Abstract—- This article presents the results of the evaluations of the mechanical stresses associated with theperformance of manual lifting tasks of loads and those operators must endure in their workplaces,considering for this the most recurrent cases and positions. This study is based on a static analysis of certainspecific positions of the human body, the transmission of forces through the musculoskeletal structure andthe generation of efforts at critical points of the body. In addition to this, it is considered a revision of thecriteria of the Spanish Technical Standard NTP-477. There are critical points of the musculoskeletal structurethat support considerable efforts, the recommendations and criteria provided by the NTP-477 are relevantand although limited, provide an adequate margin of safety to avoid injury to workers. Keywords: lifting loads, operators, mechanical stresses, NTP-477Análisis del levantamiento manual de cargas en operadores: evaluación de esfuerzosISSN-E: 2697-3650Minerva JournalVol.3, Issue. 8, (pp. 74-83)Parreño et al. Análisis del levantamiento manual de cargas en operadores: evaluación de esfuerzosResumen—En este artículo se presentan los resultados de las evaluaciones de los esfuerzos mecánicosasociados a la realización de tareas de levantamiento manual de cargas y que deben soportar los operadoresen sus sitios de trabajo, considerando para ello los casos y posiciones más recurrentes. Este estudio se basaen un análisis estático de ciertas posiciones específicas del cuerpo humano, la transmisión de las fuerzas através de la estructura musculoesquelética y generación de esfuerzos en puntos críticos del cuerpo. Adicionala esto se considera una revisión de los criterios de la Norma Técnica Española NTP-477. Existen puntoscríticos de la estructura musculoesquelética que soportan esfuerzos de manera considerable, lasrecomendaciones y criterios proporcionados por la NTP-477 son pertinentes y aunque limitados, brindan unmargen de seguridad adecuado para evitar lesiones en los trabajadores.Palabras clave: levantamiento de cargas, operadores, esfuerzos mecánicos, NTP-477Analysis of the Manual Lifting of Loads in Operators: Evaluation of Efforts74Recibido(21/04/2022), Aceptado (09/06/2022)Parreño Carolinahttps://orcid.org/0000-0001-5023-214X cdparreno1@utpl.edu.ec Ingeniería en Logística y Transporte, Facultad de Ingenierías y Arquitectura, Universidad Técnica Particular de Loja UTPL, Loja-EcuadorVargas Kattyhttps://orcid.org/0000-0002-4832-1386 gilyux@gmail.comHospital Guayaquil Abel Gilbert Pontón Guayaquil-Ecuador Zúñiga Maria-Joséhttps://orcid.org/0000-0001-8040-9022 majosezu30@gmail.com Escuela Politécnica Superior del Chimborazo, Riobamba-EcuadorTorres Alexhttps://orcid.org/0000-0001-6691-169Xalejomar97@gmail.comDepartment of Integrated Security, Tarqui Army Third Division, Ecuadorian Army, Cuenca-Ecuador https://doi.org/10.47460/minerva.v3i8.66
I. INTRODUCCIÓN El levantamiento y mal manejo de las cargas en operadores de la industria son causas comunes de laaparición de fatiga física y lesiones que a su vez pueden ocasionarse a consecuencia de pequeñostraumatismos que pasan desapercibidos [1]. Como producto de estas afectaciones se pueden generarcontusiones, heridas, fracturas y lesiones de carácter musculoesquelético, siendo las zonas más comunes yafectadas las que corresponden a los miembros superiores, espalda y sobre todo en la zona dorsolumbar. Apesar de que las lesiones, antes mencionadas, no implican riesgos mortales, requieren de largos períodos derecuperación, tiempo en el cual, el trabajador queda incapacitado para realizar su trabajo y actividades connormalidad. Según lo expresado en la guía técnica del Instituto Nacional de Seguridad y Salud en el Trabajo (INSST), lacarga máxima de compresión para la aparición de riesgo de lumbalgia es de 3.4 kN [2]. La disposición de lacarga puede generar un momento que transmita esta carga hacia las vértebras y crear riesgos en la zonadorsolumbar.En este documento se realizará evaluaciones mecánicas sobre esfuerzos en la articulación de la zonaglenohumeral y de compresión de la zona