Ποσοτική και ποιοτική αξιολόγηση της επαγγελματικής έκθεσης σε κραδασμούς και ποσοτικοποίηση της αβεβαιότητας

Abstract

Οι κραδασμοί αποτελούν φυσικό παράγοντα επαγγελματικής έκθεσης με αρνητικές επιπτώσεις στην υγεία των εργαζομένων που έχουν αποτυπωθεί σε Διεθνή Πρότυπα και Ευρωπαϊκή Οδηγία. Η απόκριση του καθήμενου ανθρώπινου σώματος χαρακτηρίστηκε από μοντέλα για περιγραφή της απόκρισης που προέκυψαν από μέσες τιμές βιοδυναμικών συναρτήσεων. Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή συνδυάζει την επίδραση των κραδασμών στην ανθρώπινη υγεία και αντιπαραβάλλει τη μελέτη της βιοδυναμικής απόκρισης με την ανάλυση ιδιοσυχνοτήτων, διατηρώντας εξατομικευμένες πληροφορίες που σχετίζονται με τους εργαζόμενους και παρουσιάζει στατιστικές συσχετίσεις και ένα νέο τρόπο υπολογισμού της αβεβαιότητας. Η μελέτη έγινε σε δείγμα 53 χειριστών μηχανημάτων για τους οποίους μετρήθηκε η οκτάωρη έκθεση και η ημερήσια δόση σε κραδασμούς στο χώρο εργασίας, η φαινόμενη μάζα στο εργαστήριο και οι επιπτώσεις στην υγεία μέσω ερωτηματολογίου. Η θεωρητική μελέτη έδειξε την ευαισθησία του μέτρου των βιοδυναμικών συναρτήσεων στην απόσβεση και την αδυναμία του να καταδείξει τους πραγματικούς συντονισμούς του σώματος. Αποδεικνύεται ότι τόσο το πραγματικό και το φανταστικό μέρος της βιοδυναμικά ορισμένης φαινόμενης μάζας, όσο και το μέγεθος και το εμβαδό αυτής παρέχουν πληροφορίες για την απόκριση και την κατάσταση του ανθρώπινου σώματος. Η ανάλυση των δεδομένων από τα ερωτηματολόγια έδωσε πληροφορίες για την επαγγελματική έκθεση στην Κύπρο. Οι συναρτήσεις απόκρισης συχνοτήτων σε διάφορα σημεία του σώματος, που προέκυψαν από εξαναγκασμένη τυχαία και ημιτονοειδή διέγερση των χειριστών σε εργαστηριακό περιβάλλον, έδειξαν την ύπαρξη υψηλών συντελεστών απόσβεσης και υπεραποσβεσμένων ιδιομορφών. Για τον υπολογισμό των ιδιομορφών, το σώμα του κάθε χειριστή μοντελοποιήθηκε λαμβάνοντας το μοντέλο του προτύπου ISO 5982: 2001 ως δεδομένο και με τη χρήση αλγόριθμου διαφορικής εξέλιξης προσδιορίστηκαν οι παράμετροι που ελαχιστοποιούν τη συνάρτηση σφάλματος στο χώρο των φάσεων. Η διασπορά των παραμέτρων συνδυασμένη με παράγοντες που σχετίζονται με την τυχαία και επιστημική αβεβαιότητα του ανθρώπινου σώματος αντιμετωπίστηκε μέσω του υπολογισμού των αναμενόμενων τιμών των φυσικών παρατηρήσιμων μεγεθών του συστήματος από τελεστές πυκνότητας που επιδρούν στους πίνακες της μάζας, των συντελεστών απόσβεσης και των συντελεστών δυσκαμψίας.

Occupational exposure to vibrations has adverse health effects to workers, therefore there is a need to regulate the exposure and this is done through a European Directive relying on international standards. The response of the seated human body is simulated by models obtained from the averages of biodynamic functions. This thesis studies the effect of vibration on human health and contrasts the biodynamic responses as derived by the relevant subject with the frequencies of the experimental resonances. In this work the information for each subject is maintained and is statistically correlated with the results of experimental vibration analysis. In addition a new way of quantifying uncertainty is applied to the data.

The experimental investigations were conducted both in the field and the laboratory using a sample of 53 machinery operators. The daily exposure limit value standardized to an eight-hour reference period and the vibration dose value were measured in the field, whereas in the laboratory the biodynamic apparent mass was measured. The health effects were quantified using a questionnaire. The theoretical study showed that the biodynamic functions are very sensitive to the damping ratios and the biodynamic apparent mass is not the appropriate quantity to be used to identify the resonances of the human body. It turns out that both the real and the imaginary part of the biodynamic apparent mass and its magnitude and area provide information about the response and condition of the human body. The analysis of data from the questionnaires also provided information about the occupational exposure in Cyprus. The frequency response functions of different parts of the body, resulting from forced random and sinusoidal excitation of operators in the lab, showed the presence of high damping ratios and overdamped modes. To calculate the eigenmodes, the body of each operator was modeled using the standard ISO 5982: 2001. Then the differential evolution optimization algorithm was used to calculate the parameters by minimizing the error function in the phase space. The calculated parameters exhibit variability, which is attributed to the aletoric and epistemic uncertainty of the human body. The quantification of this uncertainty yielded results that are able to compute expected value of the natural frequencies and decay ratios of the system.