Questionario - Mateus e Natacha

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UNIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS - UNISINOS 
UNIDADE ACADÊMICA DE GRADUAÇÃO 
CURSO DE ENGENHARIA BIOMÉDICA 
 
 
MATEUS DE SOUZA 
NATACHA PEREIRA RUP 
 
 
 
 
 
 
 
 
QUESTIONÁRIO AVALIATIVO: 
Biomecânica dos biomateriais 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Leopoldo 
2023 
 
1) A tensão mecânica pode ser definida como uma força de resistência interna 
que age em um material, como resultado da aplicação de uma carga externa. Ela é 
representada por sigma (σ) e é calculada pela força interna (F) dividida pela área de 
secção transversa (A) da superfície na qual atua. Portanto, temos que a tensão 
mecânica se refere à distribuição uniforme de força pela área de secção transversa. 
As três tensões podem ser axiais, agindo perpendicularmente ao plano de análise, 
ou transversais, que atuam em paralelo ao plano de análise. 
 
2) As tensões axiais podem ser: de tração ou de compressão. As tensões 
transversais podem ser de cisalhamento, de flexão (que cria tensões por 
compressão e por tração) ou de torção (que ocorre quando torques agem em torno 
do eixo longitudinal em cada extremidade de um objeto). Deformações causadas: 
Por tração: o objeto ou material tende a se deformar por alongamento ou 
estiramento na direção das cargas externas; 
Por compressão: o objeto ou material em compressão tende a sofrer 
deformação por encurtamento na direção das forças externas; 
Por cisalhamento: o objeto em cisalhamento tende a ter uma modificação na 
orientação das laterais do corpo (inclinação); 
Por flexão: Um objeto ou material submetido a flexão tende a se deformar 
curvando-se, onde o lado tracionado se alongará e o lado em que ocorre a 
compressão se compactará, fazendo o objeto fletir; 
Por torção: O objeto ou material terá uma deformação angular, podendo 
levar até a ruptura dele por meio das forças de cisalhamento geradas pela torção. 
 
3) São exemplos de cargas que podem ser impostas sobre corpos cargas 
simples de tração, compressão ou cisalhamento e cargas mais complexas como 
flexão, torção ou também cargas combinadas 
Nas cargas de tração: A tração é a tensão axial ou normal que ocorre no 
plano de análise como resultado de uma força ou carga que tende a romper as 
moléculas que ligam o objeto àquele plano. No corpo humano, cargas de tração 
muito elevadas podem partir ou romper ligamentos, tendões, músculos e cartilagens 
e causar fraturas em ossos; 
Cargas de compressão: O peso do corpo atua como forma compressiva 
sobre os ossos que o sustentam. Quando o tronco está ereto, cada vértebra da 
coluna terá que sustentar o peso da porção do corpo acima dela, esse é um 
exemplo de carga de compressão. Ou seja, ela tende a esmagar as moléculas de 
um material mantendo-as unidas no eixo de análise, assim podendo causar 
deformação por encurtamento; 
As cargas de cisalhamento também causam deformação de um objeto, mas, 
em vez de deformá-lo ou amassá-lo, levam a uma modificação na orientação das 
laterais do corpo (inclinação) podendo causar bolhas na pele e dependendo de sua 
magnitude, se agirem sobre as extremidades, podem gerar deslocamentos 
articulares ou fraturas nos ossos; 
 
A carga de flexão produz diferentes tensões de analise como tensões de 
compressão e por tração. Um objeto, como um viga, quando submetido a uma carga 
de flexão, se deformará, curvando-se. O lado tracionado se alongará, enquanto o da 
compressão se compactará e encurtará, fazendo objeto fletir. O colo do fêmur é um 
bom exemplo de uma viga em equilíbrio: a força é exercida sobre a cabeça dele, e 
sua base fornece o suporte rígido para o colo do fêmur. A maioria dos ossos do 
corpo humano sofre constantemente a ação de alguma carga de flexão como 
resultado das forças exercidas pela gravidade, bem como pelos músculos, tendões, 
ligamentos e outros ossos; 
A Carga de torção ocorre quando torques agem em tomo do eixo longitudinal 
em cada extremidade de um objeto, isto é, ela produz rotação de um corpo ao redor 
de seu eixo longitudinal; 
As cargas combinadas são aquelas que ocorrem a ação simultânea de mais 
de uma das formas puras de cargas. As cargas combinadas podem resultar em 
tração, compressão ou cisalhamento, todos na mesma secção transversa. 
 
