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Universidade Federal do Rio Grande do Norte Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica Desenvolvimento e Caracterização de Órtese em Compósitos para Proteção da Articulação do Quadril Dissertação submetida à UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE como parte dos requisitos para a obtenção do grau de MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA Ayrles Silva Gonçalves Barbosa Natal, Dezembro de 2007.

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Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

Desenvolvimento e Caracterização de Órtese em

Compósitos para Proteção da Articulação do Quadril

Dissertação submetida à

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

como parte dos requisitos para a obtenção do grau de

MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA

Ayrles Silva Gonçalves Barbosa

Natal, Dezembro de 2007.

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Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

Desenvolvimento e Caracterização de Órtese em

Compósitos para Proteção da Articulação do Quadril

Ayrles Silva Gonçalves Barbosa

Esta dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de

Mestre em Engenharia Mecânica

sendo aprovada em sua forma final.

Banca Examinadora:

__________________________________________

Prof. José Daniel Diniz Melo

Orientador e Presidente da Banca Examinadora - UFRN

__________________________________________

Prof. Rubens Maribondo do Nascimento

Membro da Banca Examinadora - UFRN

__________________________________________

Prof. André Roberto de Souza

Membro da Banca Examinadora – CEFET-SC

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Dedicatória

Dedico esta obra aos meus amigos mais

fiéis: Meu pai, Jorge Barbosa; e minha

mãe, Fátima Barbosa.

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Agradecimentos

Agradeço primeiramente à Deus, por tudo o que tenho, tive e terei, em todos os

aspectos.

Agradeço aos meus pais (Jorge e Fátima), os quais nunca hesitaram em me apoiar e

orientar.

Agradeço aos meus irmãos: Fabrício e Gillianne, pelo apoio e paciência (a paciência

deixo a cargo de Gillianne).

Ao meu melhor amigo, Theogenes, que sempre esteve ao meu lado, me apoiando e

dando força, mesmo quando sabia que o erro era meu.

Aos meus familiares (primos, primas, tios, tias, avôs, avós ...), pela compreensão.

Ao Prof. Ricardo Guerra, o qual abriu as portas para que eu iniciasse esse projeto. Um

grande amigo, um grande mestre, um grande exemplo.

Ao Prof. Daniel Diniz, pelo apoio, conselho, compreensão, dedicação, paciência,

orientação e confiança. Outro grande mestre e exemplo.

Ao Prof. Walter Link, pelos conselhos, orientações e apoio. Sem dúvida um mestre

inesquecível.

Ao Prof. Luiz Pedro, pelo apoio, orientações e hospitalidade; afinal, sou considerada

agregada do Labmetrol.

Ao Prof. Lúcio pela paciência e apoio nas fases iniciais do trabalho. Sua ajuda foi

imprescindível para a realização do trabalho.

Aos amigos da Oficina: Frazão, Vavá, Zezinho e Paulino. Mesmo com os diversos

contratempos, tiveram boa vontade, ajudando no desenvolvimento do trabalho.

À todos os meus professores, que mesmo inconscientemente me ensinaram algo e me

transmitiram valores importantíssimos.

Agradeço aos amigos do Aerodesign, em especial: Antônio e Almeres. Forneceram-

me apoio e amizade nos passos iniciais.

À Túlio e a Flank, pela amizade incondicional e pelos conselhos.

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Agradeço enormemente aos amigos do Labmetrol: Alexandro, Henrique, Tanaka,

Jean, Fabrício, Felipe, Raiff, Rita e Dabney. A cada um deles devo muito. Serão sempre

lembrados. Um agradecimento especial à Alex, que teve uma paciência e uma amizade

exemplar comigo.

À CAPES e ao CNPQ pelo apoio financeiro.

Enfim, agradeço à todos aqueles que me ajudaram, de uma forma ou de outra, a chegar

ao fim do Mestrado. Obrigada à todos!

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Resumo

Quedas que resultam em fratura de quadril na população idosa são um importante

problema de saúde mundial. Elas podem requerer um longo tempo de cuidado, e ocasionar

morbi-mortalidade. O objetivo deste trabalho é desenvolver protetores de quadril com

estrutura de compósito e testá-los por meio de um dispositivo de testes que simula a

articulação do quadril e onde é aplicada uma energia de impacto de aproximadamente 120 J.

Os protetores foram desenvolvidos com compósitos de resina de poliéster e dois tipos de

reforços: fibra de vidro e fibra de curauá. De acordo com os resultados dos testes, protetores

com três, quatro e cinco camadas de fibra de vidro não apresentaram fratura perceptiva após o

ensaio. Em relação aos protetores com quatro e cinco camadas de vidro, os com três camadas

de vidro são mais eficientes, levando vantagem, também, em relação ao protetor com fibra de

curauá. A adição de EVA (Etileno Vinil Acetato), na composição dos compósitos, aumentou

de forma significativa a resistência ao impacto, na região impactada pelo pêndulo. Desse

modo, os protetores de compósitos mostram-se aptos mecanicamente, impedindo que a força

de impacto atinja o trocânter maior artificial. A força é, então, distribuída aos tecidos

adjacentes do trocânter maior. Somado isso, o uso de compósitos permite que o processo de

moldagem seja realizado em diferentes formas, o que admite, inclusive, a fabricação de

órteses “sob medida”, de acordo com o biotipo do usuário.

Palavras-chaves: compósito, protetores de quadril, quedas e idosos.

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Abstract

Falls that result in hip fracture in the elderly population are a major problem for

world health. They may require a long time to care, and lead to morbi-mortality. The

objective of this work is to develop hip protectors with a composite structure and test

them through a testing device that simulates the hip joint and where it is applied an

impact energy of about 120 J. The protectors were developed with polyester resin and

two types of reinforcements: glass fiber and curauá fiber. According to the experimental

results, protectors with three, four and five layers of glass fiber did not present major

fractures after the impact tests. But when the combination of mechanical efficiency and

lightness, is considered, those with three layers of glass proved to be the most effective,

even when compared to curauá fiber reinforced composite protectors. As EVA

(Ethylene Vinyl Acetate) was added to the composite, the impact strength increased

significantly, in the impacted region. Thus, the composites protectors are mechanically

efficient, impeding the impact force from reaching the greater trochanter. The force is

then distributed to the tissues surrounding the greater trochanter. In addition, the use of

composite materials enables the molding process in various geometries, which allows

the manufacture of custom-made ortheses, according to the biotype of the user.

Key-words: composites, hip protector, falls and elderly.

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SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 13

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................... 16

2.1 Articulação do Quadril.............................................................................................. 16

2.1.1 Movimentos da Articulação do Quadril........................................................... 20

2.2 Fratura do Quadril .................................................................................................... 21

2.3 Protetores de Quadril ................................................................................................ 27

2.3.1 Testes Mecânicos de Protetores de Quadril ..................................................... 30

2.3.2 Aspectos Geométricos e Materiais dos Protetores de Quadril .......................... 31

2.4 Materiais Compósitos ............................................................................................... 36

2.4.1 Fatores de Influência nas Propriedades dos Compósitos Poliméricos............... 38

2.4.2 Fibra de Curauá............................................................................................... 40

3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL............................................................................ 42

3.1 Desenvolvimento do Dispositivo para Ensaio de Impacto ......................................... 42

3.2 Definição de Material e Geometria dos Protetores de Quadril ................................... 47

3.3 Processo de Fabricação dos Protetores de Quadril – Corpos-de-Prova....................... 49

3.3.1 Preparação dos Moldes ................................................................................... 49

3.3.2 Confecção dos Protetores de Quadril............................................................... 52

3.3.2.1 Corpo-de-prova com duas camadas de fibra de vidro........................... 53

3.3.2.2 Corpo-de-prova com três camadas de fibra de vidro ............................ 56

3.3.2.3 Corpo-de-prova com quatro camadas de fibra de vidro........................ 56

3.3.2.4 Corpo-de-prova com cinco camadas de fibra de vidro ......................... 56

3.3.2.5 Corpo-de-prova com uma camada de fibra de vidro e EVA................. 56

3.3.2.6 Corpo-de-prova com uma camada de fibra de vidro e uma camada

de fibra de curauá................................................................................. 57

3.4 Ensaios dos Corpos-de-Prova.................................................................................... 59

3.5 Análise dos Corpos-de-Prova Ensaiados ................................................................... 60

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES.................................................................................... 61

4.1 Resultados e Discussões sobre a Geometria do Molde .............................................. 61

4.2 Resultados e Discussão dos Testes de Impacto.......................................................... 64

4.2.1 Protetores com duas camadas de fibra de vidro ............................................... 65

4.2.2 Protetores com três, quatro e cinco camadas de fibra de vidro ......................... 68

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4.2.3 Protetores com uma camada de fibra de vidro e seis gramas de EVA .............. 70

4.2.4 Protetores com uma camada de fibra de vidro e uma camada de fibra de

curauá .................................................................................................................................. 72

4.3 Resumo dos Resultados de Impacto .......................................................................... 74

4.4 Resultado e Discussão da Pesagem dos Protetores .................................................... 75

5 CONCLUSÕES ............................................................................................................... 77

REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 79

APÊNDICE 1 – Processo de calibração do dispositivo de impacto ....................................... 88

APÊNDICE 2 – Procedimento de calibração de células de carga utilizando Spider8 e

catmanEasy.......................................................................................................................... 98

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LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1: Articulação do quadril com a cabeça do fêmur desarticulada .............................. 17

Figura 2.2: Articulação do quadril em vista anterior ............................................................. 18

Figura 2.3: Articulação do quadril em vista posterior .......................................................... 19

Figura 2.4: Esquema da articulação do quadril enfocando as principais bursas ..................... 20

Figura 2.5: Movimento da articulação do quadril ................................................................. 21

Figura 2.6: Fratura de quadril no colo femural ..................................................................... 22

Figura 2.7: Fraturas Intertrocantéricas .................................................................................. 23

Figura 2.8: Fraturas subtrocantéricas .................................................................................... 23

Figura 2.9: Esquema representativo do funcionamento dos protetores de quadril.................. 28

Figura 2.10: Tipos de protetores de quadril .......................................................................... 29

Figura 2.11: Fixação dos protetores de quadril ..................................................................... 30

Figura 2.12: Vistas frontais e laterais dos protetores KPH1 e KPH2 .................................... 34

Figura 2.13: Resistência Mecânica com a densidade............................................................. 38

Figura 2.14: Plantação de curauá no sítio Urucurana no Amazonas ...................................... 40

Figura 2.15: Fibra de curauá................................................................................................. 41

Figura 3.1: Sistema de teste de impacto para os protetores de quadril ................................... 43

Figura 3.2: Detalhe da mola que representa a rigidez do quadril ........................................... 44

Figura 3.3: Detalhe da escala para medição ângular da posição do pêndulo .......................... 45

Figura 3.4: Detalhe da região superior da máquina de ensaio com o pêndulo de impacto

e os sistema de freio à disco ................................................................................................. 46

Figura 3.5: Etapas de fabricação dos corpos-de-prova .......................................................... 47

Figura 3.6: Demosntração da espuma polimérica no protetor de quadril ............................... 48

Figura 3.7: Aspectos Geométricos do Protetor de Quadril KPH2.......................................... 49

Figura 3.8: Aspectos Geométricos dos moldes desenvolvidos .............................................. 50

Figura 3.9: Pré-molde com a primeira camada de resina....................................................... 51

Figura 3.10: Confecção do molde poliéster/fibra de vidro..................................................... 51

Figura 3.11: Moldes dos protetores de quadril ...................................................................... 52

Figura 3.12: Preparação para a primeira camada de resina.................................................... 53

Figura 3.13: Esquema demonstrativo da impregnação de fibra de vidro................................ 53

Figura 3.14: Esquema demonstrativo da colocação do tecido de poliamida .......................... 54

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Figura 3.15: Colocação do feltro .......................................................................................... 54

Figura 3.16: Colocação do conjunto no saco de vácuo.......................................................... 55

Figura 3.17: Desmoldagem da peça com auxílio de um compressor ..................................... 55

Figura 3.18: Preparação para tornar a fibra uniforme............................................................ 58

Figura 3.19: Manta da fibra de curauá .................................................................................. 58

Figura 4.1: Fotos das fraturas dos dois tipos de protetores ensaiados .................................... 63

Figura 4.2: Demonstração da fratura: de maneira macroscópica e microscopia no MEV....... 66

Figura 4.3: Interface fibra/matriz com boa aderência............................................................ 67

Figura 4.4: Interface apresentando trincas na matriz ............................................................. 68

Figura 4.5: Protetor com três camadas de fibra de vidro ....................................................... 69

Figura 4.6: Protetor com quatro camadas de fibra de vidro ................................................... 69

Figura 4.7: Protetor com cinco camadas de fibra de vidro..................................................... 70

Figura 4.8: Protetor com uma camada de fibra de vidro + 6 g de resíduo de EVA................. 71

Figura 4.9: Protetor com uma camada de fibra de vidro + uma camada de fibra de

curauá .................................................................................................................................. 73

Figura A1: Esquema do pêndulo de impacto em seu trajeto.................................................. 89

Figura A2: Relação entre as dimensões do pêndulo .............................................................. 90

Figura A3: Posição de impacto do sistema de teste............................................................... 91

Figura A4: Determinação da massa do pêndulo .................................................................... 93

Figura A5: Ensaio para obtenção dos ângulos finais ............................................................. 94

Figura A6: Apresentação da escala de ângulo na fimadora digital ........................................ 95

Figura A7: Ângulo inicial e final na calibração da perda de energia por atrito ...................... 95

Figura A8: Esquema do procedimento de calibração da célula de carga................................ 97

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LISTA DE TABELAS

Tabela 4.1: Força de impacto registrada pela célula de carga................................................ 74

Tabela 4.2: Massa dos protetores.......................................................................................... 75

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1 Introdução

Um dos problemas de saúde mais comuns na população geriátrica são as

fraturas ósseas, em particular a fratura de terço proximal do fêmur, na área articular do

quadril. Em muitos casos, estas fraturas causam um grande impacto na saúde do idoso,

com repercussões na sua capacidade funcional e expectativa de vida. Tais fraturas

também representam um importante problema médico-social, uma vez que exercem

forte impacto sobre o sistema de saúde, em virtude dos seus altos custos referentes ao

tratamento hospitalar e cuidados assistenciais de médio e longo prazo. Considerando

que as fraturas proximais de fêmur podem ser caracterizadas como uma das principais,

se não a principal conseqüência das quedas em idosos, é possível afirmar que essa

condição aumenta drasticamente à medida que a população brasileira envelhece

(NABHANI et al., 2002).

A gravidade clínica da fratura de quadril, bem como, seus custos medicinais,

justificam a necessidade urgente do desenvolvimento de medidas preventivas, que

possam evitar este tipo de fratura na população senil. Entre estas medidas, encontra-se a

adoção de políticas de saúde voltadas para a prática de atividade física e reabilitação,

bem como a elaboração de dispositivos mecânicos que possam prevenir a fratura da

articulação do quadril em idosos (KANNUS et al., 1999).

Dentre os dispositivos mecânicos com ação eficaz comprovada na prevenção

de fraturas de quadril em idosos, destacam-se os chamados “Protetores de Quadril”.

Trata-se de um par de órteses que, posicionadas através de cintas ou acessórios no nível

da articulação do quadril, protegem esta articulação em situações de queda,

amortecendo o impacto sobre o terço proximal do fêmur e estabilizando a articulação do

quadril (KANNUS et al., 1999). Ao longo dos últimos cinco anos, vários trabalhos

publicados na literatura têm demonstrado a eficácia deste dispositivo na redução do

número de fraturas na população idosa, principalmente entre aqueles indivíduos com

avançada fragilidade física e funcional∗ (PARKKARI et al., 1999; KANNUS et al.,

1999; KANNUS et al., 2000 e NABHANI et al., 2002).

