diperlukan untuk kerja fisik (mekanis) lewat sistem oto manusia.

Dari nilai konversi tersebut tampak bahwa nilai kalori dari O₂ dari setiap liter oksigen yang dihirup akan menghasilkan energi rata-rata sebesar 4.8 kcal atau 20 KJ.Dari nilai konversi tersebut, maka untuk mengetahui nilai konsumsi energi ( kcal ) yang diperlukan untuk melaksanakan kegiatan konsumsi dapat diperoleh dengan mengukur jumlah volume oksigen kemudian dikalikan dengan faktor 4.8

Cara lain yang bisa diaplikasikan untuk mengetahui besarnya energi kerja fisik adalah dengan membandingkan konsumsi oksigen dengan laju detak nadi/jantung dapat dinyatakan sebagai berikut :

• Operator laki-laki yang melakukan aktifitas manual fisik dengan pulsa 75 denyut atas detak permenit akan ekuivalen dengan konsumsi oksigen 0.5 liter per menit atau sepadan dengan pengeluaran energi 2.5 kcal/menit.Untuk detak jantung wanita 10 denyut lebih tinggi dibanding pria


• Bilamana tidak ada kegiatan fisik dilakukan yaitu kondisi istirahat, denyut jantung akan sebesar 62 denyut/menit, dimana hal ini akan ekuivalen dengan konsumsi oksigen sebesar 250 ml/menit atau sepadan dengan pengeluaran energi sebesar 1.25 kcal/menit

Pengukuran detak jantung nadi akan sangat sensitif terhadap temperatur dan tekanan emosi manusia, dan disisi lain pengukuran melalui konsumsi oksigen pada dasarnya tidak akan banyak dipengaruhi oleh perbedaan karakteristik individu manusia yang akan diukur. Untuk pengukuran denyut jantung pengukuran dilakukan sebelum siklus kerja dimulai kemudian pada saat setiap menit selama siklus kerja kerja berlangsung dan 3 menit selama periode pemulihan. Sedangkan untuk pengukuran konsumsi oksigen dilakukan 5 menit terakhir saat siklus berlangsung. Untuk nilai konsumsi kerja dapat diformulasikan sebagai berikut :

Konsumsi Energi untuk Kerja Fisik (Metabolisme kerja) =Basal metabolisme +Work Calories

Metabolisme Basal adalah kosumsi energi secara konstan pada saat istirahat dengan perut dalam keadaan kosong sesuai dengan ukuran, berat badan dan jenis kelamin, acuan dasar sebagai berikut :

• Laki-laki,  dewasa, berat 70 kg = 1.2 kcal/menit atau sekitar 1700 kcal/24 jam


• Wanita, dewasa, berat 60 kg = 1.0 kcal/menit atau sekitar 1450 kcal/24 jam

Work Calories adalah konsumsi energi diawali pada saat pekerjaan fisik dimulai. Semakin banyak kebutuhan untuk aktifitas otot bagi suatu jenis pekerjaan, maka semakin banyak pula energi yang dikonsumsi, dan diekspresikan sebagai kalori kerja.Kalori kerja ini menujukkan tingkat ketegangan otot tubuh manusia dalam hubungannya dengan:

• Jenis kerja berat


• Tingkat usaha kerjanya


• Kebutuhan waktu untuk istirahat


• Efisiensi dari berbagai jenis perkakas kerja


• Produkstifitas dari berbagai variasi cara kerja

Manual Material Handling

Dalam suatu pekerjaan seringkali terdapat aktivitas-aktivitas pemindahan material yang dilakukan oleh para pkerja secara manual tanpa bantuan alat atau mesin. Pemindahan material secara manual apabila tidak dilakukan secara ergonomic akan menimbulkan kecelakaan dalam industri. Kecelakaan dalam industri ( industrial accident ) yang disebut sebagai “over exertion lifting and carrying “ adalah kerusakan jaringan tubuh yang diakibatkan oleh beban angkat yang berlebih.

Material handling berarti pemindahan bahan, maka manual material handling berarti pemindahan bahan tanpa menggunakan alat banutu atau mesin. American Material Handling Society (AMHS) memberikan pengertian mengenai Material Handling adalah  suatu tata cara  yang meliputi penanganan (handling), pemindahan (moving), pengepakan (packaging), penyimpanan (storing) sekaligus pengendalian/pengawasan (controlling) dari bahan atau material dengan segala bentuknya. Oleh karena itu faktor ergonomi harus diperhatikan dalam manual material handling. Faktor-faktor  tersebut  adalah sebagai berikut :

• Berat beban yang harus diangkat dan perbandingannya terhadap berat badan operator.


• Jarak horizontal dari beban relatif terhadap operator


• Ukuran beban yang harus diangkat (beban yang berukuran basar akan memiliki center of gravity yang letaknya jauh dari badan operator), sehingga beban akan semakin terasa berat dan  hal tersebut juga akan menghalangi pandangan (vision) operator.


• Ketinggian beban yang harus diangkat dan jarak perpindahan beban (mengangkat beban dari permukaan lantai akan relatif lebih sulit bila dibandingkan dengan mengangkat beban dari ketinggian pada permukaan pinggang).


