El principal tejido duro en el cuerpo humano es el hueso. Desde el punto de vista mecánico posee propiedades complejas, que surgen de su estructura sumamente intrincada.
Para empezar, el hueso es un material compuesto. De forma simplificada, se puede decir que es una combinación de fibras de colágeno y cristales de hidroxiapatita. Al combinar ambos materiales, se logra aprovechar lo mejor de cada uno de ellos. Surgen propiedades que no se explican de la suma de ambos componentes.
El material blando del hueso evita que el componente duro y frágil se rompa, mientras que el último evita que el primero se deforme plásticamente ante las tensiones que tiene que soportar en su actividad fisiológica.
No obstante, las propiedades mecánicas del hueso no dependen únicamente de su composición. Otros factores que inciden son:
Un hecho importante a tener en cuenta es que las propiedades mecánicas del hueso no están correlacionadas con su densidad. El hueso posee un componente estructural externo, mientras que en su interior el hueso esponjoso no otorga reacciones significativas en el manejo de cargas.
Debido a lo complejo de la estructura, composición y geometría del hueso, modelarlo resulta complicado. Por ejemplo, se sabe que el hueso posee un mejor manejo de tensiones axiales en la dirección longitudinal que en las demás. No obstante, al intentar predecir el módulo de Young simulando un material compuesto, los valores predichos suelen diferir bastante de aquellos obtenidos experimentalmente.
Es un hecho recurrente que las propiedades del hueso demuestran una anisotropía considerable. No obstante, no se trata de la única característica que dificulta el estudio de sus propiedades mecánicas. La gran variabilidad entre los distintos huesos y entre los diferentes organismos (incluso dentro de una misma especie) es uno de los mayores obstáculos en la generalización de las propiedades estudiadas.
La anatomía e histología general de los huesos del esqueleto humano pueden entenderse al estudiar estas características sobre los huesos largos. En estos huesos, se distinguen dos epífisis (una proximal y otra distal al tronco) y una diáfisis. Entre ellas, están separadas por líneas epifisiarias. En los huesos largos, la diáfisis presenta una cavidad medular que alberga médula ósea amarilla, i.e. tejido adiposo.
Desde afuera hacia adentro, las capas de tejido son periostio, hueso compacto, hueso esponjoso y endostio. Si bien cada una de las capas posee una función fisiológica particular, las propiedades mecánicas de los huesos están determinadas mayormente por la relativamente delgada capa de hueso compacto.
El área de bajo de una curva strain-stress dentro del régimen elástico representa la resiliencia del material, o energía por unidad de volumen que se debe aplicar para comenzar a deformarlo plásticamente. La tenacidad incluye también hasta el punto de ruptura, por lo que mide la energía por unidad de volumen que hay que entregar para fracturarlo. La tensión última (Ultimate Tensile Strength) es la más alta a la que se llega y no necesariamente corresponde con la tensión de ruptura o el límite elástico. La elongación porcentual última (Ultimate Elongation) corresponde con la máxima deformación alcanzada y generalmente corresponde con el punto donde se alcanzó la ruptura.
Del mismo modo que se definen los parámetros para gráficos de ensayos de elongación, existen términos propios para ensayos de compresión, corte y torsión. La tensión última de compresión (Ultimate Compressive Strength) es la tensión máxima alcanzada en el ensayo de comprensión, mientras que la contracción última (Ultimate Compression) es la deformación máxima para esta prueba. El módulo de Young se mide también para compresión y no necesariamente coincide con el de elongación. También se define la tensión última de corte (Ultimate Shear Strength) y con bastante probabilidad varía bastante no solo para distintos planos sino también para distintos ejes dentro de un plano. El módulo de elasticidad torsional es el parámetro que se busca en la mayoría de los ensayos de torsión.