BIOMECÁNICA

Componentes

Biológicos Componentes

Mecánicos

Considerac.

Anatómicas

Considerac.

Fisiológicas

Considerac.

Histológicas Sólidos Líquidos

TEJIDOS

Músculos

Tendón

Cartílago

Hueso

Ligamentos

Cuerpos

Deformables

Resistencia

de Materiales

Elasticidad

Plasticidad

Viscoelasticidad

Tensegridad

Cuerpos

Rígidos

Cinemática

Estática

Dinámica

Ideales y

Viscosos

MEJOR DESEMPEÑO

ESTATICA

MECANICA DE LOS SOLIDOS

CUERPOS RIGIDOS IDEALES Sometidos a

CUERPOS DEFORMABLES FUERZAS

CUERPOS HOMOGÉNEOS INTERNAS Y

CUERPOS HETEROGÉNEOS

ISOTROPICOS EXTERNAS

ANISOTROPICOS

EN EQUILIBRIO

(Frankel y Burstein 1991)

TIPOS DE SOLICITUDES O ESFUERZOS

AXIAL DE CORTE COMPRESION TRACCION CIZALLAMIENTO

(Radin 1989)

(Buscar ejemplos en el cuerpo humano de los tipos de

Solicitudes o esfuerzos)

TIPOS DE SOLICITUDES O ESFUERZOS

DE FLEXION

DE ROTACION

DE TENSION

(Frankel y Burstein 1991)

(Buscar ejemplos en el cuerpo humano de los tipos de

Solicitudes o esfuerzos)

FUERZAS EXTERNAS

• UNA FUERZA PERPENDICULAR AL PLANO

• UNA FUERZA TANGENCIAL AL PLANO

• UN PAR DE FUERZAS EN EL PLANO LONGITUDINAL

• UN PAR DE FUERZAS EN EL PLANO TRANSVERSAL

(Frankel y Burstein 1991)

HIPOTESIS BASICAS EN RESISTENCIA DE MATERIALES

• EQUILIBRIO ESTATICO

• POSTULADO FUNDAMENTAL

• LEY DE HOOKE

• MODULO DE YOUNG

• VISCOELASTICIDAD

• TENSEGRIDAD

• SUPERPOSICION DE EFECTOS PEQUEÑOS

EQUILIBRIO ESTATICO

LA SUMATORIA DE LAS FUERZAS Y/O

LOS MOMENTOS DE FUERZA

APLICADOS SOBRE UN CUERPO EN UN

MOMENTO DADO DEBE SER

IGUAL A CERO, RESPECTO A UN DETERMINADO SISTEMA DE REFERENCIAS

(Viladot 2001)

EQUILIBRIO CLASIFICACION

• ESTABLE

• INESTABLE

• INDIFERENTE

(Viladot 2001)

(BUSCAR EJEMPLOS DE DISTINTOS TIPOS DE

EQUILIBRIO EN EL CUERPO HUMANO Y PENSAR

EN LA APLICACIÓN DE ESTOS TIPOS DE

EQUILIBRIO APLICADO A LA POSTURA Y A LOS

DESEQUILIBRIOS POSTURALES)

PROPIEDADES DEL CENTRO DE GRAVEDAD

• LA LINEA DE ACCION DEL PESO PASA POR EL CENTRO DE GRAVEDAD

• FUERZA POR EL C de G TRASLACION

• F. NO PASA POR C de G +ROTACION

• CUERPO HOMOGENEOS, EL CENTRO DE SIMETRIA ES = A CENTRO GRAVEDAD

• A VECES PUEDE CAER FUERA DEL CUERPO

• LA RESULTANTE SE RESUELVE EL PUNTO DE APLICACIÓN CON COMPOSICION SISTEMA FUERZAS PARALELAS DEL MISMO SENTIDO

(Haynaut 1989)

CENTRO DE GRAVEDAD

PORCENTAJES DEL PESO CORPORAL: CABEZA: 7% CABEZA Y CUELLO 8% TRONCO 51% BRAZO 2,7 % ANTEBRAZO 1,6 % MANO 0.6 % MUSLO 9.7 % PIERNA 4.5 % PIE 1.4 %

UBICACIÓN DE

CENTROS DE GRAVEDAD

(Haynaut 1989-

Le Veau 1991)

BASE DE

SUSTENTACION

Y UBICACION DEL

EJE DE GRAVEDAD

DEL CUERPO EN

LOS TRES PLANOS

DEL ESPACIO

EFECTOS DE LAS FUERZAS

• EXTERNO

• INTERNO

P = F / S

STRESS = F int. / S int.

