Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, dip. Fisica nucleare e teorica

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA dip. fisica nucleare e teorica via bassi 6, pavia, italy tel girolett@unipv.it webgiro 1 elio giroletti vibrazioni (cenni) FISICA TECNICA AMBIENTALE, elio giroletti,, 2005 Introduzione alle vibrazioni possibili danni sorgenti naturali, artificiali e nella ricerca procedure, segnaletica, dispositivi protez. normativa e bibliografia conclusioni e discussione Le vibrazioni Vibrazioni oscillazioni meccaniche generate da onde di pressione che si trasmettono attraverso corpi solidi Parametri caratteristici periodo, frequenza, ampiezza (istantanea ed efficace), velocità,, accelerazione Modalità moto oscillatorio periodico o alternativo oscillazioni libere (decrescenti) o forzate (le più frequenti)

2 sistema elastico smorzato 2 smorzamento, c molla, k massa, m grandezze delle vibrazioni Fonte: Medioacustic, fond. di acustica, ξ = c m 2 A( t) c = F vel mg = dx / dt oscillazioni smorzate = 0 A e ξt c = coefficiente di smorzamento ζ = fattore di smorzamento in un sistema smorzato l ampiezza della vibrazione è soggetta ad una diminuzione esponenziale nel tempo vel = dx dt

3 I tipi di vibrazioni 3 Vibrazione al corpo intero (WBC): il corpo umano viene sollecitato nella sua totalità dalla 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 fisiopatologici 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 esposizione frequenza accelerazione intensità risonanza Alterazioni vascolari Alterazioni osteoarticolari alterazioni neuromuscolari Effetti fisiopatologici e vibrazioni

4 Effetti fisiopatologici e vibrazioni 4 accelerazione Va ponderata sulla frequenza Filtri di ponderazione (0,02 4 khz) mano braccio accelerazione Gli effetti vanno ponderati sulla frequenza Filtri di ponderazione (0,02 4 khz) Elevare al quadraton aiti m i= a [ media = n s ] 1 2 ti i= 1 a m s equiv, w[ ] 2 n = a i= 1 2 eq, w, i dove: a i e t i sono le accelerazioni e i rispettivi intervalli di tempo; a eq,w,i componenti equivalenti ponderate in frequenza (norme ISO)

5 5 Vibrazioni: sistema di riferimento Casula D, et al., Medicina del lavoro, ed. Monduzzi, Bologna, 1993 Modello meccanico del corpo umano Casula D, et al., Medicina del lavoro, ed. Monduzzi, Bologna, 1993 Sistema di riferimento ed orientazione Casula D, et al., Medicina del lavoro, ed. Monduzzi, Bologna, 1993

6 6 Limiti esposizione corpo intero Casula D, et al., Medicina del lavoro, ed. Monduzzi, Bologna, 1993 Limite esposizione corpo intero Casula D, et al., Medicina del lavoro, ed. Monduzzi, Bologna, 1993 Limite esposizione mano braccio Casula D, et al., Medicina del lavoro, ed. Monduzzi, Bologna, 1993

7 accelerazione e comfort 7 Valutazione del comfort secondo la norma ISO Somma vibrazioni (m/s 2 ) <0,315 0,315 0,63 0,8 1,6 1,25 2,5 >2,5 Comfort/discomfort Comfort Leggero discomfort Discreto discomfort Discomfort elevato Discomfort estremamente elevato Livello della vibrazione È utile la rappresentazione attraverso la scala logaritmica dei decibel (scala usata anche per altre grandezze: potenza, tensione, corrente) L acc, vel, spost = 10 Log 1 T () è una unità di misura relativa (!) essendo A(t) il valore istantaneo dell ampiezza e: A 0 =1E-6 6 m/s 2 per accelerazione A 0 =1E-9 9 m/s per velocità A 0 =1E m per spostamento 10 T 0 A t A dt Misurare le vibrazioni Accelerazione: parametro rappresentativo L accelerometro: piezoelettrico - triassiale deve essere solidale con i corpo vibrante analisi di frequenza in tempo reale Norma di riferimento: ISO del 1997 (corpo) ISO 5008 del 1979 ISO e -2 del 2001 (arti)

