Foram testadas 5 (cinco) palmilhas com características distintas quanto a dimensões, massa e densidade.

Determinação dos coeficientes de restituição e de

amortecimento em palmilhas para calçados esportivos

Restitution and damping coefficient in insole of footwear

 

  * Mestre em Ciências do Movimento humano ­ CEFID/UDESC. Professor Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) ** Doutor em Ciências do Movimento humano ­ UFSM. Professor Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) *** Graduando em Educação Física ­ CDS/UFSC. Bolsista PIBIC­CNPq. **** Doutor em Biofísica Université D'auvergne Clermont I, CLERMONT­ I. Professor Universidade Estadual de Santa Catarina.      Rogério Marques Leite* | Audrey Cristine Esteves* Antônio Renato Pereira Moro** Diogo Cunha dos Reis*** André da Silva Nascimento*** Noé Gomes Borges Jr****  audrey_cris@yahoo.com.br | biomecanica43@yahoo.com.br  (Brasil)   

 

 

 

  Resumo     Conhecendo a importância do estabelecimento e escolha das propriedades mecânicas das palmilhas nos calçados desportivos, este estudo objetivou a determinação dos coeficientes de restituição e de amortecimento em diferentes palmilhas de calçados desportivos. O instrumento utilizado foi uma máquina de ensaio mecânico com princípio de queda livre, regida pelo Princípio da Conservação de Energia. Os resultados mostram que no geral as palmilhas apresentam propriedades satisfatórias de uso, entretanto a palmilha P5 mostrou maior valor de restituição, enquanto a P3 apresentou maior coeficiente de amortecimento.      Unitermos: Palmilhas. Calçados desportivos. Coeficiente de restituição. Coeficiente de amortecimento.     Abstract      This study had as objective to determinate the damping and restitution coefficients in different sports footwear insoles knowing the importance of the establishment and choice their mechanical properties. A mechanical assay machine with free fall principle was used as instrument directed for Energy Conservation Principle. The results  show  that  in  the  generality  the  soles  present  satisfactory  properties  of  use  however  the  insole  P5  showed  greater  restitution  value  while  the  P3  presented greater damping coefficient.      Keywords: Insole. Footwear. Restitution coefficient. Damping coefficient.   

 

http://www.efdeportes.com/ Revista Digital ­ Buenos Aires ­ Año 10 ­ N° 92 ­ Enero de 2006 1 / 1 

Introdução

    Atualmente a utilização de calçados esportivos não está restrita a prática de esportes, tendo em vista que estes se tornaram parte do vestuário diário. A utilização de palmilhas especiais para as diversas atividades, sejam elas esportivas ou  cotidianas,  podem  aumentar  a  sensação  de  conforto  e/ou  ajudar  na  prevenção  de  algumas  lesões  (Mundermann, 2002).  Sendo  as  palmilhas  partes  móveis  dos  calçados,  elas  podem  ser  substituídas  conforme  as  características individuais do usuário ou para de adequar a atividade física para o qual o calçado está sendo utilizado.     As relações entre atividade física x impacto vêm sendo discutida com finalidade de desenvolver novos materiais que possam dissipar maior energia, absorvendo mais impacto. Segundo Manfio e Ávila (2003) existe uma série de requisitos funcionais mínimos almejados em todos os tipos de calçados no que tange a saúde e a funcionalidade. A capacidade de amortecimento de cargas tem sido apontada como uma das mais importantes propriedades dos calçados, não obstante devem ser observados outros aspectos da relação biomecânica que o calçado mantém com o pé, tais como: adaptação ao  calce  e  aos  movimentos  fisiológicos,  fatores  antropométricos  e  as  características  de  atrito  entre  o  calçado  e  o  pé. Dentre  os  requisitos  enunciados  pelos  autores  a  maioria  deles  pode  ser  obtidos  ou  melhorados  através  do  uso  de palmilhas  apropriadas.  Normalmente,  os  fabricantes  de  tênis  estão  aderindo  aos  materiais  que  garantem  conforto, resistência  mecânica,  beleza  e  durabilidade  a  esse  tipo  de  calçado.  A  crescente  preocupação  com  as  propriedades mecânicas  dos  componentes  dos  calçados  desportivos  deve­se  a  influência  destes  no  desempenho  dos  atletas  e  no conforto dos demais usuários.

