Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica
FTA-U-Vibrazn - ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Vibrazioni sul lavoro -generalità
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elio girolettielio girolettielio giroletti
UNIVERSITUNIVERSITÀÀ DEGLI STUDI DI PAVIADEGLI STUDI DI PAVIAdip. fisica nucleare e teoricadip. fisica nucleare e teoricavia bassi 6, 27100 pavia, via bassi 6, 27100 pavia, italyitalytel. 038298.7905 tel. 038298.7905 [email protected]@unipv.itwww.unipv.it/www.unipv.it/webgirowebgiro
vibrazioni vibrazioni (cenni)(cenni)
FISICA TECNICA AMBIENTALE, FISICA TECNICA AMBIENTALE, elio girolettielio giroletti, 2005, 2005
Introduzione alle vibrazioni possibili danni sorgenti naturali, artificiali e nella ricercaprocedure, segnaletica, dispositivi protez.normativa e bibliografia conclusioni e discussione
Le vibrazioniLe vibrazioni
Vibrazioni Vibrazioni oscillazioni meccaniche generate da onde di oscillazioni meccaniche generate da onde di pressione che si trasmettono attraverso corpi solidipressione che si trasmettono attraverso corpi solidi
Parametri caratteristiciParametri caratteristiciperiodo, frequenza, ampiezza (istantanea ed periodo, frequenza, ampiezza (istantanea ed efficace), velocitefficace), velocitàà, accelerazione, accelerazione
ModalitModalitààmoto oscillatorio periodico o alternativomoto oscillatorio periodico o alternativooscillazioni libere (decrescenti) o forzate (le pioscillazioni libere (decrescenti) o forzate (le piùùfrequentifrequenti))
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2sistemasistema elasticoelastico smorzatosmorzato
massa, mmassa, mmassa, m
molla, kmolla, ksmorzamento, csmorzamento, c
grandezzegrandezze delledelle vibrazionivibrazioni
Fonte: Medioacustic, fond. di acustica,
oscillazionioscillazioni smorzatesmorzate
velFc =
dtdxvel =
teAtA ξ−= 0)(
c = c = coefficientecoefficiente di di smorzamentosmorzamentoζζ = = fattorefattore di di smorzamentosmorzamentoin un in un sistemasistema smorzatosmorzato ll’’ampiezzaampiezza delladella vibrazionevibrazione èèsoggettasoggetta ad ad unauna diminuzionediminuzione esponenzialeesponenziale nelnel tempo tempo
dtdxmg
mc
/2==ξ
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3I tipi di vibrazioniI tipi di vibrazioni
Vibrazione al corpo intero (WBC): il corpo umano viene sollecitato nella sua totalitàdalla struttura che vibra attraverso la superficie di appoggio (di solito la guida di automezzi)
Vibrazione del sistema mano-braccio: utensili vibranti, tradizionalmente macchine ad aria compressa (smerigliatrici, frese, trapani, ecc.)
