Nome do Projeto
Análise das propriedades funcionais de superfícies esportivas equestres
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/10/2022 - 30/12/2024
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Agrárias
Resumo
A dinâmica cavalo-casco-superfície sofre influência das propriedades funcionais de superfícies equestres, com variações dinâmicas na absorção e dissipação de impacto pelas forças de reação recebidas ao sistema musculoesquelético. Nesse contexto, o conhecimento das características mecânicas das superfícies, pode garantir eficiência de locomoção, minimizar índices de lesões ortopédicas, promovendo bem-estar e segurança durante a realização de atividades atléticas, pela adequação da superfície, gerando menor força de reação do solo ao sistema locomotor. Portanto, este estudo analisará as propriedades funcionais das superfícies equestres. Inicialmente, será realizada a avaliação das superfícies em centros de treinamento distintos, com execução de testes físicos in situ para análise do comportamento mecânico, assim como, laboratorial dos constituintes que compõem a estrutura das superfícies. Por fim, as superfícies esportivas equestres serão classificadas de acordo com seu comportamento mecânico em firmeza de impacto, aderência e uniformidade. Os resultados serão submetidos ao teste de normalidade, seguido por análise de variância com as médias comparadas pelo teste de Tukey e correlação de Spearman ao nível de 5% de significância.

Objetivo Geral

Analisar as propriedades funcionais de superfícies equestres

Justificativa

As superfícies esportivas equestres são investigadas frequentemente na última década, através do conhecimento das propriedades funcionais, devido necessidade de compreensão dos efeitos gerados sobre a performance, longevidade e saúde do sistema músculoesquelético de equinos atletas (SETTERBO et al., 2009; HOBBS et al., 2014; SYMONS et al., 2015; NORTHROP et al., 2020). A dinâmica cavalo-casco-superfície em movimento é relacionado ao comportamento mecânico da superfície, pois define a capacidade de absorção e dissipação das forças geradas (HOBBS; CLAYTON, 2013; SYMONS; GARCIA; STOVER, 2013).
O conhecimento da mecânica superficial possibilita adequação do sistema a carga animal empregada, acarretando em maior desempenho atlético, bem-estar e redução de lesões durante atividades esportivas (WHEELER, 2006), BODEN et al., 2007; ORLANDE et al., 2012; SYMONS; GARCIA; STOVER, 2013; HOLT et al., 2014). Os equinos possuem limitações do sistema músculoesquelético para adaptação a mudanças abruptas nas propriedades da superfície (PARKES; WITTE, 2015), por isso, torna-se necessário manter controle rigoroso dessas características.
Existem divergências sobre o desempenho ideal de uma superfície, pois propriedades de absorção de impacto, levam a diminuição da performance atlética, criando um obstáculo para determinação de condições satisfatórias (CHATEAU et al., 2009). A funcionalidade da superfície pode ser mensurado por análise in situ pela dureza, resistência ao cisalhamento, umidade e altura, com equipamentos simulando forças verticais e horizontais durante o movimento, medindo resposta da superfície a força, pressão e atrito, assim como, pela topografia, sistema construtivo e composição dos constituintes superficiais (NIGG; YEADON, 1987; PETERSON et al., 2012; ORLANDE et al., 2012).
O controle das propriedades funcionais é efetuado regularmente para segurança de eventos organizados pela FEI (Federação Equestre Internacional), entretanto, no Brasil não ocorre controle efetivo dessas propriedades. Conforme a presente demanda, esse estudo foi desenvolvido com objetivo de analisar as propriedades funcionais de superfícies utilizadas em esportes equestres.

