RANKINIO DARBO STATYBOJE, KELIANT MAŽAGABARITINIUS SUNKIUS ELEMENTUS, ERGONOMINIS VERTINIMAS K. A. Kaminskas Vilniaus Gedimino technikos universitetas 1. Įvadas

Pastaruosius penkiasdešimt metų ergonomika plėtojama kaip mokslinė metodologija įvertinti darbui, turint galvoje jo transformaciją. Nors praėjusiais dešimtmečiais vyko pramoninio darbo automatizavimas, tačiau darbininkų sužalojimų kiekis rankinio pakėlimo ir gabenimo darbuose metai iš metų lieka aukštas.

Troup’as ir Edwards’as [1] nurodo, kad šešiasdešimt devyni procentai žmogaus nugaros žemutinės dalies sužalojimų priskiriami pertempimams. Didžioji dalis šių sužalojimų, t. y. 51%, priskiriami kėlimo, nešimo, laikymo rankose ir metimo darbams.

Daugelio parametrų, tokių kaip elektromiografija (EMG), didžiausias priimtinas krovinio svoris, energijos sąnaudos ir kt., taikymas yra naudingas, tiriant pozą rankinio kėlimo darbuose. Biomechaniniams, fiziologi-niams ir psichofiziologiniams parametrams yra teikiama pirmenybė, keliant pasilenkus, lyginant su kėlimu pritūpus [2].

Direktyva 90/269/EEC ir ją atitinkantis Lietuvos Respublikos teisės aktas [3] iškelia svarbius uždavinius rankiniam krovinių kėlimui, laikymui ir nešimui. Todėl tiriamieji darbai šioje srityje yra ypač svarbūs, kuriant ir tobulinant ergonomines priemones bei metodus.

Panašių tyrimų statybos industrijoje anksčiau nebuvo, todėl ypač svarbu ištirti kaip ergonominėmis priemonėmis galima sumažinti dirbančiųjų nugaros žemutinės dalies apkrovimą.

2. Tyrimo tikslas ir metodai

Pagrindinis tyrimo tikslas yra parodyti kaip ergono-miniai sprendimai ir naudojamos ergonominės priemonės mažina darbininkų nugaros sužalojimo riziką, kai rankomis keliami mažagabaritiniai sunkūs elementai.

Tyrimui buvo pasirinkti granito plokščių klojėjai, dirbantys Vilniaus Katedros aikštėje (žr. 1 ir 2 pav.), po-rėtojo silikato blokelių mūrininkai Biznio centro Vilniaus gatvėje statyboje (žr. 3 pav.) ir UAB „Silikatas“ plytų perkrovėjai, aptarnaujantys plytų krašto nuskėlimo įren-ginį (žr. 4 pav.).

1 pav. Granito plokštės kėlimas mechaniniu kėlikliu

Fig 1. Lifting of granite plate with mechanical lifting device

2 pav. Granito plokštės kėlimas pneumatiniu kėlikliu

Fig 2. Lifting of granite plate with pneumatic lifting device

3 pav. Porėtojo silikato blokelių rankinis pakėlimo būdas

Fig 3. Manual lift method of porous silicate blocks

4 pav. Plytų perkrovėjų darbinė poza

Fig 3. Working posture of brick reloader Tyrimui naudota vaizdo kamera SONY CCD-TR

411E ir fiziniai matavimai. Teoriniams skaičiavimams pritaikytas mechaninio-matematinio modelio kvazistatinis variantas [4] ir sudaryta skaičiuojamoji schema. 3. Tiriamųjų darbininkų veiklos aprašymus

Tiriant granito plokščių klojėjų fizinį krūvį buvo vertinami plokščių paėmimo rankomis ir ergonomiškomis priemonėmis būdai. Visą darbą, susijusį su granito plokš-čių gabenimu, sudarė tokios operacijos: !"pirmiausia iš paketo viršutinių 4 eilių (iš viso 16

plokščių) du klojėjai paima plokštes ir padeda ant grindinio šalia paketo;