4) 
 
Região elástica: É a região em que a deformação é proporcional à tensão aplicada 
e que o material recupera suas propriedades originais após a retirada dos esforços 
externos sobre ele. A fase elástica obedece a Lei de Hooke representada 
algebricamente por σ = E.ε ou, no caso de análise da curva tensão deformação de 
um material: E = Δσ/Δε . O “E” representado na fórmula é denominado de módulo de 
elasticidade ou módulo de Young. 
Tensão de escoamento: Tensão a partir da qual as deformações são permanentes. 
Apesar de não ocorrer quebra ou ruptura do material, uma tensão superior à de 
escoamento causará deformações permanentes nele. Além desse ponto, o material 
 
falha no sentido de que é incapaz de recuperar sua forma original, indicando o início 
da região plástica do material. 
Região plástica: É a região que começa a partir da tensão de escoamento, e que o 
material em análise já não é mais capaz de retornar à sua forma inicial e, portanto, 
sofrerá deformações permanentes, podendo chegar até a sua ruptura. 
Tensão máxima: É o limite que o material é capaz de suportar, e é representada 
pela tensão correspondente ao ponto mais alto da curva tensão-deformação. É ela 
quem determina a quantidade máxima de carga que um material pode suportar. 
Tensão de ruptura: É a tensão na qual a falha realmente ocorre. Falha, nesse 
contexto, significa quebra ou ruptura. Essa tensão é representada pela tensão 
correspondente ao ponto final da curva tensão-deformação. A tensão de ruptura 
(tensão de falha ou tensão de fratura) normalmente tem o mesmo valor que a tensão 
máxima. 
 
5) É a razão específica entre a deformação na direção transversal e a 
deformação na direção axial para cada tipo de material. O comportamento dos 
discos vertebrais é um bom exemplo do efeito de Poisson. Durante o dia, seus 
discos intervertebrais são carregados em compressão (a menos que você fique 
deitado o dia inteiro). Essa carga compressiva encurta a dimensão vertical dos 
discos, mas, lateralmente, eles se tornam salientes. Sob cargas compressivas 
excessivas, um disco intervertebral pode abaular-se muito e romper-se. 
 
6) Mecanicamente, tenacidade é a capacidade que um material ou objeto tem de 
absorver energia. Dito de outro modo, um material é mais tenaz se é preciso mais 
energia para quebrá-lo. Uma estimativa da tenacidade de um material é dada pela 
área abaixo da curva tensão-deformação (a área total dentro das regiões elástica e 
plástica) gerada experimentalmente por ensaio de tração, utilizou-se o uma 
adaptação do método numérico de integração regra do trapézio, denominado regra 
do trapézio para segmentos desiguais. Esta regra geometricamente, consiste em 
aproximar a integral de uma curva, pelas áreas de trapézios descritos sob esta 
curva, determinados por retas f (x1) até f (x2) em um passo ‘x1’ até ‘x2’, f (x2) até f 
(x3) em um passo ‘x2’ até ‘x3’ e assim sucessivamente. 
 
