Determinación de la tensión de rotura de huesos combinando ensayos mecánicos y microtomografía computarizada

• J.Aldazabal ^[1] ; A. Bergara ^[1] ; M. Stephen ^[2] ; K. López Linares-Román ^[3] ; Clara I. Rodriguez ^[4]
  1. [1] Universidad de Navarra

     Universidad de Navarra

     Pamplona, España

     
  2. [2] Vicomtech Foundation, Donostia-San Sebastián
  3. [3] Vicomtech Foundation, Donostia-San Sebastián y Biodonostia, Donostia-San Sebastián
  4. [4] Biocruces Bizkaia Health Research Institute, Hospital Universitario de Cruces

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• Localización: Revista española de mecánica de la fractura, ISSN-e 2792-4246, Nº. 2, 2021, págs. 15-19
• Idioma: español
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• Resumen
  • español

    La determinación de la carga capaz de soportar un hueso se puede medir experimentalmente, en principio, mediante un ensayo de tracción convencional. Sin embargo, y dada la compleja geometría del hueso, así como las dificultades para su fijación en una máquina de tracción hace muy difícil la medida directa de la tensión de rotura mismo. Estas dificultades hacen que sea frecuente la determinación de las propiedades de dichos materiales mediante ensayos de flexión en 3 puntos.

    Para determinar las propiedades mecánicas de los huesos mediante ensayos de flexión requiere del conocimiento no solo de los registros carga-desplazamiento obtenidos durante los ensayos sino también de la geometría de estos. En este trabajo se ha propone un método para determinar las propiedades mecánicas de huesos combinando ensayos mecánicos con técnicas de micro-tomografía computarizada. En este trabajo se ha realizado un ensayo bio-mecánico sobre un fémur de ratón del cual se conocía previamente su geometría. Dado el carácter frágil del hueso se ha supuesto un comportamiento elástico-lineal del mismo hasta el fallo. Una vez realizado el ensayo se ha determinado, a partir de la carga máxima alcanzada, la tensión máxima real que ha soportado empleando tanto las teorías clásicas de resistencia de materiales de vigas como técnicas de elementos finitos.

    Como resultado de este trabajo se muestra la comparación entre los resultados obtenidos mediante la teoría de vigas, fácil de aplicar, y los modelos de elementos finitos, más costosos y complejos de aplicar.

  • English

    The determination of the load that a bone is capable of supporting can be measured experimentally, in principle, by means of a conventional tensile test. However, given the complex geometry of the bone and the difficulties in fixing it in a universal testing machine, direct measurement of the breaking stress itself is very difficult. These difficulties mean that the properties of these materials are often determined by means of 3-point bending tests.

    To determine the mechanical properties of bones by 3-point-bending tests requires knowledge not only of the loaddisplacement recorded during tests but also of the geometry of samples. In this work, a method has been proposed to determine the mechanical properties of bones by combining mechanical tests with micro-computed tomography techniques. In this work, a bio-mechanical test has been performed on a mouse bone whose geometry was previously known. Given the fragile nature of the bone, a linear-elastic behaviour until failure was assumed. Once the test had been carried out, the real maximum stress it has withstood was determined from the maximum load reached, using both classical theories of strength of beam materials and finite element techniques.

    As a result of this work, a comparison is shown between the results obtained using beam theory, which is easy to apply, and finite element models, which are more costly and complex to apply.