Biomekanika (2)

Biomekanika
(2)
Hanna Lestari, M.Eng
Metode Recommended Weight Limit (RWL)
• RWL (1991), yaitu batas beban yang dapat
diangkat oleh manusia tanpa menimbulkan
cedera meskipun pekerjaan tersebut dilakukan
secara berulang‐ulang dalam durasi kerja
tertentu (misal = 8 jam /hari) dan dalam
jangka 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 menunjukkan
apakah aktivitas yang dilakukan mengandung resiko
cidera 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 metode
pengangkatan tertentu, beban yang diangkat lebih kecil
dari RWL sehingga terhindar dari resiko cedera.
SOAL :
• Suatu pekerjaan mengharuskan operatornya
mengangkat beban sebesar 20kg, dari sebuah
platform setinggi 20cm dari lantai, sejauh 40cm ke atas. Frekuensi pengangkatan diharapkan
sebanyak 200 kali per jam. Jarak pusat massa
beban adalah 20 cm dari lumbarspine. Berapa
batas beban yang direkomendasikan? Apakah
pekerjaan tersebut dikategorikan aman atau tidak
? ( Diketahui kondisi Handle Coupling dalam
kategori 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
9 Link mewakili segmen tubuh tertentu.
9 Joint menggambarkan sendi yg ada
Biomechanics reduce physical stress
efisien
reduce injury
Cost
Reduce training time
Biomekanika
9 Memperbaiki man machine task relationship
9 Mengurangi 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 pusat
massa dari tiap segmen tubuh manusia dengan
arah kebawah. Besar gayanya : F = m.g
• Gaya reaksi : gaya yang terjadi akibat beban pada
segmen tubuh atau berat segmen tubuh itu
sendiri.
• 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.
Hukum‐hukum Newton ttg gerakan
• Hukum NEWTON II
F = m . a
“Apabila ada gaya yang bekerja pada
suatu benda maka benda akan
mengalami 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 reaksi
yang arahnya berlawanan”
Manual Handling occurs when:
•
•
•
•
•
•
•
•
Lifting
Lowering
Pushing
Pulling
Carrying
Moving
Holding
Restraining….
….. Any person, animal or thing
Fundamental Basic : three Newton’s law
1. A mass remains in uniform motion or at rest until acted on by an unbalanced external force Æ hukum kelembaman
2. Force is proportional to the acceleration of a mass Æ
F = m.a
3. Any action is opposed by reaction of equal magnitude Æ hukum aksi reaksi
14
Static Equilibrium
• Conditions for an object to remain at rest or
continue travelling at a constant velocity (note, the equations below also hold for dynamic equilibrium).
• All motions of a rigid body can be separated into
translational 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:
Unknown Elbow
force and moment
17.0 cm
10 N
35.0 cm
180 N
From Chaffin, DB and Andersson, GBJ (1991) Occupational Biomechanics. Fig 6.2
Model of the Elbow
From Chaffin, DB and Andersson, GBJ (1991) Occupational Biomechanics. Fig 6.7
Conventions for Moments and Forces
• 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 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
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 depan
tubuh dan kedua lengan nya dlm poisisi horisontal
Berat beban seimbang antara kedua tangan.
24
25
Berat beban dpt dihitung dengan
W = mg
W
m
g
= berat beban ( Newton Æ N )
= massa beban ( kilogram Æ kg )
= gaya gravitasi ( 9,8 kg/s2 )
Shg didapat :
W = 20 kg x 9.8 m / s 2 = 196 N
Karena berat beban seimbang, maka masing-masing
tangan menanggung beban sebesar 98 N
26
Diasumsikan bahwa berat forearm-hand = 16 N,
jarak antara pusat massa dgn elbow = 18 cm
Maka gaya reaksi elbow, Relbow , dpt dihitung sbb :
∑ ( gaya pada elbow) = 0
− 16 N − 98 N + Relbow = 0
Relbow = 114 N
27
Momen yg terjadi pada elbow , Melbow ,
∑ (momen pada elbow) = 0
( −16 N )(0,18 m) + ( −98 N )(0,36 m) + M elbow = 0
M elbow = 38,16 Nm
28