Convegno di Medio Termine dell Associazione Italiana di Ingegneria Agraria Belgirate, 22-24 settembre 2011 memoria n. METODOLOGIA PER LA MISURA DELL ESPOSIZIONE ALLE VIBRAZIONI AL CORPO INTERO Dipartimento GeSA Sezione Meccanica, Università degli Studi di Catania SOMMARIO Il lavoro riporta la proposta di una metodologia per lo studio dell esposizione alle vibrazioni dell operatore durante l uso di una macchina irroratrice in un agrumeto. La metodologia è estensibile all uso di una qualsiasi altra macchina operatrice ed è incentrata sull acquisizione di segnali di vibrazione rappresentativi delle varie fasi lavorative (irrorazione, spostamenti, voltate, ecc.) e sul successivo calcolo del valore di esposizione giornaliera A(8) per sovrapposizione dei relativi effetti. In fase di elaborazione dei segnali, inoltre, è possibile valutare l incidenza di ciascuna fase sul livello di esposizione complessiva e, eventualmente, proporre opportuni accorgimenti lavorativi al fine di rispettare i limiti di esposizione imposti dalle normative vigenti. Le prove in campo sono state eseguite in un agrumeto con una trattrice a quattro ruote motrici isodiametriche della potenza di 55 kw e una macchina irroratrice con barra ad arco, polverizzazione idraulica per pressione e ventilatore assiale. I risultati hanno mostrato una sostanziale corrispondenza tra il valore di esposizione giornaliera A(8) ottenuto analizzando il segnale registrato durante lo svolgimento di un intero ciclo di lavoro (0.45 m/s 2 ) e quello calcolato applicando la metodologia proposta (0.47 m/s 2 ). Parole chiave: sicurezza, trattrici, sedile. 1 INTRODUZIONE L incremento del livello di meccanizzazione delle operazioni colturali in agricoltura prodottosi nel tempo ha comportato la riduzione della fatica degli operatori e l aumento della loro produttività, ma anche, purtroppo, un aumento dell esposizione alle vibrazioni trasmesse dalle macchine operatrici (Pessina & Bonalume, 2009). Tra gli operatori agricoli, i più esposti sono i trattoristi, che permangono sul mezzo per tutta la giornata lavorativa e per estesi periodi dell anno, in accordo ai calendari colturali. Oltretutto, all incremento dell attività meccanizzata, spesso non è stato associato il rinnovo del parco macchine, per cui si opera con trattrici non realizzate secondo le nuove normative (Direttiva Europea 2006/42/CE, recepita in Italia con il D.Lgs. n. 17 del 27 gennaio 2010) e, pertanto, prive di quegli accorgimenti utili ad attenuare, tra gli altri aspetti, il livello di esposizione alle vibrazioni. È noto, infatti, che esso dipende da numerosi fattori tra i quali tipologia di trattrice (Scarlett et al., 2007) e di attività svolta (Blandini et al., 1996; Paddan & Griffin, 2002; Monarca et al., 2005; Fornaciari et al., 2008), velocità di avanzamento, profilo del suolo e tipologia di pneumatico (Servadio et al.,
2007), caratteristiche del sedile (Paddan & Griffin, 2002). Stante la sempre maggiore correlazione tra esposizione alle vibrazioni al corpo intero e insorgenza di patologie evidenziata da diversi studi medici, da alcuni anni il legislatore ha dedicato molta attenzione alla questione, emanando norme finalizzate a migliorare la sicurezza del posto di lavoro in generale e a ridurre il rischio da vibrazione nello specifico. In Italia, l attuale normativa di riferimento, oltre al citato D.Lgs. n. 17 del 27 gennaio 2010, è costituita dal D.Lgs. n. 187 del 19 agosto 2005, che recepisce la Direttiva 2002/44/CE, fissa i limiti di esposizione giornaliera alle vibrazioni per gli addetti e vieta, a partire dal luglio 2010, l uso delle macchine che non consentono il rispetto dei suddetti limiti, per quanto abbia concesso una proroga di 4 anni per il solo comparto agro-forestale. Ad essi si aggiunge il D.Lgs. n. 81 del 9 aprile 2008 che, pur essendo una norma quadro di tipo generale, obbliga i datori di lavoro ad effettuare una valutazione dei rischi per tutte le attività lavorative e ad adottare tutte le precauzioni per prevenire gli infortuni degli operatori. Alla luce del quadro normativo attuale, con questo studio si propone una metodologia per la determinazione del livello di esposizione giornaliero alle vibrazioni cui sono soggetti i trattoristi. Essa mira a ridurre i tempi di rilievo necessari per monitorare tutte le attività lavorative svolte all interno di un azienda agricola. L attività agricola, infatti, è caratterizzata dal susseguirsi di differenti fasi di lavoro nell arco della stessa giornata e all interno della stessa operazione colturale. A tal fine, si propone di determinare il livello di esposizione alle vibrazioni partendo dallo studio delle singole fasi che compongono un operazione colturale, sovrapponendo poi i loro effetti come fossero attività o mansioni distinte svolte dall operatore durante la giornata. Al fine di una prima verifica della metodologia proposta, essa è stata applicata durante l esecuzione di un trattamento fitosanitario in un agrumeto. 