Whole body vibration in kitesurfing

The effects of vibrations on the human body have been the focal point of several literature studies. Aim of this thesis is the investigation of the whole-body vibration exposure during kitesurfing and the dependence of the vibration characteristics on a set of possibly influencing parameters. A purposely designed measurement system was used to monitor the board vibration (translations and rotations), the wave magnitude, the wind strength, the kiter position and his velocity. The board vibration was measured with a triaxial and a single axis accelerometer placed with a computer inside a sealed box rigidly fixed on the board. Waves magnitude was measured with a purposely designed buoy, while the wind was measured with a cup anemometer placed over a 3 m tall mast. The kiter position and speed were measured with a GPS sensor. ISO 2631 was used to quantify the kiter exposure to vibration; results showed that the dominant vibration axis is usually the Z one (average value awz 5,51 m/s2) while the exposures on the other axes were respectively 2,19 m/s2 and 2,35 m/s2 for X and Y axes. With these values the European Directive 2002/44/EC thresholds are reached only after 3 (EAV) and 15 minutes (ELV). The averaged 8-hours based exposures along X, Y and Z axes were 0,61, 0,64 and 1,56 m/s2. The crest factor pointed out the necessity of using the additional (running RMS) evaluation method. Correlation analysis showed that the vibration depends on the riding speed, while the effect of wave magnitude and wind seems more limited. The board motion during kitesurfing is a combination of translation and rotation; the exposure is usually more severe on the tip of the bow foot. The damping effect of the foot pads was identified through the frequency response function between the actual tests measurement position and the kiter heel with different boards, postures and kiters. Results showed that the difference between the vibration measured on the board and the one at the heel-pad interface is trivial. Although EU limits were meant for workers, it is clear how the kitesurfing may lead to degenerative back pathologies in case of long exposures or for people already exposed to WBV during their working activities.

Il presente lavoro di tesi, è stato svolto con l’obiettivo di misurare le vibrazioni a cui è sottoposto un soggetto durante la pratica sportiva del kitesurfing e la sua dipendenza da possibili variabili. Dopo una attenta valutazione, si è deciso di misurare: le vibrazioni della tavola (sia di traslazione che rotazione), il moto ondoso, l’intensità del vento, la velocità e la direzione di navigazione. Per la misura delle vibrazioni della tavola è stata adoperata una scatola in alluminio con all’interno una coppia di accelerometri, uno triassiale e uno monoassiale. A turno la scatola è stata montata sia sulla tavola che all’interno della boa, per la misura delle onde. Inoltre un anemometro posto a 3 metri da terra e un GPS indossato al polso sono stati utilizzati per misurate le ultime variabili. Per valutare le vibrazioni è stata presa come riferimento la norma ISO 2631; i risultati hanno evidenziato che l’asse dominate è quello Z (awz 5,51 m/s2) mentre 2,19 m/s2 and 2,35 m/s2 rispettivamente sull’asse X e Y. Con questi valori i limiti imposti dalla Direttiva Europea 2002/44/EC vengono superati dopo 3 (valore limite di esposizione giornaliero) e 15 minuti (per quanto riguarda il valore d'azione giornaliero). Il valore normalizzato a un periodo di riferimento di 8 ore lungo X, Y e Z è stato di 0,61, 0,64 and 1,56 m/s2. Il fattore di cresta ha evidenziato la necessità di usare oltre al metodo base anche il metodo alternativo (metodo dei valori rms costanti). L’analisi di correlazione ha evidenziato che la vibrazione dipende dalla velocità di conduzione mentre la dipendenza dal moto ondoso o dall’intensità del vento non ha dato risultati evidenti. Il movimento della tavola è una combinazione di una traslazione e una rotazione. La vibrazione è risultata più severa sulla punta del piede della gamba di prua. Il comportamento dei pad è stato caratterizzato in laboratorio tramite l’utilizzo di uno shaker elettrodinamico. La funzione di trasferimento tra il punto di misura e il tallone è stata misurata più volte con posture, tavole e soggetti diversi. Risultati hanno mostrato che la differenza fra la vibrazione misurata sulla tavola che sul tallone è trascurabile. I limiti della direttiva UE 2002/44/EC sono validi per i lavoratori, è chiaro come il kitesurfing possa portare a patologie in caso di lunga esposizione o a persone già esposte a vibrazione di corpo intero durante le attività lavorative.