Riesgo de caída: Fundamentos teóricos

En este artículo vamos a exponer las leyes físicas aplicables al movimiento de caída de una persona y las fuerzas que actúan sobre la misma durante las fases de aceleración, deceleración y suspensión estática. Estos principios básicos y fundamentales nos facilitarán la comprensión de los efectos que producen, sobre el cuerpo humano, las fuerzas generadas en la caída al producirse su detención y suspensión por un elemento prensor que forma parte de un EPI anticaída.

Todos, alguna vez, hemos experimentado los resultados de una caída fortuita mientras nos desplazamos por una superficie plana: torceduras de ligamentos o tendones, huesos dislocados o rotos, moratones, etc, y ocasionalmente daños internos más o menos severos. Las caídas desde una altura afortunadamente son menos frecuentes, pero mucho más peligrosas puesto que pueden causar daños irreversibles e incluso la muerte.

¿QUÉ SUCEDE CUANDO CAEMOS DESDE UNA ALTURA?

Para contestar a esta pregunta consideremos la siguiente situación hipotética: Nos encontramos trabajando a 1.80 m. del suelo, sobre una máquina sin barandillas de protección y, puesto que estamos a poca altura, no utilizamos un EPI anticaídas. Mientras apretamos un tornillo en el borde, resbalamos y perdiendo el equilibrio, caemos al vacío.

Por una fracción de segundo experimentamos la sensación de caída libre (movimiento), nuestro cuerpo gana velocidad debido a la fuerza de la gravedad y nos precipitamos aceleradamente contra el suelo. No es lo mismo que un salto sobre el agua o desde un muro; la diferencia, en este caso, es que la caída no es intencionada, es incontrolada sin coordinación de movimientos. La trayectoria que describe el cuerpo es impredecible y depende de la componente horizontal de velocidad que exista al inicio de la caída. Si hubiera objetos en el trayecto, impactaríamos contra ellos y transcurre solo medio segundo hasta que impactamos contra el suelo. No hay tiempo para reaccionar y la energía acumulada durante la caída debe liberarse y ser absorbida. El suelo, por su rigidez, no absorbe energía, será el cuerpo, deformándose, quien la liberará a expensas de graves daños.

Cambiemos solo un factor en la hipotética situación. Ahora llevamos un EPI anticaídas, compuesto de elemento prensor del cuerpo, elemento de amarre, absorbedor de energía y conexión a un anclaje debidamente elegido y posicionado. El elemento de amarre está conectado a la pieza D que tiene el arnés en el dorsal. Como antes, estamos apretando el tornillo en el borde de lamáquina y resbalamos perdiendo el equilibrio, cayendo al vacío, pero esta vez a los 50 centímetros de caída se activa el amortiguador iniciando el frenado del cuerpo a través del arnés. Solo ha transcurrido 1/3 de segundo y la energía acumulada es menor y se aplica al cuerpo en los lugares adecuados en que se ha colocado el arnés. La piqueta en D de la espalda reparte y aplica las fuerzas de frenado sobre los huesos y músculos del trasero. Durante esta fase se llega a la parada completa y el amortiguador absorbe la energía de caída transmitiéndola al cuerpo a un nivel considerado generalmente tolerable.

En la posición de parada el arnés nos mantiene en suspensión, hasta que podemos autoliberarnos o recibir ayuda. Durante este tiempo la masa corporal es soportada por el sistema anticaída y no ha sufrido ningún traumatismo.

A pesar que los resultados en ambas hipótesis son completamente diferentes, los principios se rigen por las mismas leyes naturales, por ello vamos a describir estos principios fundamentales que anteriormente hemos señalado en cursiva.

Movimiento

Cuando un cuerpo cambia de posición, se mueve. En general, cuando se mueve sus puntos describen diferentes trayectorias.Podemos fácilmente intuir que cuando un cuerpo humano se mueve, la descripción completa de las trayectorias de las diferentes partes del cuerpo es muy compleja. La ley de la naturaleza que rige el movimiento del cuerpo es la primera Ley de Newton.

