VIBRACIONES

Vibración es un movimiento oscilatorio de un cuerpo provocado por la oscilación de las partículas que lo forman, respecto a una posición de equilibrio. Puede ser provocada por:

• MAQUINARIA • HERRAMIENTAS • VEHICULOS • OTROS

Afecta a: • ORGANISMO HUMANO • CALIDAD DEL TRABAJO • NIVEL DE ATENCION • OTROS

A efectos del Real Decreto 1311/2005, de 4 de noviembre, se entenderá por: Vibración transmitida al sistema mano-brazo (VMB): “vibración mecánica que, cuando se transmite al sistema humano de mano y brazo, supone riesgos para la salud y la seguridad de los trabajadores, en particular problemas vasculares, de huesos o de articulaciones, nerviosos o musculares”. Vibración transmitida al cuerpo entero (VCC): “vibración mecánica que, cuando se transmite a todo el cuerpo, conlleva riesgos para la salud y la seguridad de los trabajadores, en particular, lumbalgias y lesiones de la columna vertebral ”.

2.CLASIFICACION DE LAS VIBRACIONES

• SEGÚN LA PARTE DEL CUERPO A LA QUE AFECTEN – Globales (todo el cuerpo) – Parciales (subsistemas del cuerpo: p.e. Mano-brazo)

• SEGÚN SUS CARACTERISTICAS FISICAS

– Vibraciones libres (periódicas o sinusoidales) – Vibraciones no periódicas (choques) – Vibraciones aleatorias (fuerzas externas)

• SEGÚN SU ORIGEN – Producidas en procesos de transformación – Generadas por el funcionamiento de la maquinaria – Debidas a fallos de la maquinaria – De origen natural

• SEGÚN LA FRECUENCIA Y SUS EFECTOS

FRECUENCIA MAQUINAS O

HERRAMIENTAS TIPO

EFECTOS

Muy baja frecuencia < 1Hz

Transportes:aviones, trenes, coches

Mareos y vómitos, por estimulación del laberinto en el oído, y trastornos en el Sistema Nervioso Central

Baja frecuencia 1 - 20 Hz

- Vehículos de transporte o industriales - Tractores y maquinaria agrícola - Maquinaria de obras públicas

- Lumbalgias, lumbociáticas, hernias, pinzamientos discales - Agravación de lesiones raquídeas menores, y de trastornos debidos a malas posturas - Síntomas neurológicos: dificultad del equilibrio - Trastornos de visión por resonancia

Alta frecuencia 20 - 1000 Hz

- Herramientas manuales rotativas alternativas o percutoras: pulidoras, motosierras, martillos neumáticos, etc

Trastornos osteoarticulares y vasculares objetivables radiológicamente: - Artrosis del codo - Lesiones de muñeca - Afecciones de la mano: calambres con trastornos prolongados de sensibilidad (expresión vascular por crisis del tipo de dedos muertos o síndrome de Raynaud) - Aumento de la incidencia de enfermedades del estómago - Alteraciones neurológicas: síndrome del Tunel Carpiano.

• SEGÚN EL TIPO DE SEÑAL

- Vibración aleatoria: vibración cuya amplitud no se puede predecir de manera precisa para cualquier instante de tiempo dado.

- Vibración cíclica: se entenderá como aquella que se presenta dentro de un ciclo de exposición.

- Vibración estable: vibración debido a un movimiento del tipo periódico continuo con amplitudes regulares.

- Vibración de impacto: movimiento debido al cambio repentino de fuerza, posición, velocidad o aceleración provocada por perturbaciones transcientes de un sistema mecánico.

3.VIBRACIONES: PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS

• DESPLAZAMIENTO (m) • VELOCIDAD (m/s) • ACELERACION (m/s2)

• DESPLAZAMIENTO: x(t)= xosen (2pft) = xosen (wt) x(t): desplazamiento instantáneo xo: desplazamiento máximo o valor pico f: frecuencia de la vibración w: frecuencia angular (2π f).

• VELOCIDAD: V(t)= dx/dt = vocos (wt) = vosen (wt+ p/2) Expresada en dB: vref= 10-9 m/s vo: velocidad máxima o valor pico

• ACELERACION: a(t)= dv/dt= d2x/dt2= -aosen (wt) ao: aceleración máxima, o valor pico a de referencia (umbral de percepción): 10-6 m/s2 para dB.

