Vibrações na Indústria Mineira

Tal como foi feito para o ruído, nesta secção são referenciados alguns trabalhos executados no âmbito do presente trabalho, no que concerne a vibrações; o objetivo é apresentar resultados de avaliações feitas em equipamentos presentes na indústria para posteriormente concluir que os resultados obtidos no presente estudo são suportados pelos resultados obtidos pelos autores referenciados.

No presente trabalho, serão abordadas essencialmente vibrações transmitidas ao corpo inteiro, uma vez que a maioria das avaliações feitas em minas e pedreiras é feita em

equipamentos de grande dimensão de carga e transporte. As vibrações transmitidas ao sistema mão-braço são normalmente medidas para equipamentos de utilização estritamente manual, como o caso de perfuradoras, equipamentos que não fazem parte do leque de equipamentos avaliados neste trabalho.

Assim, uma boa parte dos artigos referenciados, trata uma grande quantidade de equipamentos, pois os estudos têm como alvo populações relativamente grandes e em várias minas, quer a céu aberto, quer em subterrâneo, no entanto, a título de resumo, serão apenas mencionados equipamentos relevantes para o estudo em processo similares aos avaliados no caso de estudo e respetivos valores de vibrações medidas, por isso, será dada relevância aos equipamentos que operam em céu aberto, tais como Dumpers, pás carregadoras, escavadoras giratórias e Rock de perfuração.

Na grande maioria dos artigos, o objetivo é a avaliação da exposição dos operadores às vibrações transmitidas pelo equipamento que operam, com o objetivo de avaliar a sua probabilidade de contração de doenças. Assim, são usados acelerómetros triaxiais (que medem acelerações de translação) colocados sobre o assento do operador, de modo a que, quando o operador estiver sentado, a interface seja feita através da tuberosidade isquial, zona de medição das vibrações transmitidas ao corpo inteiro pelo assento (Howard et al., 2009; Smets et al., 2010). Para além da medição de vibrações transmitidas pelo assento ao operador, há estudos que avaliam o tipo de assento do equipamento, com o propósito de avaliar a sua transmissividade, ou seja, verificar se as vibrações geradas pelo próprio veículo, são as transmitidas pelo assento ao operador. Para este tipo de estudo, recorre-se a dois acelerómetros triaxiais, um colocado no habitual interface assento/operador, e outro debaixo do assento, assente no chassi do veículo. Para análise simultânea de vibrações transmitidas ao corpo inteiro, (Kumar, 2004) recorre não a dois, mas a três acelerómetros triaxiais, que coloca na região da sétima cervical (perto do pescoço), outro na terceira vértebra lombar (no fundo das costas) e outro sobre o assento.

No entanto, há estudos onde são usados acelerómetros com 6 graus de liberdade (6 eixos) (Dickey, Eger, & Oliver, 2010) de onde resultam medições de acelerações de translação e de rotação. De referir que, para além dos acelerómetros, é necessário um dispositivo eletrónico ligado ao acelerómetro, responsável pelo armazenamento dos dados transmitidos pelo acelerómetro.

No entanto, no presente trabalho apenas é usado um acelerómetro triaxial, mas são feitas avaliações segundo a interface assento/operador, costas/operador e chão/operador. É de referir que, o mesmo protocolo de avaliação de posto trabalho enunciado para o ruído, é feito para a avaliação de vibrações. A particularidade é que a medição do ruído e das vibrações foi feita em simultâneo, pelo que apenas foi feita uma única checklist de análise de tarefa para cada atividade do processo produtivo.

A avaliação das vibrações transmitidas ao corpo humano é importante de ser feita visto que estas poderem revelar um forte impacto na saúde dos trabalhadores. É um risco que afeta essencialmente a parte física do trabalhador, podendo, em determinados casos, afetar a parte psíquica. Fatores relativos à vibração tais como a magnitude, frequência, direção e tempo de exposição influenciam o nível de conforto e podem contribuir para o risco de lesão do trabalhador (Dickey et al., 2010). A avaliação das vibrações é feita essencialmente

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através de dois métodos, o das vibrações transmitidas ao sistema mão-braço e o das vibrações transmitidas ao sistema corpo inteiro, que no desenrolar do trabalho designaremos por VMB e por VCI, respetivamente.

Citando Mayer, (Vanerkar, Kulkarni, Zade, & Kamavisdar, 2008) refere que os efeitos adversos das VCI são multifatoriais e resultado da interação das variáveis vibracionais, das caraterísticas do trabalho, fatores de tensão relativos ao trabalho, questões fisiológicas e características individuais.