Effetti Effetti fisiopatologicifisiopatologici e vibrazioni e vibrazioni
I danni presentano un ampio spettro in funzione di: regione di ingresso (di solito mani, piedi e natiche)direzione delle vibrazioni (verticale -testa/piedi- o antero posteriore -mano/braccio-)durata della esposizionefrequenza accelerazioneintensitàrisonanza
Alterazioni vascolariAlterazioni osteoarticolarialterazioni neuromuscolari
Effetti Effetti fisiopatologicifisiopatologici e vibrazioni e vibrazioni
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4Effetti Effetti fisiopatologicifisiopatologici e vibrazioni e vibrazioni
accelerazioneaccelerazioneVa ponderata sulla frequenzaVa ponderata sulla frequenzaFiltri di ponderazione (0,02 Filtri di ponderazione (0,02 –– 4 kHz)4 kHz)
mano mano bracciobraccio
accelerazioneaccelerazione
Gli effetti vanno ponderati sulla frequenzaGli effetti vanno ponderati sulla frequenzaFiltri di ponderazione (0,02 Filtri di ponderazione (0,02 –– 4 kHz) 4 kHz)
=
∑
∑
=
=n
ii
n
iii
media
t
ta
sma
1
12 ][
dove: adove: aii e te tii sono le accelerazioni e i rispettivi sono le accelerazioni e i rispettivi intervalli di tempo; intervalli di tempo; aaeqeq,w,i,w,i componenti equivalenti componenti equivalenti ponderate in frequenza (norme ISO) ponderate in frequenza (norme ISO)
= ∑=
n
iiweqwequiv a
sma
1
2,,2, ][
Elevare al quadrato
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Vibrazioni: Vibrazioni: sistema sistema di di riferimentoriferimento
Casula D, et al., Medicina del lavoro, ed. Monduzzi, Bologna, 1993
Modello Modello meccanico meccanico del del corpo corpo umanoumano
Casula D, et al., Medicina del lavoro, ed. Monduzzi, Bologna, 1993
Sistema Sistema di di riferimento riferimento ed ed orientazioneorientazione
Casula D, et al., Medicina del lavoro, ed. Monduzzi, Bologna, 1993
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Casula D, et al., Medicina del lavoro, ed. Monduzzi, Bologna, 1993
Limiti Limiti esposizione esposizione corpo corpo interointero
Casula D, et al., Medicina del lavoro, ed. Monduzzi, Bologna, 1993
Limite Limite esposizione esposizione corpo corpo interointero
Casula D, et al., Medicina del lavoro, ed. Monduzzi, Bologna, 1993
Limite Limite esposizione esposizione mano mano bracciobraccio
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7accelerazione e comfortaccelerazione e comfort
Valutazione del comfort secondo la Valutazione del comfort secondo la norma ISO 2631norma ISO 2631--1 1
Discomfort estremamente elevato>2,5
Discomfort elevato1,25 – 2,5 Discreto discomfort0,8 – 1,6Leggero discomfort0,315 – 0,63 Comfort<0,315Comfort/discomfortSomma vibrazioni (m/s2)
Livello della vibrazioneLivello della vibrazione
èè una unituna unitàà di misura relativa (!) di misura relativa (!) essendo A(t) il valore istantaneo dellessendo A(t) il valore istantaneo dell’’ampiezza e:ampiezza e:
AA00=1E=1E--6 m/s6 m/s22 per accelerazioneper accelerazioneAA00=1E=1E--9 m/s per velocit9 m/s per velocitààAA00=1E=1E--12 m per spostamento12 m per spostamento
( )∫⋅=T
spostvelacc dtA
tAT
LogL0
20
2
10,,110
ÈÈ utile la rappresentazione attraverso la scala utile la rappresentazione attraverso la scala logaritmica dei decibel (scala usata anche per logaritmica dei decibel (scala usata anche per altre grandezze: potenza, tensione, corrente) altre grandezze: potenza, tensione, corrente)
Misurare le vibrazioniMisurare le vibrazioni
Accelerazione: parametro rappresentativo L’accelerometro:
piezoelettrico - triassialedeve essere solidale con i corpo vibranteanalisi di frequenza in tempo reale
Norma di riferimento: ISO 2631-1 del 1997 (corpo) ISO 5008 del 1979ISO 5349-1 e -2 del 2001 (arti)
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8Misurare le vibrazioniMisurare le vibrazioni
CATENA DI MISURA CATENA DI MISURA T = trasduttori C = condizionatori S = sistema di acquisizione E = elaborazione dati P = sistema di presentazione
TTT CCC EEE PPP
SSS
grandezzagrandezza
fisicafisica
Misurare le vibrazioniMisurare le vibrazioniTRASDUTTORE
Permette la conversione della grandezza fisica in segnale elettrico che viene trattato dalla catena di conteggio Criteri di scelta:
Grandezza fisica da misurareCampo di frequenza utile Livello di segnale fornito Campo misura /sensibilità nominale Sensibilità trasversale Compatibilità con la situazione LinearitàAmbientePraticità, robustezza e costo
Misurare le vibrazioniMisurare le vibrazioni
VELOCIMETRO VELOCIMETRO Caratteristiche:
Livelli di segnale elevati Ingombrante Adatto per le misure industriali
In genere permette di rilevare: velocità assoluta del punto p velocità relativa nel punto basevelocità assoluta della base
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9ACCELEROMETROACCELEROMETROMisura lMisura l’’accelerazione assoluta accelerazione assoluta Si basa su tecnologie diverse: Si basa su tecnologie diverse:
piezoelettrici; estensimetrici (piezoresistivi); piezoelettrici; estensimetrici (piezoresistivi); servoaccelerometri servoaccelerometri
Limiti di impiego Limiti di impiego Frequenza utile: Frequenza utile:
Minima: dipende dallMinima: dipende dall’’elettronica accoppiataelettronica accoppiataMassima: circa 20% frequenza naturale o dovuta Massima: circa 20% frequenza naturale o dovuta alle risonanze di accoppiamentoalle risonanze di accoppiamento
Valore di accelerazione utile: Valore di accelerazione utile: Minimo: dipende dal rapporto segnale /rumore Minimo: dipende dal rapporto segnale /rumore Massimo: limitata dalla robustezza meccanica e Massimo: limitata dalla robustezza meccanica e dal montaggio dal montaggio
FILTROFILTRO
Componente elettronico Componente elettronico Elimina il segnale componente in frequenze non Elimina il segnale componente in frequenze non desiderate desiderate Caratteristiche filtro: Caratteristiche filtro:
PassaPassa--alto: elimina componente in bassa frequenzaalto: elimina componente in bassa frequenzaPassaPassa--basso: elimina componenti in alta frequenza basso: elimina componenti in alta frequenza PassaPassa--banda: elimina componenti esterne alla banda: elimina componenti esterne alla banda definita dal filtro banda definita dal filtro Frequenza di taglio: frequenza alla quale riduce di 3 Frequenza di taglio: frequenza alla quale riduce di 3 dB ldB l’’ampiezza del segnale di origine ampiezza del segnale di origine Pendenza: un filtro reale reagisce con una certa Pendenza: un filtro reale reagisce con una certa pendenza, espressa in dB/ottave o dB/decade pendenza, espressa in dB/ottave o dB/decade
Misurare le vibrazioniMisurare le vibrazioni
TTT CCC EEE PPP
SSS
grandezzagrandezza
fisicafisica
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10vibrazioni sul lavorovibrazioni sul lavoro
guida di automezzi in generemacchine semoventi (intensità elevate) operatori di macchine movimento di terra impianti con macchinari dotati di piattaforme rotanti (ingegneria…) officine con utensili vibrantiTrattoristi
Occhio alle manutenzioni!!!Occhio alle manutenzioni!!!
