Facoltà di Agraria Scuola di Dottorato di Ricerca Innovazione Tecnologica per le Scienze Agro-Alimentari e Ambientali Dipartimento di Ingegneria Agraria Settore scientifico disciplinare AGR/09 XXIV° CICLO TESI DI DOTTORATO DI RICERCA Il comfort del posto di lavoro sulle macchine agricole: esame delle criticità e formulazione di soluzioni Dottorando: Dott.ssa Valentina Bonalume Tutor: Prof. Domenico Pessina Coordinatore Scuola di Dottorato di Ricerca: Prof. Roberto Pretolani ANNO ACCADEMICO 2010-2011 1 2 Sommario Abstract in italiano .................................................................................................. 7 Abstract in inglese ................................................................................................ 13 I. Introduzione ....................................................................................................... 19 I.I. Fisica delle vibrazioni ................................................................................... 19 I.II. Rilievi .......................................................................................................... 29 I.II.I. Metodi di misurazione dei livelli vibrazionali .......................................... 29 I.II.II. Strumentazione impiegata nella misurazione dei livelli vibrazionali ...... 34 I.III. Problematiche relative all’esposizione a vibrazioni .................................... 38 I.IV. Panorama legislativo e D.Lgs. 81/08 ......................................................... 47 I.V. Stato dell’arte ............................................................................................. 56 I.V.I. Parametri che influenzano i livelli vibrazionali ....................................... 56 I.V.II. Metodi di analisi dei parametri vibrazionali .......................................... 65 II. Scopo ............................................................................................................... 71 II.I. Algoritmo previsionale ................................................................................. 72 II.II. Impiego dei banchi prova ........................................................................... 73 II.II.I. Impiego del banco prova del CRA-Ing di Treviglio ............................... 74 II.II.II. Impiego del banco prova della Technisce Universität di Berlino.......... 75 III. Materiali e metodi ............................................................................................ 77 III.I. Raccolta dati – la catena di misura ............................................................ 77 III.I.I. Standardizzazione nella raccolta dei dati ............................................. 79 III.I.II. Elaborazione dei dati raccolti............................................................... 82 3 III.II. L’impiego del banco prova del CRA-Ing di Treviglio ................................. 83 III.II.I. Il banco prova ...................................................................................... 83 III.II.II. Principio di funzionamento del banco prova ....................................... 86 III.II.III. Le prove eseguite .............................................................................. 87 III.III. Impiego del banco prova della Technische Universitat di Berlino ............ 97 III.III.I. Il banco prova ..................................................................................... 97 III.III.II. Principio di funzionamento ................................................................ 99 III.III.III. Le prove condotte ............................................................................100 III.IV. Analisi multi-attributo e modalità di attribuzione dei pesi attribuiti ad ogni criterio e ad ogni opzione .................................................................................104 IV. Risultati e discussione....................................................................................111 IV.I. Valutazione generale dell’esposizione a vibrazioni nel comparto viticolo .111 IV.I.I. Applicazione del test di normalità ai dati vibrazionali ..........................111 IV.I.II. Analisi preliminare ..............................................................................117 IV.I.III. Analisi per gruppi di operazioni omogenee .......................................122 IV.I.IV. Analisi dell’esposizione dell’operatore ..............................................133 IV.II. Dati ricavati al banco prova di Treviglio ...................................................136 IV.II.I. Analisi dei terreni di prova ..................................................................136 IV.II.II. Analisi dei livelli vibrazionali rilevati ...................................................136 IV.II.III. Analisi del comfort in relazione alla velocità di avanzamento e al tipo di terreno ......................................................................................................146 IV.II.IV. Analisi delle variabili considerate e sviluppo di un algoritmo ...........152 IV.III. Dati ricavati al banco prova di Berlino ....................................................155 IV.III.I. Messa in opera dell’impianto.............................................................155 IV.III.II. Risultati delle prove eseguite ...........................................................162 IV.III.III. Analisi in frequenza .........................................................................169 4 IV.VI. Applicazione del modello multi criterio ...................................................179 V. Considerazioni conclusive ...............................................................................183 V.I. Le vibrazioni nella filiera viticola ................................................................183 V.II. Considerazioni sull’impiego del banco prova vibrazioni del CRA-ING di Treviglio ...........................................................................................................186 V.III. Considerazioni sull’impiego del banco prova vibrazioni della TU di Berlino .........................................................................................................................188 V.IV. Considerazioni sull’impiego del modello multi-attributo ...........................191 V.V. Possibili sviluppi futuri ..............................................................................193 Bibliografia ...........................................................................................................195 Appendice A ........................................................................................................204 Appendice B ........................................................................................................205 SCHEDA n. 1 – GESTIONE della CHIOMA .....................................................205 SCHEDA n. 2 – GESTIONE del SUOLO .........................................................207 SCHEDA n. 3 – GESTIONE dell’INTERFILA ...................................................208 SCHEDA n. 4 - TRATTAMENTI FITOSANITARI .............................................209 SCHEDA n. 5 - RACCOLTA DELL’UVA ..........................................................210 SCHEDA n. 6 - TRASPORTO DELL’UVA .......................................................211 Appendice C ........................................................................................................212 5 6 Abstract in italiano Introduzione Tra i rischi per la salute degli operatori del comparto agricolo, l’esposizione a vibrazioni meccaniche rappresenta uno tra i fattori di più difficile quantificazione, soprattutto per l’impiego continuativo ed eterogeneo delle macchine durante l’intera annata agraria. I conducenti dei trattori risultano essere particolarmente esposti: la trasmissione delle vibrazioni al corpo intero avviene principalmente attraverso il sedile di guida, e risulta correlata a numerosi aspetti, legati alle caratteristiche strutturali delle macchine e alle condizioni operative di lavoro. Sui veicoli le oscillazioni possono riguardare il corpo intero dell’operatore (WBV – Whole Body Vibration) o il distretto mano-braccio (HAV – Hand Arm Vibration). Le oscillazioni vibratorie vengono caratterizzate per: - asse di percezione: generalmente le vibrazioni sono pluridirezionali, ma per semplicità si fa riferimento ad un sistema di 3 assi ortogonali tra loro (verticale z, longitudinale x e trasversale y); - intensità della vibrazione: è generalmente espressa in termini di accelerazione; - frequenza di vibrazione: la sensibilità del corpo umano varia alle diverse frequenze e in relazione alle componenti della vibrazione nelle tre direzioni. A bassissima frequenza (<2 Hz) il corpo reagisce come una massa unica ed omogenea; tra 2 e 20 Hz è maggiormente interessata la colonna vertebrale e possono presentarsi disturbi agli apparati digerente e circolatorio; per frequenze superiori a 20 e fino a 1000 Hz viene sollecitato il distretto mano- braccio: - tempo di esposizione: i limiti indicati dalle normative del settore fanno di solito riferimento alla normale giornata, considerata di 8 ore. La sensibilità dell’uomo alle vibrazioni è tipicamente soggettiva, per cui lo studio degli effetti provocati dall’esposizione è piuttosto complesso. In ogni caso, 7 nell’ambito della letteratura medica è ampiamente accertata per l’ambito professionale la correlazione tra le vibrazioni meccaniche e l’insorgenza di patologie in relazione alla durata dell’esposizione. L’esposizione alle vibrazioni provoca l’insorgenza di diversi disturbi (più o meno temporanei) e di varie patologie (tendenzialmente ad evoluzione di tipo cronico): - per il distretto mano-braccio (HAV) si verificano principalmente lesioni vascolari, neurologiche e muscolo-scheletriche; - per il corpo intero (WBV), il rischio è invece relativo a disturbi e lesioni a carico del rachide lombare; in particolare nel settore agricolo le vibrazioni comprese tra 2 e 10 Hz risultano essere senza dubbio quelle di livello più elevato e quindi dannose. Materiali e metodi Il D.Lgs. 81/08 prevede specifici obblighi a carico dei datori di lavoro per l’individuazione, la valutazione e la prevenzione dei rischi derivanti da esposizione a vibrazioni meccaniche. Se necessario, è consentita la consultazione di banche dati di settore per stimarne l’esposizione. La procedura di valutazione quantitativa del rischio da esposizione a vibrazioni in agricoltura non è purtroppo facilmente praticabile, poiché numerose sono le sorgenti e molto ampia è la variabilità delle condizioni operative, il che conduce ad una scarsa attendibilità delle valutazioni in questione. Peraltro, i livelli vibrazionali indicati nelle banche dati non sono in grado in molti casi di fornire valori di esposizione validi, poiché carenti di informazioni