Topik kedelapan perkuliahan Perancangan Sistem Kerja & Ergonomi adalah tentang Biomekanika Bagian pertama membahas mengenai konsep Biomekanika dan kegunaannya dalam Perancangan Sistem Kerja yang Ergonomis

1. BIOMEKANIKA
Auditya Purwandini Sutarto, PhD

2. Learning Outcomes
1. Memahami konsep dasar biomekanika sebagai bagian dari analisis
suatu sistem kerja
2. Memahami konsep manual handling
3. Menentukan beban kerja manual sesuai rekomendasi
4. Memahami konsep gangguan otot rangka (work musculoskeletal
disorder/WMSD), faktor-faktor resiko
5. Melakukan identifikasi dan penilaian WMSD menggunakan
beberapa tools seperti RULA, REBA, OWAS
6. Melakukan perancangan sistem kerja berdasarkan prinsip-prinsip
biomekanika

3. TOPIK
Biomekanika Manual
Handling
Gangguan
Otot Rangka

4. PENDAHULUAN
ANALISIS BIOMEKANIKA
SISTEM KERANGKA & OTOT
MANUSIA
• Mengapa Biomekanika Penting?
• Definisi
• Silsilah Biomekanika
• Pembagian Biomekanika
• Pengertian Musculoskeletal
• Sistem Otot Rangka
• Tulang Rangka
• Sendi
• Jaringan ikat (Connective tissues)
• Otot
• Analisis Statis dan Dinamis
• Model Biomekanika
• Hukum Newton
• Analisis Postur
B I O M E K A N I K A

5. PENDAHULUAN

6. WHY IMPORTANT?
 Prevalensi Gangguan Otot Rangka (2013-2019)
 Prevalensi dunia menurut WHO tahun 2019 antara 20-33%
 Data di USA mencapai 6 juta kasus per tahun atau 300-400 kasus per
100.000 pekerja
 Data di Indonesia tertinggi (16%) untuk kategori gangguan kesehatan
akibat pekerjaan
 Masalah paling umum terkait musculoskeletal (otot rangka) adalah
terjadinya cumulative trauma disorders:
 Nyeri pinggang (low back pain)
 Upper-extrimity (fingers, hands, wrists, arms, and shoulders)
ANALISIS BIOMEKANIKA

7. DEFINISI
 Bio=“Makhluk hidup”, Mekanikal = “Gerakan”
 Biomekanika adalah ilmu yang menggunakan hukum fisika
dan konsep engineering untuk mempelajari aspek-aspek
mekanika dari gerakan-gerakan tubuh manusia
 Merupakan multi disiplin keilmuan: fisika, biologi, teknik, dan
ilmu sosial
 Perancangan sistem kerja berdasarkan 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

8. SILSILAH BIOMEKANIKA

9. BIOMEKANIKA UMUM
 Ilmu yang mempelajari hukum dan konsep dasar yang
mempengaruhi tubuh manusia dalam posisi diam maupun
bergerak
 Biostatics: menganalisis pada posisi diam, atau bergerak
pada garis lurus dengan kecepatan seragam (uniform)
 Biodinamics : gambaran gerakan-gerakan tubuh tanpa
mempertimbangkan gaya yang terjadi (kinematik) dan
gerakan yang disebabkan gaya yang bekerja dalam tubuh
(kinetik)
 Data kekuatan dinamis bervariasi bergantung pada dinamis
tidaknya pekerjaan dan cara subyek melakukan pekerjaan
tersebut.

10. Biostatics

11. Biodynamics

12. BIOMEKANIKA KERJA
Ilmu yang mempelajari interaksi antara antara
pekerja dengan mesin, material peralatan,
lingkungan kerja, dan lain-lain untuk
meminimalisir resiko cedera atau keluhan pada
sistem otot rangka agar produktivitas kerja
dapat meningkat.