Os protetores de quadril comercializados atualmente no Brasil são importados

e apresentam um preço elevado para a maioria da população. Além disso, o “design” do

∗ Fragilidade das estruturas ósseas e musculares que afetam as atividades do cotidiano.

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produto não atende plenamente aos padrões antropométricos∗∗ do idoso brasileiro, que

possui, em geral, um quadril mais largo quando comparado com os padrões europeus.

Existe, então, uma necessidade de desenvolvimento de um produto nacional, elaborado

com materiais duráveis e de baixo custo, e que apresente um projeto que garanta a

proteção do quadril e, ao mesmo tempo apresente, um desenho funcional que facilite a

adesão por parte da população idosa quanto ao seu uso.

Do ponto de vista do desenvolvimento dos protetores de quadril, a definição do

material mais adequado para a obtenção do produto desejado, deve englobar uma série

de fatores, incluindo desde a relação da densidade com a resistência mecânica, até a

relação do projeto com o processo de fabricação. As propriedades mecânicas dos

materiais são fundamentais para o projeto de um protetor de quadril, já que estes

componentes são submetidos a forças de intensidades e direções variáveis, devendo

garantir a proteção sem que sua integridade estrutural seja afetada. Dessa forma, uma

das grandes vantagens da aplicação de compósitos como material base dar-se devido a

combinação da sua alta resistência mecânica com sua baixa densidade. A possibilidade

de obtenção de propriedades mecânicas específicas de acordo com as necessidades de

projeto faz dos compósitos, então, uma opção interessante para esta aplicação. Destaca-

se ainda, que estes materiais podem ser projetados com boa resistência elétrica, térmica

e química.

O principal objetivo deste trabalho é desenvolver e avaliar órteses fabricadas

em compósitos para a prevenção de fraturas na articulação do quadril em pessoas

idosas. Como objetivos específicos destacam-se: desenvolver e fabricar um sistema de

ensaios que simula quedas em um quadril humano; estudar diferentes composições de

materiais para órteses ensaiadas; definir a melhor geometria para a órtese, verificar a

ocorrência de fratura nas mesmas e avaliar essas fraturas.

A fabricação de protetores com compósitos, quando comparado aos protetores

comerciais, pode resultar em componentes de menor custo além de gerar uma economia

relacionada com sua importação. Além disso, o compósito permite que as órteses

possam ser fabricadas sob-medida, de acordo com o biotipo do usuário. Desse modo,

espera-se que a utilização desses protetores como prática preventiva em asilos, hospitais

e na comunidade em geral, produza uma redução nos casos de fraturas de quadril entre

∗∗ Padrões relativos às dimensões das diversas partes do corpo humano.

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idosos, e conseqüentemente, uma redução considerável dos custos com serviços de

saúde para esta população.

Com relação ao corpo do trabalho, este foi dividido em quatro partes

principais. No capítulo seguinte encontra-se uma revisão da literatura sobre articulação

do quadril, fraturas de quadril, protetores de quadril e materiais compósitos. Em

seguida, no procedimento experimental, estão descritos todos os materiais utilizados, o

processo de fabricação dos protótipos de protetor de quadril e os ensaios realizados. No

capítulo subseqüente são apresentados os resultados obtidos nos ensaios e as discussões

pertinentes. Por fim, no último capítulo estão as principais conclusões do trabalho.

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2 Revisão Bibliográfica

Neste capítulo será apresentada uma revisão da literatura a respeito dos

seguintes temas: articulação do quadril, fraturas de quadril e dispositivos que possam

prevenir essa fratura (protetores de quadril). Por fim, será apresentada uma seção sobre

materiais compósitos e a aplicação destes na área biomédica. Tais materiais estão no

foco da atenção deste trabalho, no que tange o desenvolvimento de protetores de

quadril.

2.1 Articulação do Quadril

A articulação do quadril é a articulação proximal do membro inferior que une o

fêmur à pelve (Figuras 2.1, 2.2 e 2.3). Todavia, geralmente, não é possível identificá-la

com precisão, pois se encontra em meio a grandes massas musculares, o que a torna

dificilmente perceptível ao toque. A articulação do quadril é multiaxial (poliaxial), do

tipo sinovial esferoidal, sendo formada pela cabeça esférica (convexa) do fêmur (logo

acima do colo femural) e pela cavidade do acetábulo em forma de taça (côncava). Tal

conformação oferece ampla mobilidade e grande estabilidade, que também é assegurada

pela cápsula fibrosa e pelos grupos musculares. Embora a articulação do quadril seja

capaz de realizar movimentos de forma similar à articulação do ombro, sua amplitude

articular (de mobilidade) é sacrificada em virtude da estabilidade (MAGEE, 1987;

NORM E HANSON, 1998 e BALDERSTON et al, 1996). A articulação é funcional no

suporte do peso corporal tanto estático quanto dinâmico. Tal articulação transfere,

assim, a carga do peso de toda a estrutura corporal para o membro inferior e, por sua

vez, transfere os esforços propulsivos do membro inferior para o tronco. Desta forma, a

bacia está firmemente fixada à coluna vertebral e a forma anatômica foi desenvolvida

para dar essa estabilidade (BALDERSTON et al, 1996).

O colo femoral forma um ângulo de 125° a 140° com o fêmur. Duas

proeminências ósseas se projetam do colo femoral: o trocânter maior, situado

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lateralmente, onde se inserem muitos dos músculos glúteos, e o trocânter menor, situado

medialmente, onde se inserem os flexores do quadril.

Figura 2.1. Articulação do quadril com a cabeça do fêmur desarticulada. Fonte:

NETTER, Frank H. Atlas de Anatomia Humana. 2ed. Porto Alegre: Artmed, 2000.

Os trocânteres são unidos anteriormente pela linha intertrocantérica e

posteriormente pela crista intertrocantérica (BALDERSTON et al, 1996).

O acetábulo é formado pela união do ílio, ísquio e púbis. Ao contrário da fossa

glenóide da escápula, que é rasa, o acetábulo é mais profundo e, portanto, oferece

estabilidade intrínseca à articulação. Além disso, sua margem é coberta por

fibrocartilagem, o lábio do acetábulo, que aumenta a profundidade da cavidade e a

estabilidade articular. A margem inferior do acetábulo ou incisura acetabular é coberta

pelo ligamento acetabular transverso e permite a passagem do ligamento redondo que

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contém um pequeno ramo da artéria obturatória, responsável pelo suprimento sangüíneo

da fóvea (BALDERSTON et al, 1996).

Figura 2.2. Articulação do quadril em vista anterior. Fonte: NETTER, Frank H.. Atlas

de Anatomia Humana. 2ed. Porto Alegre: Artmed, 2000.

A superfície externa da cápsula articular fibrosa é coberta por três fortes

ligamentos: o iliofemoral, o isquiofemoral e o pubofemoral (Figuras 2.2 e 2.3). Desses,

o iliofemoral é o mais forte e o mais importante. Encontra-se relaxado na flexão e tenso

na extensão, prevenindo, dessa forma, a extensão excessiva do quadril, além de ajudar a

manter a postura ereta.

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Figura 2.3. Articulação do quadril em vista posterior. Fonte: NETTER, Frank H.. Atlas

de Anatomia Humana. 2ed. Porto Alegre: Artmed, 2000.

Muitas bursas são encontradas na região do quadril (Figura 2.4). Bursas são

bolsas com líquido lubrificante que auxiliam as estruturas a mover-se apropriadamente,

diminuindo o atrito e facilitando as ações. Essas bolsas reduzem a fricção e se houver

edema ou irritação produzem a dor e a bursite. As três mais importantes clinicamente

são: a trocantérica, entre o glúteo máximo e a face posterolateral do trocânter maior; a

iliopsoas, entre o tendão do psoas e a cápsula articular, lateral aos vasos femorais; e a

isquioglútea, entre o glúteo máximo e a tuberosidade isquiática (KLIPPEL e DIEPPE,

1998).

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Figura 2.4. Esquema da articulação do quadril, enfocando as principais bursas.

Na maioria dos indivíduos, a artéria circunflexa femoral medial, que é ramo da

artéria femoral comum, é responsável pela irrigação da cabeça e colo femorais. A

fratura do colo femoral pode interromper este suprimento sangüíneo, levando à

osteonecrose (KLIPPEL e DIEPPE, 1998).

2.1.1 Movimentos da Articulação do Quadril

Os movimentos da articulação do quadril estão mostrados na Figura 2.5. A

amplitude média de movimentos do quadril é a seguinte (NORM e HANSON, 1998):

• Flexão (0° - 120°): consiste em levar a coxa em direção anterior, de encontro ao

abdome (Figura 2.5 a)). Movimento considerado normal: 110° - 120°.

• Abdução (0° - 50°): consiste em afastar o membro inferior da linha média

(Figura 2.5 b)). Movimento considerado normal: 30° - 50°.

• Adução (0° - 30°): consiste em cruzar a linha média com o membro inferior

(Figura 2.5 c)). Movimento considerado normal: 30°.

• Rotação interna (0° - 40°) e Rotação externa (0 - 60°): utiliza-se a perna como

referência para as medidas, girando-se o membro inferior interna e externamente

(Figura 2.5 d)) e (Figura 2.5 e)). Movimento considerado normal para rotação

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interna: 30° - 40°. Movimento considerado normal para rotação externa: 40° -

60°.

• Extensão (0° - 30°): é feita com o paciente em decúbito ventral, elevando-se a

coxa da superfície da mesa de exame, mantendo-se o joelho levemente fletido

(Figura 2.5 f)). Movimento considerado normal: 10° - 15°.

Obs.: As rotações também podem ser avaliadas com o quadril em extensão

(NORM e HANSON, 1998).

a) Flexão b) Abdução c)Adução

d) Rotação interna e) Rotação externa f) Extensão

Figura 2.5. Movimentos da articulação do quadril.

Fonte: http://www.fmrp.usp.br/ral/quadril.htm (PICADO, 2007).

2.2 Fratura de Quadril

A fratura de quadril caracteriza-se, geralmente, por uma fratura de fêmur

proximal, mais especificamente no colo femoral, devido a distribuição de energia pelo

fêmur, em casos de quedas, e também, pela menor área que o colo femoral representa no

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fêmur. Entretanto, as lesões em tal região são divididas em três categorias, de acordo

com a área anatômica em que elas ocorrem, sendo denominadas fraturas de colo

femoral, fraturas intertrocantéricas e fraturas subtrocantéricas (ZUCKERMAN, 1996).

As fraturas de colo femoral (Figura 2.6) são localizadas na área distal da

cabeça do fêmur, proximal aos trocânteres maior e menor, e são consideradas fraturas

intracapsulares, uma vez que são localizadas dentro da cápsula articular do quadril.

Estas características anatômicas têm importantes implicações para a consolidação de

fraturas. Fraturas nesta área, particularmente algumas envolvendo grandes

deslocamentos, podem interromper o suprimento sanguíneo na cabeça femoral e são,

por isso, associadas a uma incidência maior de complicações no que tange a

consolidação (osteonecrose da cabeça do fêmur) (ZUCKERMAN, 1996).

Figura 2.6. Fratura de quadril no colo femoral. Fonte:

http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.hipsaver.com.au/images/fractur

e2.jpg&imgrefurl=http://www.hipsaver.com.

Fraturas intertrocantéricas (Figura 2.7), ocorrem numa região bem

vascularizada entre os trocânteres maior e menor, e são fraturas extracapsulares que não

interferem no suprimento sanguíneo para o fêmur proximal. Por isso, estas fraturas não

estão associadas com as complicações de consolidação, características das fraturas de

colo de fêmur. As complicações mais comuns das fraturas intertrocantéricas são

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malformação e encurtamento como resultado de forças de deformação e a qualidade

comprometida do osso na área de fêmur proximal. As fraturas de colo do fêmur e

intertrocantéricas representam mais de 90% das fraturas de quadril, ocorrendo em

proporções aproximadamente iguais (ZUCKERMAN, 1996).

Figura 2.7. Fraturas Intertrocantéricas. Fonte:

http://www.wgate.com.br/conteudo/medicinaesaude/fisioterapia/traumato/femur.

Fraturas subtrocantéricas (Figura 2.8) são tipos que ocorrem somente abaixo do

trocânter menor e representam os 5 a 10% remanescentes (ZUCKERMAN, 1996).

Figura 2.8. Fraturas subtrocantéricas. Fonte:

http://www.wgate.com.br/conteudo/medicinaesaude/fisioterapia/traumato/femur.

As fraturas de quadril, particularmente em pessoas idosas, resultam em

problemas que se estendem desde lesões ortopédicas, até comprometimentos sérios que

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necessitam de tratamento nas áreas da medicina, reabilitação (fisioterapia), psiquiatria, e

trabalho social. (ZUCKERMAN, 1996).

O aumento crescente da expectativa de vida da população mundial tem

contribuído para o aumento das doenças crônico-degenerativas na população idosa. A

osteoporose assume especial atenção por se tratar de uma doença com alta prevalência

entre os idosos, pelo risco maior de fraturas e pelo alto custo relacionado ao tratamento

clínico-cirúrgico, tornando-a um grave problema de saúde pública.

Dentre os vários locais de fratura, as que ocorrem no quadril são as que

apresentam maior impacto na morbidade e maior taxa de mortalidade, principalmente na

população idosa. Estimativas apontam que no ano de 2050 ocorrerão aproximadamente

6,5 milhões de fratura de quadril em todo mundo (COOPER, 1999). A expectativa de

vida dos pacientes que sofrem esse tipo de fratura é reduzida em 15 a 20 %, com um

maior número de óbitos ocorrendo nos primeiros seis meses após o evento e as taxas de

mortalidade variando de 15 a 50 % no primeiro ano (FITZPATRICK et al., 2001 e

LEIBSON et al., 2002).

A incapacidade física total ou parcial após a fratura é um outro grande

problema, chegando a 50 % dos pacientes confinados ao leito ou à cadeira de rodas e 25

a 35 % daqueles que conseguem retornar ao domicílio precisam de assistência especial

ou algum dispositivo para auxiliar a locomoção (CUMMINGS e MELTON, 2002).

A incidência de fratura de quadril varia muito nas diversas regiões do mundo,

com taxas em mulheres e homens acima de sessenta anos, respectivamente, variando de

3 e 0,7/10 mil em Siena, Itália; até 122 e 50,1/10 mil em Oslo, Noruega (BACON et al.,

1996; MAUTALEN e PIMARINO, 1997 e PUMARINO et al., 1997). Estudos

anteriores mostraram que na América do Sul, as taxas anuais de incidência de fratura de

quadril em mulheres acima de cinqüenta anos variam de 9,4/10 mil na Venezuela a

44,9/10 mil no Chile (BACON et al., 1996; MAUTALEN e PIMARINO, 1997 e

PUMARINO et al., 1997).

Nos Estados Unidos a incidência estimada de fraturas de quadril é 80 para cada

100.000 habitantes. Os aumentos na incidência com a idade duplicam a cada década

depois dos 50 anos, que é duas ou três vezes maior em mulheres que em homens. A

incidência também é duas ou três vezes maior na mulher de cor branca que na mulher

não-branca. Outros fatores de risco para as fraturas de quadril incluem uma história

familiar de fraturas de quadril, consumo excessivo de álcool e cafeína, inatividade

física, baixo peso corporal, alta estatura, fratura prévia de quadril, uso de certos

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medicamentos psicotrópicos, residência em instituição (asilo), déficit visual, e

demência. A osteoporose é também um importante fator, porque diminui a resistência

óssea para as lesões, e aproximadamente 90 % das fraturas de quadril nos idosos

resultam de uma simples queda. Além disso, as características da queda (direção, local

de impacto, e resposta protetora) são fatores importantes que influenciam no risco de

fraturas de quadril (ZUCKERMAN, 1996).