7) Os componentes extracelulares consistem em colágeno, elastina, substância 
de base, minerais e água. As propriedades mecânicas de vários tecidos são 
determinadas, em parte, pela proporção desses componentes e sua organização. O 
colágeno é uma proteína fibrosa e a substância mais abundante em todos os tecidos 
conectivos. O colágeno é muito rígido (deformação de ruptura de 8 a 10%) e 
apresenta alta capacidade de suportar tração, mas é incapaz de resistir à 
 
compressão, porque suas fibras longas não suportam cargas lateralmente onde ele 
entra em colapso ou se curva como uma corda. A elastina também é fibrosa, mas, 
ao contrário do colágeno, é maleável e muito flexível (sua deformação de ruptura 
chega a 160%). A substância de base consisteem carboidratos e proteínas que, 
combinados com água, formam uma matriz tipo gel para as fibras de colágeno e de 
elastina. É composto também de uma chamada “substância fundamental amorfa” e é 
composta de proteoglicanos e glicosaminoglicanos ou mucopolissacarídeos ácidos 
(reunião de proteínas com ácido úrico e n-acetil-hexosaminas). Esse tecido possui 
as funções de sustentação, preenchimento e transporte de substâncias. 
 
8) Osso: Por ser um material altamente mineralizado, formado por cerca de 45% 
mineral, o osso é o material mais forte e rígido do sistema musculoesquelético. Além 
disso, os ossos contam com uma camada externa chamada osso cortical, que é 
mais densa e rígida, e uma mais interna do osso cortical, chamada osso 
esponjoso, que é um material mais poroso em comparação ao osso cortical. Dessa 
forma, é um material muito resistente a cargas de compressão, devido ao seu 
conteúdo mineral, composto principalmente de cálcio e fosfato; e as fibras de 
colágeno entrelaçadas entre esses sais minerais proporcionam uma alta resistência 
à tração. 
 Ligamentos e tendões: possuem curvas de tensão-deformação com formas 
similares devido a sua composição colagenosa. Sob pequenas tensões, esses 
tecidos são flexíveis, mas, a partir de determinada magnitude, eles tomam-se muito 
rígidos. O tendão tem uma tensão máxima muito alta se a carga de tração for na 
direção das fibras de tendão, mas baixa se a carga for perpendicular às fibras já que 
essas fibras são unidas em paralelo no tendão e em feixes aproximadamente 
paralelos em ligamento. Além disso, ligamentos, possuem mais elastina do que os 
tendões. A leve diferença na organização dos feixes das fibras de colágeno e o 
componente de elastina ligeiramente maior nos ligamentos os torna menos rígidos e 
um pouco mais fracos que os tendões. 
 Cartilagem: A cartilagem pode ser do tipo hialina, fibrosa ou elástica. A 
primeira diz respeito à cartilagem articular e tem na sua composição cerca de 10 a 
30% de colágeno; 3 a 10% de substância de base; e 60 a 80% de água. As fibras de 
colágeno nesse tipo de cartilagem são organizadas em paralelo à superfície 
articular. A cartilagem articular transmite cargas compressivas de um osso para 
outro nas articulações e seu módulo de elasticidade é muito menor que o do osso, 
mas sua composição colagenosa que lhe confere uma importante característica de 
amortecedor para as articulações. 
 Músculo: Devido à sua capacidade de realizar contração ativa e produzir 
tração em si mesmo, o tecido muscular difere-se dos outros e, dessa forma, sua 
rigidez é determinada pelos componentes contráteis ativos do músculo. Sua tensão 
 
de ruptura é muito maior que em tendões e ligamentos por causa da capacidade dos 
filamentos contráteis de deslizar uns pelos outros conforme o músculo aumenta seu 
comprimento. Já a tensão máxima do músculo é muito menor que a do tendão, 
porque a secção transversa inclui a maioria dos elementos contráteis do músculo. 
 