!"po to mechaniniu kėlikliu (žr. 1 pav.) plokštę pake-lia, nuneša ir padeda tiksliai į jai skirtą vietą ant

įrengto pagrindo. Plokščių pakėlimui nuo pagrindo, kai reikia koreguoti pagrindo aukštį, buvo naudoja-mas pneumatinis kėliklis (žr. 2 pav.). Porėtojo silikato blokelio geram paėmimui nagrinė-

jamame objekte buvo išfrezuotos įdubos (žr. 3 pav.), o silikatinės plytos, įprastu būdu, perkrovėjui pasilenkiant paimamos abiejomis rankomis (žr. 4 pav.). Perkrovėjas silikatinių plytų paėmimui per pamainą atlieka vidutiniš-kai iki 4000 pasilenkimų. 4. Spaudimo jėgos L5/S1 diske apskaičiavimas

Daugelio šalių praktika rodo, kad rankinio krovinių pakėlimo metu didžiausia tikimybė sužaloti žmogaus diskus, esančius tarp L4/L5 arba L5/S1 stuburo slankste-lių. Spaudimo jėgai L5/S1 diske apskaičiuoti šiame darbe pritaikytas rankinio krovinių kėlimo biomechaninio mo-delio plokščiasis kvazistatinis variantas (žr. [4] 6.22 pav.). Juo remiantis buvo sudaryta skaičiuojamoji schema (žr. 5 pav.), kurioje:

muscF – nugaros raumenų jėga, N;

cF – disko spaudimo jėga, N; ( )bwmg – viršutinės kūno dalies sunkio jėga, įtako-

janti disko spaudimą, N; ( ) l mg – keliamo krovinio sunkio jėga, N;

α – kampas tarp stuburo ir vertikalės, žmogui pasi-lenkus, laipsniais;

b ir h – atitinkami pečiai, m.

M

FC

FC

FSFS

5 pav. Skaičiuojamoji schema spaudimo jėgai L5/S1 diske ap-skaičiuoti

Fig 5. The calculating scheme for calculation of the L5/S1 disc compressive force

Apie nugaros raumenų atstojamosios jėgos petį lite-ratūroje pateikiami skirtingi samprotavimai ir nurodoma, kad jo dydis galėtų būti nuo 50 mm iki 75 mm. Šiame darbe priimta peties vertė lygi 60 mm, nes skaičiavimai yra tik palyginamieji. Remiantis 5 pav. pavaizduota schema, sudarytos stuburo L5/S1 disko spaudimo jėgai apskaičiuoti lygtys: ( ) ( ) αα sco mgcosmgFF lbwmuscc ++= , (1)

čia: ( ) ( )

060,hmgbmg

F lbwmusc

+= . (2)

Nagrinėjamu atveju kirpimo jėga sF L5/S1 diske

nereikšminga, lyginant su disko spaudimo jėga, todėl jos apskaičiavimas nepateikiamas.

Išnagrinėkime vieną atvejį, kaip apskaičiuoti L5/S1 disko spaudimo jėgą. Granito plokščių klojėjų kūno masė buvo apie 85 kg. Viršutinės kūno dalies masė sudaro 65% viso kūno masės. Tuomet ( ) N ,,,mg bw 054281965085 =××= . Keliant su tiesia

nugara cm b 18= . Granito plokštės, kurios projektiniai matmenys yra ( )mm 100500500 ×× , faktiškoji masė –

78 kg, ją kelia du klojėjai, tuomet ( ) ( ) N ,/, 6328281978 =×=lmg , o petys h=35 cm.

Paimant plokštes rankomis iš paketo viršaus, klojėjų kūnas palinksta 30° kampu. Šiuo atveju L5/S1 disko spaudimo jėga apskaičiuojama taip:

!"nugaros raumenų atstojamoji jėga apskaičiuojama taikant (2) lygtį

( ) N ,,/,,,Fmusc 838570603506382180542 =×+×= ,

!"disko spaudimo jėga taikant lygtį (1)

N ,,,,,Fc 5465886606382866054283857 =×+×+= .

