Sistemi di rilevazione in tempo reale per la valutazione dei rischi nei cantieri di scavo di gallerie

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1 Sistemi di rilevazione in tempo reale per la valutazione dei rischi nei cantieri di scavo di gallerie Autori: R. d Angelo 1, E. Russo 1, P. Marone 2, P.Mura 3, A. Lucci 4, G. Accardo 5, L.Cimino 5 1 Contarp INAIL- Direzione Regionale per la Campania 2 CTP della Provincia di Napoli 3 Contarp INAIL Sardegna 4 Stagista 5 Borsista c/o laboratori Contarp INAIL- Direzione Regionale per la Campania Riassunto Le statistiche relative agli infortuni sul lavoro evidenziano la necessità di spingere la ricerca verso l adozione di sistemi di sicurezza basati su nuove tecnologie. In questo scenario i sistemi RTLS Real Time Location Systems si propongono come valida soluzione per favorire la riduzione della probabilità di accadimento degli eventi rischiosi in peculiari ambienti di lavoro. Il presente progetto, in particolare, utilizza le tecnologie RTLS, per il controllo, il monitoraggio e valutazione della sicurezza nei cantieri edili. Tale approccio è basato sull utilizzo di opportuni indicatori o parametri di controllo, misurati nel corso di esecuzione dei lavori, con uno schema di valutazione configurabile in area S.G.S.L.. In buona sostanza, tale metodica si basa sull utilizzo di una piattaforma hardware- software che prevede la presenza di 4 parametri valutativi, così definiti: 1. Il Check Accessi, attraverso il quale è possibile conoscere l area, istante per istante, in cui il lavoratore monitorato sta operando; 2. il Check DPI, mediante il quale si è in grado di monitorare l uso dei DPI; 3. il Check Controllo a Distanza, che permette la lettura ed il controllo a distanza delle presenze e delle movimentazioni in una determinata zona di cantiere; 4. il Check Monitoraggio Sostanze Pericolose, attraverso il quale vengono misurati costantemente alcuni inquinanti aerodispersi quali NO, NO 2, SO 2, O 2, CO, Sostanze organiche volatili (VOC). In questo lavoro vengono illustrati i risultati della sperimentazione effettuata presso alcuni cantieri edili ubicati in regione Campania. 1. Scopo del progetto Le statistiche relative agli infortuni sul lavoro evidenziano la necessità di spingere la ricerca verso l adozione di sistemi di sicurezza basati su nuove tecnologie. In questo scenario i sistemi RTLS [1-9] si propongono come valida soluzione per favorire la riduzione della probabilità di accadimento degli eventi rischiosi in peculiari ambienti di lavoro. Il presente progetto di ricerca, finanziato dall INAIL - Direzione Regionale per la Campania, con la collaborazione del comitato paritetico per l edilizia della provincia di Napoli e l Università Federico II di Napoli, in particolare, utilizza, queste nuove tecnologie, le Real Time Location Systems, per realizzare il controllo, il monitoraggio e valutazione della sicurezza nei cantieri edili e può essere esteso a tutti i luoghi confinati. Tale approccio è basato sull utilizzo di opportuni indicatori o parametri di controllo, che vengono misurati nel corso dell esecuzione delle diverse attività lavorative, attraverso uno schema di valutazione configurabile in area S.G.S.L. La scelta e la proposta di questo sistema è dovuta anche alla semplicità di utilizzo e alla immediatezza di comprensione ed interpretazione delle misure, dei dati raccolti e degli eventuali allarmi e gestione di tutte quelle operazioni che ne scaturiscono: dal pronto intervento alla gestione di situazioni di paventato pericolo e prevenzione di incidenti ed infortuni anche gravi, si pensi ad esempio all intossicazione da gas tossici nocivi. La stessa tecnologia è stata infatti utilizzata: dalla Protezione Civile durante manifestazioni ed iniziative che prevedevano la presenza di un gran numero di persone: eventi sportivi, eventi e manifestazioni culturali e politiche. nel campo militare per ispezioni e rilievi a distanza di gas tossici, nocivi, mortali; in ambito antiterroristico per la prevenzione e la sicurezza. per la realizzazione di interventi per attività ad alto rischio: nel caso di incidenti stradali di trasporto di sostanze tossiche e nocive, in quanto la possibilità di monitoraggio a distanza, per il pronto intervento, consente di garantire l incolumità dei lavoratori preposti all intervento di bonifica e di soccorso, nonché ai civili esposti. 1 di 7

