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* Bolsista de Iniciação Científica PIBIC/CNPq
Avaliação da Força de Acoplamento em Juntas Ósseas Aparafusadas
Joyson Luiz Pacheco Eduardo Luiz Scariot* Faculdade de engenharia - PUCRS
90619-900; Avenida Ipiranga, 6681 - Prédio 30 - Bloco B - Sala 101 Porto Alegre - RS - Brasil
E-mail: [email protected]; [email protected]
Eliete Biasotto Hauser Faculdade de matemática - PUCRS
90619-900; Avenida Ipiranga, 6681 - Prédio 30 - Bloco C - Sala 104 Porto Alegre - RS - Brasil E-mail: [email protected]
RESUMO
Tanto na medicina quanto na odontologia, uma das áreas que mais vem atraindo interesse dos profissionais está associada à reconstrução de fraturas ósseas, em especial as fraturas faciais.
Estudos indicam que a segunda estrutura facial que mais apresenta traumatismos é o complexo zigomático. Tais fraturas prejudicam fortemente a vida socioeconômica das pessoas, uma vez que dependendo da gravidade do traumatismo podem afastar o indivíduo da sociedade e, por consequência, de suas fontes de rendimento [3].
O principal objetivo deste trabalho é avaliar a força de acoplamento em ligações ósseas aparafusadas em fraturas ocorridas no complexo zigomático, onde a união das partes ósseas foi realizada através de um parafuso de recente desenvolvimento denominado neck screw [2].
Para estimar essa força, foram realizados estudos do parafuso neck screw,utilizado para a fixação da fratura óssea, medições do mesmo, avaliação do coeficiente de atrito presente entre o parafuso e o osso a ser suturado.
Obtivemos os seguintes parâmetros necessários para a realização dos cálculos da força de acoplamento presente na junta óssea: diâmetro primitivo (dp)=13,796mm, diâmetro do colar (dc)=3,15mm, ângulo de rosca (α)=60º e o ângulo de avanço (λ)=14,23º
As medidas do parafuso utilizadas para a avaliação proposta foram obtidas através de um projetor de perfil da marca Nikon, modelo V-16 com número de série 36914. O referido equipamento apresenta um curso de 50mm x 50mm e uma resolução de 1µm.
O torque aplicado ao parafuso para que o mesmo pudesse realizar a fixação das partes ósseas fraturadas foi medido utilizando o próprio motor de inserção do parafuso. Através do motor é possível calibrar o torque final ao inserir o parafuso no osso neste caso no valor de T=0,3N.m.
Os coeficientes de atrito f e fc entre o parafuso e o osso zigomático foram determinados através da análise de estudos anteriormente realizados e variam entre os valores de 0,3 e 0,4 [1].
O cálculo da força de acoplamento das partes ósseas foi realizado a partir das Eq. (1) e Eq.(2) apresentados por Shigley [5] e Norton [4] respectivamente.
⋅+
⋅⋅−⋅+⋅
=
2)sec()tan(1
)sec(tan
2
dcfc
f
fdp
TFi
αλαλ
(1)
⋅+
⋅−⋅+⋅
=
fcdc
f
fdp
TFi
2)tan()cos(
)cos()tan(
2 λααλ
(2)
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ISSN 1984-8218
Sendo Fi a força de acoplamento, T o torque aplicado, dp o diâmetro primitivo, dc o diâmetro do colar, f o coeficiente de atrito da rosca, fc o coeficiente de atrito do colar, α o ângulo de rosca e λ o ângulo de avanço.
A utilização destes conceitos se deu pelo fato dos mesmos serem as principais referências técnicas na área deste trabalho e são amplamente utilizados como bibliografia básica do curso de engenharia mecânica.
O cálculo foi realizado variando-se os valores do coeficiente de atrito entre os valores de 0,30 e 0,40, por com incrementos de 0,01 a cada avaliação realizada.
Os resultados obtidos através de tais equações são apresentados na Tabela 1.
Tabela 1 - Força de acoplamento em Newtons
Coeficiente
de atrito 0,30 0,31 0,32 0,33 0,34 0,35 0,36 0,37 0,38 0,39 0,40
Força de
acoplamento
(Eq.1 e Eq.2)
282,2 274,7 267,5 260,7 254,2 248,1 242,2 236,5 231,1 225,9 221,0
Através da realização dos cálculos propostos, observou-se, que a força de acoplamento em
ligações ósseas variou de 282,2N para um coeficiente de atrito de 0,30 a 221,0N para um coeficiente de atrito de 0,40, resultando em uma diferença de 61,2N entre os valores extremos do processo.
A partir das análises realizadas, foi possível concluir que a força de acoplamento em juntas ósseas aparafusadas varia linearmente com a variação do coeficiente de atrito, variação esta devido à presença de sangue, partículas ósseas e demais fatores.
Vê-se também que o resultado final da força de acoplamento não apresenta diferença entre os métodos de cálculo utilizados e que os valores encontrados encontram-se dentro da faixa de trabalho do processo de inserção do parafuso neck screw.
Cabe salientar que para essa avaliação, o resultado final da força de acoplamento não apresenta diferença em relação ao método de cálculo utilizado, ou seja, utilizando-se tanto os conceitos apresentados por Shigley [5], quanto por Norton [4] os resultados são semelhantes. Palavras-chave: Força de acoplamento; ligações ósseas; fixação de fratura; parafusos ósseos; neck screw
Referências [1] G. Chotkowski; T. I. Eggleston; D. Buchbinder; “Lag screw fixation of a nonstable
zygomatic complex fracture: case report.”, J Oral Maxillofac Surg, V.55, p.183-185, 1997. [2] D. A. Gaziri, Fixação rígida com parafuso tipo Neck Screw em fraturas tetrapóides de
zigoma [documento impresso e eletrônico]. PortoAlegre, 2007. 95 f. [3] M. A. Holderbaum; C. S. Lorandi, “Levantamento epidemiológico das fraturas de face na
comunidade atendida junto ao Grupo Hospitalar Conceição”, Revista Odonto Ciência, n. 24, p. 45-67, 1997.
[4] R. L. Norton, Projeto de máquinas: uma abordagem integrada. 2. ed. Porto Alegre:
Bookman, 2006. 931 p [5] J. E. Shigley, Projeto de engenharia mecânica, 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2005. 960 p.
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ISSN 1984-8218
