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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