lumbar que corresponde a las vértebras de la L1 a L5 debido aciertas posiciones estáticas en las que se levanta comúnmente la carga [3], se evaluó la influencia de laposición de la carga sobre la magnitud de esfuerzos y se contrastarán estos resultados con lasrecomendaciones propuestas por la nota técnica NTP-477.En este artículo se presenta en la sección de desarrollo las evaluaciones de los esfuerzos en función deposiciones y cargas variables, en la sección de metodología se detallan los criterios y fundamentosmatemáticos empleados en las evaluaciones de esfuerzos, momentos y fuerzas. En la sección de resultadosse describen los criterios de referencia, hallazgos obtenidos y finalmente se presentan las conclusiones.II. DESARROLLOLa Norma Técnica de Prevención NTP-477 [2], considera el levantamiento de la carga basando su estudio endistancias horizontales, verticales, una serie de parámetros que permiten el empleo de la ecuación de NIOSH(1) y el índice de levantamiento de carga (2). 75ISSN-E: 2697-3650en donde, es la constante de carga, es el factor de distancia horizontal, es el factor de altura, es el factor dedesplazamiento vertical, es el factor de asimetría, es el factor de frecuencia, es el factor de agarre.El índice de levantamiento es un valor de referencia para la comparación de los casos y un mayor número deeste índice implica un mayor riesgo. La carga levantada se considera en kg y el límite de peso recomendado(LPR) de evalúa con ayuda de (1). Las ecuaciones antes descritas se emplean con referencia a la disposiciónde variables según el esquema gráfico de la figura 1.Parreño et al. Análisis del levantamiento manual de cargas en operadores: evaluación de esfuerzosMinerva JournalVol.3, Issue. 8, (pp. 74-83)
Fig 1. Identificación de parámetros para el levantamiento de cargas Como se aprecia en la figura 1, los parámetros V y H hacen referencia a la posición vertical y horizontal delpunto de sujeción de la carga, respectivamente [4]. En la NTP 477 se especifica consideraciones para cuandola carga se ubica horizontalmente a una distancia mayor y menor a 25 cm.Adicional a esto, se considera queuna distancia horizontal H mayor a 63 cm puede dar lugar a un levantamiento con pérdida de equilibrio.76ISSN-E: 2697-3650Fig 2. Identificación de parámetros para el levantamiento de cargas Existen múltiples consideraciones para el estudio de los esfuerzos que deben soportar los brazos y la zonalumbar de los operadores en sus labores de carga [5], por ejemplo, la resistencia de la estructura musculoesquelética se compone de un conjunto de músculos que en ocasiones son quienes soportan toda la carga osu mayor parte y en otras ocasiones son los huesos los que contribuyen asumiendo la resistencia a la mayorparte de las cargas aplicadas.Parreño et al. Análisis del levantamiento manual de cargas en operadores: evaluación de esfuerzosMinerva JournalVol.3, Issue. 8, (pp. 74-83)
77ISSN-E: 2697-3650Fig 3. Esquema de fuerzas implicadas en el proceso de levantamiento de cargas.La figura 3 presenta un esquema de la distribución de fuerzas que soporta el brazo en la que W representa elpeso de la carga, P1 es la carga del peso de la porción de brazo que está entre los puntos A y B [6]. Seobserva, además, que existen dos tipos de reacciones RM y RH. Las reacciones de tipo RM corresponden a lafuerza de reacción que ejecutan los músculos para mantener la porción de brazo AB en la posición de lafigura para lo cual el musculo deberá comprimirse en la parte delantera y estirarse en la parte trasera. Lafuerza RH es la fuerza que soporta el hueso para evitar que el conjunto carga-brazo (porción A-B) caigan alpiso.Para definir y estudiar las fuerzas que se distribuyen en la zona de la articulación glenohumeral, se considerade utilidad el criterio propuesto en el estudio de [7], en cuyo documento se abordan aspectos sobre laresistencia considerada en el diseño de implantes de brazos completos que se rigidizarán en la zona delhombro y cuyas fuerzas se aproximan a las máximas tolerables encondiciones reales evaluadas en actividades rutinarias del diario vivir. La fuerza de contacto