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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
Dedicatória
Dedico esta obra aos meus amigos mais
fiéis: Meu pai, Jorge Barbosa; e minha
mãe, Fátima Barbosa.
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.
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!
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.
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.
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
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
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
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
LISTA DE TABELAS
Tabela 4.1: Força de impacto registrada pela célula de carga................................................ 74
Tabela 4.2: Massa dos protetores.......................................................................................... 75
13
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.
14
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.
15
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.
16
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
17
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
18
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.
19
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).
20
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
21
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
22
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
23
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
24
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
25
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
26
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
27
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
28
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,
29
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.
30
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).
31
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
32
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
33
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).
34
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).
35
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).
36
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.
37
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.
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
39
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,
40
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.
41
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.
42
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.
43
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
44
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).
45
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.
46
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.
47
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).
48
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.
49
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.
50
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%).
51
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).
52
(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.
53
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.
54
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).
55
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.
56
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.
57
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).
58
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.
59
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.
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.
61
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
62
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.
63
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
64
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.
65
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.
66
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
67
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.
68
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
69
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.
70
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
71
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.
72
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).
73
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
74
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.
75
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
76
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).
77
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,
78
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.
79
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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).
89
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.
90
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.
91
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.
92
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.
93
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
94
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.
95
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.
96
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
97
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.
98
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”.
99
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”.
100
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”.
101
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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