9) A lei de Wolff, proposta pelo anatomista Julius Wolff, diz que um tecido se 
adapta ao nível de tensão imposta sobre ele. Por exemplo, ao aumentar a tensão 
sobre um tecido, ele ganha força por meio de hipertrofia, ou aumento de tamanho. 
Ao retirar a tensão, o tecido perde força por meio de atrofia, ou redução de tamanho. 
Essas observações foram feitas primeiramente em relação ao osso, e 
posteriormente estudos revelaram que a lei é aplicável a outros tecidos conectivos, 
como tendões e ligamentos. Dessa forma, os tecidos conectivos podem se adaptar e 
reorganizar sua estrutura de acordo com as cargas recebidas. Por exemplo, os 
ossos se adaptam aumentando sua mineralização e alinhando trabéculas na direção 
da tensão imposta. Já o tecido muscular consegue se adaptar ao treinamento ou a 
imposições de tensões de sobrecarga aumentando a área de secção transversa do 
músculo com o aumento do diâmetro das fibras individuais. Da mesma forma, os 
tendões e ligamentos são capazes de se adaptar pelas tensões impostas 
remodelando o arranjo de colágeno e elastina. Por fim, se um tecido não recebe 
nenhuma ou pouca carga, ele começa a atrofiar e diminuir de tamanho, perdendo 
propriedades mecânicas, como a flexibilidade dos tendões e ligamentos, a 
mineralização dos ossos e a área de secção transversa dos músculos. 
 
10) O controle do nível de tensão aplicado aos tecidos do corpo humano é de 
grande importância no treinamento e na prevenção de lesões. Assim, esse nível de 
tensão imposta pode ser visualizado como uma tensão em série contínua, que varia 
de um nível baixo, a zona de subcarga patológica, para um nível mais alto, que é a 
zona de sobrecarga patológica. Entre esses dois pontos, estão a zona de carga 
fisiológica e a zona de treinamento fisiológico. 
Então, a zona de subcarga patológica representa uma carga baixa contínua 
aplicada a um tecido, caracterizada por longos períodos de inatividade ou 
sedentarismo. Assim, de acordo com a Lei de Wolff, quando a tensão aplicada a um 
tecido não é aumentada para além da zona de sobrecarga, ocorre um efeito de 
redução, por meio de atrofia do tecido, onde este se remodela diminuindo a área de 
secção transversa dos músculos, diminuindo o conteúdo mineral dos ossos e a 
perda de flexibilidade dos tendões e ligamentos. Essa situação gera risco de lesões 
porque a tensão de escoamento dos tecidos diminui muito. 
 
A zona de carga fisiológica é onde um nível de tensão imposta ao tecido 
mantém seu estado normal, mantendo todas as suas propriedades mecânicas. 
Na zona de treinamento fisiológico aplica-se um nível de tensão acima do 
qual o tecido está adaptado, excedendo a tensão de escoamento do tecido e 
causando-lhe microdanos, estimulando um remodelamento do tecido. De acordo 
com a Lei de Wolff, a cicatrização dos microdanos levam à hipertrofia ou reforço do 
tecido, se contar com o tempo de repouso necessário para a reconstrução. Dessa 
forma, o conteúdo mineral ósseo tende a aumentar e as fibras musculares irão 
hipertrofiar. 
Por fim, na zona de sobrecarga patológica, se tem um nível de carga que 
causa um dano considerável ao tecido, que pode ser provocada por uma aplicação 
única de um nível de tensão muito alto, chamado de lesão traumática, ou pela 
aplicação de um nível de tensão baixo e repetitivo que ultrapassa o limiar para lesão 
por sobrecarga. 
 
11) Lesão por overuse é uma lesão causada por aplicações repetidas de uma 
tensão menor que a necessária para causar danos em uma única aplicação, 
também conhecida como lesão por esforço repetitivo (L.E.R) lesão por trauma 
cumulativo ou distúrbio osteomuscular relacionado ao trabalho. Pequenas 
deformações repetidas podem levar a lesões por overuse através de movimentos 
repetitivos como digitar ou tocar instrumentos musicais que podem ocasionar por 
exemplo na síndrome do túnel do carpo, causada pela compressão (pinçamento) do 
nervo mediano no canal do carpo. Esse tipo de lesão tem várias variáveis a serem 
consideradas sendo um fator de risco a quantidade de tempo em que um trabalho é 
feito numa mesma posição e por longo período e a intensidade da força aplicada 
nessa atividade repetitiva. Durante esse tipo de atividade para prevenir L.E.R é 
necessário um período de descanso e/ou reparo adequados, para produção de 
colágeno e matriz e adaptação. 
 
