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JANAINA BARBOSA DE SOUZA
SÂMELA DA SILVA BRAGANÇA
EFEITO DO MOMENTO DE FOTOATIVAÇÃO DO ADESIVO NA
DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES DO CORPO DE PROVA POR
MICROCISALHAMENTO - ANÁLISE POR ELEMENTOS FINITOS
NOVA FRIBURGO 2015
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JANAINA BARBOSA DE SOUZA
SÂMELA DA SILVA BRAGANÇA
EFEITO DO MOMENTO DE FOTOATIVAÇÃO DO ADESIVO NA
DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES DO CORPO DE PROVA POR
MICROCISALHAMENTO - ANÁLISE POR ELEMENTOS FINITOS
Orientadora: Prof. Dra. ISIS ANDRÉA VENTURINI POLA POIATE
Coorientador: Prof. Dr. EDGARD POIATE JUNIOR
Nova Friburgo 2015
Monografia apresentada à Faculdade de Odontologia da Universidade Federal Fluminense/ Campus de Nova Friburgo como Trabalho de Conclusão do Curso de Graduação em Odontologia.
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S719e Souza, Janaina Barbosa de.
Efeitos do momento de fotoativação do adesivo na distribuição de tensões do corpo
de prova por microcisalhamento: análise por elementos finitos. / Janaina Barbosa de
Souza ; Sâmela da Silva Bragança ; Profª. Drª Isis Andréa Venturini Pola Poiate,
orientadora ; Prof. Dr Edgard Poiate Junior, co-orientador. -- Nova Friburgo, RJ:
[s.n.], 2015.
41f. : il.
Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Odontologia) –
Universidade Federal Fluminense, Campus Nova Friburgo, 2015.
1. Materiais dentários. 2. Sistema adesivo. 3. Cisalhamento. I. Bragança,
Sâmela da Silva. II. Poiate, Isis Andréa Venturini Pola, Orientadora. III. Poiate Junior,
Edgard, Co-orientador. IV. Título
CDD M617.695
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JANAINA BARBOSA DE SOUZA
SÂMELA DA SILVA BRAGANÇA
EFEITO DO MOMENTO DE FOTOATIVAÇÃO DO ADESIVO NA DISTRIBUIÇÃO
DE TENSÕES DO CORPO DE PROVA POR MICROCISALHAMENTO - ANÁLISE
POR ELEMENTOS FINITOS
Aprovada em: _______/______/_______
BANCA EXAMINADORA
Prof. Dr. __________________________________________________________________
Instituição: ______________________________Assinatura:_________________________
Prof. Dr. __________________________________________________________________
Instituição: ______________________________Assinatura:_________________________
Prof. Dr. __________________________________________________________________
Instituição:______________________________Assinatura:__________________________
Nova Friburgo 2015
Monografia apresentada à Faculdade de Odontologia da Universidade Federal Fluminense/ Campus de Nova Friburgo como Trabalho de Conclusão do Curso de graduação em Odontologia.
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AGRADECIMENTOS
Agradecemos primeiramente а Deus qυе permitiu qυе tudo isso
acontecesse, ао longo dе nossas vidas, е nãо somente nestes anos como
universitárias, mаs que еm todos оs momentos é o maior mestre qυе alguém pode
conhecer.
A esta universidade, qυе oportunizaram а janela qυе hoje vislumbramos υm
horizonte superior.
Agradecemos а todos оs professores pоr nos proporcionarem о
conhecimento, nãо apenas racional, mаs а manifestação dо caráter е afetividade, dа
educação nо processo dе formação profissional, pоr tanto qυе sе dedicaram а nós,
nãо somente pоr terem nos ensinado, mаs por terem nos feito aprender. А palavra
mestre, nunca fará justiça аоs professores dedicados аоs quais, sеm nominar, terão
nossos eternos agradecimentos.
Agradecemos especialmente a nossa orientadora Isis Andréa Venturini Pola
Poiate, pelo suporte, carinho e dedicação conosco e com o trabalho.
Aos nossos pais, pelo amor, incentivo е apoio incondicional e a todos qυе
direta оυ indiretamente fizeram parte dа nossa formação, о nosso muito obrigada.
