Caratterizzazione meccanica dei tessuti plantari: prove sperimentali ed analisi computazionali

Il piede svolge un ruolo fondamentale per la locomozione umana, la distribuzione del peso corporeo e l’assorbimento degli impatti, proteggendo articolazioni superiori come caviglia, ginocchio e anca. Questa tesi si propone di analizzare le proprietà meccaniche dei tessuti plantari, in particolare pelle e tessuto adiposo nella caviglia posteriore e nella pianta del piede, con implicazioni rilevanti per la biomeccanica, l’ortopedia e la progettazione di dispositivi di supporto e protesici. A tal fine, sono state condotte prove sperimentali di carico-scarico e di rilassamento delle tensioni, sia in compressione che in trazione, presso il Laboratorio di Meccanica dei Materiali Biologici dell’Università degli Studi di Padova. Successivamente, tramite modelli computazionali sviluppati con il software Abaqus CAE, sono state simulate prove di carico-scarico a indentazione (sia con indentatore sferico che piatto) e prove di rilassamento a compressione, confrontando i risultati sperimentali con quelli computazionali per validare quest’ultimo approccio. Le prove sperimentali hanno evidenziato un comportamento meccanico non lineare del tessuto plantare. Le analisi sulle diverse regioni anatomiche hanno rivelato differenze significative: il tallone ha registrato il picco di forza più elevato (2,5 N) e la perdita energetica più bassa (35%), mentre la pianta mediale si è distinta per i valori più alti di rigidezza iniziale (0,07 N/mm) e finale (4 N/mm). I test con indentatore piatto hanno mostrato valori maggiori di forza, rigidezza e area di isteresi rispetto a quelli con indentatore sferico. Nelle prove di rilassamento delle tensioni, la percentuale di rilassamento delle tensioni γ∞ risulta inferiore nei campioni testati a trazione (30%) rispetto a quelli testati a compressione (43%). Il modello computazionale ha riprodotto in modo coerente il comportamento meccanico osservato, sebbene sia emersa qualche discrepanza. Questa tesi assume particolare rilevanza in quanto, a differenza di gran parte degli studi presenti in letteratura che analizzano separatamente pelle e tessuto adiposo, si concentra sul loro comportamento meccanico congiunto, fornendo una visione più completa del loro comportamento meccanico combinato.