E.5.1. Propiedades funcionales de la muestra de calzado deportivo seleccionado

Transcripción

1 - Diseño de calzado de carrera personalizado basado en el análisis de la cinemática del tobillo para la valoración de la marcha atlética E.5.1. Propiedades funcionales de la muestra de calzado deportivo seleccionado

2 Proyectos de I+D El contenido de este documento ha sido generado por el Instituto de Biomecánica (IBV) como resultado del proyecto (IMDEEA/2015/20) en el marco de la convocatoria de ayudas dirigidas a centros tecnológicos de la Comunitat Valenciana para el ejercicio 2015 cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) en un porcentaje del 50% a través del Programa Operativo FEDER de la Comunitat Valenciana , dentro del Eje Prioritario 1.

3 E5.1. Propiedades funcionales de la muestra de calzado deportivo seleccionado

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5 Contenido 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS 5 2. MATERIAL Y MÉTODOS ESTADO DEL ARTE DE CALZADO DE CARRERA EN EL MERCADO SELECCIÓN DE MUESTRAS DEL MERCADO ENSAYOS Condiciones de ensayo Ensayo dinámico de amortiguación de impactos 9 3. RESULTADOS 12 ANEXO I. DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS 15 3/16

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7 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS El presente informe representa el entregable E5.1 (Propiedades funcionales de la muestra de calzado deportivo seleccionado) del proyecto. En él se muestra la metodología empleada, así como los resultados y conclusiones obtenidas durante la evaluación de las propiedades funcionales de una muestra del mercado de calzado de carrera. La muestra ha sido seleccionada cuidadosamente intentando abarcar modelos de zapatilla de carrera de gamas alta, media y baja de varias marcas, así como modelos específicos para corredores neutros, pronadores y supinadores. Un total de once muestras han sido seleccionadas y ensayadas. Las propiedades funcionales han sido evaluadas mediante la realización del ensayo de amortiguación de impactos, el cual muestra el nivel de rigidez dinámica así como la capacidad de disipación de energía de los materiales. Ambos parámetros son básicos para poder determinar el comportamiento funcional de las zapatillas durante su uso. Un calzado apto para corredores pronadores suele ofrecer un mayor soporte en la zona interna del arco plantar del pie. Gracias a una mayor rigidez de la suela en esta zona, se puede evitar un excesivo nivel de pronación del pie. Por otra parte, un calzado apto para corredores supinadores suele proporcionar un nivel de amortiguación extra en la zona del talón ya que este tipo de corredores suelen tener una capacidad de amortiguación de impactos en el talón más limitada que un corredor neutro. Por estas razones, se han ensayado las propiedades funcionales del calzado tanto en la zona de talón como en la zona interna del mediopié. Por otra parte, todos los modelos de zapatillas de carrera han sido ensayados en tres condiciones distintas para separar el efecto de la plantilla y de la suela sobre las propiedades funcionales del calzado: Calzado sin plantilla Calzado con plantilla propia de cada modelo Calzado con plantilla estándar (la misma para todos los modelos) 5/16

8 2. MATERIAL Y MÉTODOS 2.1. ESTADO DEL ARTE DE CALZADO DE CARRERA EN EL MERCADO Uno de los aspectos que más influyen sobre los mecanismos de prono-supinación es el calzado utilizado por los corredores. Caminando descalzo, el ángulo del pie es significativamente menor que calzado (alrededor de 10º). Esta diferencia depende del tipo de calzado, existiendo zapatillas específicamente diseñadas para corregir la pronación excesiva o supinación. Las zapatillas que corrigen la pronación excesiva lo hacen proporcionando estabilidad y control de movimiento. La estabilidad la proporcionan principalmente postes internos de dos o más densidades y/o postes internos rígidos de tamaño pequeño o mediano, situados en la suela o entresuela a nivel del mediopié, y sirven para mantener la integridad de la zapatilla, estabilizar al mediopié y favorecer y dirigir la transición entre el apoyo de talón y el apoyo del antepié. Algunos ejemplos de nombres que reciben estos sistemas según el fabricante, son Adidas Torsion, ASICS Trusstic, o Mizuno Wave, entre otros (Figura 1). Estos componentes, además de dar estabilidad torsional a la zapatilla, independizan relativamente el movimiento del retropié del antepié y pueden evitar lesiones por torsión como los esguinces de tobillo. Figura 1.- Elementos estabilizadores de las zapatillas La zapatilla con control de movimiento, además, suele ser tosca, de horma más recta, y tienen un arco plantar interno acusado. El control de pronación puede ser leve, medio o alto dependiendo de la dureza de la entresuela, distinguiéndose normalmente por un color distinto del material de la suela en la zona interna del mediopié. Se le denomina poste interno o doble densidad. Estos postes internos pueden ir colocados en la parte posterior del talón, a nivel del mediopié o abarcar casi la totalidad de la mediasuela. En ocasiones algunos fabricantes incorporan además diversos elementos, normalmente contrafuertes de plástico o fibra de vidrio/carbono, con la intención de potenciar el efecto antipronador. Algunos ejemplos de nombres que recibe el control de movimientos según el fabricante, son ASICS Duo Max, Brooks Diagonal Rollbar, o Adidas Pro-moderador, entre otros (Figura 2). 6/16