del hombro durante el levantamiento de una carga posee límites como los que sedestacaron en la figura 4 en la que se toma en cuenta a una persona levantando una caja desde la parteinferior hasta ubicar la carga por encima de su cabeza. Un valor de referencia obtenido en un estudiopropone que el contacto que se realiza en la región glenohumeral puede llegar al 50% del exceso del peso delcuerpo humano [8], con lo cual, si se estima un peso de 70.2 kg que corresponde al peso de una personapromedio para el caso del Ecuador, entonces esta fuerza máxima podría considerarse de 105.3 Kg. Si se tomaen cuenta el valor anterior como límite superior, se podrá determinar con el estudio del esfuerzo mecánico,los límites en carga y distancia para los cuales esto implica riesgos considerables sin tomar en cuenta elcriterio de [7]que concluye que la resistencia muscular varía con el tiempo para el levantamiento con manodominante (PD), mano no dominante (PN) y para cuando la carga está siendo trasladada en la manodominante (TD) y la mano no dominante (TN). Según la figura 3b, la fuerza de compresión que puede realizarun músculo varía en función inversa al tiempo en el que realiza dicho trabajo.Parreño et al. Análisis del levantamiento manual de cargas en operadores: evaluación de esfuerzosMinerva JournalVol.3, Issue. 8, (pp. 74-83)
Fig 4. (a) Fuerza de contacto en la zona glenohumeral debido al movimiento de una carga respecto del pesodel cuerpo, (b) reducción de la resistencia a la compresión muscular en función del tiempo.La fuerza de contacto que se ha establecido como límite máximo en base al estudio de [9], se distribuye en lajunta presentada en la figura 4 en la que estas fuerzas se desomponen en fuerza de compresión Fc y fuerzacortante Fs, predominando la fuerza Fs.78ISSN-E: 2697-3650Fig 5. Fuerzas asociadas a la junta en la zona Glenohumeral Una vez explicado el fenómeno de transmisión de fuerzas [10] hacia la región del hombro (figura 3), seempleó para el análisis mecánico, la formulación para la determinación del esfuerzo cortante [11]de laecuación 2.Parreño et al. Análisis del levantamiento manual de cargas en operadores: evaluación de esfuerzosen donde, es el esfuerzo cortante en Mpa, es la fuerza cortante y es el área en m2. El valor del momentogenerado por la carga y el peso del brazo, puede determinarse con el uso de la ecuación 3 [12], adicional aesto, las distancias deben considerarse como variables a fin de observar como varía el esfuerzo en la juntaglenohumeral.Minerva JournalVol.3, Issue. 8, (pp. 74-83)
en donde M es el momento generado por una fuerza F aplicada a una distancia . Debido al efecto de lasfuerzas W y P y considerando la expresión de la ecuación 3, se tendría la ecuación 4 como sigue:79ISSN-E: 2697-3650Parreño et al. Análisis del levantamiento manual de cargas en operadores: evaluación de esfuerzosen donde, es la estatura del trabajador, son los ángulos del antebrazo y brazo que se han obtenido a partirde las proporciones de la figura 3c [13] y se han graficado conservando sus proporciones en las distintasposiciones para la sujeción levantamiento de una carga a distintas distancias respecto del eje central deltrabajador. Se consideraron para la figura 5, posiciones horizontales para la carga en un rango de valores delos 25 hasta los 60 cm en incrementos de 5 cm. Fig 6. Distintas posiciones del Antebrazo y Brazo para el levantamiento de una carga La figura 6 presenta unas líneas negras que corresponden al antebrazo, las líneas de color cyan representanel brazo y la línea azul es la mano de un trabajador. Se ha dibujado estas longitudes en función de lasproporciones de la figura 3c. se observan los ángulos de inclinación que son empleados en la ecuación 4 apartir de los cuales se puede determinar la torsión y el esfuerzo torsor en la junta de la zona glenohumeral(figura 7).Fig 7. Esfuerzo torsor aplicado en la junta Glenohumeral debido al levantamiento de una carga con una sola mano Minerva JournalVol.3, Issue. 8, (pp. 74-83)
