Abstract
Las propiedades mecánicas del tejido óseo están altamente relacionadas con su estructura jerárquica. El principal objetivo de este trabajo es analizar los mecanismos de fallo en el fibrilo de colágeno mineralizado, y la consecuente pérdida de rigidez ósea asociada, en el rango de pequeñas deformaciones.
Mediante el Método de los Elementos Finitos se ha analizado un volumen representativo bidimensional de fibrilo de colágeno mineralizado. Se asume el comportamiento de deformación plana y se diferencian los principales constituyentes del tejido óseo en la micro-escala (mineral y colágeno). El modelo sigue el patrón de distribución de colágeno y mineral de acuerdo con el modelo 5D (D = 67 nm). Las interfaces mineral-colágeno y colágeno-colágeno han sido modeladas según la ley cohesiva exponencial. Los cross-links enzimáticos situados en los terminales C y N conectan las moléculas alternadas una distancia 4D; estos enlaces son modelados con muelles no lineales.
Se aplican condiciones de contorno periódicas y los esfuerzos de membrana controlando la deformación: casos bi-axial y cortante.
Los resultados de este trabajo muestran los diferentes mecanismos de fallo que acontencen en las interfaces entre constituyentes. Se cuantifica la pérdida de rigidez ósea en cada caso, poniendo de relevancia el papel de los cross-links en el momento del fallo incipiente cuando se aplica una carga de elongación en la dirección longitudinal del fibrilo. La resistencia obtenida para la deformación máxima es sobre 20 veces la resistencia transversal y 3.5 veces la resistencia a cortante. Asimismo, los resultados de este trabajo muestran la escasa contribución mecánica de los cross-links en la escala de pequeñas deformaciones.
