Biomekanika(2)

Hanna Lestari, M.Eng

Metode Recommended Weight Limit (RWL)

• RWL (1991), yaitu batas beban yang dapatdiangkat oleh manusia tanpa menimbulkancedera meskipun pekerjaan tersebut dilakukansecara berulang‐ulang dalam durasi kerjatertentu (misal =  8 jam /hari) dan dalamjangka waktu yang cukup lama. 

• RWL didefinisikan dengan persamaan berikut:

• RWL = LC x HM x VM x DM x bAM x FM x CM

• Keterangan :• RWL  : Batas beban yang direkomendasikan• LC  : Konstanta pembebanan = 23 kg• HM  : Faktor pengali horizontal = 25/H• H : Jarak horizontal beban (dalam cm)• DM : Faktor pengali perpindahan = 0.82 + 4.5/D• D : Jarak vertical antara posisi awal dan akhir beban

(dalam cm)• AM : Faktor pengali asimetrik = 1 – (0.0032 A)• A : Assimetris (dalam derajat)• FM : Faktor pengali frekuensi• CM : Faktor pengali kopling (handle)• VM : Faktor pengali vertikal = (1‐(0.003[V‐75]))• V : Jarak vertical dari lantai ke posisi awal beban 

(dalam cm

Lifting Index

• Lifting Index – index pengangkatan yang menunjukkanapakah aktivitas yang dilakukan mengandung resikocidera tulang belakang atau tidak.

• Perhitungan Lifting Index (LI), akan dipilih RWL yang terendah. 

• LI = berat beban / RWL• Kondisi pengangkatan yang baik, akan memiliki LI < 1, yang menggambarkan pada suatu kondisi dan metodepengangkatan tertentu, beban yang diangkat lebih kecildari RWL sehingga terhindar dari resiko cedera.

SOAL :

• Suatu pekerjaan mengharuskan operatornyamengangkat beban sebesar 20kg, dari sebuahplatform setinggi 20cm dari lantai, sejauh 40cm ke atas. Frekuensi pengangkatan diharapkansebanyak 200 kali per jam. Jarak pusat massabeban adalah 20 cm dari lumbarspine. Berapabatas beban yang direkomendasikan? Apakahpekerjaan tersebut dikategorikan aman atau tidak? ( Diketahui kondisi Handle Coupling dalamkategori Fair) 

Chaffin & Anderson_ 6 link tubuh manusia

1. Link lengan bawah, dibatasi joint tangan & siku

2. Link lengan atas, dibatasi joint siku & bahu

3. Link punggung, dibatasi joint bahu & pinggul

4. Link paha, dibatasi joint pinggul & lutut

5. Link betis, dibatasi joint lutut & mata kaki

6. Link kaki, dibatasi joint mata kaki & kaki

Link mewakili segmen tubuh tertentu.

Joint menggambarkan sendi yg ada

Biomechanics reduce physical stressefisienreduce injuryCostReduce training time

BiomekanikaMemperbaiki man machine task relationshipMengurangi discomfort & fatigue

Data penelitian

• Menurut perkiraan The National Council on

Compensation Insurance, di Amerika Serikat,

kompensasi pembayaran karena low back pain

yang diderita pekerja mengakibatkan biaya

tidak langsung sebesar $27 juta hingga $56

juta per tahun.

Data penelitian

• Armstrong dan Silverstein menemukan bahwa

di industri yang memberlakukan pekerjaan

tangan berulang‐ulang, terjadi lebih dari 1

diantara 10 pekerja yang dilaporkan secara

rutin mengalami UECTDs.

3 Jenis gaya pada tubuh manusia(Winter, 979)

• Gaya Gravitasi yaitu : gaya yang melalui pusatmassa dari tiap segmen tubuh manusia denganarah kebawah. Besar gayanya : F = m.g

• Gaya reaksi : gaya yang terjadi akibat beban padasegmen tubuh atau berat segmen tubuh itusendiri.

• Gaya otot yaitu gaya yang terjadi pada bagiansendi baik akibat gesekan sendi atau akibat gayapada otot yang melekat pada sendi. Gaya inimenggambarkan besarnya momen otot.