    Além de melhorar a funcionalidade dos calçados as palmilhas podem apresentar diferentes formatos e características que contribuem para a prevenção de doenças e lesões de membros inferiores. Palmilhas com um suporte firme para o arco plantar podem ajudar na prevenção da fascite plantar e neuromas, já palmilhas corretivas do arco diminuem o risco de entorses de tornozelo. Já os materiais utilizados em sua confecção podem ser agrupados em três categorias básicas: amortecimento  (cushion),  suporte  (support),  ou  uma  combinação  das  duas.  A  palmilha  de  amortecimento  aumenta  a absorção de impacto auxiliando na prevenção de metatarsalgia e é dirigida principalmente para indivíduos com arco alto e pé rígido. Palmilha de suporte é indicada principalmente para indivíduos com arco de pé baixo e alto grau de pronação.     Em consonância com Hennig (2003), que observa a necessidade de testes biomecânicos em calçados esportivos, pois uma das principais funções destes é não só promover o conforto como também prevenir lesões durante atividades físicas e  diárias,  este  estudo  objetiva  determinar  e  comparar  os  coeficientes  de  restituição  e  de  amortecimento  de  cinco palmilhas poliméricas utilizadas em calçados esportivos.

Figura 1. Desenho esquemático da Máquina de Ensaios Mecânicos.

    A MEM permaneceu em uma bancada durante todo o procedimento de coleta, facilitando a troca das amostras pelo pesquisador. Da mesma forma, para minimizar os possíveis efeitos inconvenientes de vibração, retirou­se todo e qualquer aparelho  motorizado  ou  que  pudesse  causar  efeitos  de  vibração  sobre  a  mesma.  Foram  gravados  os  sinais  obtidos  a partir da colisão do corpo de queda (CQ) com cada amostra de componente de calçado esportivo, por um tempo de 2 segundos. Esses sinais foram gerados pelo respectivo contato do sensor piezoelétrico da máquina com o corpo de prova, numa  freqüência  de  5000  Hz  e  condicionados  e  amplificados  por  um  pré­amplificador  (2635  da  Brüel  e  Kjaer).  Essas informações foram transmitidas por uma placa conversora analógico/digital de 12 bites (CIO­DAS 16/1600) ao programa de aquisição e processamento de dados SAD32®, construído e disponibilizado pelo Laboratório de Medições Mecânicas da UFRGS. O CQ, dotado do sensor piezoelétrico, foi elevado manualmente a cada ensaio a uma altura de 15,20cm fixando­ se no eletroímã da máquina. Este era solto a partir de um comando eletrônico enviado pelo computador. Ao término do último rebote do CQ e, dos 2 segundos impostos para aquisição dos sinais, a amostra era removida da MEM e só voltava a  ser  utilizada  na  coleta  quando  todas  as  outras  amostras  tivessem  sido  ensaiadas,  totalizando  aproximadamente  30 minutos, de um ensaio para o outro de uma mesma amostra, não interferindo no resultado da aquisição seguinte. Foram realizadas 30 repetições do ensaio para cada amostra respectivamente.

    Para os cálculos relacionados ao tempo de impacto (ti) efetuou­se a subtração do tempo final (t2) e do tempo inicial (t1) (t1= t2­t2). Quanto aos cálculos relacionados aos impactos gerados pelo CQ, os valores foram obtidos do primeiro pico  de  tensão  das  curvas,  corrigidos  (divididos)  pelo  fator  utilizado  no  pré­amplificador  (3,16)  e  pela  aceleração  da gravidade, no caso adotado como referência o valor de 9,81 m/s² (Figura 2). 

Figura 2 ­ Curva representativa do critério adotado para retirada dos tempos e picos utilizados para o cálculo de CR e CA.

        Mantiveram­se  constantes  as  condições  do  ambiente  quanto  aos  fatores  físicos  como,  temperatura  (23  +  2)ºC, umidade relativa do ar (50 + 5)%, conforme o quesito de condicionamento para os corpos de prova ­ NBR 14838 (2002), bem como a vibração da bancada e a altura de ensaio, que compreende a base inferior do corpo de queda (CQ) e a superfície superior da amostra.     Foram obtidos os valores de CR e os valores de amortecimento de cada amostra com suas respectivas equações.     O CR foi obtido através da equação:  onde hf é a altura final e hi a altura inicial;     O cálculo do coeficiente de amortecimento foi obtido a partir da equação diferencial homogênea de 2ª ordem, descrita a seguir:      Cuja solução é      Para obtenção dos Coeficientes de amortecimento (g), a partir das curvas de amortecimento, com suas respectivas equações,  elaboraram­se  gráficos  a  partir  dos  valores  máximos  de  cada  pico  de  tensão  em  função  do  tempo  e superpostos para cada material testado.

Resultados

    Na Figura 5 são mostrados os resultados das diversas avaliações, para a obtenção do coeficiente de amortecimento, que foram realizadas para cada tipo de palmilha de P1 a P5, em função dos respectivos valores de tensão contrastados com a escala temporal.

Tabela 4 ­ Coeficiente de amortecimento nas palmilhas 

Figura 5 ­Gráfico da curva de amortecimento das palmilhas.