Metodologia

Local e época
O estudo será realizado na Universidade Federal de Pelotas entre setembro de 2022 e agosto de 2024, com levantamento topográfico das superfícies a serem analisadas, para posterior realização de testes físicos in situ e coleta de material das superfícies para análise laboratorial.
Levantamento topográfico das superfícies
O levantamento topográfico das superfícies esportivas equestres, será realizado com auxílio de receptores GNSS para levantamento das coordenadas tridimensionais a campo, processamento das coordenadas de referência através do Sistema de Posicionamento por Ponto Preciso (PPP-IBGE), Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) para Aerolevantamento Fotogramétrico, processamento fotogramétrico com programa MetaShape e processamento em Sistema de Informação Geográfica (SIG). Os resultados serão expressos em modelos digitais 3D com alta das superfícies (BRUCH et al. 2019).
Pontos de testes físicos e coleta de amostras
A determinação dos pontos de testes físicos in situ e coleta de amostras, vai ocorrer conforme metodologia adaptada de Northrop et al. (2016). Para isso, a área total das superfícies serão divididas em 36 quadrantes, contemplando 25 pontos (1m2 cada ponto) para testes físicos e quatro pontos para coleta de material com análise de temperatura, fornecendo amostragem de alta resolução em. Será respeitado um limite de 1 metro entre os pontos laterais e as barreiras de contenção da superfície (Cercas) para retirada do efeito de borda.

Propriedades funcionais analisadas nas superfícies equestres
Dureza superficial
A dureza superficial será medida com auxílio de um martelo de impacto Clegg (Lafayette – Modelo 96049T) (GLEGG, 1976) e um penetrômetro eletrônico (FALKER – Modelo PenetroLOG - PLG1020). O teste de impacto com o martelo de Clegg será efetuado através da queda de um cilindro de 2,25 kg e diâmetro de 50 mm a uma altura de 0,45 metros, onde um acelerômetro piezoelétrico mede o pico de desaceleração do cilindro em queda livre, com resultados expressos em gravidades (G).
A resistência à penetração (kPa) será mensurada através de um penetrômetro eletrônico, medindo força vertical necessária para uma haste metálica (10 mm) romper a estrutura da superfície sob velocidade constante (20 - 40 m/s) até profundidade de 20 cm. Será registrado as leituras a cada 0,01 metros de profundidade e os dados processados com Software PenetroLOG.
Resistência ao cisalhamento
Para medição da resistência ao cisalhamento (Aderência) será utilizado o dispositivo Equine functional adherence tester (EFAT) a ser desenvolvido para essa finalidade conforme projeto (codigo: 5619). O dispositivo será constituído por um casco verdadeiro ferrado (JK Plus nº 3) conectado a uma haste tensionada por uma mola a gás com 800N (80 kg) de força. Na parte superior da haste, uma chave de medição de torque (até 60 N/m com sensibilidade de 0,1 N/m) é instalada para medir o torque máximo para rotacionar o casco em 90º.

Altura da superfície
A altura da superfície (cm) será mensurada com auxílio de uma haste métrica (1 mm de diâmetro), com capacidade de romper a camada superficial que compõem a estrutura da superfície até limite de fundação, conforme Northrop et al. (2016).

Umidade volumétrica da superfície
A umidade volumétrica in situ será mensurada com auxílio de um sensor TDR (Field Scout – Modelo TDR-100; Spectrum Technologies), realizando as medições em triplicatas a uma profundidade de 0 - 7,6 cm e os resultados expressos em porcentagem (TOPP; DAVIS; ANNAN, 1980).

Temperatura da superfície
A temperatura ºC das superfícies será medida com auxílio de um termômetro de solo (Eletronic 4-1 soil meter), com profundidade de medição de 3 cm, sendo realizadas em triplicatas (NORTHROP et al., 2016).

Coleta de amostras e testes laboratoriais
A coleta de material das superfícies para análise laboratorial será realizada conforme norma DNER-PRO 003/94 (1994) para amostras deformadas. O material (10 kg) será coletado na área de 0,5 m2 de cada ponto, com utilização de trado mecânico e armazenadas em sacos plásticos.

Umidade gravimétrica da superfície
O teor de umidade gravimétrica será medido na amostra de 200 gramas coletados em cada superfície. O material será seco em estufa 110 ºC durante 24 horas conforme protocolo ASTM D2216 (RACING SURFACES, 2014).



