Komodo Jurnal Pendidikan Teknik Mesin, Vol 4 No 2, Desember 2020 143
ANALISA BIOMEKANIKA dan FISIOLOGI AKTIVITAS
PENANGANAN MATERIAL MANUAL PADA GEDUNG
BERTINGKAT
Nur Miswari, Hersa Dwi Yanuarso, Lina Aulia, Rizqi Wahyudi
Institut Teknologi Sumatera
Jl. Terusan Ryacudu, WayHui, Jati Agung Lampung Selatan
E-mail; bymiz007@gmail.com.
ABSTRAK
Pekerjaan penanganan material secara manual untuk aktivitas pengangkatan galon air minum pada gedung bertingkat, dinilai masih terdapat ketidak ergonomisan, ditinjau dari aspek biomekanika dan fisiologi. Pekerjaan tersebut secara berulang dengan beban yang cukup berat, dan pegangan yang kurang baik. Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi resiko gangguan sistem kerangka dan otot (musculoskeletal disorders) dan tingkat kelelahan pekerja dengan teknik analisa beban biomekanika dan perhitungan konsumsi energi. Penelitian dilakukan dengan metode observasi pada salah satu gedung bertingkat (tanpa lift / elevator). Hasil menunjukkan pekerjaan penanganan material secara manual memiliki resiko pembebanan biomekanika sebesar 3344,036N yang dapat menimbulkan gangguan sistem musculoskeletal. Kebutuhan energi dalam melakukan aktivitas ini adalah sebesar 2,80466 Kkal/menit.
.
Kata kunci: Ergonomi, Biomekanika, Fisiologi, Penanganan Material.
ABSTRACT
Manual material handling for lifting gallons of drinking water in a multi-level building is still considered to be not ergonomic, in terms of biomechanics and physiology aspects. The work is repeated with a heavy load, and a poor grip. This study aims to identify the risk of musculoskeletal disorders and the level of worker fatigue by using biomechanical load analysis techniques and energy consumption calculations. The research was conducted by using the observation method in one of the multi-storey buildings (without lift / elevator). The results show that manual material handling has a risk of biomechanical loading of 3344.036 N which can cause musculoskeletal system disorders. The energy requirement for this activity is 2.80466 Kcal / minute.
Keywords: Ergonomics, Biomechanics, Physiology, Material Handling.
PENDAHULUAN
Air minum merupakan sebuah kebutuhan yang fital bagi manusia. Penggunaan air minum dalam kemasan gallon sudah menjadi hal yang biasa dalam kehidupan karena ukurannya yang besar sehingga secara harga lebih murah jika dihitung perliternya. Namun
permasalahan muncul terkait
penanganan material galon dimana ukuran galon yang beredar saat ini memiliki berat 20 Kg. Pengangkatan gallon seberat 20 Kg tentu akan memerlukan sebuah tenaga yang cukup besar. Setiap tenaga yang dikeluarkan
akan memerlukan energi untuk
melakukan pekerjaan tersebut.
Penggunaan energi dapat dihitung dari jumlah energi yang dikeluarkan. Energy
expenditure dapat diestimasi dengan
pendekatan perhitungan denyut jantung, tekanan darah, cardiac output,
kandungan asam laktat, kecepatan berkeringat, temperatur tubuh, dan konsumsi oksigen (Nurmianto, 2008). Pada dasarnya beban kerja fisik berbanding lurus dengan energi yang
dikeluarkan dalam melakukan
pekerjaan. Semakin berat pekerjaannya maka semakin banyak pula konsumsi
Komodo Jurnal Pendidikan Teknik Mesin, Vol 4 No 2, Desember 2020 144
kelelahan, kehilangan fokus yang bisa menimbulkan kecelakaan.
Kecelakaan terjadi bukan hanya diakibatkan kelalaian seseorang (unsafe
action) tetapi juga dapat terjadi
dikarenakan keadaan dan lingkungan
(unsafe condition). Penanganan
material secara manual pada kondisi gedung bertingkat (tanpa lift) merupakan suatu pekerjaan yang beresiko mengalami kelelahan pada pekerja, resiko musculoskeletal disorders dan resiko kecelakaan saat
pengangkatan galon.
Beberapa penelitian
mengungkapkan aktivitas kerja
mengangkat beban yang cukup berat terdapat keluhan secara signifikan pada bagian siku, pergelangan tangan, punggung dan pinggang. Aktivitas
pengangkatan beban akan
mempengaruhi lumbar, dimana akan ada penekanan pada bagian L5/S1. Penekanan pada daerah ini mempunyai batas tertentu untuk menahan tekanan.