Discussão

    Percebe­se a partir dos dados da tabela 1 que o grupo das palmilhas apresentou valores médios de impacto de 92,195 g, sendo que o material "P4" (49,672 g) respondeu com o menor valor e o "P5" (151,962 g) com o maior. Tais respostas apresentam  variabilidade  entre  4,931%  ("P4")  e  11,080  %  ("P5"),  que  em  média  (7,611%)  são  consideradas  baixas segundo critérios de Gomes (1990). Para comparar os valores de impacto referente às palmilhas, aplicou­se uma ANOVA (one­way), constatando­se que, pelo menos uma palmilha apresentou os valores do impacto diferente das demais, com valores pré­estabelecidos de p<0,05.     Em síntese, o grupo das palmilhas apresentou uma escala crescente de valores de impacto classificados em: "P4", "P3", "P1", "P2" e "P5". Apenas P1 e P2 não apresentaram diferenças significativas.     A partir desses valores de impacto, pode­se verificar que variando a massa sem variar a espessura da palmilha, existe uma modificação considerável nos valores obtidos com a máquina de teste.     Em relação ao coeficiente de restituição, ao se analisar os dados contidos na Tabela 2 verifica­se, que em média, os valores  de  CR  permaneceram  os  mesmos  (0,235).  De  acordo  com  a  tabela  3  acima,  verifica­se  que  pelo  menos  uma palmilha apresenta CR significativamente diferente dos demais. Com base da análise "post­hoc" nesses resultados pode­ se afirmar que a P3 foi diferente das demais apresentando a menor média de valor de CR, enquanto que a P5 apresentou maior média de CR; somente as palmilhas P1 e P2 não apresentaram diferenças estatisticamente significativas indicando que suas características físicas são muito próximas.

        Acredita­se  que  quanto  maior  for  o  CR,  maior  a  quantidade  de  energia  que  está  sendo  devolvida  ao  aparelho locomotor humano. Nesse caso a P5 torna­se inviável na prática de saltos.     Poucas pesquisas destinam­se à determinação dos valores referentes ao CR de componentes de calçados, como Muller et al. (2001) e Borges Jr. et al. (2003) e a maior parte dos trabalhos apresentam as unidades de deformação em Pascal. Borges Jr et al. (2003) analisaram o CR em entressolas esportivas classificando­as conforme sua absorção de energia.     Para o coeficiente de amortecimento, a P3 mostrou­se mais adequada, apresentando maior índice de dissipação de energia, enquanto a P4 foi considerada dura. A determinação da capacidade de absorção de energia segue de acordo com a NBR­12.577 cita que deve­se trabalhar com cargas consideradas lentas. SMITH et. al. (1993) considera que em velocidades de 0,18mm/min são lentas, enquanto que 6780mm/min são altas, equivalendo aos impactos que sofrem o sistema locomotor.     EL HAYEK (1995) avaliou a capacidade de absorção de impacto em 3 (três) solas de calçados desportivos, comparando os resultados para classificação. A discrepância de valores indicou que suas propriedades eram muito diferentes.

Conclusão

    Pode­se concluir que a P5 possuiu a maior média no coeficiente de restituição, devolvendo a maior parte da energia ao

Brasileira de Biomecânica, S1, p. 39­48, 2003.

HENNIG, E. M. The evolution and biomechanics of the human foot ­ applied reserch for footwear. Revista Brasileira de Biomecânica, S1, p. 7­14, 2003.

MULLER,  A.  A.;  MACHADO,  D.  B.;  NUCCI,  M.  A.;  ANDRADE,  M.  C.;  FISCHER,  B.;  ÁVILA,  A.O.V.  Avaliação  de respostas  cinéticas  de  calçados  running  diferenciados  após  a  escolha  do  calce.  In:  Simpósio  Brasileiro  de Biomecânica do Calçado, 1, 2001. Gramado. Anais...Gramado: CEFID­UDESC, 2001. Flat foot insole, Disponivel em: www.2ndwind.com; Acessado em: 02/07/2005. Lynco soprts neutral, Disponivel em: www.apexfoot.com; Acessado em: 02/07/2005. SMITH, B. A.; LIVESAY, G. A.; WUO, S. L­Y. Biology and biomechanics of the anterior cruciate ligament. Clinics in Sports Medicine, 12, p. 637­670, 1993. EL HAYEK, I. R. e LEIVAS, T. P. Determinação da absorção de energia do solo de calçados esportivos através de ensaio de resistência ao impacto e a compressão. In: Congresso Brasileiro de Biomecânica, 6, Brasília. Anais... Brasília: SBB/UNB, 1995. MUNDERMANN, A.; NIGG, B. M.; STEFANYSHYN, D. J.; HUMBLE, R. N. Development of a reable method to assess footwear comfort during running. Gait and Posture, 16, p. 38­45, 2002. Outro artigos em Portugués Recomienda este sitio

  

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revista digital · Año 10 · N° 92 | Buenos Aires, Enero 2006   © 1997­2006 Derechos reservados