TESI
indice
INDICE41.INQUADRAMENTO GENERALE SU VIBRAZIONI E AMBIENTE DI
LAVORO
41.1Introduzione: vibrazioni negli ambienti di lavoro
41.2Metodi di misura per lesposizione a vibrazione
71.3Danni professionali da rumore e vibrazione nel periodo 1989
1999
82.APPROCCIO TEORICO SULLE VIBRAZIONI
82.1Misura delle vibrazioni
82.2Cos la vibrazione
92.3Parametri di vibrazione
92.3.1Scelta del parametro
102.4Quantificazione del livello di vibrazione
102.5Laccelerometro piezoelettrico
112.5.1Piezoelettricit
122.5.2Schema e caratteristiche costruttive
132.5.3Montaggio degli accelerometri
142.5.4Influenza del cavo accelerometrico
142.5.5Influenza delle condizioni ambientali
152.5.6Carta di calibratura
152.5.7Perch usare un preamplificatore per laccelerometro?
162.5.8La catena di misura ad alta impedenza
162.5.9La catena di misura a bassa impedenza
172.6Classificazione dei moti oscillatori
173.DISTINZIONE: whole body e hand-transmitted
173.1Metodiche di valutazione dei rischi: principi generali
173.1.1Vibrazioni trasmesse al sistema mano braccio
183.1.2Vibrazioni trasmesse al corpo intero
194.APPROCCIO TEORICO SULLA RISPOSTA DEL CORPO UMANO ALLE
VIBRAZIONI
195.RIFERIMENTI NORMATIVI
195.1Direttiva 2002/44/CE
195.1.1Liter della Direttiva
205.1.2I contenuti della Direttiva
235.2Decreto Legislativo di recepimento italiano N.187 del 19
Agosto 2005
235.2.1Criticit del Decreto
275.2.2Dalla valutazione del rischio agli adempimenti
conseguenti nel nuovo quadro legislativo
285.3Un confronto delle valutazioni e delle stime ottenute
utilizzando norme alternative per prevedere i rischi delle
vibrazioni whole body e degli shock ripetuti
285.3.1Metodologia
315.3.2Risultati
345.3.3Conclusioni
356.CONSIDERAZIONI DI MIGLIORAMENTO
357.(case study) con eventuale sperimentazione
36BIBLIOGRAFIA
36Decreto Legislativo 626/94
36Direttiva 2002/44/CE
36Decreto Legislativo di recepimento italiano N.187 del 19
Agosto 2005
1. INQUADRAMENTO GENERALE SU VIBRAZIONI E AMBIENTE DI LAVORO1.1
Introduzione: vibrazioni negli ambienti di lavoroNonostante i
continui progressi della tecnologia tesi a garantire sempre pi
comfort e sicurezza per i lavoratori, lambiente di lavoro offre
ancora molteplici minacce nei confronti della salute delluomo che
vi opera. Tra le varie forme di rischio, quella che almeno fino a
qualche tempo fa sembrava essere sottovalutata lesposizione alle
vibrazioni meccaniche forse perch queste ultime non comportano
linsorgere immediato di danni manifesti come invece pu capitare nel
caso di incidenti quali schiacciamenti, tagli, ustioni, cadute,
ecc. . Tuttavia molti studi epidemiologici, condotti a partire
dagli anni settanta, hanno evidenziato che lampio utilizzo in campo
industriale (nonch agricolo e forestale) di utensili vibranti, luso
di veicoli e macchine varie sul posto di lavoro, il continuo
spostamento con i comuni mezzi di trasporto comportano linsorgenza
di disturbi o laccentuazione di sintomatologie preesistenti.Lo
scopo di questo studio innanzitutto quello di evidenziare la
relazione causale esistente tra lesposizione alle vibrazioni con
riferimento sia alla vibrazione del corpo intero (WBV: whole body
vibration) che alla vibrazione del sistema mano braccio (HTV: hand
transmitted vibration) e la manifestazione di disturbi muscolo
scheletrici.In secondo luogo si vuole presentare lo stato attuale
della normativa italiana ed europea sottolineando i principali
riferimenti ai due tipi di vibrazioni sopraccitate e osservando le
cosiddette Linee Guida che permettono alle aziende o ai loro
rappresentanti di rispondere adeguatamente ai rischi da
vibrazione.
