SISTEMA DE REFERENCIA Y TIPOS DE FUERZAS CONSIDERADOS

En  la  Fig.  7.39  se  muestra  el  sistema  de  referencia  considerado  en  el  cálculo  de  esfuerzos  en  las  articulaciones. 

Se observa que para el cálculo de esfuerzos en una articulación se toma como referencia el sistema  de  referencia  local  al  segmento  padre.  Así,  para  la  mano,  el  sistema  de  referencia  será  el  sistema  local al brazo (eje X en dirección del hueso, y los otros ejes como se indican en la figura). Para el resto  de articulaciones como se aprecia en la citada figura. 

Fig. 7.39. Sistema de referencia de las articulaciones para el cálculo de esfuerzos. 

En cada articulación se obtendrá un “vector fuerza” (Fig. 7.40) y un “vector momento” o par‐fuerza  (Fig. 7.41). Como se aprecia en la figura el vector fuerza, medido en [kg], se descompone en fuerza  axial  en  dirección  del  hueso  “padre”  de  la  articulación,  que  podrá  ser  de  tracción  (positivo)  y  compresión  (negativo),  y  una  fuerza  de  corte  situada  en  el  plano  ortogonal  a  la  fuerza  axial  y  que  tiene a su vez dos componentes en los ejes “Y” y “Z”. 

El  vector  momento  o  par‐fuerza,  que  se  mide  en  [kg  x  m]  y  representado  con  dos  puntas  para  distinguirlo del vector fuerza, se descompone en un par de torsión en la dirección del hueso (eje “X”),  que produce una torsión sobre la articulación (en un sentido u otro según el signo), y en un par de  flexión en un plazo ortogonal a la dirección del citado eje “X”.  

  Fig. 7.41. Momento de torsión y flexión sobre una articulación.    7.11.2 ESTIMACIÓN DE LAS FUERZAS MÁXIMAS.  Tal como ya se ha expuesto, a efectos de establecer las distintas curvas paramétricas de factores de  riesgo por esfuerzos, es necesario definir las fuerzas máximas que se han considerado en el método  FORCES y cómo se han determinado (305).   La estimación de las fuerzas máximas se ha realizado por experimentación y haciendo uso del propio  motor  de  cálculo  incorporado  en  el  sistema.  Para  ello  se  han  llevado  a  cabo  las  siguientes  actividades: 

- Se  ha  captura  el  movimiento,  haciendo  uso  del  sistema  MH‐Sensors,  de  un  actor  realizando  movimientos  con  cada  una  de  las  articulaciones:  lumbar,  cervical,  hombros,  codos  y  manos.  Ver  figuras (Fig. 7.42, Fig. 7.43, Fig. 7.44, Fig. 7.45 y Fig. 7.46). 

- De  cada  articulación  se  capturaba  movimientos  amplios  aproximadamente  durante  30  a  45  segundos, tratando de llegar a máximos angulares en todos los ejes de rotación. 

- Salvo  en  el  caso  de  movimientos  de  la  cabeza,  en  el  resto  de  articulaciones  el  actor  llevaba  mancuernas  con  un  peso  de  5kg  cada  una.  De  esa  forma  los  movimientos  eran  más  realistas  a  efectos  de  la  velocidad  angular.  Al  llevar  cargas,  eso  afectaba  a  manos,  codos,  hombros  y  lógicamente lumbar. 

- En  el  movimiento  de  la  cabeza,  también  se  ha  movido  el  tronco  para  reproducir  el  caso  de  inclinación del mismo, por ejemplo, para coger una carga, de  tal forma que la cabeza se sitúa en  posición horizontal y mirando al suelo, lo que supone esfuerzos de corte sobre la zona cervical (Fig.  7.42).  - En el caso de las manos, codos y hombro, no es necesario el movimiento del tronco porque se trata  de analizar los esfuerzos sobre estas articulaciones que no les afecta la posición de la columna, si no  la posición, velocidad y cargas que soportan los segmentos corporales de su cadena cinemática; al  hombro, el brazo, antebrazo y manos; y al codo, antebrazos y manos.  - En el caso de la columna lumbar, los movimientos del tronco hacia adelante y atrás, o lateralización  o bien rotación, se combinaba con movimientos de extensión máxima de los brazos, con el fin de  buscar las situaciones más desfavorables manipulando objetos con peso en cada mano. 

- Asimismo en el caso de la columna, se ha simulado posiciones de empujar y tirar, con inclinación  del tronco en flexión y combinado con cierta rotación, con el fin de reflejar posturas en situaciones  reales (Fig. 7.43). 

- Finalmente,  indicar  que  se  han  tomado  posturas  de  reposo,  para  considerar  el  factor  del  peso  propio  del  cuerpo,  sin  considerar  carga,  al  objeto  de  saber  los  esfuerzos  derivados  de  llevar  una  carga  en  movimiento,  en  comparación  con  la  posición  de  reposo,  la  cual  en  sí  misma  ya  produce  esfuerzos en las articulaciones; pensemos en la columna lumbar, o en los codos con el antebrazo en  reposo o a 90º que es una posición de trabajo habitual. 