9 Figura 2.- Elementos de control de movimiento de las zapatillas. Las zapatillas existentes en el mercado para supinadores buscan conseguir una adecuada amortiguación, según el tipo de pie rígido que se suele asociar a esta pisada. Para ello, los fabricantes emplean diferentes sistemas, basados en la utilización de cámaras de aire, gel y EVA de diferente densidad y comportamiento viscoelástico, situados en el talón (a la vista o embutidos en la mediasuela), en el antepié, o cubriendo toda la mediasuela. Esta amortiguación permite reducir el impacto articular y músculo-tendinoso inducido por la carrera. Algunos ejemplos son sistemas tipo Nike air, Reebok DMX, Adidas ADIPRENE+, o ASICS GEL entre otros (Figura 3). Además, la horma de estas zapatillas suele ser más curva. Figura 3.- Elementos amortiguadores de las zapatillas SELECCIÓN DE MUESTRAS DEL MERCADO Tras analizar los productos actualmente disponibles en el mercado, se ha realizado una selección de modelos de zapatillas de carrera (Figura 4). La muestra ha sido seleccionada cuidadosamente intentando abarcar modelos de varios fabricantes, de varias gamas (alta, media y baja), así como modelos específicos para corredores neutros, pronadores y supinadores. Un total de once muestras han sido seleccionadas y ensayadas. 7/16

10 Figura 4.- Selección de zapatillas de carrera del mercado ENSAYOS Condiciones de ensayo Las propiedades funcionales han sido evaluadas mediante la realización del ensayo de amortiguación de impactos, el cual muestra el nivel de rigidez dinámica así como la capacidad de disipación de energía de los materiales. Ambos parámetros son básicos para poder determinar el comportamiento funcional de las zapatillas durante su uso. Como se ha comentado anteriormente, un calzado apto para corredores pronadores suele ofrecer un mayor soporte en la zona interna del arco plantar del pie. Gracias a una mayor rigidez de la suela en esta zona, se puede evitar un excesivo nivel de pronación del pie. Por otra parte, un calzado apto para corredores supinadores suele proporcionar un nivel de amortiguación extra en la zona del talón ya que este tipo de corredores suelen tener una capacidad de amortiguación de impactos en el talón más limitada que un corredor neutro. Por estas razones, se han ensayado las propiedades funcionales del calzado tanto en la zona de talón como en la zona interna del mediopié. Por otra parte, todos los modelos de zapatillas de carrera han sido ensayados en tres condiciones distintas para separar el efecto de la plantilla y de la suela sobre las propiedades funcionales del calzado: a) calzado sin plantilla, b) calzado con la plantilla propia de cada modelo, y c) calzado con una misma plantilla estándar para todos los modelos (plantilla básica de EVA correspondiente a la del modelo D). La Tabla 1 resume las diferentes condiciones ensayadas. 8/16

11 Tabla 1.- Condiciones del ensayo de amortiguación de impactos. Talón Mediopié Sin plantilla Con plantilla propia Con plantilla estándar Sin plantilla Con plantilla propia Con plantilla estándar Modelo A Modelo B Modelo C Modelo D Modelo E Modelo F Modelo G Modelo H Modelo I Modelo J Modelo K Ensayo dinámico de amortiguación de impactos El ensayo dinámico de amortiguación de impactos analiza el comportamiento de las zapatillas de carrera ante los impactos que se producen en el pie al correr. Para realizar este ensayo el IBV emplea una máquina (LecCus/IBV) que simula el citado impacto al mismo tiempo que registra las fuerzas y deformaciones que se producen sobre el material (Figura 5). La descripción completa de este ensayo está disponible en el Anexo I. Los resultados proporcionados por la máquina de ensayos son analizados mediante un sistema de tratamiento de datos obteniendo, por una parte, la fuerza necesaria para producir una deformación determinada (Rigidez dinámica o RD) y, por otra parte, la capacidad del material para disipar energía (Ratio de absorción de energía o RAE). 9/16