Velocidad

Es simplemente la relación entre la distancia recorrida y el tiempo invertido. Se dice que un cuerpo se mueve a velocidad uniforme cuando a tiempos iguales el recorrido es el mismo.

La velocidad no basta para describir el movimiento de un cuerpo, para ello deben especificarse velocidad dirección. La unidad de medida comúnmente empleada es el metro por segundo (m/s).

Aceleración y Deceleración

El caso más simple para describirlas sería el cambio de la magnitud velocidad de un cuerpo en movimiento. Si este cambio es positivo hay aceleración, si es negativo hay deceleración.

Para que un cuerpo se acelere debe actuar una fuerza sobre el mismo. En el caso de una caída, esta fuerza es la gravedad (g). Tomamos en nuestro caso un valor g=10 m/s 2 .

Materia, Inercia, Masa y Fuerza

Todos los objetivos físicos están com-puestos de materia, constituida de átomos y moléculas, la cual los hace tangibles. Si aplicamos una determinada fuerza a una bola de billar y a una de bolos, la primera alcanza mayor velocidad que la segunda. Todos los objetos tienen una propiedad que determina su res-puesta a una fuerza que origina su movimiento, denominada inercia, la cual cuantitativamente se expresa en términos de masa.

Decimos que un cuerpo es másico, para expresar que tiene mucha masa o bien mucha inercia. Una manera de determinar la masa de un objeto es pesarlo y dividir este valor por la gravedad.

Una forma de describir la fuerza, sin usar las matemáticas, es asociarla a la aceleración que se comunica a un objeto por un determinado esfuerzo muscular. Si queremos imprimir mayor aceleración debemos aplicar mayor esfuerzo muscular. Así pues, podemos relacionar la fuerza necesaria para imprimir una aceleración a un cuerpo con su masa. En otras palabras, fuerza es igual a la masa por la aceleración y recordemos que la aceleración es el incremento de la velocidad por unidad de tiempo.

Gravedad y Peso

Cuando estamos de pié, sentados o tumbados, notamos que la fuerza de la gravedad actúa sobre nuestro cuerpo. Esta fuerza se denomina peso. El origen de esta fuerza es la presencia de la enorme masa de nuestro planeta Tierra. Experimental-mente se conoce que dos objetos, de masas determinadas, se atraen mutuamente en virtud de su masa. Cuando uno de ellos es la Tierra, esta fuerza de atracción es la fuerza de la gravedad (g). No debemos confundir este tipo de fuerza con la que aplicamos directamente sobre un objeto (bola billar o bolo), sino que es una fuerza que actúa a distancia. No hay contacto directo con el cuerpo, es como la fuerza de atracción de un imán sobre un cuerpo metálico.

Trabajo y Energía

Si movemos un objeto a una determinada distancia por la acción de una fuerza, decimos que hemos efectuado un trabajo. Un ejemplo muy simple de ello es el trabajo requerido para levantar un objeto venciendo la fuerza de la gravedad que es igual a su peso. Así pues si lo levantamos a una altura H, el trabajo será H veces su peso.

Siguiendo el ejemplo anterior hemos realizado un trabajo para situar el cuerpo a una altura H sobre el suelo. Decimos que el cuerpo tiene una energía potencial, capaz de restituir el trabajo realizado si permitimos que retorne a su posición original.

Cuando soltamos el cuerpo, en esta posición elevada, la velocidad que adquiere se incrementa desde cero (punto en reposo) a un determinado valor, función de la altura H. Durante la caída decimos que el cuerpo adquiere energía cinética, que es función de su masa y velocidad. La altura sobre el suelo va disminuyendo mientras que se incrementa la velocidad.

En otro aspecto decimos que la energía potencial disminuye conforme aumenta su energía cinética. Cuando el cuerpo alcanza el suelo la energía potencial es nula; toda se ha convertido en energía cinética.

Un ejemplo numérico nos clarificará los conceptos: Sea la altura H = 1.8 m y su peso 800 N la energía potencial del cuerpo a esta altura será Ep = 1440 J. Cuando el cuerpo llega al suelo (H y Ep son cero), pero su velocidad es de 6 m/s, siendo una energía cinética Ec = Ep = 1440 J.