2 3. Materiali e metodi: 3.1 Descrizione dell apparecchiatura e del metodo Tale innovativo approccio metodico si basa sull utilizzo di una piattaforma hardware- software che prevede la contemporanea valutazione di 4 parametri, così definiti: 1. Il Check Accessi, attraverso il quale è possibile conoscere l area, istante per istante, in cui il lavoratore monitorato sta operando; 2. il Check DPI, mediante il quale si è in grado di monitorare l uso dei DPI; 3. il Check Controllo a Distanza, che permette la lettura ed il controllo a distanza delle presenze e delle movimentazioni in una determinata zona di cantiere; 4. il Check Monitoraggio Sostanze Pericolose, attraverso il quale vengono misurati costantemente alcuni inquinanti aerodispersi tossici e nocivi (NO, NO 2, SO 2, O 2, CO, sostanze organiche volatili (VOC)). In particolare, si tratta di un sistema portatile multi gas per il rilevamento e misura di gas tossici e nocivi Area Rae [10] di produzione americana e distribuito in Italia dalla RECOM INDUSTRIALE di Genova, che ha già una pregressa utilizzazione in ambito sicurezza e prevenzione da rischio gas tossici e nocivi. Il sistema è composto da tre moduli, due apparecchi portatili misuratori multi gas ed un modulo che consente di gestire in remoto i dati e gli allarmi composto da SW e sistema di ricezione wireless in radio frequenza. I gas rivelati e misurati, come accennato in precedenza, sono le Sostanze organiche volatili (VOC), l Ossigeno (O 2 ), il Monossido di Carbonio (CO), il Biossido di Azoto (NO 2 ), installati sul primo modulo e il Monossido di Azoto (NO) e il Biossido di Zolfo (SO 2 ) installati sul secondo modulo. Entrambi i moduli sono poi collegati via Wireless RF (Radio frequenza) alla cosiddetta consol di supervisione (host controller), ovvero ad un Personal Computer che in remoto riceve tutti i dati e che memorizza quanto rivelato e misurato. Tale interfacciamento ha lo scopo di consentire non solo una supervisione in tempo reale dell attività lavorativa, sotto il profilo della sicurezza, ma anche la possibilità, attraverso l ausilio di un datalogger interno, di memorizzare tutti i dati e gli eventi per future e successive verifiche. Trattasi in buona sostanza di una sorta di scatola nera della qualità dell aria e della presenza e dei livelli di gas tossici e nocivi presenti nell area di cantiere. Sotto il profilo costruttivo, il sistema è composto da moduli compatti e antiurto, portatili e trasportabili, idonei all utilizzo in cantieri edili, stradali e di infrastrutture. Il sistema complessivo è dotato inoltre di una tecnologia di trasmissione Modem integrato wireless RF che assicura l invio in tempo reale dei dati alla stazione base, la quale può essere un computer in cantiere distante fino a 3 Km e, che con un eventuale ripetitore, può raddoppiare tale distanza in aria libera. Il software poi consente, su di un unica schermata, la gestione fino ad un massimo di otto apparati in tempo reale e di visualizzare tutti i dati rilevati, al fine di garantire una supervisione in ogni momento della quantità di gas presente in aria. Per ciò che attiene la tipologia dei parametri rilevabili, il dispositivo è in grado di rilevare i seguenti valori: 1. nome del sensore e del gas rilevato; 2. valore istantaneo misurato del gas corrispondente; 3. valore di preallarme ed allarme di tutti i sensori disponibili a bordo ed attivati; 