No Brasil, existem poucos estudos publicados relativos à incidência de fraturas

de quadril. Dentre os mais significativos, destacam-se dois estudos realizados em

cidades do interior das regiões Sudeste e Nordeste do país, ambos de natureza

retrospectiva. De acordo com um desses estudos, a taxa de incidência de fraturas de

quadril para pessoas acima de sessenta anos de idade na cidade de Marília, situada no

Estado de São Paulo, em 1995, foi de 50,03/10 mil para o sexo feminino e de 18,73/10

mil para o sexo masculino (KOMATSU et al., 1999). No outro estudo realizado na

cidade de Sobral, Ceará, entre os anos de 1996 a 2000, as taxas anuais para pessoas

acima de sessenta anos foram de 20,7/10 mil para mulheres e 8,9/10 mil para homens

(ROCHA e RIBEIRO, 2003).

A determinação da incidência de fratura de quadril é algo complexo que

depende de uma gama de fatores. Assim, em vários países e mesmo em várias

localidades dentro de um mesmo país, os estudos revelam grande variabilidade nas

taxas, levando-se a suspeitar de vários fatores que explicassem tais diferenças,

principalmente os genéticos, climáticos, étnico-culturais, antropométricos e geográficos

(SILVEIRA, 2005). O conhecimento desses fatores em cada população poderia ajudar

os gestores das políticas de saúde a tomarem medidas preventivas com o objetivo de se

reduzir uma condição com grande impacto epidemiológico e econômico.

Na cidade de Natal/RN, um estudo realizado de 01 de novembro de 2001 à 31

de novembro de 2002, revelou, em uma população acima de 60 anos, que a taxa de

incidência bruta anual de fratura proximal do fêmur é de 33,78/10.000 habitantes, sendo

de 19,61/10.000 habitantes para o sexo masculino e 43,04/10.000 habitantes para o

feminino. Isso mostra que a incidência da fratura em Natal é baixa quando comparada

com outras cidades do Brasil, entretanto, tal taxa é relevante e deve ser levada em

consideração para o desenvolvimento de políticas que tendam a diminuir esta taxa

(VIANA, 2005).

O Brasil é um país de grande extensão geográfica, com variações climáticas e

de exposição solar, formado por populações de diferentes origens raciais com distintos

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estilos de vida e características antropométricas. Assim, é de altíssima complexidade

definir em exato os fatores responsáveis pela incidência da fratura de quadril no Brasil,

como também definir os padrões antropométricos do idoso brasileiro e das demais

variantes que interferem na fratura de quadril (SILVEIRA, 2005).

Considerando apenas os pacientes acima de sessenta anos, com maior risco de

fraturas associadas à osteoporose, a incidência anual de fratura de quadril na cidade de

Fortaleza nos anos de 2001/2002 para o sexo masculino foi de 13,00/10 mil habitantes e

para o sexo feminino foi de 27,50/10 mil habitantes (SILVEIRA, 2005). Na cidade de

Marília, em 1995, a taxa calculada para mesma faixa etária foi de 18,73/10 mil para o

sexo masculino e de 50,03/10 mil para o sexo feminino (KOMATSU et al., 1999). Na

cidade de Sobral, nos anos de 1996/2000, a incidência anual no sexo masculino foi de

8,90/10 mil e no sexo feminino de 20,70/10 mil habitantes (ROCHA e RIBEIRO,

2003).

Comparando-se as três taxas de incidência de populações brasileiras, observa-

se que parece existir um gradiente de incidência, com as menores taxas de fraturas de

quadril em cidades do Nordeste brasileiro (Sobral e Fortaleza) e a maior em cidades do

Sudeste do Brasil. Esse gradiente possivelmente é influenciado pelas condições

climáticas das duas regiões estudadas. O Estado do Ceará localiza-se um pouco abaixo

da linha do Equador, numa posição nitidamente tropical e, portanto, recebe maior

influência da luz solar e temperaturas mais altas. As cidades de Sobral e Fortaleza

localizam-se, respectivamente, 3° de latitude sul e 40° de longitude leste, com

temperaturas médias anuais de 26 e 27°C e influência solar a maior parte do ano,

propiciando menor confinamento dentro do domicílio pela ausência de períodos de

inverno rigoroso e dessa forma, maior exposição à luz solar e maior ação da vitamina D

no metabolismo ósseo. Já a Região Sudeste do país onde se encontra Marília, fica mais

distante da linha do Equador, apresentando temperaturas mais baixas, com períodos de

inverno e menor influência da luz solar (SILVEIRA, 2005).

Além das diferenças climáticas entre as regiões, outros fatores que poderiam

explicar as diferentes taxas encontradas são os genéticos e raciais. Enquanto o Nordeste

brasileiro apresenta grande contingente de pessoas miscigenadas com influência

genética dos índios, negros e também de portugueses, a região sudeste recebeu mais

influência dos povos europeus durante sua colonização, principalmente portugueses e

italianos, e também de japoneses. Além disso, a população do nordeste brasileiro

apresenta características antropométricas diferentes da Região Sudeste, sendo os

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nordestinos, em geral, mais baixos que os indivíduos da Região Sudeste (SILVEIRA,

2005). A participação destes fatores climáticos, genéticos e raciais, no entanto, são

meramente especulativos, necessitando- se da realização de outros estudos para

confirmar ou não estas impressões (SILVEIRA, 2005).

No contexto mundial, a incidência de fratura do quadril também é bastante

variável e influenciada por diversos fatores. Na Europa, é observado um gradiente de

incidência de fraturas do norte para o sul, com taxas maiores na Suécia e Noruega

quando comparadas às taxas nas cidades em torno do Mar Mediterrâneo. Um estudo

comparando peso e índice de massa corporal (IMC) dos indivíduos de Oslo com

indivíduos de outras regiões da Europa encontrou que os primeiros (tanto homens

quanto mulheres) são mais altos e apresentam IMC menores que os segundos (MEYER,

1995).

A menor incidência de fratura do quadril descrita no mundo foi em Siena,

Itália, com uma taxa em pacientes acima de sessenta anos de 3/10 mil habitantes para

sexo feminino e 0,7/10 mil habitantes para sexo masculino, nos anos de 1975 – 1985

(AGNUSDEI, 1993). Um estudo mostrou que, em Siena, o consumo de drogas que

agem no metabolismo ósseo era alto, particularmente cálcio e calcitonina, tanto nas

mulheres com fratura de quadril quanto nos controles, podendo, tal fato, ser considerado

um dos motivos que poderia influenciar a baixa incidência de fratura do quadril nessa

cidade (KANIS, 1992).

2.3 Protetores de Quadril

Em muitos casos, fraturas de quadril são conseqüências de quedas, que

tipicamente ocorrem de maneira póstero-lateral, isto é, partindo da posição inicial

(apoio bipodal), a queda acontecerá lateralmente e inclinadamente para trás. Tais quedas

acarretam uma direção e força de impacto voltada para o quadril (CUMMINGS et al.,

1994; GREENSPAN et al., 1994; MERILAINEN et al., 2002; PARKKARI et al., 1999;

SCHWARTZ et al., 1998 e WEI et al, 2001). Um estudo mostrou que 25% das quedas

laterais em pessoas idosas causam fratura de quadril (KANNUS et al., 1999).

As fraturas proximais de fêmur podem ser inseridas como uma das principais

conseqüências das quedas em idosos. Essa condição está aumentando drasticamente à

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medida que a população envelhece (ELFFORS, 1998). A gravidade clínica da fratura de

quadril, bem como seus custos e conseqüências na qualidade de vida dos pacientes,

apontam para a necessidade do desenvolvimento e adoção de medidas preventivas, que

possam evitar este tipo de fratura, especialmente na população senil. Dentre estas

medidas preventivas destaca-se a utilização de dispositivos mecânicos de proteção que

possam prevenir a fratura da articulação de quadril em idosos.

Protetores de quadril consistem de um par de órteses que, posicionadas através

de cintas ou acessórios no nível da articulação do quadril, protegem esta articulação

durante quedas, amortecendo o impacto sobre o terço proximal do fêmur e estabilizando

a articulação (CAMERON et al., 2001; KELLER et al., 2004; SHEEHAN, 2001 e

TIDEIKSAAR, 2001).

Os protetores, de modo geral, são usados para proteger a articulação do quadril

em casos de cargas de impacto na área do trocânter maior (Figura 2.9). O primeiro

protetor de quadril que se tem notícia foi proposto em 1988 e consistia de uma borracha

de silicone especial (WORTBERG et al., 1988). Desde então, diversas alternativas

surgiram, tal como, o uso de “airbags” ou sistemas de “almofadas” contendo fluido

(CHARPENTIER et al., 1996).

Figura 2.9. Esquema representativo do funcionamento dos protetores de quadril. Fonte:

http://images.google.com.br/images?svnum=10&hl=pt-BR&gbv=2&q=hip+protector.

Atualmente, esses protetores são construídos principalmente na forma de

almofadas macias para absorção da energia de impacto ou de escudos rígidos visando à

distribuição dessa energia para os tecidos moles circundantes em áreas adjacentes,

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evitando assim, a sua concentração na área do trocânter maior (Figuras 2.10 e 2.11). Há

ainda protetores que combinam essas duas configurações.

A efetividade dos protetores de quadril tem sido investigada por testes

mecânicos e estudos clínicos de caso-controle. Embora a maioria das triagens clínicas

reportem resultados positivos no uso de protetores de quadril (HARADA et al., 2001;

LAURITZE et al., 1993; EKMAN et al., 1997 e KANNUS et al., 2000), observações

críticas, relativas não apenas a aceitação e ao uso adequado, mas também a efetividade

dos protetores de quadril, podem ser encontradas em muitos estudos recentes

(CAMERON et al., 2001 e VAN SCHOOR et al., 2003).

Figura 2.10. Tipos de protetores de quadril. Fonte:

http://images.google.com.br/images?svnum=10&hl=pt-BR&gbv=2&q=hip+protector.

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Figura 2.11. Fixação dos protetores de quadril. Fonte:

http://images.google.com.br/images?svnum=10&hl=pt-BR&gbv=2&q=hip+protector.

Os protetores de quadril comercializados atualmente no Brasil são importados

com um preço elevado e apresentam uma geometria que não atende plenamente aos

padrões antropométricos do idoso brasileiro. Segundo pesquisas em páginas da internet

os protetores variam de aproximadamente 35 dólares até 130 dólares, podendo sofrer

variações de acordo com a roupa que se queira adequar ao protetor. Existe, então, uma

demanda pelo desenvolvimento de um produto nacional, elaborado com materiais de

relativo baixo custo e com um projeto que facilite a adesão por parte da população idosa

quanto ao seu uso.

2.3.1 Testes Mecânicos de Protetores de Quadril

Testes mecânicos são uma importante ferramenta para comprovar a eficácia de

protetores de quadril e para dar suporte ao desenvolvimento e aplicação otimizada de

materiais e desenhos do produto. Em alguns estudos prévios, a condição de impacto tem

sido simulada baseada em dados biomecânicos (ROBINOVITCH et al., 1995;

PARKKARI at al., 1995; MILLS, 1996 e NABHANI et al., 2002). A maioria dos

protetores de quadril funciona utilizando os princípios de absorção e/ou distribuição de

energia. Os protetores de quadril devem atenuar a energia de impacto para abaixo do

limite de fratura e são mais eficazes quando combinam distribuição e absorção de

energia (NABHANI e BAMFORD, 2002).

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Nos experimentos de impactos encontrados na literatura, com energia elevada,

a faixa de energia varia desde 74,6 J (SIEGFRIED et al., 2005) até 132 J (PARKKARI

et al., 1995). Foram encontradas também 110J (KANNUS et al., 1999) e 120 J

(ROBINOVITCH et al., 1995 e NABHANI e BAMFORD, 2002). A energia de 120 J é

considerada a mais adequada, por simular quedas, com elevada energia, que ocorrem

tanto em jovens (adultos jovens) quanto em idosos (KANNUS et al., 1999 e NABHANI

e BAMFORD, 2002).

Sistemas de testes publicados na literatura têm usado diferentes princípios de

aplicação de carga (testes de queda ou testes de pêndulo de impacto) e os parâmetros de

ensaios têm variado amplamente, no que diz respeito às propriedades mecânicas e a

geometria do quadril humano que é utilizado. Em alguns testes com pêndulo de impacto

(PARKKARI et al., 1995; ROBINOVITCH et al., 1995), a rigidez e a umidade da

pélvis foram simuladas pelo uso de molas e borrachas, respectivamente. Espuma de

polietileno foi usada para simular os tecidos moles trocantéricos. Em outros trabalhos

(MILLS, 1996; NABHANI e BAMFORD, 2002), elastomêros serviram como tecidos

moles apoiados em uma base rígida para testes de queda de peso. Formas de quadril

com superfície geométrica realística (ROBINOVITCH et al, 1995), formas cilíndricas

(MILLS, 1996) ou apenas uma pequena sessão do quadril (NABHANI e BAMFORD,

2002), têm sido utilizadas. Todos os métodos descritos utilizaram uma célula de carga

uniaxial para determinar a capacidade de atenuação de força dos protetores de quadril

em testes de impacto.

Mesmo com um protetor eficaz do ponto de vista de amortecimento mecânico,

o efeito de proteção do quadril está obviamente relacionado com a utilização do mesmo.

Logo, o melhoramento da conformidade com a pele do usuário e do conforto dos

protetores podem tornar-se efeitos profiláticos importantes contra a fratura do quadril

(NORTON, 1999).

2.3.2 Aspectos Geométricos e Materiais dos Protetores de Quadril

Os protetores de quadril com configuração de escudos rígidos devem ser

projetados com geometria mais convexa que a topografia da região trocantérica,

deixando, claramente, um espaço entre a pele que se encontra sobre a ponta do trocânter

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maior e a parte interna correspondente no protetor (margem de segurança). Com o

protetor em uso, essa distância deve estar entre 1,0 e 3,5cm, com variação dependente

da composição do corpo (KANNUS et al., 1999). Com isto, evita-se o contato entre o

trocânter e a armação do protetor em situações de queda e, assim, o protetor pode atuar

distribuindo a energia de impacto aos tecidos que cercam o fêmur proximal.

A forma do protetor deve ser projetada de modo a imitar anatomicamente a

topografia da superfície da pélvis (KANNUS et al., 1999). Um trabalho de pesquisa

anterior (KANNUS et al., 1999) indicou, como medidas ideais, um comprimento de

aproximadamente 19,0 cm e largura máxima 8,5 cm. A altura máxima do dispositivo

deve ser 3,5 cm. A espessura depende do material utilizado e/ou do material de

distribuição de energia que também pode compor a órtese.

Na prática clínica, os protetores de quadril podem ser colocados em bolsos de

roupas especialmente projetadas, fabricadas em material têxtil elástico, com o intuito de

evitar o mau posicionamento que provocaria déficits na proteção do quadril, além de

desconfortos ocasionados por pressões de interface que passarão a existir caso o mesmo

não esteja adequadamente posicionado.

Em caso de mau posicionamento dos protetores rígidos, o contorno do protetor

pode se posicionar sobre o trocânter, em situações de movimento do trocânter maior

durante a flexão do quadril. Nestas situações, comparando-se apenas os protetores

macios e rígidos, a transferência de carga ocorre através do material diretamente ligado

ao trocânter maior, sendo melhor a forma macia que apenas a forma de armação dura.

