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Comportamiento de los

Materiales

Klgo. Mg.. Ricardo Arteaga San Martín

Fuerzas o cargas (solicitaciones) que actúan en hueso

• Compresíon

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Tensión

• Fx. Calcáneo.

Flexión

• Fx. Tibia.

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Cizallamiento • Fx. Tensión o

compresión.

Torsión

• Fx. conminutas

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PROPIEDADES DE LOS MATERIALES BIOLOGICOS

COMPOSICIÓN

ESTRUCTURA – ORGANIZACIÓN

CALIDAD – FUNCIÓN

MAGNITUD Y FORMA DE APLICACIÓN DEL ESTRÉS

Gráfica de esfuerzo-deformación

Esf

uerz

o

Deformación

A

B C

D

σ

ε

A: pto. propocional

B: pto. elástico

C: pto. de máx. esfuerzo

D: pto. de fractura

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Comportamiento Mecánico Del Colágeno Y Elastina

T

10 20 30 170 180 190 200

COLAGENO V/S ELASTINA

∈∈∈∈

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Esfuerzo

Tracción

Compresión

Elongación (ε)

Alargamiento o estiramiento (ε )

Deformación

Acortamiento

r

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DEFORMACIÓN

• Cambio local sufrido por un objeto o tejido bajo el efecto de las

fuerzas aplicadas.

• El grado de deformación depende de muchos factores: - Propiedades del material

- Tamaño y forma del objeto - Factores ambientales como el calor y la humedad

- Magnitud, duración, frecuencia y dirección de las cargas aplicadas.

Módulo de Young alto

Módulo de Young bajo

Compliance

Stifness

Elongación

Fuerza (N) Esfuerzo (N/m² o Pa) stress

Estiramiento Strain

Stress

Estiramiento Acortamiento

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Módulo de Young o Elástico (E)

Módulo de Young

Esfuerzo (N/m² o Pa)

Estiramiento

Establece la relación entre tensión y deformación

Es la pendiente de la línea de la gráfica de tensión – deformación

E = σ

ε r

(σ)

(ε ) r

Variables que modifican el comportamiento de un material

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Fue

rza

Doble rigidez

Rigidez

Elongación

2A

A

Fue

rza

Rígido Semirígido

Elongación

2L L

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Ley de Hooke

• En la aplicación de tensiones progresivas sobre un material, las deformaciones son proporcionales a las diferentes tensiones.

• El ideal es el muelle o resorte.

Ley de Hooke

• El muelle ideal no tiene dependencia de: – Velocidad

– Duración o tiempo de exposición

Deformación independiente

Comportamiento Elástico

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ELASTICIDAD

Capacidad de un material que le permite recuperar su tamaño y forma original al eliminar las cargas

aplicadas.

Si se aplica una carga sobre un material igual o menor que el límite elástico, las deformaciones serán

completamente recuperadas una vez que las cargas aplicadas sean eliminadas.

Comportamiento Viscoelástico

Viscoelasticidad

Tiempo Velocidad Tensión Deformación

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Viscoelasticidad o Tasa de dependencia

Test de Relajación de la carga

Tiempo

Car

ga Relajación de la carga

(longitud constante mantenida)

Viscoelasticidad o Tasa de dependencia

Test de deformación progresiva

Tiempo

Def

orm

ació

n

Fenómenos de deformación progresiva

(carga constante mantenida)

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Comportamiento Viscoelástico

En gráfica existe relación exponencial

Deformación mantenida en el tiempo

Tensión disminuye progresivamente

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Comportamiento Viscoelástico

Capacidad de volver a su estado original

Tiempo de exposición al stress

En gráfica existe relación exponencial

Comportamiento Viscoelástico

Rango de tensión

Velocidad de aplicación

En gráfica existe relación exponencial

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Comportamiento elástico Vs Viscoelástico

Tiempo

Deformación Esfuerzo (N/m² o Pa)

tº t¹ Tiempo

tº t t

ε h

ε rec

ε (tº - t)

ε 1

Comportamiento Viscoelástico

Deformación

Esf

uerz

o

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Deformación

Zona de base

Zona de cesión

Zona lineal

Tensión

Estiramiento (%) 3 5 10

400

300

200

100

0 0 2 4 6 8 10

Elongación

[mm]

I II III IV

Fuerza [N]

Comportamiento Plástico

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PLASTICIDAD

Implica deformaciones permanentes.

Los materiales pueden experimentar las deformaciones plásticas tras las deformaciones elásticas cuando son puestos en cargas más allá de sus límites elásticos.

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Comportamiento y lesiones

1 2 3 4 5 6 7 8 Elongación %

Esf

uerz

o

Lesión aguda

Lesión por sobresuso

Fisiológico

0 - 1%

1 - 3%

3 - 5%

5 - 8%

≥≥≥≥ 8%

Anisotropía

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Deformación

Esfuerzo (N/m² o Pa)

Deformación

Rígido y plástico

Frágil

No rígido y plástico x

x

x

Rígido: poca deformación ante una tensión

Frágil: cuando se rompe ante tensiones pequeñas

Plástico: deformación permanente ante los esfuerzos

Elástico: existe relación de proporcionalidad entre tensión y deformación y una no dependencia temporal

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Capacidad de disipación de energía y amortiguación

Esf

uerz

o (N

/m²

o P

a)

Deformación

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Capacidad de disipación de energía y amortiguación

Esf

uerz

o (N

/m²

o P

a)

Deformación

Energía absorbida durante la carga

Energía devuelta durante la descarga

Energía disipada

Capacidad de disipación de energía y amortiguación

Esf

uerz

o (N

/m²

o P

a)

Deformación (%)

Entre más diferencia entre el recorrido de la carga y la descarga tanta más energía va a disipar o absorber el material.

Histéresis

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Fue

rza

Deformación

1 2 3

Cargas repetitivas y viscoelasticidad

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Comportamiento de los

Materiales

Klgo. Lic. Ricardo Arteaga San Martín