Emanata il 25.6.2002 Emanata il 25.6.2002 -- Pubblicata il 6.7.2002Pubblicata il 6.7.2002
DIRETTIVA 2002/44/CE DIRETTIVA 2002/44/CE del del
PARLAMENTO EUROPEO E DEL CONSIGLIOPARLAMENTO EUROPEO E DEL CONSIGLIOdel 25 giugno 2002del 25 giugno 2002
sulle prescrizioni minime di sicurezza e di salute relative sulle prescrizioni minime di sicurezza e di salute relative allall’’esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti dagli agenti esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti dagli agenti
fisici fisici (vibrazioni)(vibrazioni)(16(16°° dir. particolare ai sensi delldir. particolare ai sensi dell’’art.16, par.1, art.16, par.1,
della direttiva 89/391/CEE)della direttiva 89/391/CEE)
d.lgsd.lgs 187 del 19 agosto 2005187 del 19 agosto 2005sulle sulle
prescrizioni minime di sicurezza e di salute prescrizioni minime di sicurezza e di salute relative allrelative all’’esposizione dei lavoratori ai rischi esposizione dei lavoratori ai rischi
derivanti da derivanti da vibrazioni meccanichevibrazioni meccaniche
G.U. nG.U. n.220.220 del 21del 21--settsett--20052005
recepisce la recepisce la direttiva europea del 25 giugno 2002direttiva europea del 25 giugno 2002
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Emanata il 25.6.2002 Emanata il 25.6.2002 -- Pubblicata il 6.7.2002Pubblicata il 6.7.2002Da recepire entro il 6.7.2005Da recepire entro il 6.7.2005
DIRETTIVA 2002/44/CE DIRETTIVA 2002/44/CE del del
PARLAMENTO EUROPEO E DEL CONSIGLIOPARLAMENTO EUROPEO E DEL CONSIGLIOdel 25 giugno 2002del 25 giugno 2002
sulle prescrizioni minime di sicurezza e di salute relative sulle prescrizioni minime di sicurezza e di salute relative allall’’esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti dagli agenti esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti dagli agenti
fisici fisici (vibrazioni)(vibrazioni)(16(16°° dir. particolare ai sensi delldir. particolare ai sensi dell’’art.16, par.1, art.16, par.1,
della direttiva 89/391/CEE)della direttiva 89/391/CEE)
§ 4) …stabilisce prescrizioni minime,minime, …agli stati membri la facoltàdi mantenere o di adottare disposizioni piadottare disposizioni piùù favorevoli favorevoli ……dei dei lavoratorilavoratori… LL’’attuazioneattuazione…… non può giustificare un regresso non può giustificare un regresso rispetto alla situazione esistente in ciascun stato membro.rispetto alla situazione esistente in ciascun stato membro.§ 5) E’ necessario che un sistema di protezione… si limiti a definire, senza inutili dettagli, gli obiettivi da raggiungere, i principi da rispettare e le grandezze fondamentali …. § 6) La riduzione dell’esposizione … è realizzata… attraverso attraverso ll’’applicazione di provvedimenti di prevenzione fin dalla applicazione di provvedimenti di prevenzione fin dalla progettazione dei posti e dei luoghi di lavoro,progettazione dei posti e dei luoghi di lavoro, …scelta delle attrezzature, dei procedimenti e dei metodi di lavoro…
direttivadirettiva: : 2002/44/CE 2002/44/CE -- 6 lug 2002 6 lug 2002 -- vibrazionivibrazioni
direttivadirettiva: : 2002/44/CE 2002/44/CE -- 6 lug 2002 6 lug 2002 -- vibrazionivibrazioni
PrescrizioniPrescrizioni minimeminime di di sicurezzasicurezza e salute e salute relative relative allall’’esposizioneesposizione deidei lavoratorilavoratori aiai rischirischiderivantiderivanti daglidagli agentiagenti fisicifisici ((vibrazionivibrazioni) )
VibrazioniVibrazioni manomano bracciobraccio: : DisturbiDisturbi vascolarivascolari, , osteoarticolariosteoarticolari, , neuroligicineuroligici o o muscolarimuscolari
VibrazioniVibrazioni al al corpocorpo interointero: : LombalgieLombalgie e e traumitraumi del del rachiderachide
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TriassialeTriassiale –– simmetria sferica simmetria sferica Una approssimazione legata alla modesta conoscenza del peso relativo delle vibrazioni lungo i diversi assi nel determinare le patologie a carico del sistema mano - braccio.