1.2 Metodi di misura per lesposizione a vibrazione Le vibrazioni
vengono rilevate direttamente sullelemento vibrante da trasduttori
collegati ad un sistema digitale che fornisce in uscita dei valori
numerici.
Per poter accertare in modo sufficientemente esauriente
lesposizione alle vibrazioni necessario misurare laccelerazione in
ben definite direzioni, la frequenza e la durata di esposizione.
Molte giurisdizioni e agenzie utilizzano soprattutto laccelerazione
come misura dellesposizione, per i seguenti motivi:
1. la rilevazione dellaccelerazione pu fornire informazioni
sulla velocit e sullampiezza di vibrazione;
2. sono disponibili molti tipi di strumenti per la misurazione
dellaccelerazione che rappresenta landamento della variazione della
velocit in termini di direzione per unit di tempo (e.g. per
secondi);
3. il grado del danno legato allampiezza di accelerazione.
In riferimento al punto (2) va detto che loutput di svariati
trasduttori di vibrazione legato allaccelerazione in quanto esso
dipende dalla forza agente sulla massa (alla quale applicato il
trasduttore) e, come sicuramente noto, per una massa fissa, forza e
accelerazione sono direttamente collegate tramite la seconda legge
della dinamica:
Forza = massa x accelerazione (5)IndustriaTipo di
vibrazioneFonte comune della
vibrazione
AgricolturaCorpo InternoTrattori
CostruzioneCorpo Interno
Mano - braccioVeicoli pesanti
Attrezzi pneumatici
Taglio del
diamanteMano - braccioAttrezzi di vibrazione
della mano
SilvicolturaCorpo Interno
Mano - braccioTrattori
Troncatrici a catena
Fabbricazione
della mobiliaMano - braccioScalpelli pneumatici
LegnameMano - braccioTroncatrici a catena
Macchine
utensiliMano - braccioAttrezzi di vibrazione
della mano
Estrazione
minerariaCorpo Interno
Mano - braccioFunzionamento del
veicolo
Perforatrici da roccia
RivettamentoMano - braccioAttrezzi per la mano
GommaMano - braccioAttrezzi per
pneumatici
Cantieri navaliMano - braccioAttrezzi pneumatici
TessileMano - braccioMacchine per cucire
TrasportoCorpo InternoVeicoli
Tabella 1.I: esempi di esposizione professionale alle
vibrazioniUn tipico sistema di misurazione della vibrazione include
un dispositivo (figura 1.4) per rilevare la vibrazione
(accelerometro), un registratore, un analizzatore di frequenza, un
filtro per la ponderazione in frequenza e un display cos come un
contatore, una stampante o un registratore.
Figura 1.4: strumentazione sul sedile di guidaLaccelerometro
produce un segnale elettrico (di bassa potenza): il valore di
questo segnale, come detto, proporzionale allaccelerazione
applicata. Siccome il trasduttore di vibrazione misura
laccelerazione solo in una direzione, per poter meglio quantificare
la vibrazione su di una superficie, sono necessari almeno tre
accelerometri: uno per ogni asse del sistema di riferimento
ortogonale come illustrato in figura 1.5 . Lanalizzatore di
frequenza determina la distribuzione di accelerazione nelle diverse
bande di frequenza; il filtro per la ponderazione della frequenza
esprime la sensibilit umana alle diverse frequenze della
vibrazione: luso di questi filtri permette di ottenere un singolo
valore numerico come misura dellaccelerazione.
Figura 1.5: assi di misurazione per la vibrazioneI misuratori di
vibrazione forniti con gli accelerometri possono essere utilizzati
per la misurazione di vibrazioni istantanee; anche alcuni tipi di
misuratori del livello sonoro possono essere utilizzati per
misurare la vibrazione (in acustica i segnali vengono scomposti
secondo frequenze note fissate da norme ISO: bande di ottava o di
terzi di ottava).
Lutilizzo degli accelerometri piezoelettrici con amplificatore
integrato pu consentire la riduzione di problematiche legate alle
induttanze dei cavi che condizionano le misure eseguite da normali
accelerometri capacitivi.