Entretanto, com uma combinação de materiais rígidos e macios, este efeito negativo

estaria minimizado, devido à existência de um material de absorção de impacto

(material macio). Embora exista uma distância entre a pele que cobre a área do trocânter

maior e a superfície interna do protetor, é recomendável a aplicação de um material

macio entre o escudo rígido e a área trocantérica, para fornecer um maior conforto ao

usuário e diminuir ainda mais a propensão de pressões de interface (contorno do

protetor).

Os protetores de quadril são projetados para reduzir a probabilidade de fraturas

de quadril quando uma pessoa cai. Fraturas de quadril derivadas de quedas são causadas

por uma força aplicada no trocânter maior no momento do impacto. O valor limite para

a fratura do fêmur é de 2,5 kN. Essa força de impacto é determinada pela velocidade,

massa efetiva, dureza da superfície de impacto e o efeito de amortecimento natural do

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corpo (MILLS, 1996). O efeito de amortecimento natural do corpo é significativamente

afetado pela tensão dos músculos e espessura do tecido sub-cutâneo que cobre o quadril.

A tensão dos músculos afeta muito a força máxima de impacto

(ROBINOVITCH et al., 1995). Se o músculo está tenso, a força de impacto será

aumentada, visto que a energia é focada sobre a área óssea. A espessura do tecido sub-

cutâneo que cobre o quadril também tem um grande efeito na força de impacto. Tecidos

macios humanos exibem um comportamento não linear quando submetidos a

compressão (MILLS, 1996). Para se ter um exemplo, caso haja, um aumento da

espessura da pele de 5 para 20 mm produzir-se-á 40% de redução na atenuação da força

transmitida para o trocânter maior (ROBINOVITCH et al., 1995). Isto tem mostrado

que existe uma redução de risco de fratura de quadril em mulheres idosas que

apresentam sobrepeso ou são obesas (MINNS et al., 2001 e KROONRNBERG et al.,

1993).

A maioria dos protetores de quadril funciona utilizando os princípios de

absorção ou distribuição de energia. Um estudo demonstrou que apenas os protetores de

quadril que atenuem a energia de impacto para abaixo do limite de fratura são eficazes,

principalmente, quando combinam a energia desviada e a energia absorvida

(ROBINOVITCH et al., 1995). Este dispositivo, denominado protetor de combinação,

consiste de um material macio flexível que é utilizado para absorver a energia de

impacto e um mais rígido (armação), que distribui a energia nos tecidos locais.

Protetores de combinação são projetados de modo a prevenir ou evitar que a área sobre

o trocânter maior entre em contato com a superfície de impacto. O componente de

absorção de energia absorverá uma porcentagem da energia de impacto, com o resto

sendo desviada para a periferia da almofada visando à absorção pelos tecidos moles

locais (NABHANI, 2002).

Sob o ponto de vista do formato da armação rígida que caracteriza alguns

protetores de quadril ou fazem parte da composição dos mesmos, a forma mais

adequada, em relação à conformação do protetor, segue os padrões dos dispositivos

denominados KPH (Figura 2.12), os quais foram avaliados e testados (KANNUS et al.,

1999).

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Figura 2.12. Vistas frontais e laterais dos protetores KPH1 e KPH2. Fonte: (KANNUS

et al., 1999).

Nos anos 80 e 90, diversas tentativas foram feitas para caracterizar a

capacidade de atenuação da força de sistemas de amortecimento do quadril

(LAURITZEN et al.,1992 e SELLBERG et al., 1992). Entretanto, estes primeiros

experimentos não simularam corretamente as forças e condições reais de impacto. Mais

recentemente, a capacidade de atenuação de força de sete sistemas de amortecimento do

quadril (protetores) foi testada sob condições simuladas de queda com impacto

(ROBINOVITCH et al., 1995). Uma grande redução na força máxima de impacto

femoral foi fornecida por uma almofada que distribuía a energia (65% de redução) e

esta propriedade foi claramente melhor que a redução de força fornecida pela melhor

almofada de absorção de energia (aproximadamente 33% de redução).

As propriedades de atenuação de força de diferentes materiais de protetores

trocantéricos foram determinadas usando energias de impacto simuladas e levando em

conta a massa efetiva, a rigidez, e a umidade do corpo durante o impacto (PARKKARI

et al., 1994). Os dados obtidos indicaram que, usando espessuras razoáveis de vários

materiais de amortecimento de quadril (protetores) era possível reduzir a força femoral

de impacto para abaixo do limite teórico de fratura. A primeira fase do trabalho

(PARKKARI et al., 1994) resultou no desenvolvimento de um protetor de quadril de

distribuição de energia (protetor de quadril KPH, Cruz vermelha de serviços ortopédicos

da Finlândia, Helsíquia, Finlândia) que atenuaria e distribuiria efetivamente a energia de

impacto, em uma situação típica de queda lateral de idosos, para fora do trocânter

maior. Em uma segunda fase, houve a determinação da capacidade de atenuação da

força de impacto em simulações “in vitro” de condições de quedas em indivíduos idosos

(PARKKARI et al., 1994).

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Resultados de testes biomecânicos indicaram que o amortecimento da cúpula

formada pelo escudo de polietileno do protetor KPH fornece uma efetiva atenuação da

força de impacto em simulações de quedas para os lados em pessoas idosas. Mais tarde,

visando melhorar a conformidade (conforto e aderência) do usuário, a convexidade do

protetor foi reduzida e a nova configuração do protetor foi denominada KPH2 (Figura

2.12) (KANNUS, et al., 1999).

A margem de segurança deve ser suficiente para prevenir o contato entre a pele

acima do trocânter e a armação do protetor em situações de queda. Assim, o protetor

pode distribuir a energia de impacto aos tecidos que cercam o fêmur proximal. O

protetor de quadril original KPH1 foi projetado para cobrir o trocânter maior e para

distribuir a energia de impacto para fora do trocânter maior e absorver em parte esta

energia durante situações de quedas póstero-laterais (PARKKARI et al., 1995). O

comprimento do protetor KPH1 é 19,0 cm, e a largura máxima 9,0 cm. A altura máxima

no meio do dispositivo é 4,5 cm. O escudo exterior é feito em polietileno semiflexível

de alta densidade de 3 mm de espessura e a parte interna de absorção de energia de 12

mm de espessura de Plastazote (espuma porosa de polietileno) (KANNUS, et al., 1999).

Para melhorar a aceitabilidade e o conforto das pessoas idosas para o uso

regular de um protetor que distribui a energia do quadril, a convexidade do protetor de

polietileno do KPH1 foi reduzida de modo que a altura máxima no meio do dispositivo

KPH2 fosse 3,5cm (4,5 cm para KPH1) e a margem de segurança acima mencionada

1,0 – 1,5 cm, respectivamente. O comprimento do KPH2 é também de 19,0 cm e a

largura máxima é 8,5 cm (KPH1 9,0 cm) (KANNUS, et al.,1999). Dentre vários

protetores testados, com forças resultantes de média a elevada energia de impacto, os

protetores KPH1 e KPH2 apresentaram resultados claramente melhores que os demais

(Safehip e Safetypants).

Os bons resultados dos protetores KPHs podem ser compreendidos pela sua

estrutura convexa. A atenuação de força característica dos protetores KPH confere,

sobretudo, a abordagem de distribuição de energia, isto é, o escudo é anatomicamente

projetado para distribuir uma grande quantidade de energia de impacto para fora do

trocânter maior dentro de uma grande área nos arredores da pélvis e do fêmur. Além

disso, o material mais efetivo de absorção de energia é unido ao escudo do protetor de

modo que os de KPH operem também através da simples absorção de energia de

impacto (KANNUS, et al.,1999).

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A maioria dos protetores de quadril funciona de acordo com os princípios de

absorção e/ou distribuição de energia. Um estudo anterior (NABHANI et al., 2002),

mostra que a produção de protetores de quadril que atenuem a força de impacto para

abaixo do limite de fratura (2,5 kN) é possível pela combinação de absorção e

distribuição de energia.

É imprescindível levar em consideração o conforto dos usuários dessas órteses,

uma vez que muitos deles acabam não utilizando os protetores de quadril convencionais

por considerá-los desconfortáveis. Isto ocorre devido não só a questão estética (os

protetores, na sua maioria, são grandes e pesados), mas, sobretudo, pelas pressões de

interface, ou seja, pressão elevada na pele sobre o trocânter maior que pode levar ao

surgimento de escaras ou aumento de desconforto.

2.4 Materiais Compósitos

Para o desenvolvimento de protetores de quadril, a definição dos materiais

deve envolver vários aspectos que incluem propriedades mecânicas (resistência ao

impacto), propriedades físicas (densidade), facilidade de adaptação do processo de

fabricação para produção de componentes “sob medida”, além do custo. Neste, sentido,

os compósitos de matriz polimérica oferecem um grande potencial já que as suas

propriedades podem ser ajustadas de acordo com as necessidades do produto.

De maneira geral, o termo material composto ou compósito é utilizado para

designar uma combinação de dois ou mais materiais que diferem em forma e/ou

composição, e são separados por uma interface. Os componentes que formam um

compósito para fins estruturais são designados por matriz e reforço (ANTEQUERA,

1991).

Materiais compostos podem ser classificados de acordo com sua formação em

(FELIPE, 1997):

• Compostos de fibras: formado por fibras distribuídas na matriz.

• Laminado composto: formado por camadas de diferentes materiais.

• Composto particulado: formado por partículas distribuídas na matriz.

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Outros autores classificam materiais compostos de acordo com a fase dispersa

em (HULL, 1989):

• Fibrosos: as fibras podem ser contínuas ou curtas com orientação

definida ou aleatória;

• Particulados: partículas (esféricas, planas, elipsoidais, irregulares)

dispersas na matriz;

• Híbridos: Mistura de dois ou mais componentes em forma de fibras ou

partículas, ou os dois ao mesmo tempo.

De forma geral, os constituintes dos compósitos têm funções distintas e seus

componentes estruturais podem ser fibrosos ou em forma de partículas. As matrizes

poliméricas podem ser termoplásticas ou termofíxas. A interface reforço-matriz também

desempenha um importante papel para os materiais compósitos, exercendo grande

influência nas propriedades finais (MANO, 1991).

A definição do tipo de reforço é muito importante, pois além de produzir

grande impacto nas propriedades finais do compósito, tem também grande importância

no custo final do produto. Muitas vezes, utiliza-se mais de um tipo de reforço com o

objetivo de se obter propriedades únicas e/ou reduzir custos, formando uma combinação

híbrida (FONSECA, 1998).

Uma das grandes vantagens dos compósitos está na combinação de baixa

densidade com alta resistência mecânica. Na Figura 2.13 pode-se observar a relação

entre resistência mecânica e a densidade dos materiais. Verifica-se claramente a

vantagem dos compósitos em relação aos metais e aos polímeros. No caso de órteses e

próteses, o peso do componente é de extrema importância, visto que a biomecânica

corpórea pode ser dificultada pela adição de peso, e, portanto a utilização de materiais

de baixa densidade é recomendável.

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38

Figura 2.13. Resistência mecânica com a densidade.

Fonte: Baseado na Carta – 43579_04.Engineering - Materials Selection in Mechanical

Design – Ashby.

Materiais compósitos podem ser desenvolvidos com propriedades específicas,

de acordo com as necessidades de projeto. Através da combinação de materiais

específicos e do controle das proporções dos mesmos, tem-se a possibilidade da

manipulação de grandes gamas de aspectos dos materiais, tais como: resistência estática

e à fadiga, rigidez, resistência à corrosão e abrasão, temperatura de trabalho, dureza e

ductilidade, aparência estética, custo e leveza (SILVA et al., 2003). Esta versatilidade

faz dos compósitos uma opção atrativa para a produção de protetores de quadril.

2.4.1 Fatores de Influência nas Propriedades dos Compósitos

Poliméricos

São vários os fatores que influenciam o comportamento mecânico dos

compósitos. Desde o processo de fabricação utilizado, à forma com que os

carregamentos são aplicados, ao mecanismo de dano desenvolvido, à presença de

condições adversas de umidade e temperatura, às respectivas frações de volume e às

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propriedades da interface, além das propriedades dos elementos constituintes

(AQUINO, 1998; NASCIMENTO e AQUINO, 1996; TAVARES e AQUINO, 1999).

A umidade é um fator que pode exercer grande influência no desempenho dos

compósitos. Isso porque a absorção de água pode reduzir de forma significativa as

propriedades mecânicas do material, como a tensão de ruptura e o módulo de

elasticidade. Em compósitos usados, por exemplo, em embalagens, construção civil e

em tratamento de água residual, a absorção de água é um fator bastante importante, pois

pode alterar as propriedades físicas e mecânicas desses materiais, afetando a estrutura

da matriz e da interface fibra-matriz. Perda de estabilidade dimensional e mudanças nas

propriedades mecânicas e elétricas são exemplos que ocorrem em conseqüência da

absorção de água (SREEKALA, 2002).

Outro fator de grande impacto nas propriedades é a configuração do compósito,

ou seja, a forma com que as fibras e matriz estão arranjadas. Para a determinação das

propriedades do material leva-se em consideração a orientação e o comprimento das

fibras, além da quantidade de camadas do laminado. Estes fatores influenciam a

distribuição das tensões quando o compósito é submetido a carregamentos externos

(HERAKOVICH, 1997 e NAKAMURA, 2000).

A aplicação de carregamentos mecânicos em componentes de compósitos pode

dar origem a danos. O dano pode ser definido como um prejuízo ocorrido nas

propriedades mecânicas do material durante o carregamento. Dentre os principais tipos

de danos encontrados nesses materiais estão a fissuração na matriz, ruptura de fibras,

descolamento da interface fibra-matriz e delaminação (desaderência entre as camadas

do compósito na forma de laminado) (FREIRE, 2001).

Defeitos no processo de fabricação também causam efeitos danosos no

material, como a presença de microvazios, ou bolhas, que afetam significativamente a

resistência ao cisalhamento. Os microvazios podem agir como concentradores de

tensões, reduzindo as propriedades mecânicas dos compósitos. Na área biomédica,

envolvendo órteses e próteses, falhas na fabricação do compósito levam, quando não a

fratura (quebra do dispositivo), a alterações na biomecânica corporal, visto que o

organismo tende a compensar determinados “desarranjos” com alterações em outras

estruturas, as quais podem ou não estar ligadas diretamente com o dispositivo. Assim,

uma delaminação na estrutura de uma prótese de membro inferior biarticular, pode

provocar um desequilíbrio no arranjo corporal, o qual será compensado com curvaturas

na coluna e inclinações pélvicas laterais, ocasionando fortes alterações biomecânicas,

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podendo promover pontos álgicos e em casos mais graves até contraturas e

deformidades (LIN e JANG, 1990).

2.4.2 Fibra de Curauá

Uma das fibras com grande potencial para fabricação de compósitos destinados

a órteses e próteses é a fibra de curauá. O curauá (Ananas erectifolius) (Figura 2.14) é

uma planta amazônica da mesma família do abacaxi e lembra o sisal na aparência. A

fibra de curauá é muito macia ao tato, possuindo também, como principal característica,

uma grande resistência mecânica. Essa propriedade faz dela uma substituta natural da

fibra de vidro na produção de compósitos (FERREIRA, 2005; GAZETA, 2005;

ROMERO, 2005 e FIBRA, 2005). Neste caso, a fibra de curauá além de ser obtida de

fontes naturais renováveis e ser biodegradável, tem um custo inferior e densidade menor

que a fibra de vidro, a qual demanda um alto consumo energético para ser produzida e

implica em maior agressão ambiental (ROMERO, 2005).

Figura 2.14. Plantação de curauá no Sítio Urucurana em Santo Antônio do Tauá –

Amazonas. Fonte: http://images.google.com.br/images?hl=pt-

BR&q=fibra+de+curau%C3%A1&btnG=Pesquisar+imagens.&gbv=2.