4. valori di TWA e STEL per VOC e Gas Tossici; 5. Tensione batteria e tempo trascorso. Sotto il profilo della sicurezza, il sistema è dotato di allarmi a bordo e sul display del SW in remoto che indicano eventuali superamento di soglie e livelli impostati, oppure di malfunzionamento della strumentazione a causa ad esempio di batterie scariche o anomalie/guasti dei sensori. Gli allarmi a bordo macchina sono di due tipologie: acustico e visivo. Il dispositivo acustico è un buzzer da 100 db che serve come allarme locale vicino all apparecchio e che viene visualizzato in remoto anche dall operatore supervisore addetto alla sicurezza, mentre quello visivo è un lampeggiante a led rosso gigante ben visibile anche da lontano, soprattutto in presenza di rumore e di ostacoli mobili come persone in cantiere che si muovono o anche mezzi e apparecchiature in movimento durante i lavori. Per quanto concerne poi gli allarmi, vi è la possibilità di impostare gli stessi in modo separato in relazione alla natura del gas da misurare e rilevare per soglia, TWA e STEL, inoltre è possibile all occorrenza e per necessità di opportuno intervento di resettare gli allarmi in modo manuale e o automatico a seconda delle necessità. 2 di 7

3 3.2 Caratteristiche dei sensori I sensori scelti e presenti nel sistema utilizzato, per ciò che attiene il Check Monitoraggio Sostanze Pericolose, sono i seguenti e presentano le specifiche di seguito riportate: Sensore VOC per Composti Organici Volatili con tecnologia PID, operante nel Range ppm con risoluzione 0,1 ppm e un tempo di risposta di 10 secondi. Sensore O 2, Ossigeno con tecnologia elettrochimica, operante nel Range 0 30 % con risoluzione 0,1 % e un tempo di risposta di 15 secondi. Sensore CO, Monossido di Carbonio con tecnologia elettrochimica, operante nel Range ppm con risoluzione 1 ppm e un tempo di risposta di 20 secondi. Sensore NO 2, Biossido di Azoto con tecnologia elettrochimica, operante nel Range 0 20 ppm con risoluzione 0,1 ppm e un tempo di risposta di 25 secondi. Sensore NO, Monossido di Azoto con tecnologia elettrochimica, operante nel Range ppm con risoluzione 1 ppm e un tempo di risposta di 20 secondi. Sensore SO 2, Biossido di Zolfo con tecnologia elettrochimica, operante nel Range 0 20 ppm con risoluzione 0,1 ppm e un tempo di risposta di 15 secondi. 4. Sperimentazione La prima sperimentazione, effettuata nel periodo 5 22 Dicembre 2011 [11] ha riguardato il suo utilizzo nel cantiere della galleria stradale in penisola sorrentina. Attualmente la sperimentazione è in corso nel cantiere della metropolitana di Piazza Garibaldi in Napoli, a giugno continuerà presso il cantiere della metropolitana di Piazza Municipio, a settembre verrà effettuata presso un piccolo cantiere di restauro ubicato nelle scuderie di Palazzo Reale di Napoli. Per quanto riguarda, il cantiere della galleria stradale, sono state necessarie alcune fasi preliminari: -la prima fase ha riguardato l installazione del sistema in cantiere (posa dei cavi di rete, degli switch e dell alimentazione; installazione del sistema in un apposito gabbiotto ; verifica del funzionamento sul campo) e la scelta della squadra più idonea da coinvolgere. Fig I: Il gabbiotto di comando Fig.II: La zona monitorata Tale preferenza è caduta su una squadra di carpentieri formata da 5 elementi che lavoravano sulla centina per la preparazione della volta della galleria. Tale decisione è stata motivata sia dal fatto che era composta da un numero adeguato di lavoratori sia perché la zona di lavoro era quella che presentava un maggior rischio ambientale in quanto situata nella zona con minore ventilazione (Fig.III). Fig. III: Flusso dell aria in galleria 3 di 7