Tuttavia essi presentano anche difetti non trascurabili: quello
principale che lanalizzatore di spettro comporta una complicazione
di impiego legato alla necessit di operare con un comune notebook e
ad altre delicate componenti elettroniche in posizioni scomode o
pericolose.
1.3 Danni professionali da rumore e vibrazione nel periodo 1989
1999Le malattie professionali da rumore e vibrazioni svolgono
materialmente un ruolo che da molti anni predominante, da quando,
cio, la silicosi ha perso il suo triste primato intorno alla met
degli anni 70. I dati indicano come ipoacusia ed angioneurosi - ma
molto pi la prima che la seconda - si siano fortemente sviluppate
fino a rappresentare quasi i tre quarti di tutta la casistica,
raggiungendo un massimo di frequenza tra la fine degli anni 70 e la
met degli anni 80 (INAIL, 2000).
Gi alla fine degli anni 80 entrambe le tecnopatie erano per in
declino, con un andamento vistosamente decrescente un anno dopo
laltro. Cos, tra il 1989 ed il 1998, i casi di angioneurosi
indennizzati annualmente si sono contratti di oltre 10 volte,
passando da 421 a 41, quelli di ipoacusia di oltre nove volte,
passando da 7234 a 784.Sono stati considerati fattori diversi,
quali gli anni di accadimento, il grado di invalidit, let, il
sesso, per constatare che le due tecnopatie sono in forte riduzione
(di 9-10 volte nel corso del periodo), riguardando in assoluta
prevalenza lavoratori maschi (97-98%), con addensamento dei casi
tra i circa sessantenni e delle invalidit nei gradi bassi,
inferiori al 21%.
stata pure considerata la distribuzione in dieci macrosettori
produttivi, tra i quali assumono per entrambe le tecnopatie
principale importanza il comparto metalmeccanico, quello edile e
quello estrattivo.
Per lipoacusia sono stati anche suddivisi i casi secondo i
principali cicli o gruppi di cicli tecnologici, evidenziando la
loro frequenza nei diversi cicli e le fonti presumibili dei
principali rischi.
2. APPROCCIO TEORICO SULLE VIBRAZIONI2.1 Misura delle
vibrazioniIl problema della riduzione e dellisolamento delle
vibrazioni sorto fin da quando sono state costruite le prime
macchine industriali ed i motori necessari al loro azionamento.
Le vibrazioni sono prodotte da:
effetti dinamici delle tolleranze e delle imprecisioni di
fabbricazione
attrito volvente o radente di organi di macchina
forze squilibrate in rotazione
elementi soggetti a moto alternativo
In alcuni casi le vibrazioni svolgono per contro un lavoro utile
(dispositivi di alimentazione, costipatori di cemento, perforatrici
di roccia, etc.).
FIGURA2.2 Cos la vibrazione
Un corpo vibra quando descrive un moto oscillante intorno ad una
posizione di riferimento.
Il numero di cicli completi compiuti in un secondo detto
frequenza [Hz].
Il moto pu interessare:
un unico componente ed un'unica frequenza (diapason)
parecchi componenti e diverse frequenze simultaneamente (moto
del pistone in um m.c.i.)
In pratica i segnali di vibrazione si compongono solitamente di
moltissime frequenze che si manifestano simultaneamente; pertanto,
il profilo ampiezza tempo risulta inadatto a stabilire le
componenti di vibrazione e le loro frequenze.
FIGURALa scomposizione dei segnali di vibrazione nelle singole
componenti di frequenza detta analisi di frequenza.
Il grafico che mostra il livello di vibrazione in funzione della
frequenza detto spettrogramma in frequenza.
2.3 Parametri di vibrazioneOltre allo spostamento, anche
possibile descrivere il movimento di un elemento che vibra in
termini di velocit e accelerazione. Qualunque sia il parametro
considerato, rimangono inalterati forma e periodo della vibrazione,
mentre si verifica uno spostamento di fase fra le curve ampiezza
tempo.
FIGURAQuando si eseguono misure mediate nel tempo, si trascura
la fase e le relazioni tra i tre parametri vengono stabilite
unicamente dalla pulsazione =2f.