A relação causal entre as VCI e dores lombares são conclusões de inúmeros estudos em torno do tema; uma pesquisa refere que uma ligação causal foi estabelecida entre a exposição a VCI e o aumento de queixas de dores na zona lombar (Howard et al., 2009); outro estudo refere que apesar de ser a dor lombar a problemática mais associada a VCI, outros problemas também se verificam, tais como dor ao nível do pescoço e dos ombros, problemas gastrointestinais, lesões ao nível dos órgãos reprodutivos no sexo feminino, e efeitos nas veias periféricas (Salmoni, Cann, & Gillin, 2010); outro estudo refere que para além de dor lombar, também náuseas, dores de cabeça, visão turva, problemas circulatórios e degeneração do sistema nervoso pode ser resultado das VCI, mas que no entanto a relação causal entre estes sintomas e as VCI não é tão evidente como a relação causal entre os problemas gerados por VMB; associados à exposição excessiva e prolongada de VMB estão os denominados síndromes das VMB, que se refere a efeitos ao nível do sistema vascular, sensorial e musculosquelético, afirma (Griffin, 2004; Dias and Sampson, 2005), quando citado por (Coggins et al., 2010); afirma também (Tamaian, 2007) existir uma relação entre exposição a vibrações e distúrbios cardiovasculares.

Os riscos de exposição a vibrações estão associados a determinados setores de indústria que utilizam equipamentos mecânicos no desenvolvimento da atividade, maioritariamente veículos de transporte de carga. Assim, a indústria mineira, da construção, da agricultura, dos transportes e florestais são as que apresentam maiores níveis de vibração (Dickey et al., 2010); (Gunaselvam & Van Niekerk, 2005) afirma que os níveis de vibrações são função do tipo de terreno, suspensão do veículo, velocidade de viagem, do tamanho físico do ocupante, do tipo do veículo e de características dinâmicas do veículo; (Vanerkar et al., 2008) depois dos seus estudos em 5 minas distintas, afirma que a exposição a VCI não depende do tipo de mina, mas depende das condições de trabalho e do equipamento utilizado.

(Donoghue, 2004) refere também que a síndrome de VMB é comum no uso de ferramentas vibrantes como martelos pneumáticos manuais; um outro estudo refere que os condutores de veículos cuja atividade é transportar/movimentar solo estão expostos a níveis substanciais de vibrações (Gunaselvam & Van Niekerk, 2005); também o choque provocado por veículos contra certas superfícies contribuem para as VCI, de onde resultam queixas de dores de pescoço e costas (Paschold, 2011).

A presente pesquisa é escassa em avaliações concretas de determinados veículos; (Coggins et al., 2010), refere inclusive que há um número muito limitado de dados relativamente a avaliação de VCI em escavadoras. Para além de escavadoras, também é escassa a análise a equipamentos como Rock de perfuração e Escavadoras Giratórias com martelo hidráulico,

e a razão pela sua escassez de dados, deve-se ao facto destes aparelhos operarem essencialmente em regime estacionário, pois o autor (Salmoni et al., 2010) afirma que as vibrações em equipamentos que necessitam de executar grandes trajetos e imprimir velocidades superiores, produzem níveis de vibrações superiores aos que operam parados ou em regime de baixa velocidade.

Alguns dos trabalhos aqui mencionados referem-se a estudos feitos em equipamentos de construção civil e não propriamente em indústria mineira, mas é passível a sua apresentação e relação, uma vez que uma boa parte dos equipamentos e as suas caraterísticas mecânicas são em tudo similares (Howard et al., 2009).

Os trabalhos abaixo referenciados, pretendem ilustrar avaliações comuns às previstas no presente trabalho; assim, não obstante da análise de muitos outros equipamentos nos estudos, apenas serão referidos aqueles que têm particular interesse conhecer o tipo de vibrações medidas durante a sua atividade, e que possam porventura, ser passíveis de comparação com os resultados medidos neste trabalho.

Para uma melhor compreensão dos valores apresentados abaixo, convém ter presente os limites estabelecidos por lei para a exposição a vibrações de acordo com o DL 46/2006. Como complemento de auxílio à compreensão dos valores apresentados podemos recorrer também aos limites de exposição correspondentes à zona orientadora de preocupações para a saúde, de acordo com o Anexo B da norma NP ISO 2631-1:2007

 Os valores estimados de aceleração ponderada em frequência para 8 horas de exposição a vibrações correspondentes aos limites inferior e superior da zona orientadora de precauções com a saúde são 0,45 e 0,90 m.s-2, respetivamente segundo (T. Eger, Stevenson, Boileau, & Salmoni, 2008).