4 E stata quindi convocata la squadra e si è svolto un incontro di formazione/informazione, per spiegare come gestire i dispositivi a loro affidati. Successivamente in seguito alla consegna dei Master e degli Slave (con inserimento degli Slave nei DPI assegnati) agli operai si è potuto procedere all avvio della fase di effettiva sperimentazione. Si è deciso di monitorare l utilizzo del caschetto (Fig. IVa), delle scarpe antinfortunistiche (Fig.IVb) e della giacca ad alta visibilità (Fig.IVa) (ritenuta importante in un ambiente con bassa illuminazione come quello della galleria). Fig.IVa Fig.IVb Fig.IVc Sono stati poi installati in cantiere i dispositivi Area Rae per il monitoraggio dei parametri ambientali (Fig.IVc). I dispositivi sono stati posizionati nell area di lavoro dei carpentieri con sensori ad altezza uomo così da monitorare le condizioni di lavoro nel modo migliore (Fig.V). Fig. V: Sensori zona RAE Durante le misurazioni si sono avuti anche alcuni inconvenienti legati a problemi di sovratensione e a mancanza dell energia elettrica, da cui si evince la necessità di prevedere sempre gruppi di continuità, anche con il fine di proteggere le apparecchiature dalle sovratensioni. Considerazioni sui parametri ambientali misurati Sono stati monitorati i seguenti parametri: NO, NO 2, SO 2, O 2, CO, VOC I valori rilevati sono risultati sempre al di sotto delle soglie di guardia. L unica lettura che ha superato il valore raccomandato è stata quella relativa al TWA dell NO (La lettura TWA si applica solo ai VOC e ai gas tossici. Il valore indicato è la lettura accumulata della concentrazione dei gas divisa sulle 8 ore precedenti). Va inoltre considerato che negli ultimi 2 giorni, periodo nel quale i valori sono saliti, gli operai non erano presenti nella zona proprio perché l ambiente non era ritenuto idoneo. Di seguito sono riportati i valori riepilogativi dei rilievi (Fig.VI) e (Fig.VII). Instrument: AreaRAE Steel Serial Number: User ID: Site ID: Data Points: 2836 Data Type: Avg Sample Period: 60 sec Last Calibration Time: 12/06/ :17 Start At: 15/12/ :23 End At: 22/12/ :35 ============================================================================== ========= Sensor: CO(ppm) VOC(ppm) NO2(ppm) LEL(%) OXY(%) High Alarm Levels: Low Alarm Levels: STEL Alarm Levels: di 7

5 TWA Alarm Levels: ============================================================================== ========= Sensor: CO(ppm) VOC(ppm) NO2(ppm) LEL(%) OXY(%) Peak Data Value: Min Data Value: TWA Data Value: AVG Data Value: Fig. VIa Instrument: AreaRAE Steel Serial Number: User ID: Site ID: Data Points: 2855 Data Type: Avg Sample Period: 60 sec Last Calibration Time: 12/06/ :34 Start At: 15/12/ :25 End At: 22/12/ :54 ======================================================================================= Sensor: NO(ppm) VOC(ppm) SO2(ppm) LEL(%) OXY(%) High Alarm Levels: Low Alarm Levels: STEL Alarm Levels: TWA Alarm Levels: ======================================================================================= Sensor: NO(ppm) VOC(ppm) SO2(ppm) LEL(%) OXY(%) Peak Data Value: Min Data Value: 1 0 TWA Data Value: AVG Data Value: Fig. VIb Fig. VIIa 5 di 7

6 Fig. VIIb Fig. VIIc Fig. VIIc Va aggiunto che l NO 2 si è mantenuto su valori praticamente prossimi allo zero, mentre l O 2 a valori pari a 20,9%. Nella tabella che segue (Fig.VIII) è possibile avere una visione di insieme del funzionamento del sistema e della presenza degli operai in cantiere, durante tutto l arco della sperimentazione: 6 di 7

7 Fig. VIII La seconda sperimentazione, attualmente in corso, riguarda il Cantiere della Metropolitana di Napoli di Piazza Garibaldi. In particolare la fase di lavoro in esame è la costruzione della galleria artificiale con tralicci metallici (Fig. IX), le mansioni sottoposte a monitoraggio sono le seguenti : 1 gruista, 2 montatori e 2 saldatori. La sperimentazione proseguirà, nel mese di giugno 2012 nel cantiere della Metropolitana di Piazza Municipio e si completerà, nel settembre dello stesso anno in un piccolo cantiere di restauro ubicato nelle scuderie di Palazzo Reale di Napoli. Fig. IX: Cantiere della Metropolitana di Piazza Garibaldi 5. Conclusioni L utilizzo di tecnologie RTLS consentono tre diverse tipologie di controllo: verifica presenza DPI/macchinari adeguati nell area interessata; controlli accessi in aree riservate o con restrizioni; localizzazione real time degli operatori 7 di 7