Hukum‐hukum Newton ttg gerakan

• Hukum NEWTON II

F = m . a

“Apabila ada gaya yang bekerja padasuatu benda maka benda akanmengalami suatu percepatan yang arahnya sama dengan arah gaya”

Dimana :F   = gaya yang bekerja pada benda (N)M = massa benda yang dikenai gaya (Kg)a =  percepatan yang timbul pada benda(m/s²)

• Hukum NEWTON III“Untuk setiap aksi, selalu ada reaksiyang arahnya berlawanan”

Manual Handling occurs when:

• Lifting

• Lowering

• Pushing

• Pulling

• Carrying

• Moving

• Holding

• Restraining….

….. Any person, animal or thing

14

Fundamental Basic : three Newton’s law

1. A mass remains in uniform motion or at rest until acted on by an unbalanced external force  hukum kelembaman

2. Force is proportional to the acceleration of a mass F = m.a

3. Any action is opposed by reaction of equal magnitude  hukum aksi reaksi

Static Equilibrium• Conditions for an object to remain at rest orcontinue travelling at a constant velocity (note, the equations below also hold for dynamic equilibrium).

• All motions of a rigid body can be separated intotranslational motions and rotational motions.

• Translational equilibrium (a = 0):– Σ Forces = 0

• Rotational equilibrium (α = 0):– Σ Moments = 0

Free Body Diagrams• Free‐body diagrams are schematic representations of a system, identifying all forces and all moments acting on the components of the system.– Here, we will differentiate between ‘external’ and ‘internal’ forces and moments (see below)

• Anything can be chosen as the free body!– Examples: whole body, arm, hand, …

• Choose wisely, and solving biomechanics problems becomes much easier.

Free‐Body Diagrams

• Free‐body diagrams are schematic representations of a system identifying all forces and all moments acting on the components of the system.

Model of the Elbow:

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

17.0 cm

35.0 cm

180 N

10 N

Unknown Elbow force and moment

Model of the Elbow

From Chaffin, DB and Andersson, GBJ (1991) Occupational Biomechanics. Fig 6.7

• Resultant or External– what the world does to the body

• gravity• contact loading (e.g. with ground)

• Reactive or Internal– what the body does in response

• muscle activation• ligament stretch• joint contact forces

• In equilibrium: Resultant + Reactive = 0– ΣF = 0 ΣM = 0– Reactive = ‐ Resultant (Or, internal = ‐external)

Conventions for Moments and Forces

Conventions for 2‐D Static Analyses

• External Forces and Moments– F, M

• Internal Forces and Moments– F, M

• Equilibrium:– ΣF = 0  ΣF + ΣF = 0  ΣF = ‐ΣF (Translational Equilibrium)

– ΣM = 0  ΣM + ΣM = 0  ΣM = ‐ΣM (Rotational Equilibrium)

2‐D Model of the Elbow:

2‐D Model of the Elbow

24

Single Segment Planar Static Model

A single segment model analyzes an isolated body segment with the laws of mechanics to identify the physical stress on the joints and muscles involved

Ilustrated : Seseorang yg mengangkat beban 20 kg dgn kedua tangannya, posisi beban di depantubuh dan kedua lengan nya dlm poisisi horisontal

Berat beban seimbang antara kedua tangan.

25

26

Berat beban dpt dihitung dengan

mgW =

W = berat beban ( Newton N )m = massa beban ( kilogram kg )g = gaya gravitasi ( 9,8 kg/s2 )

Shg didapat :

NsmxkgW 196/8.920 2 ==

Karena berat beban seimbang, maka masing-masing tangan menanggung beban sebesar 98 N

27

Diasumsikan bahwa berat forearm-hand = 16 N, jarak antara pusat massa dgn elbow = 18 cm

Maka gaya reaksi elbow, Relbow , dpt dihitung sbb :

∑ = 0)( elbowpadagaya

09816 =+−− elbowRNN

NRelbow 114=

28

Momen yg terjadi pada elbow , Melbow ,

∑ = 0)( elbowpadamomen

0)36,0)(98()18,0)(16( =+−+− elbowMmNmN

NmM elbow 16,38=