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RESUMO
Nos estudos que avaliam a resistência de união (RU) entre sistema adesivo e substrato dental, por microcisalhamento, a área considerada nos cálculos é aquela correspondente ao diâmetro interno da cânula. Mas, será que o adesivo que fica na posição correspondente a parede dessa cânula pode afetar a distribuição de tensões do corpo de prova e, consequentemente, influir no valor de RU? Objetivo: Avaliar a distribuição de tensões do material adesivo/substrato dentinário por microcisalhamento variando o momento de fotoativação do adesivo, antes ou após o posicionamento das cânulas sobre o substrato dentinário. Material e Método: Dois modelos tridimensionais foram confeccionados para análise das tensões principais máximas (softwares MSC.Patran e MSC.Nastran2005) simulando as condições de contorno de ensaio de microcisalhamento, com ou sem a camada de adesivo correspondente a parede da cânula. No esmalte planificado de segundo pré-molar superior foi simulado a aplicação do adesivo, posicionamento de uma cânula de diâmetro interno de 0,75mm (externo de 2,29mm) e altura 0,4mm e inserção de resina composta. Resultados: Considerando os diâmetros externo e interno da cânula como área aderida, a tensão máxima na dentina foi de 121 MPa e 213 MPa, respectivamente. O modelo com menor área aderida apresentou tensão máxima na superfície dos corpos de prova maior que a média da tensão atuante. Conclusão: Com base nas condições do estudo, a área aderida afeta a distribuição de tensões e pode influir nos cálculos de RU, devido a melhor dissipação das tensões atuantes numa área aderida maior, minimizando assim, a concentração de tensões próximas da interface esmalte-adesivo-resina. Palavras chave: Adesivo. Resistência de união. Cisalhamento. Método dos
elementos finitos.
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ABSTRACT
In studies evaluating the bond strength (BS) between adhesive system and dental substrate by microshear, the area considered in the calculations is that corresponding to the internal diameter of the cannula. But is that the adhesive is in the position corresponding to the wall of this tube can affect the distribution of specimen strains and consequently influence the value of the BS? Objective: To evaluate the stress distribution of the adhesive / dentin microshear by varying the adhesive curing cycle time, before or after the placement of the cannula on the dentin. Methods: Two three-dimensional models were prepared to analysis of the main maximum stresses (MSC.Patran software and MSC.Nastran2005) simulating the microshear test boundary conditions, with or without a corresponding adhesive layer the wall of the cannula. Enamel planned second upper premolar was simulated application of the adhesive, placement of a cannula inner diameter of 0.75 mm (external 2,29mm) and height 0.4 mm and insertion composite. Results: Of the outer and inner diameters of the cannula as the adhesion area, the maximum tension in the dentin were 121 MPa and 213 MPa, respectively. The model with smaller area adhered presented maximum stress on the surface of the specimen higher than the average of active tension. Conclusion: Based on the study conditions, the adhesion area affects the distribution of stresses and can influence the calculation RU because of better dissipation of stresses acting in a larger adhesion area, thereby minimizing the stress concentration near the enamel-adhesive-resin interface. Key Words: Adhesive. Bond strength. Shear. Finite element method.
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LISTA DE ABREVIATURAS
- Coeficiente de Poisson
CP - Corpos de prova
E - Módulo de Elasticidade
MIC - Microcisalhamento
MIT - Microtração
mm - Milímetro
RU - Resistência de união
TMC - Tensões Máximas de Cisalhamento
TPM - Tensões Principais Máximas
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Delineamento da simulação da AEF........................................... 17
Tabela 2 Características das malhas obtidas para os modelos
gerados.......................................................................................
22
Tabela 3 Propriedades mecânicas dos materiais e estruturas
anatômicas..................................................................................
23
Tabela 4 Valor médio e desvio padrão (MPa) da RU para aplicação da
força nos modelos gerados.........................................................
23
Tabela 5 Valores de resistência à tração e à compressão (Mpa) das
estruturas dentárias e referência.................................................
24
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Geração de pontos, curvas e superfícies dos modelos.... 18
Figura 2 Obtenção de superfície plana em esmalte nos modelos.. 19
Figura 3 Geração de malha superficial de elementos finitos para
todas as estruturas em modelos FAPZ2..........................