Invertebral disk pada bagian L5/S1
lebih banyak menahan tekanan
dibandingkan tulang belakang. Aktifitas
pengangkatan seperti ini akan
terakumulasi yang dapat menyebabkan resiko low back pain (LBP).
Disamping beban yang berat, jarak dan ketinggian angkat juga mempunyai peran besar penyebab LBP, hal ini dikarenakan semakin tinggi dan berat beban yang berbeda-beda maka akan menghasilkan nilai gaya tekan (Fcomp)
yang berbeda-beda pula (Helianty, Mona, & Wahyuning, 2012)
Hal ini dapat dijadikan usulan terhadap beberapa rekayasa yang diperlukan untuk mendapatkan metode dan postur kerja yang lebih aman yang direkomendasikan.
METODE PENELITIAN
Jenis penelitian ini adalah penelitian observasi dan eksperimen. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui akibat yang ditimbulkan dari suatu perlakuan yang diberikan secara sengaja oleh peneliti. Tempat penelitian dilakukan salah satu gedung Institut Teknologi Sumatera.
Penelitian dilakukan dengan
mengambil gambaran postur aktivitas
hingga lantai empat, pengukuran
anthropometri dimensi tubuh yang
kemudian akan dihitung analisa biomekanika.
Perhitungan konsumsi energi yang digunakan melalui denyut nadi sebelum melakukan aktivitas dan setelah melakukan aktivitas pengangkatan
dengan menggunakan persamaan
regresi :
Y = 1,80411 – 0,0229038X + 4,71733.10-4 X2
Dimana : Y = Energi (kkal/menit) X = Kecepatan denyut nadi
Besaran konsumsi energi diperoleh dari selisih hasil kecepatan denyut nadi saat melakukan aktivitas dan setelah melakukan aktivitas dengan persamaan :
KE = Et – Ei
Dimana :
KE = Konsumsi Energi (kkal/menit) Et = Pengeluaran energi saat aktivitas
Ei = Pengeluaran energi setelah aktivitas
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari serangkaian pelaksanaan
penelitian, diperoleh postur kerja seperti pada Gambar 1, dan data dimensi tubuh untuk perhitungan analisa biomekanika seperti pada Tabel 1.
Tabel 1. Data Ukuran dalam Perhitungan
Biomekanika Dimensi Propor si Berat Panjan g (m) Sud ut (θ) Cent er of Mass Pekerja 49 Kg Objek 19 Kg Punggu ng 0.486 0.48m 730 0.562 Lengan atas 0.027 0.33 800 0.436 Lenga bawah 0.014 0.28 250 0.43 Tangan 0.006 0.19 200 0.506
Komodo Jurnal Pendidikan Teknik Mesin, Vol 4 No 2, Desember 2020 145
Gambar 1. Posisi Tubuh Mengangkat Galon Mendaki Lantai Bertingkat.
Perhitungan gaya kompresi L5/S1
dengan menggunakan analisa
biomekanika pada aktivitas penanganan material mengangkat galon adalah sebagai berikut. 1. Segmen tangan Wo = m.g = 20kg x 9,8m/s2 = 196 N Wh = 0,6% m operator . g = (0.006 x 49kg) x 9,8 m/s2 = 2,88N ΣFy = Fyw – Wo – Wh = 0 Fyw = Wo + Wh Fyw = 196 N /2 + 2,88N Fyw = 100.88N ΣMw = Mw – (Wo + Wh) x SL1 x cos θ1 Mw = (100.88) x SL1 x Cos θ1 Mw = (100.88) x 0,19 x cos 200 Mw = 18,01Nm
2. Segmen lengan bawah
WLA = m L A . g = (0.014 x 49kg) x 9,8 m/s2 = 6.722N ΣFy = Fyw – Wla + Fye = 0 Fye = Fyw + Wla Fye = 100.88N + 6.722N Fye = 107.6N ΣM = Me–Mw–(Wla x λ2 x SL2 x cos θ2)–(Fyw x SL2 x cos θ2)– (Fxw x SL2 x cos θ2)= 0 Me = 18,01Nm+ (6.72N x 0,43 x 0,28m x Cos 250) + (107.6 x 0,28 x Cos 250) Me = 46,05 Nm