2 MATERIALI E METODI 2.1 Le prove in campo Le prove sono state effettuate durante la distribuzione di un prodotto fitosanitario in un agrumeto. L appezzamento, lungo 270 m e dotato di capezzagne sufficientemente ampie da consentire la rapida effettuazione delle voltate senza la necessità di manovre, aveva un sesto di impianto pari a 4 6 m. Esso, nel suo sviluppo longitudinale, era attraversato da due strade aziendali in terra battuta, larghe circa 6 m, così da dividerlo in tre settori della stessa lunghezza. Il trattamento è stato effettuato con una irroratrice convenzionale a polverizzazione idraulica per pressione, avente un serbatoio da 1500 L, una barra ad arco con 14 ugelli a turbolenza e un ventilatore assiale. L irroratrice era azionata da una trattrice 4 ruote motrici isodiametriche avente potenza nominale di 55 kw. Durante il trattamento, il regime del motore della trattrice era pari a 2200 giri/min e la velocità di avanzamento pari a 1.2 m/s. L irrorazione è stata interrotta dall operatore solo durante le voltate e in corrispondenza di una sola delle due strade aziendali suddette. 2.2 La strumentazione utilizzata La misura delle vibrazioni è stata effettuata in accordo a quanto prescritto dalla norma ISO 2631-1997. Allo scopo è stato utilizzato un accelerometro triassiale, inserito
Metodologia per la misura dell esposizione alle vibrazioni al corpo intero all interno di un adattatore a cuscino della AP Tech, che lo certifica realizzato in accordo allo Standard Europeo EN 1032:1996. Durante le misure, il cuscino è stato fissato al sedile della trattrice per mezzo di nastro adesivo, curando di orientare gli accelerometri in modo che l asse x fosse coincidente con la direzione di avanzamento, l asse y con quella trasversale e l asse z fosse diretto secondo la verticale. I segnali di accelerazione sono stati acquisiti per mezzo di una scheda a 4 canali (db4), collegata alla porta USB di un notebook con installato il software dbfa Suite della 01 db-metravib. Questo software consente di configurare tutta la catena di misura, impostare la sensibilità degli accelerometri a seguito della loro calibrazione, la frequenza di campionamento del segnale, comandare l avvio e l arresto della misura. Il segnale acquisito è stato salvato sull hard disk del notebook, per essere successivamente elaborato attraverso il modulo di post-processing presente nella stessa dbfa Suite. In fase di elaborazione è possibile processare sia l intero segnale, che frazioni dello stesso, applicando i coefficienti di ponderazione previsti dalle norme. 2.3 L acquisizione dei segnali Le prove sono state condotte nel corso di un intera mattinata, avendo cura, ai fini del presente studio, di registrare segnali comprendenti tutte le fasi di lavoro previste dall esecuzione dei trattamenti, fra cui anche i trasferimenti dall appezzamento al centro aziendale e viceversa, necessari per effettuare il riempimento del serbatoio dell irroratrice. Al fine di non interferire sulle normali condizioni di lavoro, il notebook, una volta avviata l acquisizione, è stato lasciato sulla trattrice. Sono state eseguite registrazioni di durata variabile tra 12 e 47 min, una delle quali relativa ad un intero ciclo di distribuzione del prodotto, coprendo tutte le fasi tra due riempimenti successivi del serbatoio. Durante la registrazione dei segnali si è provveduto ad annotare i tempi di avvio delle diversi fasi di lavoro (irrorazione, voltata, attraversamento strade aziendali, trasferimento da e per il centro aziendale), così da poter, in fase di elaborazione, analizzare i tratti di segnale relativi ad ognuna di esse e valutare la loro influenza sull esposizione giornaliera alle vibrazioni da parte dell operatore. 2.4 L analisi del segnale Tutti i segnali relativi ad ogni fase di lavoro sono stati elaborati sia mediante analisi FFT nel range di frequenza 0.5 104 Hz che in bande di terzi d ottava tra le bande di 1 e 80 Hz. Da queste analisi sono stati ottenuti i valori quadratici medi delle accelerazioni lungo ogni asse, ponderati per il corpo intero. I valori di accelerazione media per ognuna delle fasi esaminate sono stati determinati attraverso la seguente relazione, basata sul principio di ugual energia : (1) dove: a wi è la componente dell accelerazione lungo l asse i (a wx, a wy e a wz ); n è il numero di ripetizioni; a wij è la componente dell accelerazione lungo l asse i nella j-esima ripetizione; t j è la durata della j-esima ripetizione. La stessa relazione (1), modificando opportunamente il significato dei simboli, è