12 Figura 5.- Máquina de ensayos de amortiguación de impactos LecCus/IBV (ver Anexo I). Un total de 990 curvas de compresión han sido tratadas (11 modelos de calzado x 2 condiciones de zona x 3 condiciones de plantilla x 3 repeticiones x 5 impactos 990 curvas). El tratamiento de las señales ha consistido en aplicar un filtro a las señales para eliminar el posible ruido, extraer los 5 impactos individuales de las señales registradas, detectar los inicios, finales y picos máximos de las señales de fuerza y desplazamiento, para por último determinar la rigidez dinámica y el ratio de absorción de energía. Para ello, se han utilizado unos algoritmos para facilitar el procesamiento de todas las señales (Figura 6). 10/16

13 Figura 6.- Tratamiento de las señales registradas mediante los algoritmos de cálculo de los parámetros funcionales. 11/16

14 Rigidez dinámica (N/m): Media + IC95% INSTITUTO DE BIOMECÁNICA DE VALENCIA 3. RESULTADOS En la Figura 7 y Figura 8 se representan la media y el intervalo de confianza al 95% (IC95%) de los valores de la Rigidez dinámica del ensayo de Amortiguación de impactos de todos los modelos de zapatillas de carrera ensayados en las tres configuraciones de plantillas tanto en el talón como en el mediopié Rigidez dinámica /// Talón Talón_Sin plantillas Talón_Con plantilla propia Talón_Con plantilla estándar Figura 7.- Rigidez dinámica de los modelos ensayados en la zona del talón (media e intervalo de confianza al 95%). 12/16

15 Rigidez dinámica (N/m): Media + IC95% Rigidez dinámica /// Mediopié Mediopié_Sin plantillas Mediopié_Con plantilla propia Mediopié_Con plantilla estándar Figura 8.- Rigidez dinámica de los modelos ensayados en la zona del mediopié (media e intervalo de confianza al 95%). En la Figura 9 y Figura 10 se representan la media y el intervalo de confianza al 95% (IC95%) de los valores del Ratio de energía absorbida del ensayo de Amortiguación de impactos de todos los modelos de zapatillas de carrera ensayados en las tres configuraciones de plantillas tanto en el talón como en el mediopié. 13/16

16 Ratio absorción energía (0-1): Media + IC95% Ratio absorción energía (0-1): Media + IC95% INSTITUTO DE BIOMECÁNICA DE VALENCIA 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Ratio absorción energía /// Talón Figura 9.- Ratio de absorción de energía de los modelos ensayados en la zona del talón (media e intervalo de confianza al 95%). 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Talón_Sin plantillas Talón_Con plantilla propia Talón_Con plantilla estándar Ratio absorción energía /// Mediopié Figura 10.- Ratio de absorción de energía de los modelos ensayados en la zona del mediopié (media e intervalo de confianza al 95%). 14/16 Mediopié_Sin plantillas Mediopié_Con plantilla propia Mediopié_Con plantilla estándar

17 A N E X O I Descripción de los ensayos 15/16

18 ENSAYO DINÁMICO DE AMORTIGUACIÓN DE IMPACTOS La metodología de análisis de la capacidad de amortiguación de impactos del IBV está basada en la simulación de impactos producidos durante la carrera y la determinación de la Rigidez dinámica y del Ratio de energía absorbida del material bajo dicho impacto. Para ello se hace uso de una máquina desarrollada por el IBV que permite simular un impacto mediante una masa que cae de una altura determinada, registrándose por medio de dos transductores (una célula de carga y un transductor de desplazamiento) tanto la fuerza transmitida como la deformación sufrida por el material. Los parámetros a medir obtenidos en este ensayo son: Rigidez dinámica (RD): Se describe como la fuerza necesaria para comprimir el material, proporciona información sobre la deformación del material. Un material con un bajo valor de rigidez corresponde con un material altamente compresible. Figura 11.- Máquina de ensayos LecCus para el estudio de la amortiguación frente a cargas de impacto. Ratio de energía absorbida (REA): Este parámetro representa la capacidad del material para disipar la energía del impacto (a mayor ratio, mayor absorción de energía). Un valor alto representa una gran capacidad del material para disipar la energía. 16/16