Risulta indipendente dalla esatta orientazione degli assi di misura rispetto agli assi principali del sistema mano – braccio, spesso assai incerta.
direttivadirettiva: : 2002/44/CE 2002/44/CE -- 6 lug 20026 lug 2002vibrazionivibrazioni manomano -- bracciobraccio
P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003
Media temporale di tipo Media temporale di tipo ““energeticoenergetico””
Una approssimazione che cancella ogni informazione sulla esatta Una approssimazione che cancella ogni informazione sulla esatta evoluzione nel tempo della esposizione, ed assume che il danno evoluzione nel tempo della esposizione, ed assume che il danno
si sviluppi proporzionalmente alla energia della vibrazionesi sviluppi proporzionalmente alla energia della vibrazione. .
In mancanza di informazioni dettagliate sul meccanismo che In mancanza di informazioni dettagliate sul meccanismo che induce il danno, si tratta dellinduce il danno, si tratta dell’’approccio piapproccio piùù sensato. Sintetizza sensato. Sintetizza ll’’informazione in un solo datoinformazione in un solo dato. .
direttivadirettiva: : 2002/44/CE 2002/44/CE -- 6 lug 20026 lug 2002vibrazionivibrazioni manomano -- bracciobraccio
P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003
Unica pesatura in frequenza per i 3 assiUnica pesatura in frequenza per i 3 assi
direttivadirettiva: : 2002/44/CE 2002/44/CE -- 6 lug 20026 lug 2002vibrazionivibrazioni manomano -- bracciobraccio
P. L
enzu
mi,
Vill
a O
lmo,
dic
-200
3
approssimazione approssimazione legata alla legata alla insufficiente insufficiente conoscenza della conoscenza della efficacia con le efficacia con le quali vibrazioni di quali vibrazioni di diverse frequendiverse frequen--ze agiscono ze agiscono
lungo i 3 assilungo i 3 assi
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13direttivadirettiva: : 2002/44/CE 2002/44/CE -- 6 lug 20026 lug 2002vibrazionivibrazioni manomano -- bracciobraccio
VALORI DI RIFERIMENTO, art.3VALORI DI RIFERIMENTO, art.3--1 e all.A: 1 e all.A: Valore Valore limite di esposizione su 8 ore, A(8):limite di esposizione su 8 ore, A(8):mano braccio: 5 m/smano braccio: 5 m/s22
Valori Valori di azione, su 8 ore, A(8):di azione, su 8 ore, A(8):mano braccio: 2,5 m/smano braccio: 2,5 m/s22
A(8) = [a2hwx + a2
hwy + a2hwz]1/2
ISO 5349ISO 5349--1 (2001)1 (2001)hw=valore quadratico medio ponderato in frequenza
Si misura su entrambe le mani, vale il valore più alto
Lo standard Lo standard ISO 5349ISO 5349--11
A(8) A(8) ×× DDannianni ≈≈ 3030
Como, 11 Dicembre 2003
Non vengono indicati valori limite per A(8)Non vengono indicati valori limite per A(8)
A(8) A(8) ≈≈ 1,5 1,5 ÷÷ 22P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003
La Direttiva macchineLa Direttiva macchine((d.lgs.d.lgs. 459/1996)459/1996)
Va indicato il valore medio quadratico Va indicato il valore medio quadratico ponderato in frequenza della accelerazioneponderato in frequenza della accelerazione
se superiore a 2,5 msse superiore a 2,5 ms--22
A(8) A(8) ≈≈ 2,52,5
P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003
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ASSE ZASSE Z
Una approssimazione legata alla ignoranza degli effetti di moti Una approssimazione legata alla ignoranza degli effetti di moti con forti componenti simultaneamente su diversi assi. con forti componenti simultaneamente su diversi assi.
In pratica la vibrazione risulta spesso (ma non sempre) In pratica la vibrazione risulta spesso (ma non sempre) dominata dal moto lungo ldominata dal moto lungo l’’asse z, lasse z, l’’unico per il quale si hanno unico per il quale si hanno buone conoscenze dei possibili danni derivanti da traumi buone conoscenze dei possibili danni derivanti da traumi indotti dalla esposizione a vibrazioni.indotti dalla esposizione a vibrazioni.
direttivadirettiva: : 2002/44/CE 2002/44/CE -- 6 lug 20026 lug 2002
vibrazionivibrazioni corpocorpo interointero
P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003
Media temporale di tipo Media temporale di tipo ““energeticoenergetico””
Elimina ogni informazione sulla esatta evoluzione nel Elimina ogni informazione sulla esatta evoluzione nel tempo della esposizione, ed assume che il danno si tempo della esposizione, ed assume che il danno si sviluppi proporzionalmente alla energia della vibrazione. sviluppi proporzionalmente alla energia della vibrazione.