Para dichas capturas se ha elegido un actor de hombre y otro de mujer de percentil 50. Como ya se  ha indicado los movimientos han sido amplios, tratando de llegar a máximos rangos de movilidad y  en  todos  los  ejes  de  rotación,  dentro  de  lo  posible  al  manipular  pesos  de  5  kgs  con  cada  mano,  y  durante el tiempo necesario para reproducir todas las situaciones posibles; en general con un tiempo  inferior a 50 segundos ha sido suficiente.  

El  resultando  del  proceso  descrito  ha  sido  un  número  de  posturas  muy  importante,  tomadas  a  25 

frames/segundo,  representativas  de  las  posturas  de  un  entorno  laboral,  incluso  extremas  en  algún 

caso. No obstante, la bondad de la información que se busca de valores máximos de esfuerzos en las  articulaciones,  recae  también  en  el  proceso  que  se  describe  a  continuación,  donde  se  simula  los  movimientos capturados, pero con distintos percentiles de hombre y mujer. 

Simulación con distintos percentiles. 

En efecto, los esfuerzos en las articulaciones dependen del movimiento y velocidades angulares que  el  sistema  musculoesquelético  tiene  que  soportar,  pero  también  de  sus  medidas  antropométricas  que  afectará  a  las  longitudes  de  los  distintos  segmentos  corporales,  consecuentemente  a  los  desplazamientos  y  distancias  que  recorre,  así  como  al  peso  propio  de  dichos  segmentos;  todo  ello  influye  en  las  fuerzas  y  momentos  que  las  articulaciones  deben  soportar  a  las  que  se  suman,  las  fuerzas de inercia derivadas de las aceleraciones lineales y angulares. 

Por ello, aprovechando las funcionalidades disponibles en el software, los movimientos capturados  se han trasladado a modelos digitales de percentiles 5, 50 y 95 (Norma UNE, que no distingue entre  hombre  y  mujer.  Adicionalmente,  y  antes  de  aplicar  el  motor  de  cálculo  de  esfuerzos  para  dichos  percentiles, se ha supuesto una carga de 12.5Kg en cada mano, resultando una carga total de 25Kg,  correspondiente  a  la  carga  máxima  de  la  guía  del  INSHT  (295).  De  esa  forma  se  ha  simulado  una  situación  de  máxima  solicitación  del  cuerpo,  incluso  de  situaciones  extremas  especialmente  de  la  zona lumbar, llevando una carga de 25 kg con brazos extendidos e inclinado el cuerpo hacia delante y  con cierta velocidad. 

Por  lo  tanto,  para  cada  percentil,  el  sistema  considera  que  las  articulaciones  están  sometidas  al  movimiento y peso propio de cada segmento corporal, el cual depende de cada percentil, y maneja  cargas en movimiento de 12.5 kgr con cada mano y con rangos articulares máximos en todos los ejes  y a distancias acordes a sus dimensiones corporales. Se comprende que los resultados obtenidos se  pueden considerar, a todos los efectos, como valores máximos de esfuerzos para toda la población.   

    Fig. 7.42. Captura para estimar esfuerzos máximos en zona cervical. Posturas ejemplo.        Fig. 7.43. Captura para estimar esfuerzos máximos en zona lumbar. Posturas ejemplo. 

                Fig. 7.45. Captura para estimar esfuerzos máximos en codos. Posturas ejemplo.                  Fig. 7.46. Captura para estimar esfuerzos máximos en muñecas. Posturas ejemplo. 

En la Tabla 7.13 se recoge los datos resultantes del cálculo descrito, aplicando las capturas tomadas  con uno de los participantes. Se puede observar que para la columna lumbar se obtiene lo siguiente:  - Para el percentil 5, 60.7 Kg. Se ha asignado un valor de 61kg como referencia.  - Para el P50, 76.6 Kg, que representa un coeficiente de 1.26 (=76.65 / 60.77) respecto al P05.  Si aplicamos ese coeficiente al valor asignado para el P05 de 61kg, resulta, 76.94Kg.  - Para el P95, 92.82 Kg, que representa un coeficiente de 1.53 (=92.82 / 60.77). Si aplicamos  ese coeficiente al valor asignado para el P05 de 61kg, resulta, 93.17Kg.  Se han definido esos coeficientes porque, de esa forma, en las tablas siguientes de parámetros, se ha  considerado los valores máximos correspondientes al percentil 5, y luego se aplica esos coeficientes  para estimar los percentiles 50 y 95.    Tabla 7.13. Esfuerzos máximos resultantes en percentiles 5, 50 y 25.   

Procesando  los  datos  con  el  conjunto  de  capturas  tomadas,  se  ha  obtenido  la  Tabla  7.14.  En  esa  tabla, indicar que los coeficientes aplicados en zona cervical se han visto afectados por el peso propio  de la cabeza, que no lleva cargas en actividades laborales normales pero sí puede adoptar posiciones  de inclinación por flexión propia o del tronco; se ha preferido incrementarlas ligeramente para estar  del lado de la seguridad. Asimismo, los valores resultantes de fuerza máxima de corte en hombro y  codo (indicados en rojo) han sido derivados de las captura donde se simulaba empujar y tirar, que  han resultado las más desfavorables. También se han incluido en la tabla los esfuerzos derivados del  peso propio del cuerpo a modo de referencia.   

Tabla 7.14. Fuerzas máximas consideradas por partes de cuerpo y percentil. [Kg x m] en momentos.