12) As características do sujeito são conhecidas como fatores intrínsecos, 
enquanto as da tarefa e do ambiente onde ela é realizada são conhecidas como 
fatores extrínsecos. Em geral, os fatores intrínsecos refletem uma habilidade do 
indivíduo de suportar a carga, enquanto os extrínsecos refletem a natureza da carga 
que é imposta sobre ele. Mais detalhadamente os fatores intrínsecos relacionados à 
lesão incluem antropometria, a estrutura esquelética, como densidade óssea e 
congruência articular (alinhamento), o nível de aptidão física, como força, resistência 
e flexibilidademuscular e história prévia de lesão. Esses fatores intrínsecos estão 
relacionados com a habilidade do indivíduo de lidar com a tensão mecânica imposta, 
isto é, a maneira como uma força imposta cria uma tensão dentro do sujeito e quão 
 
bem os tecidos se adaptam ao nível de tensão. Já os fatores extrínsecos são 
aqueles associados ao ambiente do indivíduo como especificidade técnica de 
atividades feitas, tipos de equipamento relacionados, cargas impostas, condições 
climáticas entre outros. Fatores intrínsecos mais comuns são: lesão traumática 
durante queda ou uso excessivo da articulação por exemplo ambos na região do 
ombro. Já os fatores extrínsecos nesse mesmo contexto podemos citar processos 
degenerativos do acrômio (osteófitos, esporões etc.), morfotipo acromial (acrômio 
tipo II e III), alteração congênita, degeneração da articulação acromioclavicular e 
instabilidade capsulo ligamentar da articulação glenoumeral. 
 
13) O comportamento de fluência se refere à capacidade que a cartilagem 
articular tem de, mesmo recebendo uma carga compressiva constante, se deformar 
gradualmente, aumentando com o tempo, à medida que o fluido é exsudado, até o 
ponto em que nenhum fluido seja eliminado. Assim, esse aumento na deformação 
sob tensão constante é chamado de fluência, cuja taxa depende da magnitude da 
tensão compressiva, da espessura da cartilagem articular e da permeabilidade dela. 
O fluido exsudado pela cartilagem articular auxilia na lubrificação das superfícies 
articulares, e ao ser reduzida a tensão compressiva, ele é reabsorvido pela 
cartilagem. 
 
14) Os tendões possuem mais fibras elásticas, tendo mais viscoelasticidade e 
região elástica, já os ligamentos possuem apenas algumas, limitando até certo ponto 
os movimentos articulares e podendo ser rompidos mais facilmente. Além disso há 
uma leve diferença na organização estrutural dos feixes das fibras entre ambos, e as 
proporções de colágeno e o componente de elastina ligeiramente maior nos 
ligamentos os torna menos rígidos e um pouco mais fracos que os tendões. A curva 
tensão-deformação para o tendão é similar para os ligamentos, entretanto 
ligamentos suportam tensões menores. Além disso os tensões possuem fibras 
ordenadas paralelamente com cargas tensionais unidirecionais, já os ligamentos têm 
fibras paralelas e outras entrelaçadas gerando cargas tensionais em uma direção 
principal e em direções secundárias. Tendões são fortes o suficiente para sustentar 
altas forças de tensão que resultam da contração muscular durante movimentos da 
articulação e ainda são suficientemente flexíveis. Já os ligamentos são adaptáveis e 
flexíveis para os ossos, permitindo movimentos naturais desses, mas não são fortes 
o suficiente ou inextensíveis para oferecer resistência satisfatória às forças 
aplicadas, por isso que mesmo que eles tenham estruturas e composições 
semelhantes, um ligamento não pode substituir totalmente um tendão.