• Beban puntir ( twisting load )pada badan operator selama aktivitas angkat beban.


• Prediksi terhadap berat beban yang akan diangkat, hal ini adalah untuk mengantisipasi beban yang lebih berat dari yang diperkirakan.


• Stabilitas beban yang akan diangkat, beban yang akan diangkat harus dalam keadaan statis atau dalam kesetimbangan


• Beban yang akan diangkat mudah dijangkau oleh pekerja.


• Berbagai macam rintangan yang menghalangi ataupun keterbatasan postur tubuh yang berada pada suatu tempat kerja.


• Frekuensi angkat yaitu banyaknya aktivitas angkat yang dilakukan.


• Kondisi kerja yang meliputi pencahayaan, temperatur, kebisingan dan kelicinan lantai


• Metode angkat yang benar (tidak boleh mengangkut beban secara tiba-tiba).


• Tidak terkoordinasinya kelompok kerja (lifting team).


• Diangkatnya suatu beban dalam suatu periode, hal ini adalah sama dengan membawa beban pada jarak tertentu dan memberi tambahan beban pada vertebral disc dan intervertebral disc pada vertebral column di daerah punggung.

Sementara itu faktor yang berpengaruh pada kemungkinan timbulnya back injury adalah arah dan posisi pengangkatan beban dan frekuensi aktifitas pemindahan. Resiko-resiko tersebut banyak dijumpai pada beberapa pekerja industri berat, namun pengaruh pemindahan beban juga banyak terjadi pada aktifitas rekreasi atau santai ( leisure ) maka masyarakat harusnya sadar bahwa pada usia produktif  kita harus dapat melakukan  metode pengangkatan beban secara manual dengan memperhatikan parameter-parameter sebagai berikut :

• Beban yang harus diangkat


• Perbandingan antara berat beban dan orangnya


• Jarak horizontal dari beban terhadap orangnya


• Ukuran beban yang akan diangkat ( beban yang berdimensi besar akan emepunyai jarak CG yang lebih jauh dari tubuh, dan bisa mengganggu jarak pandangnya )

Selain dari memperhatikan parameter-parameter tersebut, perlu diadakannya pelatihan, pendidikan dan perancangan produk yang nantinya dikonsumsi untuk masyarakat.

Recommended Weight Lifting, Lifting Index dan CLI

Recommended weight limit (RWL) adalah suatu perhitungan yang dilakukan untuk menetukan  batas angkatan atau batasan berat yang direkomendasikan atau ditentukan dalam suatu proses kerja terutama untuk  pemindahan material atau manual material handling dengan suatu posisi pengangkatan tertentu, Perhitungan itu sendiri tersebut dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu , jarak perpindahan pengangkatan benda, jarak vertikal antara posisi awal material dengan posisi material pada saat diangkat, jarak horizontal antara mata kaki dan material yang akan diangkat dan sebagainya. Dimana factor-faktor tersebut dipergunakan dalam perhitungan RWL yakni ditunjukkan dalam persamaan berikut:

RWL =     LC * HM * VM * DM * AM * FM * CM

dimana :

-   LC   =  konstanta beban= 23 kg

-  AM =  faktor pengali asimetri = 1 – (0.0032A)

-  HM  =  faktor pengali horizontal =25/H

-  FM   =  faktor pengali frekuensi (dipengaruhi oleh lama waktu bekerja/memindahkan barang ( t £ 1 jam, t £ 2 jam atau t £ 8 jam) dan frekuensi angkatan per menit (antara 0.2 sampai 15 angkatan per menit selebihnya harganya akan nol) atau dapat dikatakan dipengaruhi oleh  jumlah bahan/material yang dapat diangkut per menit)

-  VM  =  faktor pengali vertical  = 1 – 0.003 |V – 75|

-  CM   =  faktor pengali kopling (dipengaruhi oleh kualitas kopling (baik, cukup atau kurang) dan jarak vertikal material (V £ 75 cm atau V ³ 75 cm), hal ini terkait dengan kondisi barang dan material yang digunakan pada handle)

-  DM  =  faktor pengali jarak =0.82 + (4.5/D)

LI (Lifting Index) adalah menyatakan nilai estimasi ketahanan manusia yang dari rasio perbandingan berat beban dengan batas pengangkatan yang direkomendasikan dan  dari tingkat tegangan dalam suatu kegiatan pengangkatan material secara manual yang dirumuskan dengan:

LI = L / RWL

Nilai RWL dam LI dapat digunakan  sebagai pedoman dalam perancangan kerja secara ergonomi, melalui cara:

1.     Nilai RWL dapat digunakan sebagai dasar yang digunakan dalam perancangan pekerjaan pengangkatan manual yang sudah ada atau pada perancangan pekerjaan pengangkatan manual yang sama sekali baru terutama mengenai posisi dari beban yang diangkat terhadap posisi manusia.

2.     Semakin besar LI, maka semakin sedikit jumlah pekerja yang mampu secara aman bertahan dalam melakukan pekerjaan dalam tingkat tegangan tersebut. Jadi harus dilakukan perancangan kerja yang lebih baik dengan memeperkecil jumlah LI

Arsip : 09/ 28/ 2009

Praktikum Ergo dan APK- TI ITS 2006