13. APLIKASI BIOMEKANIKA – MANUAL
HANDLING

14. APLIKASI BIOMEKANIKA - SPORT

15. APLIKASI BIOMEKANIKA – PATIENT
HANDLING

16. SISTEM KERANGKA & OTOT MANUSIA
(MUSCULOSKELETAL SYSTEM)

17. PENGERTIAN MUSCULOSKELETAL
 Tubuh manusia sebagai suatu sistem yang terdiri dari
elemen-elemen yang saling berkaitan dan terhubung satu
sama lain, melalui sendi-sendi dan jaringan otot yang ada
 Musculoskeletal (otot rangka) terdiri atas musculo (otot) dan
skeletal (Skeletal adalah tulang kerangka tubuh)
 Organ otot dan tulang menjadi kesatuan yang tidak bisa
berjalan sendiri ketika bekerja
 Prinsip-prinsip fisika digunakan untuk menyatakan tegangan
mekanik pada tubuh dan gaya otot yang diperlukan untuk
membagi tegangan-tegangan tersebut

18. SISTEM MUSCULOSKELETAL
 Tulang Rangka (Skeletal)
 Sendi (Joint)
 Connective Tissues
 Otot

19. Tulang Rangka(Skeletal) (1)
 Tubuh manusia terdiri dari 206 tulang
 Pada sistem skeletal (tulang) pada manusia terdapat 2 macam jenis
tulang, yaitu :
1. Tulang Rawan
2. Tulang Keras
 Tulang tersebut bisa berdiri sendiri, maupun saling melengkapi antar
tulang.
 Fungsi tulang
 membentuk suatu bentuk tubuh manusia
 melindungi organ tubuh vital (misal: tengkorak sebagai pelindung otak)

20. Tulang (2): Spine

21. Tulang (3): Lumbar - Sacrum
 Dalam banyak kegiatan manual
handling (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 dimana
sering terjadi cedera punggung
(back pain)

22. Jaringan Ikat (Connective Tissues)
 Jaringan yang memiliki fungsi untuk mengikat serta menyokong bagian
jaringan yang lain
• Tendon: jaringan ikat yang menghubungkan otot dan tulang
• Bursae: kantong kecil dari jaringan ikat, antara tulang dan kulit, antara tulang dan
tendon atau diantara otot
• Ligamen: jaringan penghubung antar tulang
• Cartilage (tulang rawan) sebagai tempat menempelnya otot dan memungkinkan
tubuh untuk mempertahankan sikap dan posisi
• Fascia: jaringan penyambung longgar dibawah kulit atau pembungkus otot, saraf,
dan pembuluh darah

23. Sendi (Joint) (1)
 Sendi adalah hubungan antar-tulang sehingga tulang
mampu digerakkan
 Persendian (artikulasi) adalah hubungan antara tulang
yang satu dengan tulang yang lain untuk membentuk
rangka tubuh dengan struktur jaringan penyambung
 Pada artikulasi terdapat cairan pelumas (cairan
sinovial).
 Macam-macam sendir dapat dibedakan menurut sifat,
gerakannya, dan fungsinya

24. Sendi (2): berdasarkan Sifat
 Sinartosis (Synarthrosis) atau Sendi mati, hubungan antar tulang yang tidak
memungkinkan terjadinya gerakan, contoh persendian tulang tengkorak.
 Amfiartrosis (Amphiarthrosis) atau Sendi kaku, memungkinkan terjadinya
sedikit gerakan. Contoh seperti sendi kaku yaitu persendian tulang-tulang
pergelangan tangan dan persendian tulang pergelangan kaki serta
persendian ruas-ruas tulang belakang
 Diartrosis atau Sendi gerak, memungkinkan terjadinya gerak, baik gerak
satu arah, dua arah, maupun ke segala arah.