circa le condizioni al contorno, necessarie per un’accurata e realistica quantificazione del livello vibrazionale. Questa mancanza di dettagli e la necessità di un approccio standardizzato al problema è stata sottolineata da tempo anche dagli organi preposti alla vigilanza sanitaria in materia (INAIL, ASL, ecc.) che hanno richiesto con forza la messa a punto di strumenti adatti a risolvere il problema. Per rispondere a questa esigenza è stata sviluppata questa tesi, con lo scopo di creare un modello predittivo di quantificazione del livello vibrazionale di esposizione di un lavoratore agricolo, senza dover misurare strumentalmente e sistematicamente i livelli vibrazionali relativi al corpo intero cui è esposto nelle 8 molteplici operazioni (essenzialmente meccanizzate) che è chiamato a svolgere nell’arco dell’intera annata. Peraltro, in considerazione della variabilità enorme di macchine e operazioni svolte nell’intero settore agricolo, risulta poco plausibile e di fatto impossibile realizzare un unico modello generale, applicabile indistintamente ad ogni filiera e per ogni sua tipica lavorazione. Da qui la necessità di mettere a punto più modelli diversificati, comunque partendo da dati reali rilevati sperimentalmente. E’ stato quindi stilato un programma di lavoro strutturato in diverse fasi, tutte comunque caratterizzate da un approccio prettamente sperimentale, sia di campo che di laboratorio, che hanno portato ad un intenso lavoro di analisi dei dati raccolti, allo scopo di redigere dei modelli validati per la più accurata previsione dei livelli vibrazionali, una volta definite con precisione e dettaglio le condizioni al contorno. La prima parte del lavoro ha riguardato lo sviluppo di un metodo di acquisizione dati standardizzato, per raccogliere dati confrontabili e in numero sufficiente da rappresentare la realtà analizzata. Il modello è stato applicato alla filiera viticola, in cui sono stati considerati 6 gruppi di operazioni omogenee, per ognuna delle quali sono stati individuate fino a 5 differenti condizioni operative. Sui sedili di numerosi trattori (sia a ruote che cingolati) sono stati acquisiti i dati strumentali, impiegando un accelerometro triassiale con supporto a cuscino collegato ad un analizzatore a 4 canali; le informazioni al contorno sono state raccolte compilando tabelle create ad hoc. I dati raccolti sono stati poi organizzati in un database strutturato e analizzati per ricavare andamenti generalizzabili. A causa dell’elevata variabilità operativa del settore agricolo, è impossibile considerare nel dettaglio tutte le lavorazioni agricole; è quindi necessario impiegare metodi alternativi per riprodurre le diverse condizioni operative. A tale proposito sono stati impiegati due banchi prova vibrazioni: il primo è stato impiegato per studiare un’operazione pilota, l’aratura, poiché essa è molto diffusa su tutto il territorio e rappresenta una tra le operazioni più rischiose in termini di comfort, poiché per le tipiche condizioni di esecuzione i livelli vibrazionali sono sempre piuttosto elevati. L’operazione è stata condotta in campo in diverse modalità, poi riprodotte al banco prova per poter classificare e quantificare i 9 parametri che influenzano il livello vibrazionale rilevato strumentalmente. Sono state eseguite diverse ripetizioni delle prove nelle varie condizioni operative stabilite, in modo da raccogliere un numero sufficiente di dati per compiere le successive analisi statistiche. Poiché si stanno diffondendo nuovi e sempre più efficaci dispositivi atti a ridurre il livello vibrazionale sul sedile, sono stati studiati anche tali equipaggiamenti. Nell’ambito del periodo di studio svolto all’estero previsto nel triennio di dottorato, presso la Technische Universität di Berlino è stato impiegato il banco prova dell’università tedesca per valutare il contributo dell’installazione di una sospensione idropneumatica sul livello di comfort al posto di guida di un trattore a 4 ruote isodiametriche di elevata potenza. Il comfort a bordo è stato misurato simulando al banco due operazioni: aratura e trasferimento. Nel caso dell’aratura, sono state considerate due diverse pressioni di gonfiaggio degli pneumatici. La sospensione idropneumatica, è stata regolata in 3 diverse modalità di lavoro: - libera: gli attuatori (una coppia di cilindri idraulici) sono lasciati liberi di muoversi in relazione alle sollecitazioni meccaniche; - bloccata: i cilindri restano in posizione fissa; - pilotata: una valvola proporzionale dedicata regola l’entità dello smorzamento in funzione dell’input in ingresso. Anche in questa fase sono state eseguite un numero di ripetizioni sufficienti a garantire la successiva analisi dei dati. Infine, sempre per quantificare l’influenza dei parametri considerati sul livello vibrazionale, è stato applicato un approccio in conformità al principio del modello multi-attributo AHP (Analytic Hierarchy Process), sviluppato su 4 casi reali di aratura. Risultati e discussione I livelli vibrazionali ottenuti nell’ambito dei gruppi di operazioni omogenee della filiera viticola non rivelano una situazione particolarmente preoccupante, anche se l’asse di percezione maggiormente sollecitato è comunque quello verticale, che comporta un rischio particolare per le diverse componenti della colonna vertebrale. Un’adeguata turnazione temporale nell’esecuzione dei compiti e/o l’introduzione di 10