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O interesse pelas fibras de curauá (Figura 2.15) originou-se da observação do

uso desse material pelos índios da região amazônica na fabricação de cordas, redes de

dormir e linhas de pesca. Contudo, os novos compósitos resultantes desta fibra vegetal

resumem-se, por enquanto, a poucos itens, uma vez que a matéria-prima disponível

ainda não atende a demanda e estudos ainda estão sendo realizados para a determinação

das propriedades dessas fibras (FERREIRA, 2005; GAZETA, 2005; ROMERO, 2005 e

FIBRA, 2005).

Figura 2.15. Fibras de Curauá. Fonte: www.dem.ufrn.br/~ltc/img/ufrn_08.jpg.

Um estudo comparativo comprovou que o plástico reforçado com a fibra de

curauá é mais leve que aquele reforçado com fibra de vidro. Dessa forma, há uma

ampliação no campo de aplicação dessas fibras, visto que, peças produzidas com a fibra

vegetal tendem a ser mais leves, reduzindo o peso total e o consumo energético de seu

uso, além de possuírem vantagem ambiental (ROMERO, 2005).

Portanto, com essas propriedades, a fibra de curauá torna-se uma forte

candidata para fabricação de compósitos direcionados ao desenvolvimento de órtese

para a proteção do quadril.

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3 Desenvolvimento Experimental

Neste capítulo será abordado o desenvolvimento do sistema de testes para

ensaios de impacto dos protetores de quadril, como também os métodos de fabricação

dos protetores e os procedimentos de teste.

3.1 Desenvolvimento do Dispositivo para Ensaios de Impacto

Para a avaliação mecânica dos protetores de quadril foi necessário o

desenvolvimento de um dispositivo de ensaio. O sistema de testes desenvolvido é

composto por um pêndulo para aplicação de impacto, uma “pélvis artificial” (trocânter

maior) para simular uma pélvis humana, e um transdutor de força para a medição da

força de impacto (célula de carga) (Figura 3.1). A massa efetiva do pêndulo foi de 24,66

kg para a aplicação de aproximadamente 120 J na chamada pélvis artificial,

considerando-se uma velocidade de impacto de 3,12 m/s, determinada pela equação da

energia cinética.

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a)

b)

Figura 3.1. Sistema de teste de impacto para os protetores de quadril.

Liberando-se o pêndulo de uma altura determinada, uma carga de

impacto é aplicada em uma peça metálica com a geometria de um trocânter maior

(trocânter maior artificial). A base de fixação do trocânter artificial foi montada com

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uma mola de aço com constante elástica de 77,5 ± 3,9 kN/m (Figura 3.2) para simular a

rigidez do quadril humano (KANNUS et al, 1999). Para simular a deformação dos

tecidos moles da região do quadril, foi utilizada uma placa de elastômero com espessura

uniforme de 20 mm. Tal borracha foi colocada em todo o contorno em que o protetor se

apóia. Apesar da espessura dos tecidos moles ser variável nos indivíduos, a espessura da

borracha garante a absorção de 22% da força aplicada (conforme testes realizados), o

que representa a absorção média dos tecidos moles circundantes do quadril, de acordo

com dados de estudos publicados na literatura (KANNUS et al, 1999).

Figura 3.2. Detalhe da mola que representa a rigidez do quadril humano.

Uma célula de carga modelo BK2 de fabricação da FLINTEC e com

capacidade de 2000 kgf (19,61 kN) foi utilizada para a medição da força de impacto. A

pélvis artificial de alumínio foi fixada na célula de carga para a medição da força de

impacto, a qual é medida com e sem os protetores de quadril para a determinação da

eficácia dos protetores. Para um protetor ser considerado eficaz, a célula de carga não

deve registrar uma força maior que 2,5 kN, quando submetido a uma energia de impacto

de 120 J. Este seria o limite seguro de força de impacto para que não haja fratura de

quadril. (ROBINOVITCH et al., 1995; NABHANI e BAMFORD, 2002 e KANNUS et

al., 1999).

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A fixação da célula de carga na máquina de ensaio foi realizada por meio de

dois parafusos. Na mesma célula, em seu local indicado para receber forças de impacto,

o trocânter maior de alumínio é rosqueado. Acima do conjunto da célula de carga mais

trocânter, e sem que haja interligação direta com a estrutura de tal conjunto, foi

colocada uma peça de aço com o objetivo de dar sustentação aos protetores de quadril

que foram testados. Cobrindo todo esse sistema (célula + trocânter + peça de aço) é

colocada a borracha que simula os tecidos moles circundantes do quadril, absorvendo

22% da força de impacto. Os protetores de quadril são, então, fixados na borracha para

receber o impacto fornecido pelo pêndulo, e posteriormente, a célula de carga registrará

a força que o trocânter artificial recebeu durante a simulação de queda de alto impacto.

Os sinais oriundos da célula de carga foram coletados por um equipamento

denominado Spider 8 da HBM. Os dados de força em função do tempo foram

analisados em uma planilha de cálculo.

Uma escala para medição de ângulo foi colocada no equipamento de testes

(Figura 3.3) para permitir a determinação da altura do pêndulo em relação a posição de

impacto. Um sistema de freio à disco foi também adaptado ao equipamento para

permitir a retenção do pêndulo na posição inicial e impedir que mais de um impacto

fosse aplicado em um único protetor (Figura 3.4).

Figura 3.3. Detalhe da escala para medição angular da posição do pêndulo.

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O procedimento de calibração do dispositivo de impacto desenvolvido está

apresentado no Apêndice 1.

Figura 3.4. Detalhe da região superior máquina de ensaio com o pêndulo de impacto e o

sistema de freio a disco.

Para os ensaios de impacto, foram produzidas 30 peças em liga de alumínio

(trocânter maior artificial), pelo processo de fundição. Um fêmur humano foi utilizado

na produção do molde. O processo de fundição das peças em alumínio está apresentado

na Figura 3.5.

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a) b)

Figura 3.5. Etapas de fabricação dos corpos-de-prova. a) impressão do trocânter

maior em uma caixa de argila; b) corpos-de-prova de alumínio.

3.2 Definição de Material e Geometria dos Protetores de Quadril

De acordo com a revisão da literatura, os protetores mais adequados são os

chamados de “combinação”, isto é, protetores que combinam dois tipos de materiais

(macios e rígidos) e, consequentemente, duas propriedades para reduzir o impacto

(distribuição e absorção). Sendo assim, optou-se pelo desenvolvimento de um protetor

de combinação em que a parte interna (em contato com a pele) foi um material macio.

Essa opção se adequa também pela questão da confortabilidade, uma vez que um

escudo rígido em contato com a pele poderia provocar irritação, desconforto e pressões

de interface.

O material macio utilizado no desenvolvimento do protetor foi uma espuma

polimérica com espessura de 10 mm, conhecida comercialmente como “espuma

tropical” (Figura 3.6).

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a) b)

Figura 3.6. Demonstração da espuma polimérica no protetor de quadril: a) vista interna

do protetor; b) vista lateral do protetor.

O escudo rígido do protetor, responsável pela distribuição de energia, foi

construído em compósito, devido as características físicas e mecânicas que tornam este

material uma excelente opção para tal aplicação. Além disso, o compósito permite que o

processo de moldagem dos produtos seja realizado em diferentes formas, permitindo,

inclusive, a fabricação de órteses “sob medida”, de acordo com o biotipo do usuário.

Assim sendo, a obtenção de propriedades mecânicas específicas com

características desejadas, por parte do material composto, propiciará a sua aplicabilidade

na área dos protetores de quadril, uma vez que é viável realizar o controle da qualidade,

da quantidade e do tipo dos elementos dos compósitos, como também seu processo de

fabricação ou moldagem.

A geometria do protetor de quadril foi definida com base na revisão da literatura,

e, desse modo, o protetor desenvolvido é similar, em sua conformação, ao protetor

comercialmente conhecido como KPH2 (KANNUS et al, 1999) (Figura 3.7). É

importante ressaltar que o protetor foi desenvolvido enfocando tanto a distribuição de

energia, trabalhando com um material mais rígido, quanto à absorção de energia, sendo

utilizado um material macio.

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Figura 3.7. Aspectos geométricos do protetor de quadril KPH2.

3.3 Processo de Fabricação dos Protetores de Quadril –

Corpos-de-Prova

O procedimento geral para a fabricação dos corpos-de-prova baseia-se no

processo conhecido como “hand lay up”, ou seja, a fabricação dos protetores foi feita de

maneira manual. Cada protetor foi composto de um escudo rígido de compósito, sendo

este formado por fibra e resina, e um material macio, descrito na seção 3.2.

3.3.1 Preparação dos Moldes

Posteriormente à definição dos aspectos materiais e de configurações do

protetor, foi necessária a preparação de um pré-molde, para que houvesse a obtenção de

um molde e, consequentemente, dos protetores. O pré-molde foi fabricado em madeira

e, para se ter uma melhor definição do efeito da geometria nas propriedades mecânicas

do protetor, foram desenvolvidos dois pré-moldes, os quais deram origem a dois moldes

com geometrias diferentes.

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O primeiro pré-molde e, conseqüentemente, o primeiro molde tem os seguintes

aspectos geométricos: 10 cm de largura máxima; 19,3 cm de comprimento e 2,6 cm de

altura máxima. Já o segundo pré-molde e, consequentemente, o segundo molde tem os

seguintes aspectos geométricos: 9,7 cm de largura máxima; 19 cm de comprimento e

3,0 cm de altura máxima (Figura 3.8).

a) b)

Figura 3.8. Aspectos geométricos dos moldes desenvolvidos: a) aspecto geométrico do

molde 1; b) aspecto geométrico do molde 2.

Com a obtenção dos pré-moldes de madeira, foram realizadas as confecções dos

moldes. O processo inicia-se com a aplicação da cera desmoldante (cera de carnaúba)

sobre o pré-molde, para facilitar a desmoldagem da peça. Depois da cera desmoldante,

aplicou-se uma camada de resina poliéster, visando a cobertura geral do pré-molde

(Figura 3.9). Para a preparação da resina foram utilizados: 300 g de resina poliéster

ortoftálica; 10,6 g de aerosil (≅ 3,5%), para aumentar a viscosidade da resina e para

melhorara trabalhabillidade; e 3 g de catalisador (1%).

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Figura 3.9. Pré-molde com a primeira camada de resina.

Após a cura da camada de resina, 5 camadas de manta de fibra de vidro são

impregnadas com resina de poliéster sobre o pré-molde (Figura 3.10). Para a

impregnação da manta de fibra de vidro foram utilizados 200 g de resina com 1% de

catalisador. Dessa forma, foram utilizados, para a fabricação do molde, os seguintes

materiais:

• 300 g de resina + 3 g de catalisador + 10,6 g de aerosil (3,53 %) ⇒ Para a

primeira camada de resina.

• 200 g de resina + 2 g de catalisador + 5 camadas de manta de fibra de vidro ⇒

Para a camada de resina poliéster com manta de fibra de vidro.

(a) (b)

Figura 3.10. Confecção do molde de poliéster/fibra de vidro. (a) e (b): Impregnação das

camadas de fibra de vidro.

Após a colocação das camadas de fibra de vidro e a cura da resina, fez-se a

desmoldagem da peça. Em seguida foi realizado o acabamento do molde com lixas 220,

400, 1200 e posterior polimento com cera automotiva. (Figura 3.11).

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(a) (b)

Figura 3.11. Moldes dos protetores de quadril. (a): Molde 1. (b): Molde 2.

3.3.2 Confecção dos Protetores de Quadril

Os corpos-de-prova foram desenvolvidos a partir dos moldes e de acordo com

a definição do reforço: fibra de vidro ou fibra de curauá ou uma combinação de

reforços, ou ainda, partículas de EVA (Etileno Vinil Acetato) que foram adicionadas

como carga em algumas peças fabricadas. Aplicou-se vácuo na produção de todos os

corpos-de-prova para minimizar a presença de bolhas de ar, as quais são responsáveis

por falhas (danos) no material.

As combinações ensaiadas foram as seguintes:

• Duas camadas de manta de fibra de vidro + 100 g de resina poliéster.

• Três camadas de manta de fibra de vidro + 100 g de resina poliéster.

• Quatro camadas de manta de fibra de vidro + 150 g de resina poliéster.

• Cinco camadas de manta de fibra de vidro + 150 g de resina poliéster.

• Uma camada de manta de fibra de vidro + 6 g de EVA + 100 g de

resina poliéster.

• Uma camada de manta de fibra de vidro + uma camada de manta de

fibra de curauá + 100 g de resina poliéster.

Para a fabricação dos protetores, aplicou-se, inicialmente, a cera desmoldante

no molde (Figura 3.12). Com a cera já seca (aproximadamente 10 minutos), fez-se a

preparação de todo o material a ser utilizado.

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3.3.2.1 Corpo-de-prova com duas camadas de fibra de vidro.

Foram utilizadas 100 g de resina poliéster para a impregnação de duas camadas

de manta de fibra de vidro. Posteriormente, a resina é aplicada no molde e a primeira

camada de fibra de vidro é impregnada, com auxílio de um pincel.

a) b)

Figura 3.12. Preparação para a primeira camada de resina. (a): Colocação da cera

desmoldante. (b): Aplicação da resina no molde.

Após essa primeira impregnação é feita a colocação da segunda camada de

resina e de fibra de vidro com sua completa impregnação (Figura 3.13).

a) b)

Figura 3.13. Esquema demonstrativo da impregnação da fibra de vidro: a) processo inicial da

impreganação; b) processo final.

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Com o término da colocação das fibras de vidro, é realizada a colocação de um

tecido de poliamida e de camadas de feltro para permitir a aplicação de vácuo. (Figura

3.14 e 3.15).

Figura 3.14. Esquema demonstrativo da colocação do tecido de poliamida.

Figura 3.15. Colocação do feltro.

Sobre a camada de feltro é colocado um saco de vácuo vedado com massa de

calafetar. Uma bomba de vácuo é conectada ao sistema, para a aplicação de vácuo

(Figura 3.16).

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a) b)

Figura 3.16. Colocação do conjunto no saco de vácuo: a) colocação inicial; b) vácuo

“completo”.

Após a cura da resina, iniciou-se o processo de desmoldagem da peça, o qual

pode dar-se através do auxílio de um compressor (Figura 3.17).

a) b)

Figura 3.17. Desmoldagem da peça com auxílio de um compressor: a) peça

pronta para a desmoldagem; b) desmoldagem com o auxílio do compressor.

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3.3.2.2 Corpo-de-prova com três camadas de fibra de vidro.

Os corpos-de-prova com três camadas de fibra de vidro foram desenvolvidos

também com 100 g de resina poliéster. Inicialmente, a resina foi colocada no molde e

deu-se início ao processo descrito no item 3.3.2.1, ou seja, o processo é similar ao da

fabricação dos protetores com duas camadas de fibra de vidro. A diferença básica entre

esses processos é a quantidade de camadas, que ao invés de serem duas, serão

impregnadas três camadas de fibra de vidro, sendo a resina (100 g) dividida em três

partes iguais para a impregnação das três camadas de manta de fibra de vidro.

3.3.2.3 Corpo-de-prova com quatro camadas de fibra de vidro.

Os corpos-de-prova com quatro camadas de fibra de vidro foram desenvolvidos

com 150 g de resina poliéster. As quatro camadas de fibra de vidro foram impregnadas

com a resina (150 g) dividida em quatro partes iguais.

Esse corpo-de-prova foi eleito como padrão para a escolha do molde mais

adequado, devido a sua estrutura apresentar rigidez superior quando comparado aos

protetores de duas e três camadas e a espessura ser inferior ao protetor de cinco

camadas.

