Atenuação das vibrações mecânicas por calçados e desenvolvimento de software de análise

Abstract

O objetivo deste projeto foi o desenvolvimento de uma metodologia de ensaio e processamento dos dados de acelerometria tibial que fosse capaz de diferenciar calçados, em relação à absorção das vibrações produzidas pelo contato inicial durante a marcha humana. A repetitividade dos resultados foi comprovada em diversos parâmetros baseados na teoria das vibrações ocupacionais, dentre eles: a amplitude de aceleração; o valor RMS e o fator de crista. Foram propostas curvas médias e índices relativos, onde a marcha descalça é utilizada como variável de controle visando a minimização dos desvios biológicos. Testes iniciais contaram com a participação de 10 sujeitos, do gênero feminino, enquanto que o estudo completo avaliou 2 sujeitos, do gênero feminino, utilizando 3 calçados distintos. O tempo de coleta foi de 10 minutos de marcha utilizando o calçado e 10 minutos de marcha descalça, com uma taxa de aquisição de 2000 Hz. Os resultados apresentaram variabilidade menor do que 6%, sendo capazes de diferenciar o tênis e o calçado de segurança do sapato de salto. Nenhuma diferença significativa foi encontrada entre o tênis e o calçado de segurança. Não foi encontrada relação entre a amplitude de aceleração e o comprimento da passada. O modelo matemático vibracional com um grau de liberdade foi capaz de descrever satisfatoriamente a atenuação da vibração na marcha descalça, entretanto, análises da marcha calçada sugerem a necessidade de um modelo mais complexo ou a existência de interferência de ondas mecânicas. A derivada da curva de aceleração no tempo (arrancada) demonstrou que o uso de calçados tem influência significativa apenas no limiar de subida e descida do primeiro pico de aceleração.

This project’s goal was to develop a methodology for testing and processing tibial accelerometer data which would be able to differentiate footwear in relation to the absorption of vibration produced at the initial contact of the foot to the floor during the human gait. The results repeatability was proven in several parameters based on the theory of occupational vibrations, such as: the acceleration extent; the RMS value and the crest factor. Were proposed means curves and relative indexes, where the barefoot gait is used as a control variable aiming at the minimization of biological deviations. Initial tests involved 10 subjects, female gender, while the full study evaluated 2 subjects, of the same gender, using 3 different footwears. The acquisition time was of 10 minutes in gait using the footwears and 10 minutes of barefoot gait, whit an acquisition rate of 2000 Hz. The results showed variability smaller than 6%, which made possible to differentiate the casual shoe, the safety footwear and the high heels. No significant difference was found between the casual shoe and the safety footwear. There was no relationship found between the acceleration extent and the step length. The mathematical vibrational model with one degree of freedom was able to well describe the attenuation of vibration at the barefoot gait, however, barefoot gait analysis suggests the requirement of a more complex model or the existence of mechanical wave interference. The derivate of acceleration with respect to time (jerk) demonstrated that footwears had significant influence only at the upload and download threshold to the first acceleration peak.