3. Segmen lengan atas WUA = mUA . g = (0,027 x 49kg) x 9,8m/s2 = 12.96 N ΣFY = FYE – WUA+ FYS = 0 FYS = FYE + WUA FYS = 107.604 + 12.96N FYS = 120.569 N ΣM = Ms –Me –(Wua x λ3 x SL3 x cos θ3)–(Fye x SL3 x cos θ3)– (Fxe x SL3 x cos θ3)= 0 MS = 41,74 Nm + (12.96 x 0,436 x 0,33m x Cos 800) + (107.604 x 0,33 x Cos 800) Ms = 52,5Nm 4. Segmen punggung WT = mT . g = (0,486 x 49kg) x 9,8m/s2 = 233.3772 N
ΣFx = Fxs = 0 (tidak ada gaya putar)
ΣFy = Fys – WT + FyT = 0 FyT = Fys + WT FyT = 120.569 N + 233.3772 N FyT = 353.9N ΣM = MT –2MS – (WT x λ4 x SL4 x cos θ4)– (2FyS x SL4 x cos θ4) – (2FxS x SL4 x cos θ4)= 0 MT = 2x 52,5 Nm+ (2x 233.3772 N x 0,562 x 0,51m x Cos 730) + (2x 120.569 N x 0,51m x Cos 730) MT = 105,08 Nm + (466.75 x 0.28m x 0.087) +( 241.13N x 0,51m x 0.087) MT = ML5/S1 = 160.46Nm
Analisa Maximum Permissible Limit
1. Gaya tekan perut (PA) PA =
= [ ]( ) N/m2
= 0,1095 N / m2
2. Gaya Perut (FA) FA = PA x AA
Komodo Jurnal Pendidikan Teknik Mesin, Vol 4 No 2, Desember 2020 146
FA = 0,00509 N
3. Gaya Otot Spinal Erector
Fm =
Fm = ( )
Fm = 3211,905 N
4. Gaya Kompressi pada L5/S1 Fc = | |
Fc =|
|
Fc = 3344,036 N
Analisa Fisiologi
Untuk mengetahui tingkat kelelahan operator kita dapat mengestimasi dari penggunaan energi yang dikeluarkan saat beraktivitas. Hal ini dapat diketahui dengan cara pengukuran tidak langsung yaitu dengan menghitung Denyut Nadi Istirahat (DNI) dan Denyut Nadi Kerja (DNK). Dimana untuk Dnmaks adalah (220-usia) bagi laki-laki dan (200-usia) bagi wanita. Adapun hasil pengukuran didapatkan denyut nadi kerja 102 bpm (bit per menit) dan nadi istirahat 86 bpm.
Dengan demikian dapat dihitung penggunaan energi dari kedua metode aktivitas baik secara manual maupun dengan menggukanan alat transportasi adalah sebagai berikut :
Energi istirahat Y = 1,80411 – 0,0229038 (81) + 4,71733.10-4. (81)2 Y = 3,043932 Kkal / menit Energi kerja Y = 1,8041 – 0,0229038 (120) + 4,71733.10-4. (120)2 Y = 5,8485 Kkal / menit
Sehingga aktivitas material handling galon dapat diketahui konsumsi energi / pengeluaran energi yang digunakan saat melakukan aktivitas adalah sebagai berikut:
Pengeluaran Energi (manual)
KE = 5,8485 Kkal / menit – 3,04393 Kkal / menit
KE = 2.80466 Kkal / menit
persentase cardiovascular load (%
CVL) dengan menggunakan persamaan: %CVL = 100 𝑥 (𝐷𝑁𝐾−𝐷𝑁𝐼) 𝐷𝑁𝑚𝑎𝑘𝑠 −𝐷𝑁l % CVL = 100 x (120 – 81) 220 – 21 – 86 % CVL = 33,05
Dari hasil analisa yang diperoleh maka pekerjaan penanganan material secara manual aktivitas pengangkatan galon pada gedung bertingkat, memiliki resiko gangguan musculoskeletal
terutama pada bagian punggung belakang. Hal ini dikarenakan postur dan beban yang berat. Hal ini senada dengan penelitian (Sunarso, 2010) mengemukakan bahwa sikap kerja mengangkat galon air terdapat keluhan secara signifikan pada bagian siku, pergelangan tangan, punggung dan pinggang. Aktifitas pengangkatan beban akan mempengaruhi lumbar, dimana ada penekanan pada bagian L5/S1.