3.3.2.4 Corpo-de-prova com cinco camadas de fibra de vidro.

Os corpos-de-prova desenvolvidos com cinco camadas de fibra de vidro foram

obtidos através da impregnação das cinco mantas de fibra com 150 g de resina poliéster.

O processo é similar ao da fabricação dos protetores descritos anteriormente.

3.3.2.5 Corpo-de-prova com uma camada de fibra de vidro e EVA.

Os corpos-de-prova com fibra de vidro (uma camada) e EVA (Etileno Vinil

Acetato) foram obtidos com processo semelhante à fabricação dos protetores com duas

camadas de manta de fibra de vidro.

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Entretanto, inicialmente, antes da colocação da resina no molde, foram

misturados 6g de EVA à 50 g de resina poliéster e 1% de catalisador (0,5 g). Esta

“mistura” foi colocada no molde. Posteriormente, a camada de manta de fibra de vidro

foi colocada sobre a mistura de “resina + EVA” e impregnada com o restante da resina

poliéster já catalisada (50 g resina + 0,5 g catalisador). A partir de então os processos

seguiram as mesmas etapas já descritas (aplicação do tecido de poliamida, do feltro e do

vácuo).

Desse modo, no total, foram aplicadas 100g de resina poliéster, adicionada 1%

de catalisador (1 g), e impregnada uma camada de manta de fibra de vidro e 6g de EVA.

A escolha pela aplicação do EVA deu-se devido as suas propriedades elásticas

e aplicações nas áreas que necessitam de amortecimento, como em solados de tênis.

Além disso, seu resíduo da fabricação de tênis é grande poluente para o meio ambiente.

Dessa forma, se aplicado na fabricação de compósitos pode produzir um material de

baixíssimo custo e uma redução da poluição. Já a escolha pela quantidade de 6 g de

EVA (12%) foi devida a aplicação de uma quantidade máxima do material de modo a

não prejudicar o escoamento da resina, uma vez que o processo de fabricação dos

corpos-de-prova deu-se de maneira manual.

3.3.2.6 Corpo-de-prova com uma camada de fibra de vidro e uma camada de

fibra de curauá.

Os corpos-de-prova com fibra de vidro (uma camada) e fibra de curauá (uma

camada) foram obtidos com processos semelhantes à fabricação dos protetores com

duas camadas de manta de fibra de vidro.

Entretanto, foi necessária a preparação da fibra de curauá, que é recebida na

forma “bruta”, sendo preciso a realização dos seguintes processos:

a) Preparação para tornar a fibra uniforme: esse processo consta de pentear

as fibras em partes, de maneira a deixá-las lisas e desembaraçadas (Figura

3.18).

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a) b)

Figura 3.18. Preparação para tornar a fibra uniforme.

b) Posteriormente, as pontas dos “agrupamentos de fibras penteadas” são

cortadas, visando a uniformidade das fibras (Figura 3.18).

c) Obtenção de manta de curauá: inicialmente foi pesada uma camada de

manta de fibra de vidro utilizada no desenvolvimento dos protetores. O peso

obtido serviu como parâmetro para a obtenção da manta de curauá. Logo, as

fibras já uniformizadas foram picotadas/cortadas com 1 cm, até o peso referido,

e foram, então, dispostas de modo aleatório em uma área aproximada de 20 ×

28 cm (Figura 3.19). A partir de então, esta manta foi utilizada de modo

similar a manta de fibra de vidro, para o desenvolvimento dos corpos-de-prova.

a) b)

Figura 3.19. Manta da fibra de curauá.

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Após a preparação do curauá, deu-se inicio ao processo da fabricação dos

protetores. Cem gramas (100 g) de resina poliéster somado a 1 g de catalisador foram

divididos em duas partes iguais de modo que a primeira metade serviu para impregnar a

fibra de curauá no molde e a segunda metade para impregnar a fibra de vidro. A partir

de então os processos seguiram as mesmas etapas já descritas.

O curauá não foi usado isoladamente (apenas fibra de curauá), porque nos

testes realizados, observou-se que o mesmo não retém a resina, fazendo com que o

arcabouço de compósito não apresentasse a forma e rigidez necessárias. Sendo assim,

foi necessária a combinação da fibra de curauá com a fibra de vidro.

3.4 Ensaios dos Corpos-de-Prova

Os corpos-de-prova foram colocados no dispositivo de ensaios desenvolvido e,

após, sua fixação foi aplicada uma energia de impacto de 120 J. Após a calibraçlão do

dsipositivo de impacto, determinou-se um ângulo de 67° para obter uma energia de

impacto de 120 J. Caso o protetor seja eficaz mecanicamente, ele absorve e/ou distribui

a energia de impacto, de modo que a célula de carga não registre mais que 2,5 kN. Outra

verificação necessária para determinar a eficácia mecânica dos protetores é através da

análise de fratura, após os ensaios. Logo, se um protetor é eficiente, sua fratura não se

apresenta com grandes dimensões e danos ao protetor ensaiado.

Inicialmente, foram ensaiados dez protetores com quatro camadas de manta de

fibra de vidro e 150 g de resina poliéster. Cinco deles tiveram a forma geométrica do

molde 1 e cinco a do molde 2. A fixação dos protetores no sistema de impacto foi

realizada de tal maneira que a região de altura máxima fosse de acordo com o centro de

percussão do pêndulo. Dessa forma, o objetivo principal desses ensaios foi a pesquisa

sobre a forma geométrica mais adequada para protetores em compósito.

Após a obtenção do molde mais adequado foram fabricados, na forma geométrica

que apresentou melhor resultado, uma série de protetores de quadril com variações nas

combinações dos elementos constituintes. De cada combinação foram fabricados cinco

(5) corpos-de-prova, sendo refeitos, para novos ensaios, os protetores com quatro

camadas de manta de fibra de vidro.

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60

A célula de carga, acoplada no sistema de ensaio, registrou a força de impacto

recebida pelo trocânter maior artificial, com e sem a proteção dos corpos-de-prova.

3.5 Análise dos Corpos-de-Prova Ensaiados

Além dos ensaios de impacto dos corpos-de-prova, estes foram submetidos a

análise de fratura e determinação da massa.

A análise de fratura dos protetores foi realizada pela observação macrospópia da

estrutura. O objetivo era perceber se houve ou não fraturas explícitas, o local da fratura,

e quais as prováveis áreas de acúmulo de tensão.

Nos protetores que sofreram fratura com separação das partes, foi realizada

análise de fratura por intermédio do MEV (microscópio eletrônico de varredura). O

intuito desta análise foi observar, principalmente, a superfície de fratura. Foram

observados também aspectos referentes a resina, a fratura das fibras, presença de trincas

e a interface fibra/matriz.

Com relação à análise dos dados de força de impacto, se a força de impacto

recebida pela célula fosse maior de 2,5 kN, o protetor estaria descartado, uma vez que

não oferece a proteção requerida. Porém, se a força registrada fosse menor, os protetores

estariam aprovados e, nesse caso, outros aspectos seriam analisados para saber qual o

melhor modelo de protetor.

A massa dos protetores de quadril foi medida por meio de uma balança. Os

dados obtidos foram analisados juntamente com a relação quantidade de fibra e matriz,

procurando inter-relacionar tais dados com as análises de fratura e de força.

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4 Resultados e Discussões

Antes de iniciar os ensaios dos protetores de quadril, determinou-se a força de

impacto gerada pelo ensaio, sem a presença dos mesmos, isto é, o impacto é aplicado

diretamente no trocânter maior artificial.

A partir dos dados obtidos, em cinco ensaios de impacto, verificou-se que a

força média de impacto para uma energia de 120 J, foi de 14,84 kN, com um desvio

padrão de 0,78 kN. Com base na análise desses dados, verificou-se que a força de

impacto gerada corresponde, conforme a literatura, a ensaios de alto impacto

(KANNUS et al., 1999, ROBINOVITCH et al., 1995 e NABHANI e BAMFORD,

2002).

Como mencionado anteriormente, a articulação do quadril é recoberta por uma

considerável camada de tecidos moles (músculos, tecido adiposo, tecido epitelial, etc.),

sendo, portanto, necessária a colocação de um material que simule a absorção de

energia desta camada. Para tanto, foram necessários ensaios com placas de borracha,

visando a verificação da absorção de impacto das mesmas e, conseqüentemente, sua

adequação a faixa de absorção dos tecidos moles, descrita na literatura, que é de

aproximadamente 20% da força de impacto.

De acordo com os dados experimentais de impacto, a borracha selecionada, com

espessura de 20 mm, absorve 22% da força de impacto no trocânter maior, a qual é

reduzida para 11,50 kN com desvio-padrão de 0,48 kN. Tal força, de acordo com a

literatura, é suficiente para fraturar o quadril de pessoas jovens e saudáveis.

4.1 Resultados e Discussões sobre a Geometria do Molde

Em se tratando dos protetores de quadril, o passo inicial para a definição dos

melhores padrões, em nível mecânico, foi a definição da geometria mais adequada. Para

tanto, foram ensaiados dez protetores de quadril, cada um com quatro camadas de

compósito poliéster/fibra de vidro; sendo cinco de um tipo de molde e cinco de outro

tipo. Com a utilização dos protetores nos ensaios, a força registrada na célula de carga

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ficou abaixo da sua incerteza (aproximadamente 0,03 kN). Desse modo, a observação

dos resultados ficou a cargo da análise das fraturas resultantes dos ensaios.

De acordo com as análises de fratura, observou-se que tanto o molde tipo 1,

quanto o molde tipo 2, apresentaram bons resultados, uma vez que ambas as fraturas

não provocaram ruptura do protetor. Além disso, a força de impacto, seguramente, foi

muito menor que o valor limite para a fratura de quadril (2,5 kN). Isso pode ser

explicado pelo fato de que se tal força fosse maior ou em torno desse valor a incerteza e

capacidade da célula permitiriam o registro da força de impacto.

Contudo, do ponto de vista da fratura dos protetores, os com conformação tipo 1,

apresentaram uma fratura mais visível. Já os protetores de conformação tipo 2, não

apresentaram uma fratura perceptiva a olho nu (Figura 4.1). Como não houve força de

impacto atingindo o trocânter maior artificial, o molde tipo 2 funcionou perfeitamente

como uma proteção rígida, isto é, um dispositivo que distribui eficientemente as forças

de impacto, protegendo a área que recobre de choques externos.

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a)

b)

Figura 4.1. Fotos das fraturas dos dois tipos de protetores ensaiados: a) Protetor com

geometria tipo 1; b) protetor com geometria tipo 2.

Por conseguinte, devido a sua própria conformação mais convexa, o tipo de

molde mais eficiente, em se tratando de um estudo comparativo entre as duas

configurações de molde, é o do tipo 2. Esta configuração permite uma maior margem de

segurança entre a pele do usuário e a superfície interna do protetor. Além disso, como o

material usado é termorrígido, mesmo que haja a quebra do protetor, a deformação do

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mesmo para a região interna do trocânter maior é mínima, sendo a força de impacto

distribuída para os tecidos circundantes do quadril. Já no caso de protetores de

polímeros termoplásticos, em situações de falha, o protetor pode sofrer grandes

deformações e a sua superfície interna tocar efetivamente na região do trocânter maior,

transmitindo força, sem que, rigorosamente, haja a fratura do material.

È importante salientar que o número de camadas de manta de fibra de vidro, foi

definido como sendo quatro, para que se obtivessem protetores mais resistentes e,

assim, houvesse a possibilidade de definição da geometria mais adequada para

protetores em compósito.

Por conseguinte, analisando tanto a fratura dos protetores, quanto o resultado

indicado pela célula de carga (que não registrou valores de força por estarem abaixo da

sua resolução), é possível assegurar que ambos os tipos de geometrias analisadas estão

aptos para serem usados no desenvolvimento de protetores de quadril em compósito,

desde que respeitada a quantidade de reforço e matriz. Todavia, a geometria que

apresentou um melhor desempenho, em nível mecânico foi a do tipo 2, devido as

análises de fratura apresentadas na discussão acima. Portanto, tal geometria foi

selecionada para o desenvolvimento de outros protetores em compósitos, mas com

constituições diferentes em número de camadas e material de seus reforços.

4.2 Resultados e Discussão dos Testes de Impacto

Definida a geometria do molde mais adequado (molde 2), foram fabricados

diversos protetores com constituições diferentes. As constituições foram:

• Duas camadas de manta de fibra de vidro + 100 g de resina poliéster.

• Três camadas de manta de fibra de vidro + 100 g de resina poliéster.

• Quatro camadas de manta de fibra de vidro + 150 g de resina poliéster.

• Cinco camadas de manta de fibra de vidro + 150 g de resina poliéster.

• Uma camada de manta de fibra de vidro + 6 g de EVA + 100 g de

resina poliéster.

• Uma camada de manta de fibra de vidro + uma camada de manta de

fibra de curauá + 100 g de resina poliéster.

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4.2.1 Protetores com duas camadas de fibra de vidro.

A força de impacto aplicada nos protetores com duas camadas de fibra de vidro

registrada pela célula de carga, apresentou um valor médio de 0,33 kN, com desvio

padrão de 0,02 kN, correspondente a cinco ensaios.

Diante desses resultados, é possível afirmar que os protetores com duas camadas

de fibra de vidro reduzem a força de impacto para valores abaixo do limiar de fratura

que é de 2,5 kN.

Todavia, faz-se necessária a análise da fratura do material, a qual apresentou-se

bem perceptível, sugerindo que a região interna do protetor tenha tocado o trocânter

maior artificial, de forma que a célula de carga conseguisse registrar a força de impacto.

A análise da superfície de fratura resultante do impacto permitiu acrescentar

informações a respeito do desempenho dos compósitos de matriz de poliéster reforçados

com duas camadas de fibras de vidro. Na figura 4.2 verifica-se a fratura desses

protetores.

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Figura 4.2. Demonstração da fratura: de maneira macroscópica e microscopia no MEV.

A figura 4.2. revela a fratura em dois ângulos: macroscópico e microscópico

(através do MEV – microscópio eletrônico de varredura). Em nível macroscópico

observa-se a fratura bem perceptiva, com pontos de fissura, esmagamento da resina e

rupturas de fibras. Tal fratura, em se tratando da sua utilização traria desconforto ao

usuário, mas devido a sua superfície interna ser recoberta por uma espuma elastomérica,

já descrita, não apresentaria danos ao indivíduo, uma vez que a mesma proporciona,

nesse caso, além do conforto e absorção de força de impacto, uma proteção com relação

as fibras que sofrem ruptura e se projetam para a região interna do protetor.

Em se tratando da análise de fratura através do MEV a figura 4.2 revela, na parte

inferior, que algumas fibras foram rompidas no mesmo nível da matriz de poliéster e

outras se salientaram. Verificou-se ainda, uma deposição de matriz junto as fibras e a

fragmentação da matriz polimérica devido ao impacto. É importante observar, nesse

caso, que a superfície da fibra, parte não rompida, apresenta-se áspera, devido aos

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resíduos de resina, os quais mesmo após a ruptura continuaram fixados a fibra, o que

sugere uma boa aderência de interface, fazendo com que o impacto aplicado pudesse ser

distribuído entre a matriz e o reforço.

Espaços associados ao descolamento de fibras da matriz são observados na

região de deposição de matriz, representada por círculo verde na figura 4.2. As fibras

provavelmente ficaram presas na outra parte do corpo de prova fraturado e, devido à

alta energia de impacto dos ensaios, esses espaços foram produzidos, sem que

necessariamente houvesse uma interface fibra/matriz fraca. (HERTZBERG, 1996).

A figura 4.3 revela boa aderência fibra/ matriz, devido ao padrão de interface

sem vazios e com a presença de resina circundante em toda a seção circular da fibra, de

maneira a indicar a boa molhabilidade da resina em relação a fibra.