ES EL PARAMETRO MAS USADO UNIDADES: m/s2 , dB dB = 20log (a(t)/aref) Aceleración doble: +6 dB Aceleración 10 veces mayor: +20 Db

4. ACELERACION. OTROS PARÁMETROS • Valor pico-pico: diferencia algebraica entre los valores máximos positivo y negativo. • Valor pico: valor máximo de una magnitud en un intervalo dado. No da idea de su evolución temporal. • Valor eficaz o cuadrático (RMS): también llamado valor equivalente

T el tiempo de observación y a(t) la amplitud instantánea. Este concepto se

representa gráficamente en la figura

• Factor de cresta: cociente entre el valor pico y el valor equivalente. Para el valor equivalente se debe tomar al menos 60s. • Factor de forma: relación entre valor eficaz y valor medio.

5. DIRECCIONES DE MEDICION Es el sistema de coordenadas que se origina en el punto desde el cual se considera que ingresa la vibración al cuerpo humano. Los sistemas de coordenadas basicentricas se presentan en las figuras 1 y 2 para la exposición de cuerpo entero y de mano – brazo, respectivamente.

Figura 1: Ejes basicéntricos del cuerpo humano

Eje X es la dirección de espalda a pecho. Eje Y es la dirección de lado derecho a izquierdo. Eje Z es la dirección de los pies o parte inferior, a la cabeza.

Figura 2 Eje Z Corresponde a la línea longitudinal ósea. Eje X Corresponde a la línea perpendicular a la palma de la mano. Eje Y Corresponde a la línea en la dirección de los nudillos de la mano.

6. MODELO MECANICO DEL CUERPO HUMANO El cuerpo humano es un sistema extraordinariamente complejo. Para su estudio, en cuanto a su comportamiento frente a las vibraciones, se diseñan modelos mecánicos relativamente simples: En la figura se indica uno de tales modelos. Cada parte del cuerpo se representa por una masa, un muelle y un amortiguador.

En la investigación realizada en laboratorio se observa que cuando el cuerpo humano está en contacto con un dispositivo mecánico que genera vibraciones, la transmisión de energía mecánica al organismo desplaza una cierta cantidad de masa muscular, huesos, etc. sobre su posición estacionaria de referencia. Esta transferencia de energía mecánica origina una serie de efectos negativos sobre el cuerpo humano.

Además, como cada parte del cuerpo humano es una estructura física, cuando recibe energía mecánica vibra a una frecuencia natural de vibración. Cuando la vibración inducida se da en ciertas frecuencias que son características de la estructura receptora, se produce el fenómeno de resonancia. Desde el punto de vista energético, lo que sucede en resonancia es que la fuerza excitadora cada vez introduce más energía y se amplifica la intensidad de la vibración, por lo que una pequeña cantidad de energía provoca una gran respuesta de la estructura receptora.

Las cifras en Hz señaladas en la figura indica las bandas de frecuencias en las que se produce resonancia.

7.MAGNITUDES Y NIVELES DE MEDIDA

Cuando el cuerpo humano está en contacto con un dispositivo mecánico que genera vibraciones, se desplaza desde su posición estacionaria de referencia. Este desplazamiento, o la velocidad o la aceleración podrían utilizarse como parámetros para caracterizar el movimiento, pero se utiliza la aceleración, en concreto la aceleración en valor eficaz (valor RMS) debido a que tiene una relación directa con el contenido de energía de la señal. El cuerpo humano reacciona logarítmicamente. Por ejemplo si se dobla una señal aplicada, el cuerpo lo siente como un aumento de una cantidad constante. La variación de 1 a 2 m/s2 se siente mucho más que la variación de 10 a 11m/s2. Por lo tanto se podría cuantificar la aceleración que se transmite al cuerpo mediante el nivel de aceleración La, expresada en dB.

0

log20)(a

adBL

a=

Relación entre el nivel de aceleración expresado en dB y en m/s2.

NIVELES DE VIBRACION ORIENTATIVOS

8.VALORES LIMITE DE EXPOSICION Y VALORES DE EXPOSICION QUE DAN LUGAR A UNA ACCION MANO-BRAZO

Valor límite de exposición para 8h 5 m/s2 Valor de exposición que da lugar a una acción para 8h 2,5 m/s2

CUERPO ENTERO

Valor límite de exposición para 8h 1,15 m/s2 Valor de exposición que da lugar a una acción para 8h 0,5 m/s2

VALOR LIMITE DE EXPOSICION Los valores límite de exposición no deben ser superados en ninguna jornada laboral y están referidos a una jornada de 8h. Puede extenderse el calculo del valor medio de exposición a 40h cuando el nivel de exposición es normalmente inferior al de acción pero varíe sustancialmente de un periodo de trabajo al siguiente pudiendo sobrepasar ocasionalmente el valor límite, siempre que se justifique que los riesgos son inferiores al valor limite de exposición diaria, se consulte con los trabajadores y se comunique a la autoridad laboral. VALOR DE EXPOSICION QUE DAN LUGAR A UNA ACCION En el caso de superarse estos valores se realizará el programa de medidas técnicas y organizativas y se vigilará la salud del trabajador tal y como establece el Articulo 5.-Disposiciones encaminadas a evitar o reducir la exposición.