Se viene misurata laccelerazione, con gli integratori
elettronici si pu convertire il segnale in velocit e in
spostamento.2.3.1 Scelta del parametroLa figura mostra un grafico
della velocit ad andamento costante per tutto lo spettro di
frequenze, con le corrispondenti curve di spostamento e
accelerazione.FIGURALampiezza di vibrazione in termini di
spostamento accentua le componenti a bassa frequenza rispetto a
quelle ad alta frequenza. Viceversa, laccelerazione enfatizza le
componenti ad alta frequenza. Si nota che le tre curve coprono un
intervallo di frequenza da 10 a 1000 Hz, che coincide con il range
di interesse delle vibrazioni meccaniche.Si deduce che:
per misure a bassa frequenza conviene rilevare gli
spostamenti
per misure ad alta frequenza (>100 Hz) conviene rilevare le
accelerazioni
Un esempio esplicativo mostrato nelle seguenti figure, che
rappresentano lo stesso fenomeno vibratorio in termini di
spostamento, velocit e accelerazione, rispettivamente.Si noti la
variazione dellampiezza dei picchi a 30 e a 120 Hz; alcuni picchi
sopra i 120 Hz non visibili nel diagramma degli spostamenti
compaiono in quello delle accelerazioni. Il picco a 60 Hz ha
approssimativamente la stessa ampiezza in tutti i diagrammi e pu
quindi essere assunto come riferimento nello spettro di
frequenza.FIGURA (3)2.4 Quantificazione del livello di
vibrazione
Lintensit di vibrazione pu essere quantificata mediante i
valori: picco picco, indica lescursione massima dellonda
(sollecitazione massima, gioco meccanico)
picco, indica lescursione massima positiva o negativa della
vibrazione (urti di breve durata)
RMS (Root Mean Square = valore medio efficace), la misura pi
significativa di ampiezza in quanto tiene conto della storia
dellonda nel tempo e da un valore di ampiezza direttamente
correlata al contenuto energetico (distruttivo) della
vibrazione
valore medio rettificato (Average), tiene conto della storia
dellonda nel tempo, ma ha scarso interesse pratico, non essendo
correlato ad alcuna grandezza fisica
FIGURAI livelli di vibrazione possono essere espressi in
grandezze logaritmiche (dB).
Il decibel (dB) una grandezza adimensionale:
dB = 20 Log (x/xrif)x = livello misurato
x = livello di riferimento
Livelli di riferimento in decibel (ISO/DIS1683.2)
QuantitLivelli di riferimento
Accelerazionearif=10-6m/s2
Velocitvrif=10-9m/s
ForzaFrif=10-6N
La logaritmizzazione della scala delle ampiezze o delle
frequenze sortisce leffetto di dilatare sul grafico i valori pi
bassi e di comprimere quelli pi elevati, dando la stessa
percentuale di risoluzione e mantenendo ragionevoli dimensioni.
2.5 Laccelerometro piezoelettrico
Il disegno mostra lelemento base di un qualunque strumento per
la misura delle vibrazioni.FIGURALequazione del moto del tipo:
Assumendo uno spostamento armonico del vincolo y=Ysint si
ottiene una soluzione a regime di tipo armonico:
a = parametro adimensionale di frequenza0 = frequenza propria
dello strumento
h = parametro adimensionale di smorzamento
FIGURASe 015) soddisfatta in tutti i nove casi. Comunque, il
valore di MTVV/aw fortemente dipendente dal tempo di integrazione
scelto: la condizione non stata sempre soddisfatta quando il tempo
di integrazione ha raggiunto gli 8 secondi.I valori MTVV ottenuti
con un tempo di integrazione esponenziale di 1 s sono risultati tra
l87% e il 100% dei valori calcolati con una media rettangolare
(tabella 6).tabella 6tabella 7La nuova ISO 2631 non stabilisce come
pu essere utilizzato un MTVV per stimare il rischio del danno.