 Os valores estimados de dose de exposição para 8 horas de exposição a vibrações correspondentes aos limites inferior e superior da zona orientadora de precauções com a saúde são 8.5 e 17 m.s-1.75, respetivamente.

Um trabalho desenvolvido por (Dickey et al., 2010), envolveu recolha de dados no terreno em veículos LHD (Load-Haul-Dump Vehicles) em mina subterrânea e posterior extrapolação para testes laboratoriais; recorreram a um sistema de seis eixos (três de translação e três de rotação) para avaliar interações entre acelerações dos vários eixos, e aferir acerca dos tipos de assentos usados nos veículos, devido à sua transmissividade de vibrações; o estudo apresenta valores não ponderados de acelerações medidas nos LHD durante várias tarefas; verificou-se que o eixo predominante, em qualquer das tarefas foi o eixo dos zz; para este eixo, os valores médios e máximos apresentados foram, respetivamente, de 1.332 m.s-2 e 4.054 m.s-2 para transporte carregado, 1.565 m.s-2 e 5.374 m.s-2 para o transporte descarregado, 1.403 m.s-2 e 2.388 m.s-2 na descarga e 1.933 m.s-2 e 4.085 m.s-2 na limpeza de frente (mucking).

Num estudo semelhante ao anterior, (Salmoni et al., 2010) estudou acelerações transmitidas ao sistema corpo inteiro em 33 moto-scrapers (“raspadores de terra”); usou dois acelerómetros triaxiais, um sob o assento do equipamento, e outro debaixo do assento do equipamento. Foram analisadas 5 tarefas: marcha lenta, raspagem, transporte com carga, transporte sem carga e descarga. Os resultados demonstram que o eixo

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predominante é o dos zz e que as operações de transporte com carga e descarga apresentam os valores mais altos de acelerações, sendo 1.55 m.s-2 e 1.49 m.s-2, respetivamente. Verificou também que o eixo dos zz excedeu sempre o VAE em todos os equipamentos e apenas alguns excederam o VLE. Foi também avaliada a transmissividade do assento, daí o recurso aos dois acelerómetros triaxiais; foi medida a amplitude efetiva da transmissividade do assento (SEAT, do inglês Seat Effective Amplitude Transmissibility) que foi superior a 1 na maioria dos assentos, o que significa que os assentos analisados estavam a amplificar as acelerações medidas na base do equipamento, maioritariamente no eixo dos yy. Como medidas de melhoramento, o autor afirma que as vias de circulação deverão ser o mais suave possível, as velocidades de circulação baixas e o design dos assentos melhorado.

Também para avaliar a influência do tipo de assentos a usar na indústria, em particular nos equipamentos que maiores valores de vibrações provocam, como o caso dos Dumpers, os autores (Gunaselvam & Van Niekerk, 2005) testaram 6 tipos de assentos em laboratório recorrendo a 6 operadores, 3 ditos pesados (98 kg a 103 kg) e 3 ditos leves (52 kg a 55 kg); como no caso anterior, foram usados dois acelerómetros triaxiais, um na base do assento e outro na interface assento/operador e posteriormente foi calculado o valor de SEAT; os valores de SEAT foram calculados para três tipos de piso, estrada de alcatrão, estrada com cascalho, e estrada com alguma ondulação; os valores de SEAT foram quase sempre superiores para os homens na estrada de alcatrão, no entanto nos outros pisos os valores de SEAT foram quase sempre superiores para as mulheres.

Também (Tammy Eger, Stevenson, Grenier, Boileau, & Smets, 2011), avaliaram VCI em operadores de veículos LHD, 8 pequenos e 9 grandes, carregados e sem carga; os resultados mostraram que as vibrações são superiores para os LHD pequenos sem carga do que para os carregados, sendo as médias de acelerações para o eixo predominante (zz) de 1.70 m.s-2 e de 1.40 m.s-2, respetivamente. O mesmo se verificou para veículos LHD grandes, onde os descarregados apresentaram valores de aceleração mais elevados (média de 1.0 m.s-2), e os carregados uma média de 0.96 m.s-2.

No estudo efetuado por (T. Eger, Stevenson, Boileau, et al., 2008), foram avaliadas VCI em 7 veículos LHD; o eixo predominante foi o eixo dos zz e a aceleração média máxima medida neste eixo foi de 1,06 m.s-2; o mesmo veículo apresentou um valor máximo de 1.55 m.s-2. Os resultados globais indicam que, de acordo com os critérios para a saúde, 2 dos 7 veículos estão acima dos limites estabelecidos segundo a norma ISO 2631-1, utilizando valores de acelerações RMS ponderadas em frequência para 8 horas, A(8); usando VDV para 8 horas (VDVTotal), 3 dos 7 veículos estão acima dos limites das zonas de vigilância

em termos de saúde; é feita ainda a avaliação em termos de saúde de acordo com a Norma ISO 2631-5, através da qual se verificou que 7 em 7 dos veículos apresentaram valores abaixo dos limites da zona de vigilância.