Sin embargo, al impactar contra el suelo, instantáneamente se para, su velocidad es nula y la energía cinética desaparece. ¿A dónde va esta energía?. Se consume en deformación instantánea del cuerpo.

Si se trata de un cuerpo humano, se originan lesiones y daños graves en su organismo.

DETENER LA CAIDA

Obviamente la detención de la caída por el impacto contra el suelo es inaceptable. Si no podemos implementar medios para evitar el riesgo de caída o prevenir que suceda, debemos desarrollar un sistema que detenga la caída sin producir lesiones. La solución son los sistemas personales contra caídas.

Un arnés es siempre uno de los componentes del sistema contra caídas. Su función es de elemento prensor del cuerpo para soportarlo. Otros componentes del sistema son: el absorbedor de energía, la cuerda de amarre, los conectores y la piqueta de anclaje. Estos componentes sirven para conectar el arnés a un punto de anclaje y en el mercado hay disponibles una amplia variedad, cuyo acoplamiento forma un sistema anticaídas aplicable a cada situación específica.

Cuando una persona cae, al principio lo hace en caída libre y sobre el cuerpo actúa solamente la fuerza de la gravedad, describiendo una trayectoria que no es necesariamente vertical como ya sabemos.

Si usa un sistema anticaídas, la distancia recorrida es función de los componentes entre el arnés y la piqueta de anclaje y se le denomina distancia de caída libre, iniciándose entonces la aplicación de fuerzas sobre el cuerpo a través del arnés.

Cuando los componentes de conexión están totalmente extendidos, las fuerzas sobre el arnés crecen y se denominan fuerzas de parada que alcanzan un valor máximo.

La energía cinética durante la fase de libre caída aumenta. Cuando se detiene la caída esta energía se disipa entre el cuerpo, el arnés y la piqueta de anclaje. Nuestro interés es que la fuerza absorbida por el cuerpo no se produzca de forma rápida para evitar lesiones. Esta es la razón de incorporar el absorbedor de energía, cuyo diseño permite mantener las fuerzas sobre el cuerpo a un nivel tolerable.

SUSPENSIÓN DESPUÉS DE LA CAÍDA

Cuando el sistema contra caídas finaliza su activación, el cuerpo queda inmóvil y la persona permanece en suspensión. No hay fuerzas dinámicas que actúen sobre el cuerpo, sin embargo la persona está experimentando la presión de las cintas del arnés que soportan el peso corporal. Por consiguiente las fuerzas de suspensión se distribuyen sobre el cuerpo en los lugares donde estén situadas las cintas del arnés, factor a tener muy en cuenta en el diseño de este elemento prensor.

GENERALIDADES SOBRE EL RIESGO DE CAÍDA

Hasta ahora hemos descrito las leyes físicas que rigen una caída, para poder comprender el origen de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo al utilizar un sistema contra caídas, cuya misión principal es reducir el riesgo de lesiones, para lo cual deberemos conocer los límites de las fuerzas tolerables por nuestro organismo y para ello dedicaremos un apartado a describir nuestra anatomía.

A diferencia de otros equipos protectores, que actúan sobre un órgano (vista, oído, sistema respiratorio, etc.), en la seguridad contra caídas es el cuerpo entero que debemos proteger, puesto que la fuerza de la gravedad actúa sobre todo el organismo. Por otra parte el riesgo no está localizado en lugares específicos de trabajo y no es intermitente. La gravedad siempre está presente, nunca descansa. Se puede caer en cualquier lugar, en cualquier instante.

Si cae y no usa protección, con seguridad sufrirá lesiones, si la utiliza reducirá el riesgo de lesión, pero no se elimina totalmente, es el llamado riesgo residual. Puede encontrar un objeto en la trayectoria de caída, su sistema contra caída no es adecuado o es defectuoso, o bien no lo usa o mantiene como es debido.

El objetivo principal de un sistema contra caídas es reducir el riesgo residual a un nivel que sea aceptable para el usuario, la empresa, el fabricante y las normas en vigor.