Perci non possibile qui comparare le conseguenze dellutilizzo degli
MTVV con le conseguenze dellutilizzo dei VDV.Effetti della fase di
risposta dei filtri di misura
La tabella 7 mostra che i valori della dose di vibrazione
calcolati secondo la BS 6841 e la ISO 2631-1 sono risultati, in
qualche misura, sensibili alla fase dei filtri di pesatura in
frequenza. Alcune valutazioni non sono state influenzate, ma il VDV
ha raggiunto variazioni di circa l11% per altre. Una variazione
dell11% nel VDV risulterebbe in una variazione di circa il 50% nei
tempi indicati per raggiungere un VDV limite di azione o zona di
cautela per la salute.5.3.3 Conclusioni
Utilizzando i metodi descritti nelle tre norme si possono,
quindi, ottenere diverse stime delle durate di esposizione
giornaliera limite alla vibrazione whole body e agli shock
ripetuti. Sono possibili grandi differenze anche utilizzando i
diversi metodi presenti nella stessa norma.Le differenze nella
forma dei filtri di pesatura tra le tre norme risultata in
variazioni nelle durate delle esposizione giornaliera limite fino
al 75% per i nove moti presi ad esempio. Considerando il moto
rappresentato in diversi assi sulla base dei valori della dose di
vibrazione risultata una riduzione nelle durate dellesposizione
giornaliera limite che pu raggiungere l85% se paragonata con le
stime basate solo sullasse peggiore.La pi grande variazione nelle
durate dellesposizione giornaliera limite derivata dalle differenze
tra le valutazioni basate sulla radice quadrata dellaccelerazione e
quelle basate sulla quarta potenza dei valori della dose di
vibrazione. Le differenze derivano parzialmente dalla forma delle
onde del moto e, nella nuova ISO 2631, dal differente metodo di
stima delle misure della radice quadrata e del VDV. Quando si sono
confrontati i valori della dose di vibrazione stimati (calcolati
mediante le misure della radice quadrata) con quelli reali, le
differenze sono variate fino a circa il 70%. Le differenze maggiori
si sono verificate per i moti pi pesanti. Tali differenze tra le
misure relative alleVDV e quelle relative al VDV si sono
trasformate in differenze ancora pi grandi nellesposizione
giornaliera limite, ma questo non un problema se la norma chiarisce
che il valore della dose di vibrazione reale dovrebbe essere
utilizzato laddove sussiste il dubbio o i due valori differiscono
(come nella BS 6841). La ISO 2631-1 [3] non specifica chiaramente
quando dovrebbero essere utilizzate le misure relative alla radice
quadrata, alleVDV o al VDV. Questo pu comportare grandi differenze
nellesposizione giornaliera limite. Il valore della dose di
vibrazione reale fornisce la stima maggiormente cautelativa per
durate di esposizione sicure.Nella nuova ISO 2631-1, le grandi
differenze tra la zona di cautela r.m.s. e la zona di cautela VDV
pu spesso essere associata alla scelta del metodo di misurazione:
le misure relative alla radice quadrata possono essere confrontate
con la zona di cautela r.m.s. e le misure relative al VDV possono
essere comparate con la zona di cautela VDV, come nella tabella 3.
Ad ogni modo, le misure relative alla redice quadrata possono anche
essere comparate direttamente con la zona di cautela VDV, sia
utilizzando il grafico presente nella norma, sia calcolando il
valore della dose di vibrazione stimato. Le differenze tra i due
metodi sar minima quando le esposizioni giornaliere limite si
trovano nella regione di 4 8 ore. Con esposizioni pi brevi le
durate delle esposizioni giornaliere limite possono essere
differenti per un fattore maggiore o uguale a 10.I metodi per
implementare i filtri di pesatura in frequenza tali che gli
incrementi sono stati corretti ma le fasi differenziate, hanno
implicato variazioni fino al 11% nel valore della dose di
vibrazione e fino al 50% nelle durate delle esposizioni giornaliere
limite. Questa forma do variabilit verr eliminata se le pesature in
frequenza saranno effettuate in accordo con le definizioni
riportate nelle norme.6. CONSIDERAZIONI DI MIGLIORAMENTO
7. (case study) con eventuale sperimentazioneBIBLIOGRAFIA
Xu, P., Brissaud, F., Fazio, A., (2001), Non steady- state
modelling of faecal coliform removal in deep tertiary lagoons,
Water Research, Vol. 36, pp 3074 3082, Elsevier Science.
APPENDICEDecreto Legislativo 626/94
Direttiva 2002/44/CE
Decreto Legislativo di recepimento italiano N.187 del 19 Agosto
2005
PAGE II
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