Šios jėgos vertė 6 pav. pažymėta tašku a . Taikant šią metodiką yra apskaičiuotos L5/S1 disko spaudimo jėgos, kai kelia granito plokštes rankomis vienas ir du klojėjai, o taip pat kai kelia du klojėjai kėliklių pagalba (žr. 1 ir 2 pav.). Taip pat L5/S1 disko spaudimo jėgos apskaičiuotos porėtojo silikato blokelių (300×600×200) mm mūrininkams (žr. 3 pav.) ir silikati-nių plytų perkrovėjams (žr. 4 pav.), o jų vertės 6 pav. pažymėtos raidėmis nuo a iki i .

Tyrimai parodė, kad plytų perkrovėjų nugaros suža-lojimo rizikos laipsnį didžiąja dalimi didina pasilenkimų laipsnis ir dažnis. Tyrimai taip pat parodė, kad didelį fizi-nį diskomfortą perkrovėjas jaučia ne tik nugaros srityje, bet ir kojose.

Sugretinant 6 pav. pateiktus tyrimų rezultatus (taš-kai nuo a iki i) ir NIOSH rekomendacijas (tiesės A, B ir C), tenka konstatuoti, kad visuose trijuose atliekamuose darbuose rankomis be pagalbinių priemonių stuburo L5/S1 disko apkrovimas viršija rekomenduojamą darbinę ribą (DR). Keliant granito plokštę (jos masė lygi 78 kg) vienam klojėjui, nors ir nelabai pasilenkus, disko apkro-vimas ( NFc 9915= ) priartėja prie disko stiprumo ribos (jaunam vyrui N Fc 12980= ). Todėl tokias plokštes

vienam klojėjui kelti neleistina.

6 pav. Tyrimo rezultatų sugretinimas su JAV Nacionalinio pro-fesinės saugos ir sveikatos instituto (NIOSH) [5] rekomendaci-jomis. DLR – didžiausia leidžiama riba; DR – darbo riba; taškai a, b, c, d – granitines plokštes du klojėjai kelia rankomis, kai klojėjų kūnas palinksta atitinkamai 30°, 45°, 60° ir 90° kampu; e – kai, tą patį krūvį kelia vienas klojėjas; f – plokštę keliant mechaniniu kėlikliu; g – plokštę keliant pneumatiniu kėlikliu; h – porėtojo silikato blokų kėlimas nepalankiomis sąlygomis; i – perkraunant silikatines plytas nepalankiausia kūno padėtimi

Fig 6. The comparison results of investigation with NIOSH recommendations [5]. DLR – maximum permissible limit; DR – waking limit; a, b, c, d points – manual lifting of granite plates by 2 workers with body inclination angle of 30°, 45°, 60° and 90° respectively; e – that same load lift single worker; f – lifting of granite plate with mechanical lifting device; g – lifting of granite plate with pneumatic lifting device; h – manual lifting of porous silicate blocks; i – reloading of silicate bricks in stooped posture 5. Išvados

1. Tyrimai ir skaičiavimai parodė, kad vienam klo-jėjui keliant vienetinius sunkius elementus, tokius kaip šaligatvio plyteles ir natūralaus akmens plokštes, yra la-bai didelė rizika sužaloti stuburo L5/S1 diską (žr. 6 pav. e

tašką), nes diską spaudžianti jėga ( N 9935=cF ) visai priartėja prie disko ribinio stiprumo ( N 98012=cF jau-nam vyrui). Sužalojimo rizika žymiai sumažėja, kai tokie sunkūs elementai keliami dviejų darbininkų ir ši kėlimo operacija atliekama kuo tiesesne nugara.

2. Rizika sužaloti nugaros apatinę dalį tampa visai nereikšminga, kai naudojamos papildomos ergonomiškos techninės priemonės (žr. 6 pav. f ir g taškus), kurios ne-sumažina keliamo elemento svorio, o naudojant pneuma-tinį kėliklį dar žymiai padidina, tačiau teigiamas efektas pasiekiamas tuo, kad klojėjai gali dirbti tiesiu stuburu, nepasilenkę ir taip iki nulio sumažina momentus, vei-kiančius labiausiai apkrautą L5/S1 diską.

