Dinâmica da Queda 2 – Tolerância Humana ao impacto devido à queda quando pego pelos Sistemas de Contenção / linha de vida
Quando ocorre uma queda com o trabalhador acoplado a uma linha de vida ou um ponto de ancoragem, o acidentado no momento final da queda é seguro pelo sistema de contenção, neste instante ocorrem forças significativas sobre a estrutura anti-queda e sobre o acidentado.
Durante o movimento de descendente de queda de uma linha de vida por exemplo a mesma fica esticada fazendo com que o trabalhador seja desacelerado abruptamente, sendo que esta desaceleração irá depender dos absorvedores de Energia existentes instalados ou usados e do projeto do sistema anti-queda.
Como a capacidade do corpo humano para resistir a uma taxa de desaceleração elevada sem lesão é limitada, se tornou essencial ser capaz de testar a resposta de um determinado Sistema de Contenção de Quedas e assegurar que cargas de choque estariam abaixo dos níveis aceitáveis de taxa de desaceleração conhecidas, também visando evitar falhas na própria linha de vida, na ancoragem e EPIs..
Testes para determinação da Tolerância Humana ao impacto da queda.
Foram realizados na década de 70 e 80 do século passado, vários testes para determinar a tolerância humana a desaceleração e impactos. Segue alguns:
Hearon e Brinkley (1984) Em testes realizado na França com queda controlada com seres humanos na década de 1970, cujo objectivo era determinar que desaceleração máxima de queda tolerável para os seres humanos, foram realizados cerca de 30 testes de queda, com uma força de retenção máxima de 4,8 kN ( 480 kgf) registada ao longo de uma distância queda de até 0,8 m com uma desaceleração de 7g (*) máxima. Os voluntários submetidos a desacelerações de 7 g (*) mesmo com proteções de bandagem no peito sofreram fraturas em costelas conforme relatado por Amphoux (1982 ) que concluiu que a força de desaceleração era o factor crítico na determinação tolerância humana quando pego pelo sistema anti-quedas.(*) Aceleração da gravidade = 9,81m/s Ulysse e Sulowski (1982 ), realizam testes com queda realizado em um voluntário humano , vestindo um cinto de segurança ligado à estrutura de teste através de um 2 m de comprimento com absorção de energia utilizando uma corda 11 milímetros e diâmetro muito usual em montanhismo. A massa do considerada foi de 88 kg com equipamentos e a queda livre foi de 2 m gerando uma força de arrasto de 3,8 kN. Alguns acelerômetros também foram montados na cabeça do sujeito e no peito , mas as leituras foram difíceis de interpretar.
Outros testes realizados por Sulowski com manequins, gerou observações importantes pois realizou gravações de curva “ força-tempo ” conforme figura abaixo:
(*) Ms= Milissegundo ou milésimo de segundo
A Figura anterior descreve os resultados de um teste de queda realizado com um trilho vertical e trole utilizando um Boneco de teste articulado de massa 75 kg no lugar de um ser humano.
Este teste de queda procurou ser mais próximo da realidade com manequim utilizando cinto de corpo inteiro completo, igual utilizado no trabalho.
O manequim é liberado no tempo t = 0 depois de quedas livres por um período de aproximadamente 350 ms e desacelerado pelo sistema anti-quedas.
Olhando o gráfico anterior podemos observar que no instante de tempo = 375 ms (*) inicia a desaceleração do boneco com dispostivo anti quedas começando a funcionar o corpo é desacelerado de 375 ms – 500 ms = ou seja em 125 ms uma força de 3,5 KN (350 Kgf) atua sobre o corpo em questão.
Um newton corresponde à força exercida sobre um corpo de massa igual a 1 kg que lhe induz uma aceleração de 1 m/s² na mesma direção e sentido da força.