(Frankel y Burstein 1991)

POSTULADO FUNDAMENTAL STRESS TENSION

F int./ superf int deformación

(Frankel y Burstein 1991)

• Perpendicular cambios de longitud

al plano

• Paralelo al plano cambios de angulacion

EFECTO POISSON STRESS PERPENDICULAR

y compresibilidad del material

Relacion Poisson

ν = Δ l2/l2

ΔL1/l1 nunca sobrepasa 1/2

(Frankel y Burstein 1991)

(buscar ejemplos en el cuerpo humano

LEY DE HOOKE Y MODULO DE YOUNG

HOOKE Deformacion = k . Stress

k = Deformacion / Stress

YOUNG E = 1/k

E = Stress / Deformación

ó Deformacion= Stress / E

(Frankel y Burstein 1991)

MODULO DE YOUNG COMPARACION

MATERIALES

• CASCARA NUEZ 15 GPa

• MADERA BLANDA (PINO) 0.6 GPa

• GOMA 20 KPa

TEJIDOS BIOLOGICOS

• HUESO 20 GPa

• TENDON 1 GPa

• MUSCULO 10 KPa

ELASTICIDAD Y PLASTICIDAD CURVA PRESION – DEFORMACION

ELASTICO

RUPTURA

CARGA

MAX. PLASTICO

CREEP

Tipo de

Deformación

Resistencia Deformación

del elemento

Duración

ELASTICA ALTA ALTA TEMPOR

PLASTICA BAJA BAJA DEFINIT

MODELOS DE ELASTICIDAD Y VISCOELASTICIDAD

MODELO DE NEWTON

MODELO DE MAXWELL

MODELO DE KELVIN

MODELO SOLIDO STANDAR

VISCOELASTICIDAD

DEPENDE DE:

TIEMPO

TEMPERATURA

VELOCIDAD DE CARGA

CURVA DEFORMACION -TIEMPO

CREEP- FLUENCIA- FLUAGE- CEDENCIA

CREEP = Fza estiramiento x tiempo

Coefic. rigidez

VISCOELASTICIDAD RITMO DE CARGA

A MAYOR VELOCIDAD DE CARGA MAYOR RESISTENCIA

(Fitzgerald 2004)

ESTRUCTURAS

• De ladrillos: en funcion del peso. Compresion

• En arco o Boveda: Cargas homogeneas. Seccion trapezoidal. Menos gasto de energia.

• Vigas y columnas: compresiones y tracciones

• Tensoestructuras: cables de pretension

• Geodesica: tridimensional geometrica. Cargas se absorben en el conjunto como un todo

Pilat 2007

(Buscar ejemplos en el cuerpo humano)

TENSEGRIDAD

GEODESICA PREESTRESADOS

(Buckminster Fuller) (Kenneth Snelson)

NO DEPENDE

DE LA GRAVEDAD

ES OMNIDIRECCIONAL

ESTRUCTURAS EN TENSEGRIDAD DEFORMACION SIMETRICA

VISION GLOBAL DEL CUERPO HUMANO COMO UN CONJUNTO AUTOEQUILIBRADO Y EFICIENTE EN EL CUAL LA INFORMACION SE DISTRIBUYE GLOBALMENTE DESDE EL NIVEL MICROSCOPICO HASTA EL MACROSCOPICO, SEGÚN PATRONES DE EXTREMA RELACION

RESISTENCIA FINAL DEL MATERIAL

DEPENDE DE:

• LA CARGA QUE PUEDE RESISTIR ANTES DE ROMPERSE

• LA DEFORMACION QUE PUEDE SOPORTAR ANTES DE ROMPERSE

• LA ENERGIA QUE ES CAPAZ DE ALMACENAR ANTES DE ROMPERSE

(Viladot 2001)

SUPERPOSICION DE EFECTOS MINIMOS

PEQUEÑOS EFECTOS DADOS SIMULTANEAMENTE O SUCESIVOS EN UN LAPSO CONTINUO DE TIEMPO SE SUMAN PARA DAR EL EFECTO FINAL ACUMULATIVO MOTIVANDO TENSIONES O DEFORMACIONES (CREEPS O MICROTRAUMATISMOS) SOBRE DISTINTAS ESTRUCTURAS BIOLOGICAS

PROPIEDADES MECANICAS • ELASTICIDAD/RIGIDEZ • PLASTICIDAD: deformacion permanente, mayor

deformacion con menor esfuerzo • DUCTILIDAD: soportar deformacion plastica • FRAGILIDAD: poca capacidad de deformarse antes de

romperse (se rompen en zona elastica) • TENACIDAD: energia total para fracturar material • DUREZA: resistir deformacion plastica • VISCOELASTICIDAD: depende del tiempo, velocidad de

aplicación de carga y T° • TENSEGRIDAD: “integridad tensional” modo en que

fuerzas opuestas de compresión y tensión pueden ser utilizadas sinérgicamente para alcanzar la “integridad” en ciertas estructuras físicas auto-estabilizantes.

(Fitzgerald

2004)

PARAMETROS DE COMPARACION

MODULO ELASTICO-DEFORMACION PLASTICA

RESISTENCIA FINAL- ENERGIA P/ RUPTURA

(Fitzgerald 2004)

(Grafico fitzgerald I.14.2 pg 147)

COMPARACION CURVAS

Blando y Ductil

Vs.

Duro y Fragil

(Radin 1989)

COMPARACION ENTRE LAS CURVAS DE DEFORMACION – PRESION

DE MATERIAL BLANDO Y DUCTIL (COBRE) CON UNO DURO Y

FRAGIL (CARBURO DE TUNGSTENO) (Radin pg 70)

ESTUDIO DE LA RESISTENCIA DE LOS MATERIALES BIOLOGICOS

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES

SOLICITUDES O TENSIÓN DE

ESFUERZOS FALLA

(Límite fisiológico) (Provoca patología) TENSIÓN ADMISIBLE

(Límite de trabajo kinésico)