3. Statybos industrijoje reikia plačiau diegti porėto-jo silikato blokelių geresnio paėmimo rankomis techno-logijas (žr. 3 pav.). Nesant blokeliuose specialių paėmi-mui išėmų, padidėja mūrininko pasilenkimo kampas ir momentai, didinantys L5/S1 disko spaudimą, ir taip padi-dinantys riziką susižaloti iki kritinio rizikos lygio (žr. 6 pav. h tašką).

4. Silikatinių plytų perkrovėjams susižaloti nugaros apatinę dalį rizika išauga dėl dažno didelio pasilenkimo. Tuo tikslu būtina įdiegti tokias ergonomiškas technines priemones, kad perkrovėjui, perkraunant plytas, reiktų tik mažai pasilenkti, pavyzdžiui, panaudojant darbo plokš-tumos pastovaus aukščio palaikiklius.

Literatūra 1. J. D. G. Troup and F. C. Edwards. Manual Handling and

lifting. An Information and Literature Review with Special Reference to the Back. The Health and Safety Executive (London: HMSO), 1985. 153 p.

2. H. Janik, Antje Kankel, E. Münzberger and Schultz Chan-ges of body height in stooped lifting // Proceedings of the 13th Triennial congress of the International Ergonomics Association, Vol 3, Tempere, Finland, 1997, p. 534–536.

3. Krovinių kėlimo rankomis bendrieji nuostatai. Žin. 1998, Nr. 79-2242, p. 52–56.

4. D. B. Chaffin and G. B. J. Andersson. Occupational Bio-mechanics (2 ded.). New York: Wiley, 1991. 454 p.

5. National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). Work Practices Guide for Manual lifting. Cin-cinnati, 1981. 183 p.

Įteikta 2001 02 15 ERGONOMIC ASSESSMENT OF MANUAL WORK IN CONSTRUCTION ASSOCIATED WITH LIFTING TASKS K. A. Kaminskas S u m m a r y

The purpose of these studies is to reduce the amout of low back pain as well as work injuries. Low back pain is more likely to occur if the load exceeds the worker’s physical capabilities. In this paper biomechanical criterion was based on calculating the compressive forces in the L5/S1 disc (Eq (1), (2)).

Three tip’s of activity was taken info consideration. First – manual lifting of granite plates (500 × 500 × 100 mm) with and without special lifting devices (see Figs 1 and 2). Second – manual lifting of porous silicate blocks (300 × 600 × 200 mm), and third – manual lifting of silicate brick in stooped postures.

The results of investigation presented in Fig 6 shown clear benefit of ergonomic solutions for manual lifting of heavy construction elements.

The risk for back injuries becomes quite insignificant when ergonomic lifting devices are used (see Fig 6 point f and g). These devices do not reduce the weight of lifted element, but in case a pneumatic lifting device the total lifting weight is con-siderably increased, but the positive efect is achieved due to reducing moments becouse of workers perform the task with a straight back.

The reloanders of bricks usully feel back pain due to ex-treme repetitive bending of the back. …………………………………………………………………. Kazys Algirdas KAMINSKAS. PhD, Assoc. Professor. Dept. of Labour Safety and Fire Protection, Vilnius Gediminas Tech-nical University (VGTU), Saulėtekio al. 11, LT-2040 Vilnius, Lithuania. E-mail: algirdas.kaminskas@st.vtu.lt Graduate of Kaunas Politechnical Institute (presently KTU) (1966, civil engineer). PhD (1975). Research visits: Mos-cow Civil Engineering Institute (Russia, 1976), King’s College University of London (UK, 1979–1980), National Institute for Working Life (Sweden, 1995), Central Institute for Labor Pro-tection (Poland, 1996). Author and co-author quite a number of papers. Research interests: Ergonomics in construction and occupational safety.