SISTEMAS Y ORGANOS DEL CUERPO HUMANO

Brevemente vamos a describir aquellos órganos y sistemas del cuerpo humano que por su función, situación o naturaleza pueden lesionarse al usar un sistema contra caídas. Los más importantes son: el esqueleto, músculos, sistemas cardiovascular y respiratorio, si bien no debemos olvidar, los sistemas nervioso o glandular, órganos digestivo, vísceras y reproductor, que pueden verse afectados en las fases de detención de la caída y suspensión. El cuerpo humano está constituido de materia líquida y semisólida.

Líquidos. La mayor parte del cuerpo son líquidos tales como el agua, plasma sanguíneo y linfa. En porcentaje el agua es casi el 60%, puesto que los tejidos blandos que realizan los procesos químicos tienen un alto contenido en agua, mientras los tejidos inactivos son prácticamente secos.

Los líquidos son incomprensibles. Si están confinados en un recinto, cuando se presiona en un lugar, la fuerza se transmite, totalmente al entorno. Si no está confinado se desplaza. Si hay objetos sumergidos, éstos ejercen una fuerza igual al fluido desplazado. Estos principios tienen su importancia al considerar las fuerzas que se aplican al cuerpo a través de los atalajes del arnés, puesto que se transmitirán a los órganos por su acción sobre los fluidos. Órganos sumergidos en líquidos o en la trayectoria de líquidos que sedesplacen experimentan fuerzas que los impacten. Si los órganos están ancladosa otros tejidos, estos ligamentos pueden soportar fuerzas de tensión, compresión o cortadura que los lesione. Las áreas a las que se apliquen las fuerzas del arnés deben ser elegidas para evitar posibles lesiones por efectos hidráulicos.

Sólidos y semisólidos. Para el tema que nos ocupa, los huesos del esqueleto son los más importantes, puesto que son relativamente rígidos, reteniendo su forma y dimensión y soportan los esfuerzos externos con limitada elasticidad, pero si se sobrepasa se fracturan.

El tejido muscular que envuelve los huesos, los protege del impacto directo absorbiendo energía. Los órganos internos, de alto contenido líquido, son vulnerables a las fuerzas que penetren dentro de la caja protectora formada por las costillas.

Sistemas muscular y óseo. Algunos huesos del sistema óseo son más idóneos para soportar altos esfuerzos que otros, debido a su situación y resistencia. Es aconsejable utilizar la silla formada por la pelvis y el fémur para resistir los ma-yores esfuerzos, puesto que son los huesos más robustos y están situados cerca del eje vertical del cuerpo que pasa por su centro de gravedad. Esto se consigue por medio de la cinta subpélvica y los tirantes de unión sobre los hombros.

Usando un arnés con piqueta D en el dorso, cinta subpélvica, cintas tirantes y fijaciones cruzadas que las mantengan en su lugar, una caída, con los pies por delante producirá esfuerzos de compresión aplicados a la columna vertebral. A pesar que las nalgas actúan como amortiguador se transmiten los esfuerzos por la pelvis a la espina dorsal que tiene unos límites tolerables de compresión. La parte más vulnerable son las siete vértebras superiores (cervicales), debido al peso de la cabeza situada en su extremo.

Si la caída es cabeza abajo, las cintas de hombros son las primeras en recibir el impacto que se transmite a la zona subpélvica cuando el cuerpo gira alrededor del punto de amarre. El primer impacto es soportado por los hombros y caja torácica que no dispone de tanta protección muscular y en este caso la lesión en vértebras cervicales también puede ser más severa debido a la rotación forzada de la cabeza y brazos.

Las piernas quedan, en parte, libres y las fuerzas de aceleración actúan sobre las articulaciones y ligamentos que pueden resistir esfuerzos hasta unos determinados límites.

Sistemas cardiovascular y respiratorio. Los líquidos corporales deben estar permanentemente en circulación, el corazón mantiene la circulación sanguínea y los músculos que circundan el esqueleto, en su permanente contracción y disten-sión, también contribuyen a la función de bombeo. Si la distribución de plasma se impide por la presión del atalaje sobre venas o arterias, se restringe la oxigenación de los tejidos y pueden aparecer síntomas adversos con pérdida de conciencia.