Figura 4.3. Interface fibra/matriz com boa aderência.

A Figura 4.4 ilustra, por MEV, a interface fibra/matriz, apresentando boa

aderência. Observa-se que as tensões produzidas pela força de impacto foram as

responsáveis pelo aparecimento das trincas na matriz que circunda as fibras, porém não

houve arrancamento de fibras.

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Figura 4.4. Interface apresentando trincas na matriz.

É importante reiterar o fato de que, a fratura com ruptura do corpo-de-prova,

somente ocorreu para compósitos reforçados com duas camadas de fibras de vidro.

Assim, a análise da superfície de fratura ficou limitada a estes compósitos. Nos demais

protetores ensaiados, não foi possível analisar a microestrutura da superfície de fratura

por não ter ocorrido ruptura do corpo-de-prova.

Finalmente, mesmo estes protetores tendo sido rompidos, o valor de força

registrado pela célula de carga não ultrapassou o valor limite de 2,5 kN, para fratura de

quadril.

4.2.2 Protetores com três, quatro e cinco camadas de fibra de vidro.

Todos os protetores fabricados com três, quatro e cinco camadas de fibra de

vidro não apresentaram fratura perceptiva, sendo possível observar apenas pontos de

esmagamento devido ao impacto aplicado. Em todos os ensaios, a célula de carga não

registrou valor de força acima de sua resolução, sugerindo que não houve força de

impacto atingindo à mesma. Os únicos valores registrados pela célula de carga, muito

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possivelmente, foram derivados de instabilidades do sistema de ensaio e ficaram abaixo

do limiar de incerteza da célula.

As figuras 4.5, 4.6 e 4.7, revelam as áreas de impacto para os protetores com

três, quatro e cinco camadas de fibra de vidro, respectivamente.

Figura 4.5. Protetor com três camadas de fibra de vidro.

Figura 4.6. Protetor com quatro camadas de fibra de vidro.

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Figura 4.7. Protetor com cinco camadas de fibra de vidro.

Desse modo, é possível assegurar que tais protetores não sofreram deformações

internas nem rupturas, logo, não houve contato do protetor com a pele artificial que

recobre o trocânter de alumínio. Estes protetores funcionam como um escudo rígido,

isto é, distribuindo o impacto de tal maneira que a região recoberta pelo dispositivo

fique protegida de forças externas.

Do ponto de vista econômico e funcional, como todos os protetores com três,

quatro e cinco camadas de fibra de vidro apresentaram praticamente os mesmos

resultados, o mais eficiente é o com três camadas, uma vez que apresenta menor peso,

pois possui menos resina (100 g, os demais possuem 150 g) e menos camadas de fibra

de vidro – isto quando comparado com os de quatro e cinco camadas de fibra de vidro.

4.2.3 Protetores com uma camada de fibra de vidro e seis gramas de

EVA.

A força de impacto média registrada pela célula de carga em cinco corpos-de-

prova, para os protetores compostos de uma camada de fibra de vidro + 6 g de EVA, foi

de 1,23 com desvio-padrão de 0,16 kN com uma incerteza de 1%. Estes protetores de

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quadril, embora tenham apresentado resultados menos satisfatórios do ponto de vista de

registro da célula de carga, apresentaram-se, também, aptos para serem usados como

protetores de quadril, uma vez que o valor registrado para a força de impacto foi bem

abaixo do limiar de fratura que é de 2,5 kN.

A análise da fratura do material mostrou que não houve fratura completa do

protetor, isto é, não ocorreu separação das partes do material. O protetor por apresentar

uma maior flexibilidade resultante da adição do resíduo de EVA, sofreu uma

deformação interna, na área próxima do contorno externo e não na área de contato com

o pêndulo de impacto. A área de propagação de falha foi a área de transição entre a

região de apoio do protetor e a região de convexidade do mesmo. A figura 4.8 mostra as

áreas de falha dos corpos-de-prova após os ensaios. A fratura no contorno externo

nesses protetores, apesar de serem formados por somente uma camada de fibra de vidro,

indica que a adição de EVA aumenta de forma significativa a resistência ao impacto do

material.

Figura 4.8. Protetor com uma camada de fibra de vidro + 6 g de resíduo de EVA:

a região vermelha mostra a área de contato com o pêndulo de impacto e a região em

azul mostra parte da área de propagação de falha.

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Com a deformação interna do protetor, houve o contato deste com o trocânter

maior artificial, de forma que a célula de carga registrou a força de impacto.

Portanto, apesar do resíduo de EVA ser um material de baixo custo e

ecologicamente viável, suas características mecânicas, quando aplicadas nos protetores

de quadril, não foram superiores aos protetores desenvolvidos com apenas fibra de

vidro. Contudo, sua utilização pode ser viável na área impactada pelo pêndulo, para tirar

vantagem da capacidade de absorção de energia de impacto deste material.

4.2.4 Protetores com uma camada de fibra de vidro e uma camada de

fibra de curauá.

Os protetores fabricados com uma camada de fibra de vidro e uma camada de

fibra de curauá apresentaram resultados semelhantes aos dos protetores com duas

camadas de fibra de vidro. Isso confirma os dados encontrados na literatura, os quais

afirmam que a fibra de curauá pode ser um substituto natural da fibra de vidro, sem

provocar danos as características mecânicas do compósito.

A força de impacto média, para os protetores em questão, foi de 0,31 com

desvio-padrão de 0,05 kN, força esta passível de registro pela célula de carga, com uma

incerteza de aproximadamente 3 kgf (0,03 kN). Esse registro sugere que houve uma

deformação interna do protetor de modo a entrar em contato com a área do trocânter

maior artificial.

Entretanto, ao se analisar a fratura dos protetores, observou-se que esta não se

localizou na região de impacto (região de contato com o pêndulo), mas sim nas regiões

de acúmulo de tensões (região descrita no item 4.2.3).

Embora os valores registrados pela célula de carga tenham sido bem semelhantes

aos encontrados nos protetores com duas camadas de fibra de vidro, o comportamento

da fratura, entre esses dois tipos de protetores, foi diferente. Nos protetores de duas

camadas de fibra de vidro a fratura deu-se na região de impacto. Já nos corpos-de-prova

com uma camada de fibra de vidro e uma de curauá a fratura foi observada nas zonas

próximas do contorno do corpo-de-prova (figura 4.9).

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Nas regiões de acúmulo de tensão ocorreu a fratura do material, provocando uma

pequena deformação interna, devido a força de impacto aplicada e, conseqüentemente,

houve o contato do protetor com a área do trocânter maior. A figura 4.9 apresenta o

protetor com uma camada de vidro e uma camada de curauá, apresentando as zonas de

falha. Observa-se que na área de impacto não existiu fratura.

Figura 4.9. Protetor com uma camada de fibra de vidro + uma camada de fibra

de curauá.

Mesmo os protetores em questão não apresentando os resultados mais

favoráveis, em nível de força de impacto e fratura, eles ainda sim são uma boa opção

para aplicação real de protetores de quadril na sociedade. Isso porque eles utilizam a

fibra de curauá que além de ser natural e biodegradável, apresenta um custo menor que

a fibra de vidro. Todavia, a sua complexidade para aplicação nos compósitos – tem que

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preparar a manta, uniformizar as fibras e cortá-las em tamanhos iguais – dificulta em

muito a sua utilização na fabricação de protetores de quadril.

4.3 Resumo dos Resultados de Impacto

A tabela 4.1 apresenta uma reiteração a respeito das forças de impactos

registradas pela célula de carga.

Tabela 4.1. Força de impacto registrada pela célula de carga.

PROTETORES MÉDIA (kN) DESVIO-PADRÃO (kN) DUAS CAMADAS DE FIBRA DE VIDRO

0,33 0,02

TRÊS CAMADAS DE FIBRA DE VIDRO

QUATRO CAMADAS DE FIBRA DE VIDRO

CINCO CAMADAS DE FIBRA DE VIDRO

UMA CAMADA DE FIBRA DE VIDRO + 6 g DE EVA

1,23 0,16

UMA CAMADA DE FIBRA DE VIDRO + UMA CAMADA DE FIBRA DE CURAUÁ

0,31 0,05

Os protetores formados por uma camada de manta de fibra de vidro e seis

gramas de EVA apresentaram a maior força de impacto registrada (1,23 kN). Já os

protetores com duas camadas de manta de fibra de vidro e os com uma camada de

manta de fibra de curauá e uma de vidro apresentaram resultados muito semelhantes, o

que pressupõe que a fibra de curauá possui características mecânicas ao impacto bem

semelhante ao da fibra de vidro. Confirmando o curauá como substituto natural da fibra

de vidro, quando em esforços de impacto para protetores de quadril.

Em alguns protetores não foi possível o registro da força de impacto pela célula

de carga, pois essa força ficou abaixo da capacidade da célula. Isso significa que as

forças de impacto tiveram valores muito abaixo do limiar de fratura (2,5 kN),

apresentando; os protetores com três, quatro e cinco camadas de manta de fibra de

vidro; excelentes desempenhos.

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Todos os corpos-de-prova ensaiados apresentaram valores de força de impacto

abaixo do limiar de fratura, sendo aptos para serem usados como protetores de quadril,

quando a análise se restringe apenas a força que atinge o trocânter maior. Todavia, uma

análise mais criteriosa, com outras variáveis, permite um melhor resultado para a

obtenção de protetores de quadril mais eficientes. Desse modo, o estudo da fratura e seu

comportamento, assim como, a observação da massa e de variáveis de conforto devem

ser consideradas, antes de qualquer conclusão.

4.4 Resultados e Discussão da Pesagem dos Protetores

A tabela 4.2 revela as massas dos protetores estudados, visando comparar esses

dados com a fratura dos protetores e o registro da célula de carga durante o impacto.

Tabela 4.2. Massa dos protetores.

PROTETORES MÉDIA (g) DESVIO-PADRÃO (g) DUAS CAMADAS DE FIBRA DE VIDRO

65 3

TRÊS CAMADAS DE FIBRA DE VIDRO

102 3

QUATRO CAMADAS DE FIBRA DE VIDRO

115 3

CINCO CAMADAS DE FIBRA DE VIDRO

180 0,5

UMA CAMADA DE FIBRA DE VIDRO + 6 g DE EVA

60 5

UMA CAMADA DE FIBRA DE VIDRO + UMA CAMADA DE FIBRA DE CURAUÁ

123 2

A partir dos dados fornecidos pela tabela 4.2 é possível afirmar que o protetor

mais leve é o composto por EVA + fibra de vidro (60 g com desvio-padrão de 5 g). O

com maior massa é com cinco camadas de fibra de vidro (180 g).

Mesmo o protetor com EVA e fibra de vidro obtendo o melhor resultado em

termos de leveza, ele deixa a desejar em se tratando da fratura e da força registrada pela

célula de carga após o ensaio de impacto.

Já era esperado que o protetor com maior peso fosse o com cinco camadas de

vidro, em virtude da quantidade de material empregada para a sua fabricação. Este

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apresentou ótimos resultados mecânicos, porém seu peso e custo (devido à quantidade

de material) não o favorecem.

O corpo-de-prova com três camadas de fibra de vidro apresentou bons resultados

mecânicos e seu peso (102 g com desvio-padrão de 3 g) pode ser considerado mediano.

Desse modo, este protetor é considerado o mais viável, por englobar de forma

satisfatória as características mecânicas desejadas e o peso.

A diferença de massa entre protetores estudados neste trabalho não é

considerada relevante para produzir alterações à biomecânica de um indivíduo, uma vez

que os valores medidos são, em todos os casos, considerados pequenos em relação ao

peso corporal de uma pessoa adulta (180 g para o protetor de maior massa e 60 g para o

de menor massa).

O ponto mais interessante, em se tratando da massa dos protetores, é a variação

da espessura. Essa variação é provocada pelo maior ou menor número de camadas de

manta de fibra e pela maior ou menor quantidade de resina empregada. Isto é, em geral,

quanto maior a massa do protetor maior é a sua espessura, o que o torna mais aparente.

Deste modo, o aumento de espessura é indesejável do ponto de vista estético.

A literatura revela que um dos principais fatores que comprovam a eficácia de

protetores de quadril é o grau de conforto, ou seja, se o protetor for desconfortável não

haverá a adesão do usuário ao produto e, conseqüentemente, não haverá eficácia para a

prevenção da fratura de quadril (KANNUS, et al., 1999).

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5 Conclusões

Neste trabalho, protetores de quadril de compósitos foram desenvolvidos e

avaliados. Para tanto, um sistema de pêndulo de impacto foi desenvolvido com o intuito

da realização dos ensaios. Chegou-se a conclusão que a utilização de uma energia de

impacto de 120 J seria a melhor opção para ensaiar os protetores, uma vez que

submeteria os mesmos a forças suficientes para fraturar o quadril de pessoas jovens e

saudáveis.

Com relação a geometria mais adequada para a fabricação de protetores em

compósito, foram avaliados dois tipos de geometria, com pequenas variações de

dimensões. Foi observado que a geometria com 9,7 cm de largura máxima; 19 cm de

comprimento e 3,0 cm de altura máxima, apresentou um melhor desempenho mecânico.

Todavia, ambas as geometrias poderiam ser usadas para protetores em compósito, visto

que todos os protetores, das duas geometrias estudadas, conseguiram reduzir muito bem

a força de impacto sobre o trocânter maior.

Após a determinação da geometria mais adequada, foram fabricados protetores

de quadril com diferentes constituintes: duas, três, quatro e cinco camadas de manta de

fibra de vidro; uma camada de manta de fibra de vidro + 6g de EVA; e uma camada de

manta de fibra de vidro + uma camada de fibra de curauá. Em todos os casos foi

utilizada resina poliéster.

Todos os protetores ensaiados se mostraram eficientes mecanicamente, uma vez

que não houve força atingindo o quadril simulado maior que o limiar de fratura de 2,5

kN.

Entretanto, os protetores de duas camadas de manta de fibra de vidro

apresentaram grandes áreas fraturadas com a aplicação da carga de impacto, apesar da

proteção oferecida.

Os protetores com três camadas de fibra de vidro não apresentaram fratura

perceptiva, distribuindo praticamente toda a energia de impacto para os “tecidos”

circundantes do quadril, não havendo registro de força pela célula de carga. Logo,

quando compara-se a combinação eficácia mecânica e leveza, em relação aos protetores

com quatro e cinco camadas de manta de fibra de vidro, aqueles são os mais eficientes,

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levando vantagem, também, em relação ao protetor com fibra de curauá, pela

dificuldade de combinação desta fibra natural com a resina poliéster.

Já os protetores com adição de EVA na sua composição apresentaram tendência

de falha na região próxima do contorno externo, onde existe maior concentração de

tensões. Isso indica que a adição do EVA na composição do compósito aumentou a

resistência ao impacto do material, já que a região impactada não sofreu ruptura.

Dessa forma, os compósitos apresentaram-se como uma excelente opção para a

produção de protetores de quadril, devido suas propriedades ímpares no que tange,

principalmente, a distribuição do impacto gerado por uma queda. Além disso, o

compósito permite que o processo de moldagem dos produtos seja realizado em

diferentes formas, o que admite, inclusive, a fabricação de órteses “sob-medida”, de

acordo com o biotipo do usuário.

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88

APÊNDICE 1

PROCESSO DE CALIBRAÇÃO DO DISPOSITIVO DE IMPACTO

1 Calibração do Dispositivo de Ensaio.

A posição inicial do pêndulo que resulte em uma energia de impacto de 120 J

necessita ser determinada. Para isso, as equações devem considerar as perdas de

energia do pêndulo em sua trajetória desde a posição inicial até a posição de impacto.

Portanto, é necessário desenvolver equações que incluam essas perdas de energia.