Na segunda parte deste estudo, (T. Eger, Stevenson, Callaghan, Grenier, & VibRg, 2008) , posteriormente à avaliação de VCI, avalia as posturas adotadas pelos operadores enquanto conduzem os veículos LHD; são calculadas percentagens de adoção de determinadas posições ao longo do tempo, tais como a postura neutra, rotação do pescoço leve e severa, rotação do tronco e flexões frontais e laterais do tronco; o autor afirma que em adição à

exposição a VCI, as posições não-neutras evidenciadas durante a condução dos LHD contribuem para o aumento de contração de lesões musculosqueléticas.

A avaliação de VCI através do interface chão/operador é muito escassa na bibliografia apresentada, uma vez que a grande fonte de vibrações na indústria mineira são efetivamente os equipamentos de grande porte cabinados; no entanto, no presente trabalho é feita a avaliação de VCI através da interface chão/operador durante a tarefa de furação, uma vez que esta tarefa é feita recorrendo a um equipamento não cabinado. Assim, (Cantarino, 2008) num estudo feito no setor da madeira e mobiliário e também no setor têxtil e vestuário, no qual foram analisadas VCI transmitidas pelo pavimento e plataformas e em veículos de grande porte (entre as quais pás carregadoras), estes últimos apenas presentes no setor da madeira e do mobiliário, os resultados mostram que após o cálculo da exposição diária às vibrações A(8), as VCI transmitidas pelo pavimento e plataformas de máquinas têm valores inferiores aos níveis de ação; no que diz respeito aos equipamentos de transporte, 30% dos manobradores do setor têxtil e vestuário estão expostos a vibrações superiores ao nível de ação; no setor da madeira e do mobiliário, o panorama é idêntico, onde 33% dos manobradores estão expostos a vibrações superiores ao nível de ação. No que diz respeito a VCI transmitidas pela interface solo/operador, os valores mais altos verificaram-se no setor têxtil e vestuário, onde se mediram valores compreendidos entre os 0,5 e os 1,15 m.s-2.

Num estudo feito em minas a céu aberto, (Howard et al., 2009) analisou VCI em diversos aparelhos, dos quais destaco os mais relevantes para o presente trabalho, nomeadamente perfuradoras, pás carregadoras e Dumpers (entre os quais um Volvo A35C). Os resultados demonstraram que as perfuradoras apresentam valores muito baixos de vibrações, com valores de acelerações médias de 0,3 m.s-2 e máximo de 0,76 m.s-2; as pás carregadoras apresentaram acelerações médias de 0,58 m.s-2 e máximo de 1,92 m.s-2; os Dumpers apresentaram dos 3 os valores médios mais altos, de 0,92 m.s-2 e um valor máximo de 1,59 m.s-2.

Num outro estudo feito em mina a céu aberto, (Kumar, 2004) analisou 4 Dumpers, de diferentes idades e capacidades de carga e os condutores foram 8 homens e 6 mulheres; é feita a referência de que na altura das medições, todo o percurso estava coberto por uma camada de neve, pelo que o troço seria mais suave, face às condições na altura do verão; as tarefas avaliadas foram a carga, viagem carregado, descarga e viagem descarregado. As maiores intensidades de vibrações fizeram-se sentir no eixo dos zz, num dos Dumpers de menor capacidade com um condutor do sexo feminino e durante o período de viagem sem carga, onde as acelerações nos três eixos x, y e z, foram de 15.94 m.s-2, 15.10 m.s-2 e 11,73 m.s-2, respetivamente. Neste trabalho o autor refere que os maiores valores de aceleração medidos foi na gama de frequências de 4 a 8 Hz, que é a frequência de ressonância da massa abdominal do corpo humano, e assim, correspondentes ao eixo dos zz.

Também (Cann, Salmoni, Vi, & Eger, 2003), avaliaram VCI em diversos equipamentos de construção civil, tais como escavadoras (14), pás carregadoras (2) e Dumpers (2) entre outros; os resultados mostram que o eixo dominante para pás carregadoras e Dumpers foi o eixo dos zz, mas para as escavadoras foi o eixo dos xx; os valores médios e máximos de acelerações ponderadas registados para cada um dos equipamentos foram de 0,51 m.s-2 e

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1,1 m.s-2 para as escavadoras, 1,16 m.s-2 e 1,7 m.s-2 para as pás carregadoras e 1,21 m.s-2 e 1,7 m.s-2 para os Dumpers; o autor afirma haver uma grande diferença nos valores de vibrações entre equipamentos estacionários (escavadoras) e móveis (pás carregadoras e

Dumpers).