25. Sendi (3): berdasarkan fungsi
 Fibrous: sendi yang tidak bisa digerakkan sama sekali karena jarak antar
tulang sangat dekat
 Cartilagenous: sendi yang arah gerakannya kurang atau terbatas yang
menghubungkan oleh tulang rawan hialin. Contohnya seperti tulang iga.
 Synovial: arah gerakannya leluasa atau bebas, sendi sinovial merupakan
sendi yang paling banyak pada tubuh manusia

26. Sendi Pelana
Sendi Engsel
Sendi Putar
Sendi Peluru
Sendi Gulung
Sendi Geser
Sendi (4): berdasarkan gerakannya

27. Otot
 Penggerak utama dalam tubuh manusia adalah otot atau sering
disebut sabagai alat gerak aktif.
 Tendon merupakan otot panjang dengan kekuatan elastis yang tinggi.

28.  Tubuh manusia memiliki sekitar 400 otot atau 40%-50%
dari seluruh berat tubuh
 Otot mengkonsumsi 50% metabolisme tubuh
 Otot juga memasok energi untuk
 Mempertahankan postur tubuh
 Menghasilkan gerakan
 menghasilkan panas tubuh untuk menjaga kestabilan panas
tubuh akibat pengaruh dari luar.
 Otot dengan penampang lebar mampu menghasilkan
tenaga lebih besar

29.  Setiap jenis otot mempunyai kemampuan yang khas
dalam menjalankan kerja biomekanik dan memiliki
kekuatan, kecepatan dan ketelitian geraknya sendiri
 Kekuatan otot bergantung pada:
 dimana dan ke arah mana kekuatan itu dikeluarkan
 posisi anggota tubuh yang bekerja
 arah gerakan kerja
 perbedaan kekuatan antar bagian tubuh
 Usia
 Kecepatan dan ketelitian
 Daya tahan jaringan tubuh terhadap beban

30. Tipe-tipe Kontraksi Otot
 Kontraksi otot menghasilkan gaya atau tekanan
otot yang ditransmisikan ke tulang melalui tendon
dan digunakan untuk mempertahankan postur
dan tubuh dan melakukan aktivitas fisik
 Ada tiga macam: Concentric/Isotonic, Eccentric,
Isometric
 Concentric / isotonic: Otot memendek saat
kontraksi dan menghasilkan gaya internal otot
yang konstan.
 Contoh: otot lengan bawah (arm flexor) saat obyek
diangkat ke atas

31.  Eccentric: otot memanjang saat kontraksi yang terjadi saat gaya
eksternal lebih besar daripada gaya internal otot
 Isometric: panjang otot tidak berubah saat proses kontraksi
 Contoh: Seseorang saat mengangkat jeda sejenak dan memegang
benda yang diangkat dalam keadaan diam (statis)

32. Metabolisme Aerobik vs Anaerobik
 Aerobik
 Menggunakan oksigen
 Melibatkan hampir semua otot tubuh dengan intensitas moderat
 Tingkat kerja atau olahraga normal seperti berjalan, jogging, bersepeda, renang
 Anaerobik
 Tidak menggunakan oksigen tetapi glikogen (gula dalam otot) sebagai bahan
bakar karena dapat menyediakan ATP (adenosin trifosfat) lebih cepat
 Hasil pembakaran glikogen menghasilkan asam laktat yang dapat
menyebabkan kram pada otot dan kelelahan berlebihan
 Kerja atau olahraga singkat namun perlu intensitas sangat tinggi seperti lari atau
sepeda sprint, pertandingan renang, dll

33. ANALISIS BIOMEKANIKA

34. Analisis Statis
 Penerapan hukum Newton
 Menggunakan Check list
 RULA (Rapid Upper Limb
Assessment)
 REBA (Rapid Entire Body
Assessment
 OWAS
 ROSA
 Nordic Body Map
Questionnaire)
 Menggunakan hukum
Newton yang lebih
kompleks
 Menggunakan prinsip
NIOSH dalam manual l
material handling
 Simulasi
Analisis Dinamis

35. MODEL BIOMEKANIKA
 Model matematika untuk menggambarkan karakteristik
mekanis tubuh manusia.
 Digunakan untuk memprediksi tingkat stress (tekanan)
suatu bagian dari otot rangka yang spesifik. Model ini
dibangun secara kuantitatif menggunakan pendekatan
metode fisika dan teknik mesin sebagai alat analisis
yang membantu perancangan kerja untuk
meminimalisir bahaya dan cedera di tempat kerja.