Granulometria
A análise granulométrica das frações que compõem as superfícies será realizada conforme DNER-ME 051/94, (1994); ABNT-NBR 7181, (2016), para amostras deformadas. As amostras passaram por peneiras com abertura de 50 mm a 0,002 mm, sendo classificadas em areia grossa (2,0 - 0,6 mm), areia média (0,6 – 0,2 mm), areia fina (0,2 – 0,05 mm), silte (0,05 - 0,002 mm) e argila (< 0,002 mm).

Determinação do limite de plasticidade
A determinação do limite de plasticidade será realizado conforme norma DNER-ME 082/94 (1994) e ABNT-NRB 7180 (2016) para amostras deformadas. Desse modo, 50 gramas de amostras são colocadas em uma cápsula de porcelana (500 ml) adicionando água destilada até completa homogeneização. Após, 20 gramas da massa é modelada em forma elipsoidal até 3 mm de diâmetro do cilindro, sendo repartidas em oito pedaço e secas em estufa 105 -110 ºC até peso constante, com limite de plasticidade expresso pela média dos teores de umidade.

Determinação do limite de liquidez
O limite de liquidez será determinado conforme norma DNER-ME 122/94 (1994) e ABNT-NBR 6459 (2016) para amostras deformadas. Para isso, 70 gramas de amostra serão adicionados em cápsula de porcelana (500 ml), adicionando 20 ml de água destilada e homogeneizando até a mistura apresentar uma massa plástica. Após são efetuados 25 golpes pelo acionamento da manivela com velocidade de duas voltas por segundo. Posteriormente é transferido uma porção de amostra colhida de ambos os lados e transversalmente, para um recipiente que é conduzindo à estufa 105 - 110 ºC até peso constante, para determinação da umidade.

Determinação de carbono orgânico
O carbono orgânico será determinado no material previamente seco em estufa, após isso, 100 gramas de amostra seco serão colocadas na mufla por 10 horas a 440 ºC, de modo que a temperatura não ultrapasse 482,22 ºC para não ocorrer ruptura das partículas de areia conforme protocolo ASTM D2974 (RACING SURFACES, 2013).

Determinação da forma das partículas
A forma das partículas das superfícies será determinada por microscopia eletrônica após realizada separação das amostras por granulometria, analisando o material retido em cada peneira. As amostras serão analisadas através das imagens (20X E 40X) geradas pelo aplicativo do microscópio. (RACING SURFACES, 2013).
Massa específica aparente seca máxima
A massa específica aparente seca máxima será realizada conforme norma DNER-ME 216/94 (1994) e ABNT-NBR 16867 (2020) para amostras deformadas. Desse modo, 3 kg de material serão homogeneizados no molde cilíndrico em três camadas, com 25 golpes do soquete metálico em queda livre de 305 mm. Após é retirada a amostra do molde, que será dividida verticalmente resultando em uma porção de 80-120 gramas, utilizada para determinação da umidade em estufa a 105ºC até massa constante.

Ensaio de compactação
O ensaio de compactação será realizado com metodologia de ensaio presente na norma DNER-ME 162/94 (1994) e ABNT-NBR 7182 (2016), para amostras deformadas, utilizando 6-7 kg de material. As amostras serão postas no corpo-de-prova em cinco camadas, compactando cada camada com 12 golpes para energia de compactação com um soquete caindo a uma altura de 45,72cm. Duas amostras de 250 gramas são retiradas da parte central do corpo-de-prova para determinação da umidade em estufa a 110 ºC até peso constante.

Determinação da uniformidade espacial da superfície
A uniformidade espacial das superfícies será medida coeficiente de variação (desvio padrão/média) de cada propriedade funcional analisada (HERNLUND et al., 2017) e os resultados expressos em layout de superfície 3D.