La gravedad actúa sobre los fluidos y cuando se está de pie, sentado o suspendido, el bombeo de fluidos comporta un mayor esfuerzo muscular. Si permanecemos largo rato inmóvil en suspensión, la sangre se acumula en las extremidades inferiores, por cuya razón no es conveniente estar en esta situación más que unos pocos minutos. Más adelante comentaremos con más detalle este tema..

FASES DE UNA CAÍDA ACCIDENTAL

Para comprender que ocurre en el cuerpo humano durante una caída accidental, vamos a estudiar secuencialmente sus fases, desde su inicio a su término y bajo el supuesto que la persona utilice un sistema protector contra caídas. (Véase Fig. 1 )

Son cinco las fases que ocurren secuencialmente :

a) Inicio de la caída
b) Caída libre
c) Deceleración
d) Rebote
e) Suspensión

Inicio de la caída. Una caída accidental es un suceso inesperado, ocurre sin aviso y puede ser debido a un resbalón, pérdida de equilibrio, impacto de un objeto móvil o colapso de la superficie que nos soporta. Esta fase se inicia cuando ocurre el evento y acaba en el instante que perdemos el control de nuestra estabilidad. La duración es décimas de segundo y somos incapaces de reaccionar. En un abrir y cerrar de ojos (3/10 segundo) hemos caído casi 50 cm. Nuestro sistema neuromuscular solo es capaz de “iniciar” un movimiento y, depende de la situación, se está cayendo cabeza abajo, de pie, cara arriba o abajo, rotando, etc. Ninguna acción coordinada es posible efectuar en solo 300 milésimas de segundo. Después de esta fase solo actúa la fuerza de la gravedad, siendo, en este instante, la velocidad de caída de unos 3 m/s (11 Km/h).

Caída libre. A menos que la persona impacte contra un objeto en su trayectoria, se experimenta en esta fase sensación de ingravidez, puesto que no hay otras fuerzas que se apliquen al cuerpo en contraposición a la gravedad, la cual acelera la velocidad de caída.

Durante los siguientes 300 milisegundos (otro abrir y cerrar de ojos) tampoco somos capaces de realizar ningún movimiento deliberado en el cuerpo y hemos recorrido otros 130 cm. Hemos caído casi 1.80 metros en dos instantes y todavía estamos sin control corporal, mientras que nuestra velocidad de caída es de 6 m/s (22 Km/h). Si nuestra masa corporal es de 80 Kg la energía cinética alcanzada es de 1440 julios.

Deceleración. Si no estuviésemos protegidos por un sistema anticaídas y en este momento impactáramos contra el suelo, indudablemente sufriríamos heridas muygraves. La energía cinética acumulada (1440 J) debe ser absorbida por elorganismo, puesto que la velocidad se anula y el suelo no permite seguir el movimiento . Como hemos expuesto, cuando los tejidos se desplazan fuera de sus límites, se dañan, (la compresión de los músculos hacen que los fluidos actúen como un golpe de ariete sobre los tejidos adyacentes), incluyendo nervios,  huesos y ligamentos, con las correspondientes roturas y dislocaciones. En cuanto al sistema circulatorio, se traumatiza, por las fuerzas compresivas, que producen rotura en los vasos sanguíneos y asimismo daños en órganos internos. Debemos recordar tres premisas que hacen imposible evitar severos daños o incluso la muerte.

Ahora supongamos, como indicábamos al principio, que estamos usando un sistema protector contra caídas que ha sido anclado a un soporte adecuadamente elegido y situado sobre su cabeza. Después de la fase de caída libre, el sistema anticaída se tensa e inicia la detención de la caída. Las fuerzas de frenado se aplican inicialmente al cuerpo en los lugares predeterminados en que se sitúan las cintas del arnés. Estas fuerzas aumentan, en quizá 5/100 de segundo, hasta alcanzar el valor que activa al absorbedor de energía.