1.1 Correção para Perdas por Atrito (ar, rolamentos, outros).

Para se determinar as perdas de energia por atrito, primeiramente determina-se o

comprimento efetivo do pêndulo.

1.1.1 Determinação do Comprimento Efetivo do Pêndulo.

O ponto de impacto do pêndulo na célula de carga deve coincidir com o centro

de percussão do pêndulo. Para se determinar a localização deste ponto no pêndulo, é

necessário que se determine o seu comprimento efetivo. O comprimento efetivo do

pêndulo é dado por (ASTM D6110 – 05):

L = (g/4π2).p2 (1)

Onde:

L = comprimento efetivo do pêndulo (m), que vai desde o centro de percussão até o

centro do eixo de rotação (Figura 3.6);

G = aceleração da gravidade (m/s2);

P = período de oscilação (s).

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1.1.2 Determinação da Perda de Energia por Atrito por Unidade de Ângulo.

Para se corrigir a equação da energia de forma a incluir as perdas por atrito,

considerou-se que estas perdas são proporcionais ao ângulo descrito pelo trajeto do

pêndulo (ASTM D6110 – 05, Anexo A1). Na figura 1 é mostrado um esquema com o

trajeto do pêndulo e as medidas principais usadas nas equações seguintes.

Figura A1. Esquema do pêndulo de impacto em seu trajeto.

Onde:

hi: altura inicial.

hf: altura final.

βi: ângulo inicial.

βf: ângulo final.

βt: ângulo total.

Na Figura 2 é mostrado um esquema do sistema de impacto para a determinação

da relação entre os ângulos e o comprimento efetivo do pêndulo.

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Figura A2. Relações entre as dimensões do pêndulo.

Tem-se:

cosβi = (L – hi)/L (2)

hi = L.(1 – cos βi) (3)

Da mesma forma,

hf = L.(1 – cos βf) (4)

A energia potencial do pêndulo na posição inicial é dada por:

Ei = m.g.hi (5)

Onde:

Ei = Energia potencial na posição inicial (J).

m = massa equivalente do pêndulo (kg).

g = aceleração da gravidade no local.

hi = altura inicial.

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Se o pêndulo é solto de uma altura hi e atinge uma altura máxima hf, após oscilar

até o lado oposto (Figura 3.6), a variação de energia correspondente às perdas por atrito

é dada por:

∆E = m.g.(hf – hi) (6)

Portanto, a perda de energia por atrito por unidade de ângulo (∆E/β) é:

∆E/β = m.g.(hi – hf)/(2.βi) (7)

Substituindo hi e hf em função dos ângulos, equações (3) e (4), fica-se com:

∆E/β = m.g.L.(cos βf – cos βi)/(2.βi) (8)

1.2 Determinação da Posição Inicial do Pêndulo para os Testes de

Impacto.

Nos testes de impacto, a variação de energia (∆E) é calculada até a posição de

impacto, isto é, até a posição vertical do pêndulo (Figura 3).

Figura A3. Posição de impacto do sistema de testes.

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A energia do sistema no instante do impacto é dada por:

Eimp = Ei - ∆E (9)

Onde:

Ei = Energia potencial do pêndulo na posição inicial.

∆E = Perda de energia da posição inicial à posição de impacto.

Logo:

Eimp = m.g.hi – (∆E/β).βi (10)

Ou, substituindo a equação (3) na (10), fica-se com:

Eimp = m.g. L.(1 - cosβi) – (∆E/β).βi (11)

Onde:

∆E/β = perda de energia por atrito por unidade de ângulo;

βi = ângulo da posição inicial do pêndulo em relação à posição vertical/livre (posição de

impacto).

1.3 Procedimento de Calibração da Energia Inicial do Pêndulo

Para a determinação da energia inicial que resulte em uma energia de impacto de

120 J, é necessário se determinar a perda de energia por unidade de ângulo para o

sistema utilizado. Primeiramente calculou-se o comprimento equivalente do pêndulo

(Equação (1)). A aceleração da gravidade mensurada da UFRN (local onde foram

realizados os ensaios) é de 9,7810905 m.s-2 (LABMETROL/UFRN, 2007). O período

de oscilação é obtido de acordo com a norma ASTM D6110, através da mensuração do

tempo decorrido, para a realização de 50 (cinqüenta) ciclos de oscilação do pêndulo de

impacto, a partir de um ângulo de aproximadamente 25°. O tempo foi obtido utilizando

um cronômetro e o mesmo ensaio foi realizado 5 vezes para se confirmar a medição.

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Com um tempo de 91,88 s correspondendo a 50 oscilações do pêndulo, o

período calculado foi de 1,8376 s. Portanto, o comprimento efetivo do pêndulo é

(Equação (1)):

L = 0,8366 m

A massa equivalente do pêndulo foi medida através de uma balança calibrada

colocando-se o pêndulo na posição horizontal, conforme recomendações da norma

ASTM D6110 (Figura 4). Através desse procedimento obteve-se uma massa de 24,66

kg.

Figura A4. Determinação da massa do pêndulo.

Com a massa do pêndulo determinada, pode-se calcular a altura inicial do

pêndulo que resulte em uma energia potencial de 120 J. O objetivo deste cálculo é a

determinação de uma altura inicial hi para a calibração da perda de energia por unidade

de ângulo (∆E/β) que seja próxima da altura inicial que será utilizada nos experimentos

de impacto. Da Equação (5), tem-se que:

hi = 0,497509 m

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Da Equação (3), pode-se calcular o ângulo inicial, em função do comprimento

efetivo e da altura inicial do pêndulo.

Então:

βi = cos-1[1- (hi/L)]

Substituindo os valores de hi e L calculados, fica-se com:

βi = 66,09°

A partir desse valor calculado, definiu-se então um ângulo inicial de 65° para os

testes de determinação de perda de energia por unidade de ângulo (∆E/β). Nestes testes,

utilizou-se uma filmadora digital para gravar as posições angulares, inicial e final, do

pêndulo, na escala de ângulo do equipamento. Foram realizados 5 testes para a obtenção

do ângulo médio final, uma vez que o ângulo inicial (posição inicial) foi fixado em 65°

(Figuras 5 e 6).

Figura A5. Ensaios para obtenção dos ângulos finais.

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Figura A6. Apresentação da escala de ângulo na filmadora digital.

Nos ensaios de calibração, para um ângulo inicial βi = 65°, o ângulo final

medido foi de βf = 63,5° (296,5°), como mostrado na Figura 7.

Figura A7: Ângulos inicial e final na calibração da perda de energia por atrito.

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Substituindo os valores de ângulo inicial e final na Equação (8), pode-se calcular

o valor de ∆E/β. Neste caso:

∆E/β = (24,66).(9,7810905).(0,8366).(cos (63,5°) – cos (65°))/(2.(65°))

∆E/β = 0,0366 J/graus.

1.3.1 Definição do Ângulo Inicial para a Obtenção de 120J de Energia de

Impacto

Substituindo os dados na Equação (11), pode-se determinar o valor de βi. Neste

caso, fica-se com,

Eimp = 120 J = m.g. L.(1 - cosβi) – (∆E/β).βi

βi = 66,85°.

Como a escala do equipamento não oferece esta resolução, utilizou-se βi = 67°

nos teses de impacto.

1.4 Procedimento de Calibração da Célula de Carga

Para calibração da célula de carga utilizada nos ensaios (BK2 da FLINTEC 2000

kgf) foi montado um sistema com uma célula de carga padrão (modelo Z2T de

fabricação da ALFA Instrumentos) colocada em série com a célula BK2, ambas

recebendo esforços de compressão. Uma esfera de metal garantiu a conexão adequada

entre as duas células, permitindo que as forças aplicadas fossem distribuídas de uma

célula para outra (Figura 8).

A célula Z2T, com incerteza acima de 100 kgf de 1% e abaixo de 3 kgf, foi

conectada com um indicador (ALFA Instrumentos, modelo 3105/3102); enquanto que

célula BK2 foi conectada ao Spider8 (responsável pela aquisição de dados, fabricação

HBM). Ambos os dispositivos (indicador e Spider8) estavam conectados ao seu próprio

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computador com software adequado para a conversão do sinal emitido em força (kgf).

No caso do Spider8, o software utilizado foi o CatmanEasy.

Figura A8. Esquema do procedimento de calibração da célula de carga.

Com o sistema preparado, aplicou-se dois pontos de força conhecidos, de acordo

com a célula padrão: 295,9 kgf e 1299 kgf. Estes valores foram escolhidos de modo a se

aproximar do valor limite de fratura (2,5 kN) e do valor aproximado de força de impacto

em ensaios de alta energia sem o protetor. Após a aplicação desses dois pontos, criou-

se, dentro da opção do CatmanEasy, a relação da força com o sinal elétrico

correspondente, enviado pelo Spider8. Essa relação foi salva e configurada dentro do

software. A cada ensaio tal configuração foi utilizada.

Os detalhes do procedimento para calibração de células de carga utilizando

Spider 8 e o software CatmanEasy estão no Apêndice 2.

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APÊNDICE 2

PROCEDIMENTO PARA CALIBRAÇÃO DE CÉLULAS DE

CARGA UTILIZANDO SPIDER8 E O SOFTWARE CATMANEASY

OBJETIVO: Relatar passo a passo os procedimento necessários à calibração de

transdutores de força por meio do sistema de aquisição de dados Spider8 e software

catmanEasy, produzidos pela empresa alemã HBM.

INICIAR O PROGRAMA

Uma vez instalado o software catmanEasy no computador, iniciar o programa

dando um duplo clique no ícone “catmanEasy (English)” localizado na área de

trabalho ou clicando no “Menu Iniciar” do Windows, clicar em “Todos os

programas”, em seguida clicar em “HBM” e na seqüência em “catmanEasy

(English)” e finalmente em “catmanEasy”.

TELA INICIAL DO PROGRAMA

Ao se pressionar o botão “Scan options”, abre a janela “Configure device

scan”, na opção “Ports to scan” habilitar apenas a porta de impressora “Printer port

(LPT1)”. Ainda em “Configure device scan”, se a aquisição de dados for feita a taxas

superiores a 600 Hz (como no caso de ensaios de impacto, por exemplo), selecionar o

modo “Byte-Mode” na opção “Spider8 operating mode for printer port”, para taxas

inferiores a 600 HZ, utilizar “Nibble-Mode”.

INICIAR NOVO PROJETO

Com os sensores conectados ao Spider8 e este ligado e conectado ao

computador, clicar no botão “New DAQ project”. Aparecerá a tela “Channel

settings”.

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DEFINIR E CONFIGURAR SENSORES

Para escolher o sensor a ser utilizado, clicar com o botão direito do mouse sobre

a linha correspondente ao canal do Spider ao qual o sensor está conectado e escolher a

opção: “Sensor”-“Sensor list...”. No canto direito da tela aparecerá a lista de sensores,

onde na parte superior aparecem os grupos de sensores e na inferior os tipos de sensores

existentes em cada grupo. Para a utilização de célula de carga como sensor, escolher o

grupo “Strain gage transducers” e a opção “SG fullbridge sensor”. Obs: Se a célula

de carga (ou qualquer outro tipo de transdutor) for fabricada pela HBM, escolher o

grupo “HBM transducers” e neste o subgrupo que o transdutor mais se adequar,

“Force transducers” para células de carga, por exemplo.

Identificado o sensor, deve-se escolhê-lo com um duplo clique do mouse sobre

ele ou arrastando e soltando sobre a coluna “Sensor” da planilha “Channel settings”,

de acordo com o canal do Spider ao qual está conectado.

Pode-se renomear o canal com um duplo clique na coluna “Channel name”ou

clicando com o botão direito do mouse e escolhendo a opção “Rename”.

Para calibrar o sensor, clicar com o botão direito sobre a linha correspondente ao

canal em que está conectado e escolher a opção: “Sensor”-“Sensor adaptation”. Na

opção “Set 1st point of input characteristics” digitar a unidade desejada (kg, kgf, N)

no segundo campo de “Physical value”, feito isso, deve-se garantir que, com exceção

de suportes e/ou acessórios cujos valores não serão considerados nos ensaios, nenhuma

carga está agindo sobre a célula e efetuar a leitura do zero clicando em “Measure”.

Agora, na opção “Set 2nd point of input characteristics” deve-se digitar o valor da

sensibilidade da célula em mV/V no campo “Eletrical value” e em seguida o fundo de

escala da célula no campo “Physical value”. Finalmente, digita-se novamente o fundo

de escala da célula no campo “Physical range” e clica-se no botão “OK”.

Salvar o projeto clicando em “File” e depois em “Save DAQ Project” na barra

de ferramentas principal do catmanEasy.

Para fazer a leitura atual da célula deve-se dar um duplo clique na coluna

“Status/Reading” ou habilitar a função “Live signal display on/off” clicando no oitavo

botão da barra de ferramentas da planilha “Channel settings”.

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CONFIGURAR A AQUISIÇÃO DE DADOS

Clicar em “Configure DAQ jobs” localizado logo acima da planiha “Channel

settings”. Na orelha “General”, escolher a freqüência de aquisição de dados em

“Sample rates”. Escolhe-se a frequência mais adequada para os ensaios a serem

realizados. Recomenda-se utilizar 1200 Hz para ensaios de impacto e 50 Hz para os

demais casos. Ainda em “General”, habilitar a opção “Automatic zero balancing” em

“DAQ start”. Em “Data storage” escolhe-se o tipo de coleta de dados na opção

“Storage mode”. Para uma medição contínua, deve-se optar por “Keep all data”, e, no

caso de uma medição pontual selecionar a opção “Manual control”.

Na orelha “Channel activation” desativar os canais que não estão sendo

utilizados clicando sobre eles na primeira coluna, alterando-os de “Active” para

“Inactive”.

Confirmar as alterações clicando em “Accept settings”.

AQUISIÇÃO DE DADOS

Clicar em “Visualization” na barra de ferramentas principal do catmanEasy e

escolher uma opção como “New digital indicator” ou “New real-time graph”, por

exemplo.

Clicar em “Start DAQ job” localizado logo acima da planiha “Channel

settings”. Após tudo preparado para o início do ensaio, clicar em “Start DAQ job”

novamente e é iniciada a aquisição de dados.

Ao final do ensaio, clicar em “Stop DAQ job”. Abrirá a janela “Data storage”

e, caso os resultados do ensaio tenham sido satisfatórios, salvar os dados clicando em

“Store data now”.

VISUALIZAÇÃO DOS DADOS ADQUIRIDOS

Clicar em “Analyze data”, localizado ao lado de “Stop DAQ”. Abrirá a janela

“Analyze data”, clicar em “OK”.

Aparecerá uma nova tela e a janela “Test explorer”. Clicar em “Visualization”

na barra de ferramentas principal do catmanEasy e escolher a opção “New post-process

graph”.

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Arrastar o canal utilizado no ensaio da janela “Test explorer” para o eixo Y do

gráfico.

EXPORTAR OS DADOS ADQUIRIDOS PARA O EXCELL

Clicar em “Export tests” na barra de ferramentas da janela “Test explorer”

(quarto botão, cujo ícone é o desenho de um disquete). Arrastar somente o canal

utilizado para a coluna da direita, apagando os demais existentes nesta coluna.

Na opção “File format” escolher “MS Excel (max. 65535 values per

channel)” e clicar no botão “Export...”.

OBSERVAÇÕES

Durante a aquisição de dados, aparece a indicação “Real-time lag = 0 s” no

canto inferior direito. Este é o tempo de atraso entre a aquisição de dados do Spider e a

transferência de dados para o computador. Se este tempo aumentar, pode haver

interrupção da medição com uma mensagem “Buffer overflow”, significando que o

computador está muito lento e não consegue acompanhar a medição do Spider8.

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