Ditambah lagi pekerjaan yang berulang membuat operator dapat
merubah postur tubuh semakin
membungkuk terutama pada saat inisiasi awal pengangkatan galon sehingga semakin meningkatkan torsi atau momen gaya yang mengakibatkan besarnya gaya kompressi pada L5/S1
akan melebihi batas yang
direkomendasikan NIOSH, sehingga diperlukan perebaikan metode kerja ataupun postur kerja yang lebih aman. Sejalan dengan (Dewi, Tirtayasa, & Handari, 2019) aktivitas penangangan material dengan sikap kerja yang lebih
ergonomis diharapkan mampu
menghindari atau meminimasi resiko timbulnya keluhan muskoloskeletal.
Disamping itu, faktor fisiologi juga menghasilkan tingkat pengeluaran energi akhir yang cukup besar karena
aktivitas pengangkatan gallon
menghasilkan denyut nadi yang lebih besar. Dari hasil analisa fisiologi
dengan konsumsi energi yang
dikeluarkan sejumlah 2.80466 Kkal / menit namun masih dalam kategori ringan. Sama halnya seperti penelitian yang pernah dilakukan (Prasetyawan,
Komodo Jurnal Pendidikan Teknik Mesin, Vol 4 No 2, Desember 2020 147
2014) pada aktivitas penanganan material gudang bulog tidak melebihi ambang batas 2,2-4,47 Kkal/menit. Namun akan dapat lebih tinggi lagi jika pekerjaan dilakukan secara berulang yang dapat meningkatkan tingkat kelelahan operator saat melakukan aktivitas.
.
KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan perhitungan dan analisa biomekanika, pekerjaan penanganan material merupakan aktivitas fisik berdampak pada timbulnya momen gaya yang membebani L5/S1 sebesar 3344,032 N. (Handoko, 2016) Oleh karena itu pekerjaan mengangkat gallon
memiliki resiko gangguan
musculoskeletal.
Berdasarkan analisa fisiologi, energy yang dikeluarkan selama aktivitas pekerjaan pengangkatan galon
sebesar 2,804Kkal/menit masih
tergolong pekerjaan ringan namun akan menjadi kategori berat karena pekerjaan penanganan material secara manual memiliki korelasi terhadap durasi dan frekuensi pekerjaan tersebut.
Tingkat kelelahan operator
penanganan material secara manual dapat dipengaruhi oleh usia. Secara teoritis semakin tinggi usia semakin kecil faktor pembagi %CVL sehingga menigkatkan nilai cardio vascular load nya.
Pada sebuah rekayasa metode kerja penanganan material secara manual baik cara kerja maupun peralatan bantu
yang dapat meminimasi beban
biomekanika dan menurunkan tingkat kelelahan operator dalam melakukan
aktivitas serupa pada gedung
bertingkat.
Untuk penilaian yang lebih
kompeherensif disarankan untuk
dilakukan ergonomic assessment
dengan tools yang berbeda. Semakin banyak tools yang digunakan, semakin
besar pula intervensi ergonomi agar suatu pekerjaan dilakukan dengan efektif, aman, sehat, nyaman, dan efisien (EASNE).
DAFTAR PUSTAKA
Dewi, K. C., Tirtayasa, K., & Handari, L. I. (2019). Sikap Kerja Lebih
Ergonomis Menurunkan Gaya
Kompresi Tulang Belakang dan Keluhan Muskuloskeletal serta Meningkatkan Produktivitas. Jurnal
Ergonomi Indonesia, 90-99.
Handoko, L. (2016). Analisa Aktivitas
Manual Material Handling
Pengangkatan Pupuk Dari Tinjauan Ergonomi. JURNAL PENDIDIKAN
PROFESIONAL, 309-316.
Helianty, Y., Mona, C., & Wahyuning, C. S. (2012). Rancangan Alat Bantu untuk Meminimasi Gaya Tekan (Fcomp) pada Lempeng Tulang Belakang Bagian Bawah (L5/S1).
Jurnal Itenas Rekayasa, 16(1),
57-66.
Nurmianto, E. (2008). Ergonomi
Konsep Dasar dan Aplikasi.
Surabaya: PT Guna Widya. Prasetyawan, D. (2014). ums.ac.id.
Dipetik juni 8, 2020, dari
http://eprints.ums.ac.id/32382/18/N ASKAH%20PUBLIKASI.pdf Sunarso. (2010). UNS Institutional
Repository. Dipetik juni 8, 2020,
dari
https://eprints.uns.ac.id/9200/1/1570 62408201008111.pdf
