Estudios biomecánicos de las articulaciones humanas mediante modelos fotoelásticos 2D y la técnica de congelación de tensiones

Abstract

El objetivo principal de este trabajo es adaptar la técnica de fotoelasticidad en su variante de congelación de tensiones para analizar cualitativamente el estado tensional de diversas articulaciones humanas en sus diferentes posiciones. Los objetivos secundarios son los siguientes: - Analizar visualmente el efecto tensional de la patelectomía, escisión quirúrgica de la rótula para tratar dolencias o lesiones de la articulación rotular. - Comprobar cualitativamente la diferencia de tensiones asociada a la deformación rotular (rotula alta vs rótula baja) - Analizar la diferencia de tensiones asociada a la deformación en varo y valgo de la rodilla desde el plano frontal. - Estudiar el ángulo del eje del cuello femoral y su efecto en la articulación coxofemoral. - Comprobar el efecto de la fascia plantar en el arco interno de la bóveda plantar para soportar el peso del cuerpo. - Analizar el efecto de los tendones sobre el arco interno de la bóveda plantar durante la propulsión y recepción producidas al caminar. - Observar el efecto del tacón sobre el arco interno de la bóveda plantar en posición de reposo y de propulsión. - Estudiar la articulación del hombro en situación de aducción y en el momento durante el ejercicio de anillas en el que está sometida a grandes esfuerzos. - Diseñar y poner a punto de un montaje para ensayos de carga con aplicación de la técnica fotoelástica de congelación de tensiones. - Obtener e interpretar los resultados de los ensayos fotoelásticos llevados a cabo. Los resultados de este trabajo van destinados a realizar un análisis cualitativo que permita a los médicos tener una herramienta visual y simplificada que ayude a entender los efectos tensionales producidos en las articulaciones sin necesidad de conocimientos avanzados de resistencia de materiales o fotoelasticidad. El carácter experimental de este trabajo queda plenamente justificado por la gran dificultad de su análisis con métodos numéricos. Efectivamente, las incertidumbres del problema en cuanto a estados de carga, condiciones de contacto y características mecánicas de los componentes, obligan a estudios experimentales que, al menos, aporten datos o complementen los eventuales estudios numéricos. Respecto a las alternativas experimentales, la extensometría eléctrica es inviable para estudiar directamente problemas de contacto, quedando la fotoelasticidad y el sensor de presión como técnicas más adecuadas y asequibles. Se ha recurrido a la fotoelasticidad por el conocimiento y experiencia en esta técnica del Laboratorio de Resistencia de Materiales de la ETSII-UPM, además de ser una técnica más económica. Sumando esto a lo mencionado anteriormente, el principal foco de este documento es realizar un análisis tensional de diversas articulaciones del cuerpo humano mediante congelación de tensiones en materiales fotoelásticos.