Rev. bras. fisioter. Yol. 6, No. I (2002), 25-29
©Associação Brasileira de Fisioterapia
DESENVOLVIMENTO DE UM DISPOSITIVO PARA MEDIR O APOIO DE
CARGAS NO TRONCO EM MANUSEIOS SIMULADOS
Padula, R. S. e Gil Coury, H. J. C
Laboratório de Fisioterapia Preventiva/Ergonomia, Universidade Federal de São Carlos, Departamento de Fisioterapia
Correspondência para: Rosemeire Simprini Padula, Laboratório de Fisioterapia Preventiva!Ergonomia, Departamento de
Fisioterapia, Universidade Federal de São Carlos, Rodovia Washington Luis, KI_TI 235, C.P. 676, CEP 13565-905,
São Carlos, SP, e-mail: [email protected]
Recebido: 18/01/01- Aceito: 11/05/01
RESUMO
O objetivo deste estudo foi projetar e desenvolver um dispositivo para mensurar a força transferida ao tronco durante manuseios simulados. Uma caixa de aço foi construída para armazenar uma célula de carga da marca "Kratos", modelo CDB, calibrada para compressão
de até 30 kgf, e esta foi conectada a um indicador de leitura "Kratos", modelo DDK, o qual registrava os valores máximos (kgf) exercidos
sobre a célula. O dispositivo foi calibrado em três posições. A calibragem foi necessária para compreensão das forças registradas pela
célula de carga, devido aos ângulos de inclinação da caixa. Os dados foram analisados de forma descritiva e a seguir aplicou-se uma
análise de regressão múltipla para testar a linearidade dos resultados da calibragem. Os resultados mostraram um aumento linear da
força em função dos ângulos de inclinação da caixa, confirmada pela análise de regressão, isto tanto para a inclinação horária quanto
para a inclinação anti-horária, respectivamente, r2 = 0,993 e r 2 = 0,997. Conclui-se então que diferentes níveis de inclinação da caixa
ocasionaram variações bastante pequenas, podendo ser previsíveis. Portanto, o equipamento pode ser considerado adequado para estudos
que mensurem especificamente apoios no tronco decorrentes de tarefas simuladas de manuseio.
Palavras-chave: manuseio de carga, fisioterapia preventiva, biomecânica, coluna vertebral.
ABSTRACT
The aim of this study was to project and to gauge a device in order to measure the force transported to the trunk during simulated
handling tasks. A steel box was built to store a gauged "Kratos CDB" strain gauge to compress up to 30 kgf. This strain gauge was
connected to a "Kratos DDK" reading indicator, which recorded the highest values of force applied to the strain gauge. The device
was gauged in three different positions, one neutra! position, a clockwise 5o to 5o inclination and an anti-clockwise 5° to 5° inclination until it reached 30°. This special gauge was required in arder to analyze the force variation by the inclination angles of the
box. The data were descriptively analyzed and after that a multiple regression analysis was carried out in arder to test the linear measure
o f the results. The results showed a linear increase of the force in each inclination angle. lt was also checked by the regression analysis,
for both clockwise and anti-clockwise inclinations, r2 = 0.993 e r2 = 0.997 respectively.
Keywords: load handling task, physiotherapy preventive, biomechanics, spine vertebral.
INTRODUÇÃO
As tarefas de manuseio de carga são consideradas de
alto risco no desenvolvimento de lesões músculo-esqueléticas
da coluna lombar (Fathallah et al., 1998; Niosh, 2000; Kumar,
1999). De acordo com Straker (1999) e Gilad & Tichauer
(1999), isto ocorre porque as atividades de levantamento
e carregamento de carga promovem mudanças na curvatura
lombar, o que afeta a estabilidade do momento de inércia
no plano sagital, alterando, assim, a distribuição de forças
na coluna vertebral. As mudanças nos locais de aplicação
de força exigiram mais do sistema músculo-esquelético, so-
brecarregando as estruturas envolvidas, como discos, ligamentos e facetas, e aumentando os riscos de lesão. (ShiraziAdl & Parnianpour, 1999).