stata utilizzata per calcolare l accelerazione media derivante dalla somma degli effetti delle diverse fasi di lavoro. Pertanto, assumendo che: n sia il numero di fasi di lavoro prese in esame; a wij sia la componente dell accelerazione lungo l asse i nella j-esima fase di lavoro; t j sia la durata della j-esima fase di lavoro, a wi rappresenta la componente dell accelerazione media lungo l asse i (a wx, a wy e a wz ). Il valore di accelerazione a w da considerare efficace è stato poi calcolato attraverso la relazione:, (2) e il valore di esposizione giornaliera A(8) riferito ad una giornata lavorativa standard di 8 ore utilizzando la:, (3) dove T 0 = 8 h e T (h) è il tempo di esposizione giornaliero, coincidente con. I valori di esposizione giornaliera così determinati sono stati poi confrontati con quelli derivanti dall analisi di un segnale relativo ad un intero ciclo di lavorazione in modo da poter comparare i due metodi di analisi. Inoltre, i valori di A(8) sono stati confrontati con il valore di azione e il valore limite per l esposizione giornaliera stabiliti dalla Direttiva Europea 2002/44/CE, rispettivamente pari a 0.5 m/s 2 e 1.15 m/s 2. 3 RISULTATI Dall analisi dei tempi annotati durante lo svolgimento delle diverse fasi di lavoro, considerati la rapidità con cui venivano effettuate le voltate e il breve tempo di interruzione dell irrorazione per l attraversamento di una delle due strade aziendali che interrompevano l appezzamento, entrambe dell ordine della decina di secondi, è stato deciso di tenere conto di solo tre fasi di lavoro: irrorazione, trasferimento da e per il centro aziendale, riempimento del serbatoio. Tenuto conto che il riempimento ha richiesto circa 10 minuti ogni 50 minuti e che in questa fase il motore della trattrice veniva spento, il tempo di esposizione alle vibrazioni cui è stato soggetto il trattorista è stato quantificato in 6 h al giorno. La ripartizione tra le rimanenti due fasi di lavoro, condizionata dalla distanza tra il punto di approvvigionamento idrico e l appezzamento, è risultata a pari a 4.8 h e 1.2 h, rispettivamente per irrorazione e trasferimento, pertanto con un incidenza del 20% della seconda sul tempo totale di esposizione. L elaborazione dei segnali di accelerazione è stata effettuata su 7 tratti di segnale comprendenti solo la fase di irrorazione e 6 tratti relativi al solo trasferimento (Figura 1). Per ognuno dei due gruppi di segnali, sono state determinate le componenti delle accelerazioni medie per ogni asse utilizzando la relazione (1), il valore ponderato efficace a w tramite la (2) e il valore di esposizione giornaliero A(8) attraverso la (3). In tabella 1 sono riportati i valori ottenuti, unitamente a quelli derivanti dall elaborazione del segnale relativo ad un intero ciclo di lavoro. Incidentalmente si può osservare che in tutte le fasi i valori di A(8) sono stati inferiori al limite di azione fissato dalle norme, ma ciò è dovuto, soprattutto per il trasferimento, ad un tempo di esposizione inferiore alle 8 h. I valori medi efficaci,
Metodologia per la misura dell esposizione alle vibrazioni al corpo intero infatti, hanno sempre superato il limite di 0.5 m/s 2. Figura 1. Valori di accelerazione misurati nelle varie repliche. Fase di lavoro T (h) a w (m/s 2 ) A(8) (m/s 2 ) Solo irrorazione 4.8 0.52 0.39 Solo trasferimento 1.2 0.69 0.29 Intero ciclo di lavoro 6.0 0.51 0.45 Tabella 1. Tempi e valori di accelerazione per ognuna delle fasi di lavoro e per un intero ciclo. Al fine di valutare la metodologia proposta, sono stati calcolati gli effetti della sovrapposizione delle due fasi di lavoro sull esposizione giornaliera alle vibrazioni del trattorista. Conseguentemente, è stata riapplicata l equazione (1) con i valori medi di accelerazione ottenuti per ognuna delle due fasi lungo i tre assi e tenendo conto dei tempi di esposizione giornaliera riportati in tabella 1. Applicando ai nuovi valori ottenuti le relazioni (2) e (3), il valore A(8) è risultato essere pari a 0.47 m/s 2, molto vicino a quello ricavato partendo dal segnale comprendente entrambe le fasi di lavoro. Pertanto questo primo studio sembra confermare la validità della metodologia proposta e ciò potrebbe semplificare le operazioni di misura, limitando la registrazione dei segnali di accelerazione a solo brevi intervalli rappresentativi delle singole fasi componenti un intera attività lavorativa. 