Classificação das superfícies
As superfícies analisadas serão classificadas quanto a suas propriedades funcionais de acordo com Hobbs et al. (2014) e Hernlund et al. (2017) para verificação do comportamento das superfícies conforme firmeza de impacto (FI), aderência (AD) e uniformidade (UN), onde:
A firmeza de impacto será caracterizada a partir dos valores de dureza da superfície, expressos pela desaceleração vertical do martelo de Clegg e resistência à penetração. Os resultados serão classificados em superfície macia (menor que 50 G, 500 kPa), média (51 a 100 G, 501 a 1000 kPa e 2001) e dura (maior que 101 G, 1001 kPa).
A aderência será classificada a partir dos valores encontrados para a resistência ao cisalhamento em N/m em pouco aderente (<= 10 N/m), aderente (11 a 26 N/m) e alta aderência (>26 N/m).
A uniformidade das superfícies será caracterizada a partir do coeficiente de variação de todas as propriedades funcionais analisadas, variáveis cinéticas e cinemáticas, de modo que, coeficiente de variação menor que 15% indica alta uniformidade, valores entre 15-30 %, média uniformidade e maiores que 30%, baixa uniformidade. Será mensurado a uniformidade de cada pista e a variação entre elas.

Delineamento experimental e análise estatística
Será considerado como efeito de tratamento as distintas superfícies e quadrantes de cada superfície. Os resultados serão submetidos ao teste de normalidade, seguido por análise de variância com as médias comparadas pelo teste de Tukey e correlação de Spearman ao nível de 5% de significância com software IBM SPSS Statistics 20.

Indicadores, Metas e Resultados

Devido ao amplo espectro dessa pesquisa, seu desenvolvimento constitui uma proposta multidisciplinar e interinstitucional, envolvendo três teses de doutorado do Programa de Pós-Graduação em Zootecnia e parcerias científicas com a Writtle University College – Reino Unido (Dra. Roberta Ferro de Godoy), Lecturer at University of Central Lancashire – Reino Unido (Dra. Sarah Jane Hobbs), Laboratório de topografia UFPel (Dr. Alexandre Felipe Bruch e Dra. Angélica Cirolini), Laboratório de Física do Solo UFPel (Dra. Cláudia Liane Rodrigues de Lima), Laboratório de Geotécnica UFPel (Dr. Klaus Machado Theisen & Dr. Leandro Sanzi Aquino), Laboratório de Engenharia Mecânica FURG (Msc. Carlos Eduardo Follmam), Laboratório de Bioengenharia UFMG (Dra. Wellingtania Domingos Dias) e com as empresas: GREEN RIDER (Evandro Guerra - Especialista em avaliação e construção de pistas equestres), LEVERFIX Soluções em reabilitação e neurociências e MODELOMAQ Máquinas industriais.
Pretende-se com esse estudo alavancar os esportes equestres desenvolvidos no país, através do conhecimento e instrução de métodos pró-esporte creditados pela Federação Equestre Internacional (FEI), que visam segurança, desempenho e bem-estar para equinos atletas. O sistema de avaliação da dinâmica cavalo-casco-superfície, permite compreensão de todas as variáveis que compõem o universo vivenciado pela rotina de equinos atletas, assim, é possível garantir eficácia nos produtos a serem ofertados para o meio acadêmico e industrial. Decorrente desse estudo, espera-se a publicação de quatro artigos em periódicos com alto fator de impacto e uma patente de modelo de utilidade.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ALEXANDRE FELIPE BRUCH2
ANDREA BICCA NOGUEZ MARTINS
CAROLINA BICCA NOGUEZ MARTINS
CHARLES FERREIRA MARTINS8
CLAUDIA LIANE RODRIGUES DE LIMA2
FABIO RAPHAEL PASCOTI BRUHN2
GINO LUIGI BONILLA LEMOS PIZZI
KARINA HOLZ
KLAUS MACHADO THEISEN2
LEANDRO SANZI AQUINO2
LETICIA DE JESUS SANTOS
LINDA ROMERO GAMA
Leila Regina Oliveira de Borba
PRISCILA FONSECA RIBEIRO
Éverton Augusto Kowalski

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