Ainda nesse sentido, Gallagher et al. (1994) e Jager
et al. (2000) afirmam que a sobrecarga na coluna vertebral
e as forças de cisalhamento estão diretamente relacionadas
ao movimento do tronco e à distância do objeto em relação ao corpo. Sendo que, quanto mais próxima a carga estiver
do corpo, menores serão as forças compressivas nos discos
intervertebrais e, conseqüentemente, a sobrecarga das estruturas envolvidas. Contudo, Reyes et al. (1999), analisando
tarefas de manuseio realizadas por operárias saudáveis e
Padula, R. S. e Gil Coury, H. J. C.
26
sintomáticas de uma empresa de manufatura, identificaram,
por meio de estudo observacional, que algumas operárias
apoiavam o objeto manuseado no abdômen, enquanto outras
não. Para realizar esses apoios da carga no corpo, as operárias
alteravam a postura corporal, inclusive projetando o corpo para frente, aumentando, assim, a I01·dose lombar. As
operárias sintomáticas apresentavam disfunções músculoesqueléticas nos membros superiores e pareciam utilizar esses
apoios como estratégia de redução da sobrecarga nos braços,
transferindo parte da carga para o tronco. Como este estudo foi observacional, passamos a buscar na literatura
ergonômica algum dispositivo que pudesse medir objetivamente os possíveis apoios da carga no tronco durante
manuseios simulados. A possibilidade de realizar essas
medidas pode melhorar nossa compreensão da relação entre
esses apoios e a configuração da coluna, no entanto, nenhuma referência sobre o assunto foi encontrada na literatura disponível.
Portanto, o objetivo deste trabalho foi planejar, construir
e calibrar um dispositivo para mensurar a força transferida
ao tronco durante manuseios simulados.
PROJETO E DESENVOLVIMENTO
Inicialmente foi realizado um levantamento de empresas
que fabricam células de carga, para identificar se havia algum
equipamento disponível no mercado que se adaptasse ao
objetivo do estudo. Como nada foi encontrado, foi necessário
desenhar e construir o equipamento. Para tal, entramos em
contato com a empresa Kratos Dinamômetros Ltda. (Embu,
SP) e mantivemos várias reuniões com técnicos (engenheiro
e projetista) da empresa.
Figura 1. Dimensões da caixa-balança.
Rev. bras . .fisioler
Após um primeiro contato, ocasião em que apresentaobjetivos do trabalho, a empresa nos enviou algumas
os
mos
alternativas para atingir os objetivos. Dentre muitas possibilidades, inclusive a confecção de um cinturão abdominal contendo em toda a sua extensão pequenas células de carga para
mensurar os apoios, optamos por inserir a célula de carga no
próprio objeto manuseado. Assim, uma célula de carga foi fixad~1
na parte frontal de uma caixa, com formato trapezóide, a qual
apresentava em uma de suas faces um ângulo de 30° para melhor
acomodação de possíveis apoios.
Ao término da construção do dispositivo, este foi enviado ao Laboratório de Fisioterapia Preventiva e Ergonomia
da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) para a
realização dos primeiros testes de calibragem. Nessa ocasião,
foram detectados alguns problemas no posicionamento da
célula de carga, que exigiu novos ajustes de forma a medir apenas as forças que incidiam sobre uma de suas faces.
O dispositivo retornou à oficina e, após os ajustes e mais
alguns testes, chegou-se à versão final.
Descrição do Dispositivo
O equipamento era composto de uma caixa de aço pesando 5 kgf, com base maior de 300 mm, base menor de
200 mm, altura de 180mm, largura de 300 mm e ângulo de
30° em uma de suas faces. A face inclinada (frontal) foi montada em alumínio leve e conectada à caixa através de uma
célula de carga, de forma a registrar toda e qualquer força atuante nessa superfície (Figura I).
Na face da inclinação foi fixada uma célula de carga marca "Kratos", modelo CDB, calibrada para compressão
de até 30 kgf, a qual atua como plataforma de balança, daí
a denominação caixa-balança.
Vol 6 No. I. 2002
Aparelho para Medir Cargas no Tronco
A forma de posicionament o e fixação da célula permitiu a descentralizaçã o do ponto de medida, dando linearidade aos resultados, de forma que, independentem ente do
ponto na plataforma em que ocorresse o contato, a leitura
seria idêntica. A célula de carga, por sua vez, é conectada
a um indicador de leitura "Kratos", modelo DDK, o qual
registrava os valores da força máxima (kgf) exercida sobre
a célula (Figura 2). Um exemplo de manuseio do dispositivo com apoio é apresentado à esquerda na Figura 2.