80ISSN-E: 2697-3650La línea roja de la figura 7 hace referencia al esfuerzo cortante máximo que puede ser soportado por la juntaglenohumeral y debido a la fuerza de contacto máxima que se especifica en la figura 4a. por otra parte la líneaazul corresponde al esfuerzo cortante por torsión debido al efecto de la carga y su distancia horizontal al serelevada. Ambos esfuerzos cortantes se compararon debido a su naturaleza. Según la gráfica, una distanciasuperior a los 35 cm con una carga que 20 libras generará un esfuerzo similar al de límite máximorecomendado en el estudio de [7]. Se observa en la figura 7 que el esfuerzo torsor aplicado en la región del hombro se incrementa de formaconsiderable cuando la distancia supera los 35 cm medidos de forma horizontal desde el punto C (figura 2a).EL esfuerzo se mantiene con poca variación y bajos valores para distancias menores a 25 cm. Este valor de 25cm también es tomado en cuenta como punto de referencia en la nota NTP-4, para el cálculo del factor dedistancia horizontal requerido en la ecuación de NIOSH. Según lo comentado en NTP-477, cuando una cargase encuentra a una distancia horizontal mayor a los 63 cm el operador puede someterse a situaciones depérdida de equilibrio, por lo cual se recomienda no sobrepasar ese límite, mientras que se considera quevalores menores a 25 cm posee una mejor condición de carga y mejor estabilidad.III. METODOLOGÍAA. Evaluación del Esfuerzo Mecánico aplicado a la región glenohumeral.Para el cálculo del esfuerzo que se aplica en la zona glenohumeral se han considerado criterios de análisismecánicos, a partir de los cuales, se calculó la torsión transmitida por el efecto de una carga ubicada adistancias variables y horizontales respecto del punto de la zona del hombro. Por otra parte, se calculó elesfuerzo cortante de acuerdo a la fuerza de contacto máxima actuando como fuerza tangencial en la mismazona de la estructura musculoesquelética [14]. Para la determinación del momento realizado por la carga y deacuerdo con las posiciones del antebrazo, brazo y mano, se realizaron un conjunto de esquemas gráficos conlas posiciones para distintas distancias horizontales y tomando en cuenta las proporciones antropométricaspara la población ecuatoriana. Como primer aspecto a resolver se realizaron esquemas gráficos para hallar lasposiciones del brazo, antebrazo y mano cuando se sujeta una carga a una distancia horizontal del hombrohasta que se la eleva a la altura del hombro. B. Revisión de los criterios de la NTP-477.Se realizó una revisión de los aspectos relacionados con el levantamiento manual de cargas que se aborda enla NTP-477, en la misma que existen valores de referencia para permitir que el trabajador opere en buenascondiciones minimizando el riesgo de adquirir lesiones de carácter lumbar o dolores en la zona glenohumeral[15], algunas de estas consideraciones se tomaron en cuenta en este estudio. Se consideraron algunosparámetros como la distancia horizontal hasta la carga desde el plano Sagital del cuerpo del trabajador,parámetro empleado en la solución de la ecuación de NIOSH abordado en la norma Técnica de PrevenciónNTP 477. Se contrastó el estudio mecánico con los criterios descritos en la norma NTP 477 para corroborar lafiabilidad de este método y las fuerzas que se toman en cuenta como máximas en el estudio dellevantamiento de cargas en los trabajadores. Parreño et al. Análisis del levantamiento manual de cargas en operadores: evaluación de esfuerzosMinerva JournalVol.3, Issue. 8, (pp. 74-83)
81ISSN-E: 2697-3650IV. RESULTADOSA partir del desarrollo del presente trabajo, se hallaron estudios sobre la resistencia muscular en compresión,presentándose estudios que sustentaban que la fuerza con la que un musculo puede contraerse paraejecutar un trabajo, se ve reducida notablemente con el tiempo de tal manera que en un tiempo de 60segundos, la fuerza que el musculo puede aplicar se ha reducido a un 20% de su capacidad. De la realización del análisis mecánico de los esfuerzos aplicados durante el levantamiento de la carga, sehalló una posición crítica cuando el operador levanta una carga a una distancia mayor a los 25 cm respecto dela posición del hombro, en cuyo caso el esfuerzo se ve incrementado