8 Misurare le vibrazioni 8 grandezza fisica T C E P CATENA DI MISURA T = trasduttori C = condizionatori S = sistema di acquisizione E = elaborazione dati P = sistema di presentazione S Misurare le vibrazioni TRASDUTTORE Permette la conversione della grandezza fisica in segnale elettrico che viene trattato dalla catena di conteggio Criteri di scelta: Grandezza fisica da misurare Campo di frequenza utile Livello di segnale fornito Campo misura /sensibilità nominale Sensibilità trasversale Compatibilità con la situazione Linearità Ambiente Praticità, robustezza e costo Misurare le vibrazioni 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 base velocità assoluta della base

9 ACCELEROMETRO Misura l accelerazione l assoluta Si basa su tecnologie diverse: piezoelettrici; estensimetrici (piezoresistivi); servoaccelerometri Limiti di impiego Frequenza utile: Minima: dipende dall elettronica accoppiata Massima: circa 20% frequenza naturale o dovuta alle risonanze di accoppiamento Valore di accelerazione utile: Minimo: dipende dal rapporto segnale /rumore Massimo: limitata dalla robustezza meccanica e dal montaggio 9 FILTRO Componente elettronico Elimina il segnale componente in frequenze non desiderate Caratteristiche filtro: Passa-alto: alto: elimina componente in bassa frequenza Passa-basso: elimina componenti in alta frequenza Passa-banda: elimina componenti esterne alla banda definita dal filtro Frequenza di taglio: frequenza alla quale riduce di 3 db l ampiezza l del segnale di origine Pendenza: un filtro reale reagisce con una certa pendenza, espressa in db/ottave o db/decade Misurare le vibrazioni grandezza fisica T C E P S

10 vibrazioni sul lavoro 10 guida di automezzi in genere macchine semoventi (intensità elevate) operatori di macchine movimento di terra impianti con macchinari dotati di piattaforme rotanti (ingegneria ) officine con utensili vibranti Trattoristi Occhio alle manutenzioni!!! DIRETTIVA 2002/44/CE del PARLAMENTO EUROPEO E DEL CONSIGLIO del 25 giugno 2002 sulle prescrizioni minime di sicurezza e di salute relative all esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti dagli agenti fisici (vibrazioni) (16 dir. particolare ai sensi dell art.16, par.1, della direttiva 89/391/CEE) Emanata il Pubblicata il d.lgs 187 del 19 agosto 2005 sulle prescrizioni minime di sicurezza e di salute relative all esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti da vibrazioni meccaniche G.U. n.220n del 21-sett sett-2005 recepisce la direttiva europea del 25 giugno 2002

11 DIRETTIVA 2002/44/CE del PARLAMENTO EUROPEO E DEL CONSIGLIO del 25 giugno 2002 sulle prescrizioni minime di sicurezza e di salute relative all esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti dagli agenti fisici (vibrazioni) (16 dir. particolare ai sensi dell art.16, par.1, della direttiva 89/391/CEE) 11 Emanata il Pubblicata il Da recepire entro il ) stabilisce prescrizioni minime, agli stati membri la facoltà di mantenere o di adottare disposizioni più lavoratori direttiva: 2002/44/CE - 6 lug vibrazioni L attuazione favorevoli dei non può giustificare un regresso 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 l applicazione di provvedimenti di prevenzione fin dalla progettazione dei posti e dei luoghi di lavoro, scelta delle attrezzature, dei procedimenti e dei metodi di lavoro direttiva: 2002/44/CE - 6 lug vibrazioni Prescrizioni minime di sicurezza e salute relative all esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti dagli agenti fisici (vibrazioni) Vibrazioni mano braccio: Disturbi vascolari, osteoarticolari, neuroligici o muscolari Vibrazioni al corpo intero: Lombalgie e traumi del rachide