A taxa de variação da força no tempo é de aproximadamente 3,5 kN ÷ 0,125 s = 28 kN /s,
28 kN/s = 28.000 N/s = m x a como a massa do boneco é de 75 kg temos a = 28.000/75 = 373,33 m/s²/s
Ou taxa de desaceleração é de a= 373,33 m/s³
Como a Aceleração da gravidade 9,81 temos que a desaceleração foi de a= 373,33/9,81 = 38,05 (gs)
É improvável que um ser humano venha sobreviver a esta queda com uma taxa de desaceleração tão elevada.
Continuando a analisar o gráfico de Sulowski
Durante o tempo t = 500 a 625 ms a força de contenção da queda decai rapidamente , indicando que a dissipação de energia
O trabalho principal é realizado neste período de tempo ficando uma energia residual, o sistema de contenção da queda se estica e relaxa o boneco é lançado de novo para cima no instante 625 ms e depois cai mas já num estagio com um pico menor de força de 1,5 kN, depois o boneco fica dependurado no sistema com seu peso de 0,75 KN (76 kgf)
A distancia percorrida durante a desaceleração considerando que a principal energia foi dissipada no intervalo de tempo ( 375 ms a 687 ms) pode ser calculada pela equação:
D= v°t + ½ at²
Onde V° = Velocidade inicial
t= tempo12
a = aceleração neste caso aceleração da gravidade g = 9,81 m/s²
Então a distancia percorrida no sistema anti-quedas entre 375 ms e 500 ms
D= 0 + ½ 9,81 m/s² x (0,312 s)²
D= 0,477 m
Estimando a atura de queda do corpo pelo princípio da conservação de Energia, temos:
ΔW = F x D
E = mgh onde h = altura da queda
E= m x g x h = F x D onde
m = 75 kg
g = 9,81 m/s²
F = 3.500 N
D= 0,689 logo h = 3.500 kg m/s²x 0,477m/ 75 kg x 9,81 m/s² onde h= 2,3 m
Uma queda de 2,3 m com um talabarte de 1,5 metros da fator de queda igual a F = 1,53
Nestas condições de desaceleração tem capacidade de gerar fatalidade se não houver absorvedor de energia.
No Brasil, a NR 18 juntamente com a NR 35, que regulamentam as condições de trabalho na indústria da construção civil e trabalhos em altura, na parte relativa à proteção contra quedas, não apresentam nenhum parâmetro para a força máxima de impacto limite em caso de queda do trabalhador.
Já a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) publicou a NBR 14629/2010, normas relativa ao equipamento de proteção individual contra queda de altura e absorvedor de energia.
A norma estipula em teste dinâmico de queda, com a utilização de uma massa rígida de 100 kg, que a força máxima de frenagem (Fmax), as forças de frenagem que venham atuar sobre o trabalhador não podem exceder 6 kN (600 kgf) e distância total de parada H deve ser H < (2L1 + 1,75 m), sendo L1 o comprimento total do absorvedor de energia, incluindo o talabarte.
Limite de 6 KN não é garantia de segurança se a taxa de desaceleração for elevada.
Se uma pessoa de 100 kg for desacelerada em 0,5 s com energia de 6 KN de retenção da queda.
Temos 6.000 N/0,5 s=100 kg x a
Taxa de de variação da aceleração = 120 m/s³ = > 12,23 g (desaceleração elevada e sujeita a danos mesmo para uma queda vertical)
Vimos que o quesito mais importante em relação a queda com utilização de linha de vida ou sistema de proteção contra queda é a desaceleração no momento que o individuo está sendo pego pelo sistema de proteção contra quedas.
A Figura abaixo mostra dados comparativos entre diversas normas relativa a desaceleração.
Notem queque existe variação da tolerância em relação à desaceleração quando se compara diferentes normas e para uma mesma norma existe padrões de tolerância diferentes dependendo do eixo da queda conforme segue:
Z – queda vertical com o acidentado sendo seguro pelo peito ou ponto nas costas próximo ao ombro
X – queda de costas sendo seguro pela cintura
Y – queda lateral sendo seguro pela cintura
Vamos detalhar estes casos no Post Dinâmica da Queda 3
Nosso Objetivo é salvar vidas