In mancanza di informazioni dettagliate sul meccanismo In mancanza di informazioni dettagliate sul meccanismo che induce il danno, si tratta dellche induce il danno, si tratta dell’’approccio piapproccio piùù sensato.sensato.Sintetizza lSintetizza l’’informazione in un solo dato. informazione in un solo dato.
direttivadirettiva: : 2002/44/CE 2002/44/CE -- 6 lug 20026 lug 2002
vibrazionivibrazioni corpocorpo interointero
P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003
STESSA pesatura in frequenza per i due assi del pianoSTESSA pesatura in frequenza per i due assi del piano
Como, 11 Dicembre 2003
ZZX YX YScarsa conoscenza del peso Scarsa conoscenza del peso relativo delle vibrazioni relativo delle vibrazioni lungo i diversi assi nel lungo i diversi assi nel determinare patologie a determinare patologie a carico del sistema dorsale. carico del sistema dorsale.
direttivadirettiva: : 2002/44/CE 2002/44/CE -- 6 lug 20026 lug 2002vibrazionivibrazioni corpocorpo interointero
P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003
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VALORI DI RIFERIMENTO, art.3.2 e VALORI DI RIFERIMENTO, art.3.2 e All.BAll.B: : Valore Valore limite di esposizione su 8 ore, A(8):limite di esposizione su 8 ore, A(8):
corpo intero: 1,15 m/scorpo intero: 1,15 m/s22
Valori Valori di azione, su 8 ore, A(8):di azione, su 8 ore, A(8):corpo intero: 0,5 m/scorpo intero: 0,5 m/s22
A(8) = max[1,4 awx; 1,4 awy ; awz]
ISO 2631ISO 2631--1 (1997)1 (1997)
direttivadirettiva: : 2002/44/CE 2002/44/CE -- 6 lug 20026 lug 2002
vibrazionivibrazioni corpocorpo interointero
aw=valore quadratico medio ponderato in frequenza
Como, 11 Dicembre 2003
A(8) = 0,45 msA(8) = 0,45 ms--22
A(8) = 0,80 msA(8) = 0,80 ms--22
Cosa dice lo standard ISO 2631Cosa dice lo standard ISO 2631--1 ?1 ?
P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003
Como, 11 Dicembre 2003
A(8) A(8) ≈≈ 0,50,5
Direttiva macchine(D.Lgs. 459/1996)
Va indicato il valore medio quadratico Va indicato il valore medio quadratico ponderato in frequenza della accelerazioneponderato in frequenza della accelerazione
se superiore a 0,5 msse superiore a 0,5 ms--22
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16valori di azioni e valori limite valori di azioni e valori limite
riduzioneriduzione delledelle vibrazionivibrazioni
Fonte: Medioacustic, fond. di acustica,
sostegnisostegni antivibrazioneantivibrazione
Fonte: Medioacustic, fond. di acustica,
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vibrazioni vibrazioni (cenni)(cenni)
FISICA TECNICA AMBIENTALE, FISICA TECNICA AMBIENTALE, elio girolettielio giroletti, 2005, 2005
dispense su internetdispense su internetwww.unipv.it/www.unipv.it/webgirowebgiro
elio girolettielio giroletti ..UniversitUniversitàà degli Studi di Pavia degli Studi di Pavia
dip. fisica nucleare e teoricadip. fisica nucleare e [email protected]@unipv.it -- 038298.7905038298.7905