12 direttiva: 2002/44/CE - 6 lug 2002 vibrazioni mano - braccio Triassiale 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. 12 Risulta indipendente dalla esatta orientazione degli assi di misura rispetto agli assi principali del sistema mano braccio, spesso assai incerta. P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003 direttiva: 2002/44/CE - 6 lug 2002 vibrazioni mano - braccio Media temporale di tipo energetico Una approssimazione che cancella ogni informazione sulla esatta evoluzione nel tempo della esposizione, ed assume che il danno si sviluppi proporzionalmente alla energia della vibrazione. In mancanza di informazioni dettagliate sul meccanismo che induce il danno, si tratta dell approccio più sensato. Sintetizza l informazione in un solo dato. P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003 direttiva: 2002/44/CE - 6 lug 2002 vibrazioni mano - braccio Unica pesatura in frequenza per i 3 assi P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003 approssimazione legata alla insufficiente conoscenza della efficacia con le quali vibrazioni di diverse frequen- ze agiscono lungo i 3 assi

13 direttiva: 2002/44/CE - 6 lug 2002 vibrazioni mano - braccio 13 VALORI DI RIFERIMENTO, art e all.a: Valore limite di esposizione su 8 ore, A(8): mano braccio: 5 m/s 2 Valori di azione, su 8 ore, A(8): mano braccio: 2,5 m/s 2 A(8) = [a 2 hwx + a2 hwy + a2 hwz ]1/2 hw=valore quadratico medio ponderato in frequenza Si misura su entrambe le mani, vale il valore più alto ISO (2001) Lo standard ISO Non vengono indicati valori limite per A(8) P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003 A(8) D anni 30 Como, 11 Dicembre 2003 A(8) 1,5 2 La Direttiva macchine (d.lgs. 459/1996) Va indicato il valore medio quadratico ponderato in frequenza della accelerazione se superiore a 2,5 ms -2 A(8) 2,5 P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003

14 direttiva: 2002/44/CE - 6 lug 2002 vibrazioni corpo intero 14 ASSE Z Una approssimazione legata alla ignoranza degli effetti di moti con forti componenti simultaneamente su diversi assi. In pratica la vibrazione risulta spesso (ma non sempre) dominata dal moto lungo l asse l z, l unico l per il quale si hanno buone conoscenze dei possibili danni derivanti da traumi indotti dalla esposizione a vibrazioni. P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003 direttiva: 2002/44/CE - 6 lug 2002 vibrazioni corpo intero Media temporale di tipo energetico Elimina ogni informazione sulla esatta evoluzione nel tempo della esposizione, ed assume che il danno si sviluppi proporzionalmente alla energia della vibrazione. In mancanza di informazioni dettagliate sul meccanismo che induce il danno, si tratta dell approccio più sensato. Sintetizza l informazione l in un solo dato. P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003 direttiva: 2002/44/CE - 6 lug 2002 vibrazioni corpo intero STESSA pesatura in frequenza per i due assi del piano X Y Z P. Lenzumi, Como, Villa 11 Olmo, Dicembre dic-2003 Scarsa conoscenza del peso relativo delle vibrazioni lungo i diversi assi nel determinare patologie a carico del sistema dorsale.

15 direttiva: 2002/44/CE - 6 lug 2002 vibrazioni corpo intero 15 VALORI DI RIFERIMENTO, art.3.2 e All.B: Valore limite di esposizione su 8 ore, A(8): corpo intero: 1,15 m/s 2 Valori di azione, su 8 ore, A(8): corpo intero: 0,5 m/s 2 A(8) = max[1,4 awx; 1,4 awy ; awz] aw=valore quadratico medio ponderato in frequenza ISO (1997) Cosa dice lo standard ISO ? A(8) = 0,45 ms -2 A(8) = 0,80 ms -2 P. Lenzumi, Villa Olmo, dic-2003 Como, 11 Dicembre 2003 Direttiva macchine (D.Lgs. 459/1996) Va indicato il valore medio quadratico ponderato in frequenza della accelerazione se superiore a 0,5 ms -2 A(8) 0,5 Como, 11 Dicembre 2003

16 valori di azioni e valori limite 16 riduzione delle vibrazioni Fonte: Medioacustic, fond. di acustica, sostegni antivibrazione Fonte: Medioacustic, fond. di acustica,

17 17 vibrazioni (cenni) FISICA TECNICA AMBIENTALE, elio giroletti,, 2005 dispense su internet webgiro elio giroletti. Università degli Studi di Pavia dip. fisica nucleare e teorica girolett@unipv.it