(Vanerkar et al., 2008) analisou VCI em equipamentos constituintes de atividades em 5 minas, 2 de Bauxite e 3 de Ferro; os resultados apresentam-se em forma de VDV (Vibration Dose Values). Alguns dos equipamentos avaliados foram Dumpers e perfuradoras; os valores médios de VDV para os Dumpers foram de 9.27 m.s-1.75 e 10.81 m.s-1.75,para as minhas de bauxite e de ferro respetivamente; para as perfuradoras os valores médios de VDV foram 13.53 m.s-1.75 e 3.93 m.s-1.75. Os valores apresentados para os Dumpers são consistentes, no entanto para as perfuradoras são muito discrepantes, pelo que o autor atribui as diferenças a uma má manutenção/manuseamento das perfuradoras, ao mau amortecimento de vibrações das perfurações ou a uma maior dureza das formações rochosas de bauxite.

(Plewa, Eger, Oliver, & Dickey, 2012) fazem um estudo interessante de VCI em veículos de construção civil, minas e atividades florestais; foram feitas medidas de vibrações no terreno, foram calculados os níveis de desconforto com base na Norma ISO 2631-1,e foram registadas durante as medições feitas no terreno a perceção de desconforto dos operadores. Os resultados revelam existir pouca relação entre os níveis calculados pela Norma e os índices de desconforto evidenciado pelos trabalhadores, sendo que a maior discrepância verificou-se no setor mineiro, afirmando não haver relação nenhuma entre os níveis teóricos e reportados de desconforto.

(Smets et al., 2010) avaliaram também VCI em Dumpers de diferentes classes: 30, 35, 100 e 150 toneladas de capacidade; as medições foram feitas apenas na interface assento/operador e para as tarefas comuns, viagem descarregado, com carga, viagem carregado e descarga: os valores máximos de acelerações medidos para cada tarefa foram 0.990 m.s-2 durante o trajeto sem carga de um Dumper de 100 toneladas, 0.5047 m.s-2 durante a carga de um Dumper de 30 toneladas, 0,990 m.s-2 no mesmo Dumpers de 100 toneladas e 1.086 m.s-2 durante a descarga de um Dumper de 150 toneladas. Os valores maiores e menores de exposição média diária dos trabalhadores durante os ciclos de trabalho foram de 0,824 m.s-2, num Dumper de 100 toneladas e 0,444 m.s-2 num Dumper de 150 toneladas.

Da bibliografia recolhida, grande maioria dos estudos incidem na avaliação de posto de trabalho, medindo durante períodos de tempo, normalmente correspondente a ciclos de conjuntos de tarefas ou mesmo a tarefas individualmente, relativamente à exposição quer a vibrações quer a ruído; encontra-se com grande facilidade estudos relativos a vibrações transmitidas ao corpo inteiro a veículos de transporte de minério em minas subterrâneas (LHD’s - Load-Haul-Dump Vehicles), e também a Pás Carregadoras com Balde, Dumpers e Martelos Pneumáticos manuais, tanto no setor da Construção Civil como em Explorações a Céu Aberto. Neste trabalho, a fim representativo de dados recolhidos noutros trabalhos, faz-se pouca distinção entre a construção civil e explorações subterrâneas, uma vez que a incidência dos trabalhos é feita em equipamentos normalmente transversais às duas indústrias, como o caso de pás carregadoras.

Para além da monitorização de Dumper e de escavadora giratória com balde, no presente estudo é feita a monitorização em dois outros tipos de equipamento (Rock de perfuração não cabinado e escavadora giratória com martelo hidráulico) dos quais surtiram poucos resultados na pesquisa, havendo poucos dados ou nenhuns de recurso para fins comparativos. Assim, realça-se a importância deste estudo, que monitoriza equipamentos pouco comuns de se encontrarem em uso na atualidade, como o caso do Rock de perfuração não cabinado, e outro comum mas usado com menos frequência que os

Dumpers e as escavadoras giratórias com balde, que estão sempre presentes, como é o caso

da escavadora giratória com martelo hidráulico, usada em situações pontuais. Assim, o presente trabalho tem especial interesse pela possibilidade de comparação entre dois veículos mecanicamente idênticos, mas usados para atividades distintas, como é o caso das pás; é também de interesse o estudo feito no Rock de perfuração, visto que as condições do