8 Il sistema SISCA, sottoposto a sperimentazione, ha aggiunto alle tipologie di controllo indicate in precedenza l utilizzo di rivelatori Multi Gas della Rae System che consentono di controllare in remoto la presenza di gas pericolosi e di intervenire, in tempo reale, in caso di problemi. In tale lavoro sono stati illustrati i risultati relativi alla sperimentazione effettuata presso un cantiere edile, specificamente su di una squadra di carpentieri che lavoravano sulla centina per la preparazione della volta della galleria. In particolare sono stati monitorati l utilizzo del caschetto, delle scarpe antinfortunistiche, della giacca ad alta visibilità, nonché i seguenti parametri ambientali NO, NO2, SO2, O2, CO, VOC. I risultati conseguiti hanno evidenziato che il prototipo sperimentato è in grado di controllare efficacemente l area di cantiere, l utilizzo dei Dispositivi di protezione individuali, la presenza di gas pericolosi. Le anomalie riscontrate legate a problemi di sovratensione e a mancanza dell energia elettrica, mettono in evidenza la necessità di utilizzare, per le sperimentazioni successive da effettuare in altri cantieri edili presenti sul territorio Campano, la presenza di gruppi di continuità, anche con il fine di proteggere le apparecchiature dalle sovratensioni. Attualmente, la sperimentazione è in corso presso il cantiere della Metropolitana di Napoli di Piazza Garibaldi e proseguirà presso latri due cantieri fino a settembre del corrente anno. 6. Sviluppi futuri I gas nocivi individuati e proposti sono quelli che si è ritenuto monitorare in virtù dell ambiente e delle attività ivi svolte per la sicurezza dei lavoratori esposti per i casi analizzati e per la presenza sia di sostanze, sia di lavorazione che di mezzi utilizzati per lo svolgimento dei lavori stessi. Naturalmente l obiettivo della sperimentazione non è solo quello di verificare il buon fine dell utilizzo del sistema e della sua validità in termini di efficacia ed efficienza ma anche valutare l estendibilità, con l aggiunta di altri sistemi modulari Area Rae, ad altri comparti produttivi. 7. Definizioni RTLS Real Time Location Systems: sistemi che consentono la localizzazione di persone, cose o animali, attreversob l utilizzo di sistemi di comunicazioni satellitari. TLW.-TWA- Threshold Limit Values-Time Weighed Average: concentrazione media ponderata nel tempo per 8 ore lavorative e 40 ore settimanali alla quale la maggior parte dei lavoratori possono essere esposti giorno dopo giorno senza effetti negativi per la loro salute. TLV-STEL: Threshold Limit Values - short Term Exposure Limit: tollerabili per agenti capaci di produrre effetti acuti (irritanti, narcotici ecc.), che sono definite quali valori medi per esposizioni di durata pari a 15 minuti, che non devono mai essere superati anche se la media sulle 8 ore resta contenuta entro il TLV-TWA. 8. Bibliografia 1. G.A.. Magnani -Tecnologie dei sistemi di controllo,mcgraw-hill,2000; 2. Propagazione e Pianificazione LM/20_uwb.pdf 3. reti satellitari.ppt Andrea Zaccomer Sistemi radar per la localizzazione ed il riconoscimento:stato dell arte e analisi sperimentale di applicazione UWB 8. moduli-xbee-1551.htlm 9. Ajay Malik RTLS for Dummies Wiley Publishing. Inc R. d Angelo, E. Russo, P. Marone, L. Cimino, A. Lucci Utilizzo di tecnologie RTLS (Real Time Location Systems), nell ambito dei cantieri edili per la corretta gestione della sicurezza sul lavoro - Progetto SiSca.Primi risultati - Atti 18 convegno di igiene industriale- Le giornate di Corvara - Bolzano Marzo di 7