Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2021.Tecidos conectivos estão sujeitos a patologias que comprometem a qualidade de vida. Exemplos disso são a degradação do disco intervertebral, tendinite e desgaste de articulações. Por essa razão, torna-se essencial compreender a influência dos diferentes estímulos na resposta do tecido, o que motiva o avanço de pesquisas relacionadas à engenharia de tecidos, em especial na investigação da mecanotransdução celular. Estes tecidos são compostos, basicamente, por fibras de colágeno e água. Sendo que a grande quantidade de fluido presente nos tecidos conectivos sugere a influência do escoamento intersticial na resposta mecânica. Como os tecidos conectivos são pouco vascularizados, acredita-se que o escoamento atue na nutrição celular e no transporte de solutos através de fenômenos difusivos. Para explorar as interações entre a fase sólida do tecido e o fluido intersticial, torna-se necessário utilizar uma metodologia multifásica. Na área de tecidos biológicos é amplamente utilizada a teoria da poroelasticidade, derivada da teoria de Biot que foi desenvolvida para estudar rochas e solos. No presente trabalho, utilizou-se uma abordagem bifásica, considerando uma fase sólida e uma fase de fluido. Com a estratégia bifásica, buscou-se investigar numericamente o comportamento mecânicos de tecidos biológicos, acoplando os efeitos dissipativos associados ao fluxo de fluido. Entretanto, ao utilizar esta abordagem, cria-se um problema acoplado de dois campos, deslocamento do sólido e pressão do fluido. Para resolver este sistema de equações acoplado utilizou-se a estratégia estagiada, onde fixa-se uma variável de um campo para calcular o segundo campo e obter a segunda variável, a qual será utilizada para atualizar a primeira, até alcançar um parâmetro de convergência satisfatório. Com o desenvolvimento da formulação bifásica e a implementação em código laboratorial, realizaram-se três grupos de teste. O primeiro grupo tem por objetivo verificar a eficácia da formulação, comparando os resultados entre a formulação proposta e aquela obtida de um programa de elementos finitos comercial. Simulou-se um ensaio de compressão confinada utilizando um caso de teste com o fluxo direcionado por fibras. Neste primeiro grupo de testes notou-se a semelhança dos resultados em ambos os códigos. O segundo grupo de teste utilizou um Elemento de Volume Representativo (EVR) do fascículo do tendão. Nestes testes, realizaram-se dois ensaios, o primeiro considerando o tensor de permeabilidade totalmente isotrópico e o segundo considerando o tensor transversalmente isotrópico, com o objetivo de observar a influência da direção do escoamento na resposta mecânica do tecido. Observou-se que ao utilizar a permeabilidade transversalmente isotrópica, o campo de pressão na fibra interna apresentou uma redução de cerca de 5% nas pressões positivas e 16% nas pressões negativas. E um aumento de cerca de 15% no resultado de velocidade relativa da fibra no caso transversalmente isotrópico. O terceiro grupo investiga, de forma preliminar, o efeito do inchaço do tecido realizando dois ensaios adicionando pressão no contorno do EVR, evidenciando maior contribuição da matriz de células para o inchaço. Ainda neste grupo, realizaram-se dois ensaios de tração com diferentes permeabilidades, resultando em uma redução de cerca de 11% e 39% nos valores de pressão máxima da fibra e da matriz celular, respectivamente, ao comparar o caso com permeabilidade na ordem de 1E-14 m4/N · s em relação ao caso com permeabilidade na ordem de 1E-15 m4/N · s. Com os resultados obtidos, observa-se que, especificamente nos cenários simulados, há influência da direção do fluxo na resposta mecânica do tecido.Abstract: Connective tissues are subject to pathologies that compromise the quality of life of the patient. Examples are intervertebral disc degradation, tendonitis and joint wear. For this reason, it becomes essential to understand the influence of different stimuli in the response of the tissue, which motivates the advance of research related to tissue engineering, especially in the investigation of cellular mechanotransduction. These tissues are basically composed by collagen fibers and water. The large amount of fluid present in the connective tissues suggests the influence of interstitial flow in the mechanical response. As the connective tissues are little vascularized, it is believed that the flow acts in cellular nutrition and in the transport of solutes through diffusive phenomena. To explore the interactions between the solid phase of the tissue and the interstitial fluid, it is necessary to use a multiphasic methodology. In the area of biological tissues the theory of poroelasticity is widely used, derived from the Biot theory that was developed to study rocks and soils. In the present work, a biphasic approach was used, considering a solid phase and a fluid phase. With the biphasic strategy, the aim was to numerically investigate the mechanical behavior of biological tissues by coupling the dissipative effects associated with fluid flow. However, by using this approach, a coupled problem of two fields, solid displacement and fluid pressure is created. To solve this system of coupled equations we used the staggered strategy, where we fix a variable of one field to calculate the second field and obtain the second variable, which will be used to update the first, until reaching a satisfactory convergence parameter. With the development of the biphasic formulation and the implementation in laboratory code, three groups of tests were performed. The first group aims to check the effectiveness of the formulation, comparing the results between the proposed formulation and that obtained from a commercial finite element program. A confined compression experiment was simulated using a test case with the flow directed by fibers . In this first group of tests the similarity of results in both codes was noted. The second group of tests used a Representative Volume Element (RVE) of the tendon fascicle. In these tests, two experiments were performed, the first considering the fully isotropic permeability tensor and the second considering the transversally isotropic tensor, with the objective of observing the influence of the flow direction on the tissue mechanical response. It was observed that when using isotropic transverse permeability, the pressure field in the internal fiber presented a reduction of about 5% in positive pressures and 16% in negative pressures. And an increase of about 15% in the result of relative velocity in the fibrer in the transversally isotropic case. The third group investigates, in a preliminary way, the effect of tissue swelling, by performing two tests adding pressure on the contour of the EVR, showing a greater contribution of the cell matrix to swelling. Also in this group, two tensile tests with different permeabilities were performed, resulting in a reduction of about 11% and 39% in the maximum pressure values of the fiber and cellular matrix, respectively, when comparing the case with permeability in the order of 1E-14 m4/N · s versus the case with permeability on the order of 1E-15 m4/N · s. With the results obtained, it is observed that, specifically in the simulated scenarios, there is an influence of the flow direction on the mechanical response of the tissue.