27
xa ficava sob a célula de carga, deixando, portanto, de ser
registrado. A força mensuracla pela célula durante a inclinação
da mesma é referente à massa ela própria caixa.
O'
Procedimento de Calibragem
O dispositivo foi previamente calibrado pela Kratos,
em três posições. Inicialmente, a célula de carga foi zerada
na posição horizontal (Posição 1, Figura 3). A seguir, a caixa
foi suspensa e inclinada gradualmente ele 5 em 5 graus em
direção horária até 30 graus (Posição 2, Figura 3). Em seguida
o mesmo foi feito para a direção anti-horária (Posição 3,
Figura 3). Desta forma obteve-se a variação elos registros
ela força em diferentes ângulo de inclinação da caixa.
Isso permitiu conhecer o valor das forças provenientes
da posição da caixa atuantes na célula de carga. A força
mensurada pela célula de carga durante a inclinação da mesma
é referente à massa da própria caixa. No entanto, dependendo
da posição da caixa c, mais especificament e, do ângulo de
inclinação da mesma, a célula de carga não era capaz de
registrar a massa que se encontrava abaixo de si. Dependendo então do ângulo, até 8% do total da massa da cai-
Figura 2. f)ireuu: caixa-balança- I.
plat~1rmm~1
Posição 1
Posição 2
Figura 3. Posições de calibragem da caixa-balança.
para registro do apoio, 2. indicador de carga. Esquerda: exemplo de utilização do dispositivo.
Rev. bros . .fisioler
Padula, R. S. e Gil Coury, H. J. C.
28
Essa calibragem se mostrou necessária pois, na utilização prática do aparelho, quando os sujeitos poderiam
ou não apoiá-lo no tronco, esse ângulo de apoio poderia influenciar a leitura final.
Esse equipamento foi utilizado em uma situação de
manuseio simulado de peso em que fora1il medidos os apoios
da carga no tronco e os movimentos do tronco (Gil Coury
& Padula, 200 I). Neste trabalho constatou-se que o aparelho atendeu aos objetivos propostos e permitiu resultados satisfatórios.
Posição horária
Variável dependente: graus
180
160
140
120
ç
"'ro
100
.1:
60
~
[,"
80
40
20
o
Análise
Inicialmente, os resultados da calibragem foram analisados descritivamente e, a seguir, para testar a linearidade
dos valores obtidos, aplicou-se uma análise de regressão
múltipla.
RESULTADOS
Os resultados obtidos com os procedimentos de calibragem do dispositivo podem ser vistos nas Figuras 4 e 6,
respectivamente, para as posições de inclinação horária (posição 2) e inclinação anti-horária (posição 3).
180,00
160,00
140,00
120,00
cg
'c... Regressão
95% confid.
o
Graus
Figura 5. Resultados da análise de regressão para a inclinação
(posição 2).
horári~1
A Figura 6 representa a variação da força (kgf) exercida
sobre a célula de carga a cada 5" de inclinação quando a caixa
é inclinada no sentido anti-horário (posição 3), conforme ilustrado anteriormente na Figura 3. Observa-se na Figura 6 que
a força (kgf) exercida sobre a célula de carga na inclinação
anti-horária foi maior que na inclinação horária. Isso parece
estar associado ao posicionamento da célula de carga dentro
do dispositivo em relação a sua inclinação c, conseqüentemente,
a força que esta sendo medido pela célula. Isto é, maior carga
será registrada em situações em que o centro de massa do dispositivo ficar acima da célula e menores valores serão obtidos quando o centro de massa ficar abaixo da mesma.
100,00
~
ro
80,00
~
60,00
V'
300,00
263,33
40,00
250,00
20,00
0,00
o
5
10
15
20
25
200,00
30
Graus
ç
Ol
~
ro
[,"
Figura 4. Relação dos graus de inclinação da caixa-balança e a força
(carga) exercida sobre a célula de carga para a inclinação horária
(posição 2).
