BIOMECÁNICA MEJOR DESEMPEÑO

Transcripción

1 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

2 ESTATICA (Frankel y Burstein 1991) MECANICA DE LOS SOLIDOS CUERPOS RIGIDOS IDEALES CUERPOS DEFORMABLES CUERPOS HOMOGÉNEOS CUERPOS HETEROGÉNEOS ISOTROPICOS ANISOTROPICOS Sometidos a FUERZAS INTERNAS Y EXTERNAS EN EQUILIBRIO

3 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)

4 DE FLEXION TIPOS DE SOLICITUDES O ESFUERZOS (Frankel y Burstein 1991) DE ROTACION DE TENSION (Buscar ejemplos en el cuerpo humano de los tipos de Solicitudes o esfuerzos)

5 FUERZAS EXTERNAS (Frankel y Burstein 1991) 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

6 HIPOTESIS BASICAS EN RESISTENCIA DE MATERIALES EQUILIBRIO ESTATICO POSTULADO FUNDAMENTAL LEY DE HOOKE MODULO DE YOUNG VISCOELASTICIDAD TENSEGRIDAD SUPERPOSICION DE EFECTOS PEQUEÑOS

7 EQUILIBRIO ESTATICO LA SUMATORIA DE LAS FUERZAS Y/O LOS MOMENTOS DE FUERZA APLICADOS SOBRE UN CUERPO EN UN MOMENTO DADO DEBE SER (Viladot 2001) IGUAL A CERO, RESPECTO A UN DETERMINADO SISTEMA DE REFERENCIAS

8 EQUILIBRIO CLASIFICACION (Viladot 2001) ESTABLE INESTABLE INDIFERENTE (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)

9 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 (Haynaut 1989) LA RESULTANTE SE RESUELVE EL PUNTO DE APLICACIÓN CON COMPOSICION SISTEMA FUERZAS PARALELAS DEL MISMO SENTIDO

10 CENTRO DE GRAVEDAD (Haynaut Le Veau 1991) UBICACIÓN DE CENTROS 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 % BASE DE SUSTENTACION Y UBICACION DEL EJE DE GRAVEDAD DEL CUERPO EN LOS TRES PLANOS DEL ESPACIO

11 EFECTOS DE LAS FUERZAS EXTERNO (Frankel y Burstein 1991) P = F / S INTERNO STRESS = F int. / S int.

12 POSTULADO FUNDAMENTAL STRESS TENSION F int./ superf int deformación (Frankel y Burstein 1991) Perpendicular al plano cambios de longitud Paralelo al plano cambios de angulacion

13 (Frankel y Burstein 1991) EFECTO POISSON STRESS PERPENDICULAR y compresibilidad del material Relacion Poisson ν = Δ l2/l2 ΔL1/l1 nunca sobrepasa 1/2 (buscar ejemplos en el cuerpo humano

14 LEY DE HOOKE Y MODULO DE YOUNG (Frankel y Burstein 1991) HOOKE Deformacion = k. Stress k = Deformacion / Stress YOUNG E = 1/k E = Stress / Deformación ó Deformacion= Stress / E

15 MODULO DE YOUNG COMPARACION MATERIALES CASCARA NUEZ 15 GPa TEJIDOS BIOLOGICOS HUESO 20 GPa MADERA BLANDA (PINO) 0.6 GPa TENDON 1 GPa GOMA 20 KPa MUSCULO 10 KPa

16 ELASTICO ELASTICIDAD Y PLASTICIDAD CURVA PRESION DEFORMACION CARGA PLASTICO CREEP MAX. RUPTURA

17 Tipo de Deformación Resistencia Deformación del elemento Duración ELASTICA ALTA ALTA TEMPOR PLASTICA BAJA BAJA DEFINIT

18 MODELOS DE ELASTICIDAD Y MODELO DE NEWTON VISCOELASTICIDAD MODELO DE MAXWELL MODELO DE KELVIN MODELO SOLIDO STANDAR

19 VISCOELASTICIDAD DEPENDE DE: TIEMPO TEMPERATURA VELOCIDAD DE CARGA CURVA DEFORMACION -TIEMPO

20 CREEP- FLUENCIA- FLUAGE- CEDENCIA CREEP = Fza estiramiento x tiempo Coefic. rigidez

21 (Fitzgerald 2004) VISCOELASTICIDAD RITMO DE CARGA A MAYOR VELOCIDAD DE CARGA MAYOR RESISTENCIA

22 ESTRUCTURAS Pilat 2007 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 (Buscar ejemplos en el cuerpo humano)

23 TENSEGRIDAD GEODESICA (Buckminster Fuller) PREESTRESADOS (Kenneth Snelson) NO DEPENDE DE LA GRAVEDAD ES OMNIDIRECCIONAL

24 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

25 RESISTENCIA FINAL DEL MATERIAL (Viladot 2001) 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

26 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

27 PROPIEDADES MECANICAS (Fitzgerald 2004) 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.

28 (Fitzgerald 2004) PARAMETROS DE COMPARACION MODULO ELASTICO-DEFORMACION PLASTICA RESISTENCIA FINAL- ENERGIA P/ RUPTURA (Grafico fitzgerald I.14.2 pg 147)

29 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)

30 ESTUDIO DE LA RESISTENCIA DE LOS MATERIALES BIOLOGICOS ESTRUCTURA Y PROPIEDADES SOLICITUDES O ESFUERZOS TENSIÓN DE FALLA (Límite fisiológico) (Provoca patología) TENSIÓN ADMISIBLE (Límite de trabajo kinésico)