9.CARACTERIZACIÓN DE LA EXPOSICIÓN A VIBRACIONES

En los ambientes industriales, el trabajador está expuesto simultáneamente a vibraciones aleatorias, es decir, a vibraciones que se presentan en varias direcciones y que varían ampliamente con el tiempo, tanto en frecuencia como en aceleración.

La caracterización de las vibraciones transmitidas a los trabajadores expuestos tanto a VMB como a VCC se basa, principalmente, en una serie de aspectos que han sido vistos en la Unidad Didáctica 3.8 de la parte común, pero su referencia en esta Unidad Didáctica facilita el desarrollo del contenido de la misma. Estos aspectos son los siguientes:

A. Espectro de frecuencias de la vibración B. Dirección de la vibración C. Aceleración de la vibración D. Tiempo de exposición

Hay otros aspectos que también intervienen como la postura del cuerpo y del brazo, método de trabajo, etc. pero se necesitan más estudios para conocer con mayor detalle la importancia de cada uno de ellos.

A. Espectro de frecuencias de la vibración

Debe centrarse la atención en las componentes en frecuencia de la señal de vibración que coincide con aquellas frecuencias características de la estructura receptora y son las que ocasionan los efectos más severos sobre la salud.

¿Cuáles son los rangos de frecuencia de interés?

• Para exposición a VMB, el rango de frecuencias, expresado en bandas de octava, que comprende las frecuencias centrales entre 8 Hz y 1000 Hz.

• Para exposición a VCC, el rango de frecuencias, expresado en bandas de octava, que comprende las frecuencias centrales entre 1 Hz y 80 Hz.

Por ejemplo, si se estudia la exposición de un trabajador a VMB, solo debe interesar la cantidad de energía vibratoria transmitida dentro del rango de frecuencias comprendido entre 8 y 1000 Hz (cuando se expresa en bandas de tercios de octava, entre 6,3 Hz y 1250 Hz). Esto quiere decir que por encima del límite superior o por debajo del límite inferior de este rango de frecuencias, actualmente, no se considera que puedan presentarse efectos perjudiciales sobre la salud del trabajador. En la figura se presenta el espectro de frecuencias de un trabajador expuesto a VMB.

Figura - Espectro de frecuencias de un trabajador expuesto a VMB

B. Dirección de la vibración

La vibración es el movimiento de un objeto de su posición de referencia a otra posición en las tres direcciones (lineales (y/o rotacionales). Para simplificar este movimiento vibratorio sólo se va a considerar el movimiento lineal en cada una de las tres direcciones x, y y z de un sistema de coordenadas ortogonal.

Entonces, cuando se van a estimar los efectos sobre el cuerpo humano de las vibraciones recibidas por el trabajador, las mediciones deben hacerse en las direcciones adecuadas. En el ap.5(DIRECCIÓN DE LAS VIBRACIONES) se representan los sistemas de coordenadas ortogonales definidos para la medición de VMB y VCC.

C. Aceleración de la vibración

La cantidad de energía de la señal de vibración se expresa como aceleración continua equivalente para un tiempo T, Aeq,T que refleja con un solo valor aquella aceleración constante que tiene la misma energía que la señal de vibración variable en un período de tiempo.(TRATADO YA EN UN APARTADO ANTERIOR)

D.Tiempo de exposición

Debe estimarse el tiempo de exposición diario a cada fuente de vibración que será el tiempo de exposición real en la jornada de trabajo. Cuando la vibración ha sido promediada durante un ciclo completo de trabajo, el tiempo de exposición diario es simplemente la duración del ciclo de trabajo multiplicado por el número de ciclos diarios.

Para algunos tipos de trabajo, el tiempo de exposición varía de un día a otro, por ejemplo en la construcción o en la industria de fabricación de barcos y su reparación. Ahora bien, aunque en estos casos resulta muy difícil determinar el tiempo de exposición diario pero habrá que dedicar el esfuerzo necesario para estimarlo. Debemos tener presente que la correcta evaluación de la exposición a vibraciones depende de la calidad de la medición y de la estimación del tiempo de exposición.