Os resultados mostraram que a força (kgf) aumentou
linearmente com o aumento no ângulo de inclinação, sendo
que a força (kgf) de compressão máxima registrada foi de
apenas 166,67 (kgf) para a inclinação máxima permitida
pelo dispositivo. Portanto, como o peso da caixa é de 5 kgf,
a influência que a própria caixa tem sobre a célula representou menos de 3,5% de seu peso total.
A análise de regressão múltipla aplicada às medidas
de calibragem do equipamento na posição 2, apresentadas
na Figura 4, indicou alta linearidade dos dados, conforme
se observa na Figura 5 (r 2 = 0,993).
150,00 -
.1:
100,00
50,00
0,00
o
5
10
15
20
25
30
Graus
Figura 6. Relação dos graus de inclinação da caixa-balança e da força
(carga) exercida sobre a célula de carga para a inclinação anti-horária
(posição 3).
A Figura 7 ilustra os resultados da análise de regressão
referentes à calibragem do dispositivo na posição 3, a partir
Aparelho para Medir Cargas no Tronco
Vol. 6 No. I. 2002
dos dados apresentados na Figura 6. Similarmente à posição
2, os resultados para os valores de calibragem na posição
anti-horária apresentaram alta linearidade em sua distribuição,
com r 2 = 0,9978.
200
180
160
120
~
::;, 100
c2
STRAKER, L. M., 1999, An overview o f manual handling injury statistics in western Austral ia. lnternational Joumal of Industrial
Ergonomics, v. 24, n. 4, pp. 357-364.
80
60
40
20
o
NATIONAL INSTITUTE OF OCCUPATIONAL SAFETY HEALTH
(NIOSH). Disponível em <http://www.niosh.gov/. Acesso em 15
de agosto de 2000.
SHIRAZI-ADL, A. & PARNIANPOUR M., I 999, Effect o f change
in lordosis on mechanics of lhe lumbar spine-lumbar curvature
in lifting . .lournal of Spine Disorders, v. 12, n. 5, pp. 436-447.
140
"'
KUMAR, S., 1999, Biomechanical load on lumbar spine in palletizing
tasks with rcstriction to acccss and varying headroom. lnternational .!ournal of Industrial Ergonomics, v. 23, n. 4, pp. 349-358.
REYES, L. C. V. e/ a!., 1999, Movements performed by hcalthy and
workers suffcring from work-related muscu1oskeletal disorders in
simulated hand)ing tasks. Revista Brasileira de Fisiolerapia. v.
4, n. I, pp. 33-38.
Posição anti-horária
Variável dependente: graus
ç
29
'"<',
o
10
15
20
30
35
Re~ressão
95 Yo confid.
Graus
Figura 7. Resultados da análise de regressão para a inclinação antihorária (posição 3 ).
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os valores observados no indicador de leitura mostraram
que diferentes níveis de inclinação da caixa promoveram
variações muito pequenas na medida. E, ainda, que essas
variações podem ser previsíveis, e desprezadas, caso medidas muito precisas sejam necessárias.
Desta forma, podemos considerar que o equipamento desenvolvido se mostrou satisfatório em seu procedimento
de c ali bragem.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FATHALLAH, F. A., MARRAS, W. S. & PARNIANPOUR, M., I 998,
The role of complex, simultaneous trunk motions in the risk of
occupation-related low back disorders. Spine, v. 23, n. 9, pp. I 0351042.
GALLAGHER, S. e/ a!., I 994, Dynamic biomechanical modeling of
symmetric and asymmetric lifting task in restricted postures. Ergonomics, v. 37, n. 8, pp. 1289-I310.
GILAD, I. & TICHAUER, E. R., I 999, Spinal geometry during lifting
tasks. lntemational Joumal of Industrial Ergonomics, v. 23, n.
4. pp. 307-3I8.
GIL COURY, H. J. C. & PADULA, R. S., 2001, The influence of upper limb musculoskeletal disorders on lumbar postures and weight
support when handling load. Submetido em junho de 2001 para
Clinicai Biomechanical.
JÀGER, M. et al., 2000, Evaluation and assessment of lumbar load
during total shifts for occupational manual materiais handling jobs
within the Dortmund Lumbar Load Study- Dolly. lnternational
Joumal of Industrial Ergonomics, v. 25, pp. 553-571.