Además, el frenado de algunas partes del cuerpo ocurre gradualmente, según sea su distancia al punto de conexión (piqueta en D). La aplicación de una fuerza a distancia se llama momento. El momento amplía los esfuerzos que actúan sobre partes vecinas del cuerpo. Por ejemplo, cuando el torso está siendo frenado por el arnés, la cabeza y extremidades son libres de moverse hasta que sus ligamentos y tendones, que las conectan al cuerpo, las detienen. Si se sobrepasan los niveles de tolerancia se producen lesiones.

El tiempo y distancia hasta alcanzar una detención completa, depende del peso corporal, de la distancia de caída y del sistema contra caídas usado. Además influye también la trayectoria que no necesariamente es vertical, y parte de la energía se emplea en el movimiento pendular. Generalmente, para el caso presentado (80 Kg de peso y 1.80 m caída), transcurren 3/10 de segundo y caemos otro metro hasta inmovilizarnos.

Las fuerzas de frenado, que actúan sobre distintas partes del cuerpo, son impredecibles de localizar y determinar si pueden producir lesiones. Se han realizado investigaciones sobre el impacto traumático en paracaidistas y en accidentes de tráfico, para obtener información sobre este tema, llegando a la conclusión que las lesiones se producen, llevando arnés completo, al nivel de 4500 N. Por esta razón se toma un factor de seguridad de 3, para los absorbedores de energía que mantienen la acción de frenado a un máximo de 1500 N.

Rebote. Algunas partes del sistema contra caídas tienen un determinado grado de elasticidad, por lo cual parte de la energía se disipa en alargar estos componentes, pero sin sobrepasar su límite elástico, siendo la deformación temporal y al dejar de actuar la fuerza vuelven a su longitud original. Esto produciría una serie de rebotes que pueden ser indeseables y los materiales empleados en los sistemas anticaída deben minimizar este efecto, quedando fuertemente paliado con el empleo de absorbedores de energía. (Véase Fig. 2 ).

Suspensión: Cuando finaliza el frenado, la persona queda suspendida hasta que es rescatada. En el peor de los casos, su estado puede ser de inmovilidad y es importante recibir pronta asistencia, para evitar deterioros en la circulación de fluidos por las causas anteriormente expuestas.

Los síntomas que produce una inmovilidad prolongada, en estado de suspensión, se citan en la literatura especializada y son:

También se reportan síntomas cardiovasculares (taquicardia, bradicardia y prematuras contracciones ventriculares). La duración tolerable en suspensión se cuantifica en 14 minutos para un arnés completo, 6 minutos para un semiarnés y 1½ minutos para un cinturón.

Pueden darse grandes discrepancias para arneses completos, en función de sus características y diseño. El otro tipo de arneses, (cinturón y semiarnés), no son adecuados para usarlos en sistemas de protección contra caídas.

COMENTARIO FINAL

Los sistemas anticaídas deben funcionar dentro de unos determinados pará-metros físicos para que el cuerpo humano no sufra lesiones.

Normalmente es necesario disponer el sistema de forma que la fase de deceleración se inicie antes de alcanzar los 1.80 metros de caída, para reducir el riesgo de impactar contra objetos en la trayectoria y limitar el valor de la energía cinética generada.

Por otra parte, el absorbedor de energía deberá actuar en un tiempo reducido, pero discreto. Supongamos que actúa durante 0.1 segundos hasta producirse la parada total. En nuestro ejemplo las fuerzas soportadas por el cuerpo alcanzarían los 4800 N, produciendo lesiones graves. Si se efectuarse la parada en 0.2 segundos, las fuerzas serían la mitad y también podrían originar lesiones.

Para que las fuerzas de frenado sean tolerables, la detención no puede producirse en menos de 0.3 segundos (1600 N), en cuyo caso el espacio recorrido es de casi un metro.

Naturalmente la distancia al suelo, en todos los casos, debe ser tenida en cuenta a fin de que exista un espacio mínimo de seguridad por debajo de los pies en la posición de suspensión.

Referencias:

Normas EN
OSHA Regulation 29CFR 1910.66 Apéndice C
OSHA Regulation 1926.500-502
Kennecott Utah Copper – Safety at Hights

Ramón Torra
M.S.A. Española