considerablemente y de forma linealgenerando riesgos considerables, tomando como referencia una carga de 20 libras. NO se han considerado criterios de estabilidad a más de lo contemplado en la normativa NTP 477 en la cualexiste una distancia segura que permite la estabilidad del trabajador cuando este eleva una carga a unadistancia horizontal considerable y en todos los casos menores a 63 cm. Los cálculos se han determinadoconsiderando que el apoyo del trabajador es firme y no contempla desequilibrio de ningún tipo en la posiciónde carga. Adicional a esto, no se ha contemplado el estudio para cargas repetitivas, que puede ser motivo deestudios posteriores. CONCLUSIONESEl análisis mecánico realizado en este estudio proporciona información sobre la distancia horizontal máximacon respecto al eje vertical del cuerpo humano con un valor de 25 hasta 35 cm para elevar una carga de 20libras, rango en el cual, el esfuerzo cortante aplicado en la zona glenohumeral es estable y reducido frente adistancias mayores a 35 cm en las cuales los valores de los esfuerzos se incrementan de manera proporcionalcontribuyendo con mayores riesgos de traumatismos en las zonas glenohumeral y dorsolumbar.La estabilidad para mantener firme una carga sin riesgos de caída depende en gran manera de la posición delos pies con respecto a su distancia de separación, la posición del centro de gravedad del operador, laposición horizontal de la carga, la magnitud de la carga, el tipo de sujeción, la distancia vertical y otrosmúltiples parámetros que se emplean en la ecuación de NIOSHI contemplada en la Norma Técnica dePrevención NTP 477 propuesta por el Instituto Nacional de Salud y Seguridad en el Trabajo.No se considera en los estudios convencionales múltiples parámetros como la influencia de la fuerza decompresión frente a cargas repetitivas ni la reducción de la fuerza en función del tiempo de sujeción,adicionalmente no se consideran estudios que contemplen más de una carga, como es el caso de actividadesdel ejército en las que se realizan tareas de carga y transporte usando a la vez mochilas o cargandoarmamento de peso considerable por tiempos prolongados. Parreño et al. Análisis del levantamiento manual de cargas en operadores: evaluación de esfuerzosMinerva JournalVol.3, Issue. 8, (pp. 74-83)
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Carolina Parreño, Master universitario en Dirección Logística UniversidadInternacional de la Rioja (España), Ingeniera en Gestión de Transporte EscuelaSuperior Politécnica de Chimborazo (Ecuador), Docencia Universitaria 2018-2020Universidad de las Fuerzas Armadas 2021 hasta la presente fecha UniversidadTécnica Particular de Loja (UTPL) Directora de la carrera de Ingeniería en Log´sitica y Transporte 2021 hasta la presente fecha. Áreas de investigaciónTransporte, 83ISSN-E: 2697-3650Parreño et al. Análisis del levantamiento manual de cargas en operadores: evaluación de esfuerzosKatty Yuxeky Vargas Romero, Educación superior Medico general graduada enel Universidad de Guayaquil, Máster en infecciones por el Virus de inmunodeficiencia Humana, Máster en Seguridad y salud del trabajo.María José Zúñiga, Médico General , Máster en Salud Ocupacional, , proyectosencaminados al seguimiento del impacto generado como consecuencia de lapandemia por COVID-19, además de vigilancia de la salud de los pacientes.Alex Martín Torres Jumbo, Artillery Major, Ecuadorian Army, Tarqui Army ThirdDivision, Head of the Department of Integrated Security. Bachelor of MilitarySciences, “Eloy Alfaro” Military High School (Ecuador). Instructor of the TrainingCenter and Joint Anti-Aircraft Artillery “Tcrn. Octavio Icaza” School of the JointCommand of the Armed Forces of Ecuador 2004-2006. General Inspector of theArmed Forces Educational Unit. Military College No. 1 "Eloy Alfaro"; 2017-2018.Research area: Human Resources, Safety and Accident Prevention, Flight Safetyand Human Factors, Investigation of Occupational Accidents in the Armed Forces,Safety, Health and Environment Management Administration, Error Management.LOS AUTORESMinerva JournalVol.3, Issue. 8, (pp. 74-83)