4 CONCLUSIONI La metodologia proposta per la misura delle vibrazioni al corpo intero cui è soggetto un conducente di mezzi agricoli, alla luce di questo primo risultato e sebbene abbisogni di ulteriori verifiche, appare applicabile in maniera positiva. Essa, infatti, ha portato a
risultati confrontabili e congruenti con quelli ottenuti analizzando segnali comprensivi di tutte le fasi di lavoro. La sua validazione può comportare notevoli vantaggi nell esecuzione delle misurazioni di vibrazioni nel comparto agricolo, caratterizzato da una notevole variabilità di condizioni di lavoro e dalla notevole incidenza delle differenti fasi di lavoro. La metodologa tradizionale, infatti, comporterebbe campagne di misura lunghe per poter acquisire segnali rappresentativi delle reali condizioni di lavoro. Viceversa, la possibilità di considerare l esposizione alle vibrazioni durante le differenti fasi di lavoro come sovrapposizione di effetti di differenti mansioni, potrebbe consentire l utilizzo di database aziendali relativi alle diverse attività e di determinare gli effetti in funzione della loro incidenza sui tempi di lavoro complessivi. Riguardo al livello di vibrazioni registrato durante l operazione monitorata, è da rilevare che non è stato superato il valore di azione per l esposizione giornaliera. Tuttavia ciò è stato dovuto al ridotto tempo di esposizione, considerando che in tutte le condizioni di lavoro i valori di accelerazione efficace sono stati superiori a tale limite. Oltretutto, una maggiore incidenza dei tempi di trasferimento per il riempimento del serbatoio dell irroratrice, potrebbe comportare la necessità di intervenire per riportare i valori di esposizione al di sotto dei limiti imposti dalle norme. BIBLIOGRAFIA Blandini, G., Cerruto, E., Schillaci, G. & Petrone, F. Valutazione delle vibrazioni trasmesse al sedile di una trattrice durante la trinciatura delle ramaglie, Riv. di Ing. Agr., 1996, 4, 237 244. Decreto Legislativo n. 17 del 27 gennaio 2010, Attuazione della direttiva 2006/42/CE, Suppl. ordinario n. 36/L alla Gazzetta Ufficiale Serie generale - n. 41, 19 febbraio 2010. Decreto Legislativo n. 187 del 19 agosto 2005, Attuazione della direttiva 2002/44/CE, Gazzetta Ufficiale n. 220, 21 settembre 2005. Decreto Legislativo n. 81 del 9 aprile 2008, Attuazione dell articolo 1 della legge 3 agosto 2007, n. 123, Gazzetta Ufficiale n. 101, 30 aprile 2008. Fornaciari, L., Pochi, D., Vassalini, G. & Gallucci, F. Investigation of the vibrations transmitted by agricultural tractor to the driver under operative conditions, Atti su CD-ROM della International Conference on Innovation Technology to Empower Safety, Health and Welfare in Agriculture and Agro-Food Systems SHWA 2008, 15 17 settembre 2008, Ragusa. Hulshof, C.T.J. & Van der Laan G.J. Criteria for recognition of whole-body vibration injury as occupational disease: a review, Atti della II International Conference on Whole Body Vibration Injuries, novembre 2000, Siena. ISO 2631-1997. Mechanical vibration and shock - Evaluation of human exposure to whole-body vibration - Part 1: General requirements. Monarca, D., Cecchini, M. & Vassalini, G. Il rischio da esposizione a vibrazioni per gli addetti all uso delle tosaerba semoventi, Atti su CD-ROM di AIIA2005, 27 30 giugno 2005, Catania. Paddan, G.S. & Griffin, M.J. Effect of seating on exposures to whole-body vibration in vehicles. Journal of Sound and Vibration, 2002, 253(1), 215 241. Paddan, G.S. & Griffin, M.J. Evaluation of whole-body vibration in vehicles, Journal of Sound and Vibration, 2002, 253(1), 195 213. Pessina, D. & Bonalume V. Esposizione a vibrazioni nella filiera viticola, Atti su CD-ROM di AIIA2009, 12 16 settembre 2009, Ischia Porto (NA). Scarlett, A.J., Price, J.S. & Stayner, R.M. Whole-body vibration: evaluation of emission and exposure levels arising from agricultural tractors, Journal of Terramechanics, 2007, 44, 65 73. Servadio, P., Marsili, A. & Belfiore, N.P., Analysis of driving seat vibrations in high forward speed tractors, Biosystems Engineering, 2007, 171 180.