vibrazioni (cenni) - Università di Pavia · di mantenere o di adottare disposizioni più...

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

FTA-U-Vibrazn - ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Vibrazioni sul lavoro -generalità

1

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))



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



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



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



5

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


Sistema Sistema di di riferimento riferimento ed ed orientazioneorientazione




6


Limiti Limiti esposizione esposizione corpo corpo interointero


Limite Limite esposizione esposizione corpo corpo interointero


Limite Limite esposizione esposizione mano mano bracciobraccio



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)



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


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



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


TTT CCC EEE PPP

SSS

grandezzagrandezza

fisicafisica



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. .



Unica pesatura in frequenza per i 3 assiUnica pesatura in frequenza per i 3 assi


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



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




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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


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.




STESSA pesatura in frequenza per i due assi del pianoSTESSA pesatura in frequenza per i due assi del piano


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




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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)



aw=valore quadratico medio ponderato in frequenza


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 ?



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



16valori di azioni e valori limite valori di azioni e valori limite

riduzioneriduzione delledelle vibrazionivibrazioni


sostegnisostegni antivibrazioneantivibrazione




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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

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