36. Model 2D Biomekanika

37. Model 3D

38. HUKUM NEWTON
 Hukum Newton pertama ( Kelembaman ) Dipakai untuk
mengukur suatu pengamatan
 benda bersifat mempertahankan keadaan
 semua benda/ obyek akan bergerak bila ada gaya
(force) yang mengakibatkan pergerakan
 Hukum Newton kedua

 Apabila ada gaya yang bekerja pada suatu benda maka
benda akan mengalami suatu percepatan yang arahnya sama
dengan arah gaya”
 Hukum Newton ketiga (aksi reaksi)
 Untuk setiap aksi, selalu ada reaksi yang arahnya berlawanan”

39. Contoh:
 Nilai yang tidak diketahui:
 Gaya pada biseps dan lengan eksternal (FB and FE), dan semua sendi yang
berhubungan /kontak dengan gaya antara lengan atas da bawah (FJT)
 Momen lengan eksternal (ME)
 Lengan bawah dipilih sebagai free body
10 N
180 N
FB
?
35.0 cm17.0 cm
5 cm
FH
FJT =??
ME =??
Model 2D Lengan

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

41. Jawab:
1. Establish coordinate system (sign convention)
2. Draw Free Body Diagram, including known and unknown
forces/moments
3. Solve for external moment(s) at joint
4. Determine net internal moment(s), and solve for unknown
internal force(s)
5. Solve for external force(s) at joint [can also be done earlier]
6. Determine net internal force(s), and solve for remaining
unknown internal force(s)
Pendekatan Umum Pemecahan Masalah

42. Jawaban
FBD:
E H
WLA
=mLA
g
=10N
FH
=mH
g=
180N
FB
=??
FJT
=??
ME
=??
SME = 0 = ME + ME -> ME = -ME
ME = MLA + MH = (WLA x maLA) + (FH x maH)
ME = (-10 x 0.17) + (-180 x 0.35) = -1.7 - 63
ME = -64.7 Nm (or 64.4 Nm CW)
ME = -ME -> ME = 64.7
ME = (FJT x maJT) + (FB x maB) = FB x 0.05
FB = 1294 N (up)
Internal moment is
due to internal
forces
External moment is
due to external
forces

43. SFE = 0 = FE + FE -> FE = -FE
FE = WLA + FH = -10 + (-180)
FE = -190 N (or 190 N down)
FE = - FE -> FE = 190
FE = FJT + FB
FJT = 190 - 1294 = -1104 N (down)
Jadi untuk massa benda seberat 18 kg (~40#) membutuhkan gaya
otot 1300N (~290#) dan menimbulkan gaya pada sendi sebesar
1100N (250#)

44. POSTURE ASSESSMENT
 RULA: https://ergo-plus.com/wp-content/uploads/RULA-A-Step-by-
Step-Guide1.pdf
 REBA : http://ergo-plus.com/wp-content/uploads/REBA-A-Step-by-
Step-Guide.pdf
 ROSA: http://ergo.human.cornell.edu/CUErgoTools/ROSA/ROSA%20-
%20Instructions%202011-2012.pdf
 OWAS: https://iosh.com/media/1692/owas.pdf
 Subyektif: Nordic Body Map Questionnaire

46. Referensi
 Stack, T., Ostrom , Lee, T., and Wilhelmsem, Cheryl A., 2016,
Occupational Ergonomics – a Practical Approach, John Wiiley &
Sons
 Kroemer, Karl, H.E., 2017,Fitting the Task: Introduction to Human
Factors/Ergonomics, 7th edition, CRC Press
 https://www.hse.gov.uk/pubns/indg383.pdf

47. Quiz
 https://www.youtube.com/watch?v=vF1lKU39qDA