19
Figura 4 Geração de malha superficial de elementos finitos para
todas as estruturas em modelos FANZ2..........................
20
Figura 5 Geração de malha volumétrica de elementos finitos
para todas as estruturas em modelos FAPZ2.................
20
Figura 6 Geração de malha volumétrica de elementos finitos
para todas as estruturas em modelos FANZ2..................
21
Figura 7 Tensões principais máximas em modelos FANZ2 e
FAPZ2..............................................................................
28
Figura 8 Tensões principais máximas na superfície de esmalte
em modelos FANZ2 e FAPZ2..........................................
29
Figura 9 Tensões Principais Máximas e Tensões Máximas de
Cisalhamento na interface esmalte-adesivo em modelos
FANZ2 e FAPZ2..............................................................
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 10
2 REVISÃO DE LITERATURA ................................................................................ 12
2.1 Análise da resistência de união (RU) .................................................................. 12
2.2 Ensaio de microcisalhamento (MIC) .................................................................... 14
3 MATERIAL E MÉTODOS ..................................................................................... 17
4 RESULTADOS .............................................................................................. 26
DISCUSSÃO ............................................................................................................ 32
5 CONCLUSÃO ....................................................................................................... 34
REFERÊNCIAS ..................................................................................................... 35
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1 INTRODUÇÃO
Para que os materiais restauradores possam ser utilizados na clínica há
necessidade de avaliação do seu desempenho. Estudos clínicos longitudinais são
complexos e demorados. Desta forma, estudos laboratoriais são utilizados como
uma ferramenta para predizer esse comportamento.
Diferentes ensaios laboratoriais podem ser utilizados para observar o
desempenho dos materiais (RETIEF, 1991). Atualmente os mais utilizados são os
testes de resistência de união (RU), entre eles, os testes de tração, cisalhamento,
microtração (MIT) e microcisalhamento (MIC).
Entretanto, devido à ausência de padronização e à variabilidade nas
metodologias empregadas pelos pesquisadores torna-se difícil a comparação entre
os diferentes valores obtidos e reportados na literatura (SIRISHA et al., 2014).
Muitos fatores podem influenciar nos resultados dos ensaios, dentre eles o
tipo de substrato utilizado, a metodologia empregada, a localização da área a ser
testada, o preparo da superfície e a extensão da aplicação do sistema adesivo
(DICKENS E MILOS, 2002).
Quanto ao ensaio MIC, podem-se inferir diversas variáveis tais como, área
real de adesão (HARA et al., 1999), fotoativação do sistema adesivo antes ou após o
posicionamento da cânula (MC DONOUGH et al., 2002; SADR et al., 2007;
SHIMADA et al., 2002; WANG, SHIMADA e TAGAMI, 2004), remoção ou
permanência da cânula durante o teste, modo e momento (antes ou após
armazenagem) para remoção da cânula (HANNIG et al., 2002; MC DONOUGH et
al., 2002; SADR et al., 2007; SHIMADA et al., 2002; WANG, SHIMADA e TAGAMI,
2004), tempo de armazenagem (MOURA et al., 2007), tipo de resina empregada
para obtenção dos corpos de prova (CP), presença de carga no sistema adesivo,
ainda não estão totalmente elucidadas na literatura.
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A interferência dessas variáveis parece ser confirmada em estudos já
realizados. Sadr et al., (2007) primeiro posicionaram a cânula para depois fotoativar
o material, enquanto, Shimada et al. (1999), foto ativaram o adesivo antes de
posicionar a cânula, mudança essa que pode refletir preocupação com a área real
de adesão considerada para o cálculo de RU. Além disso, Pivetta et al., (2006)
observaram que sistemas adesivos com alto teor de carga apresentaram valores de
RU em MIC inferiores aqueles obtidos com MIT e, também inferiores aos sistemas
sem carga. Os autores questionam se o módulo de elasticidade dos sistemas
adesivos não seria o responsável pelo resultado, porque ele afetaria a forma de
distribuição de tensões (PLÁCIDO et al.,2007).
Em 2007, Moura et al. verificaram que o aumento do tempo de
armazenagem dos CP (24 e 48h), facilitava a remoção da cânula, sem ocorrer perda
nos valores de RU. Supõe-se que após 48h a água tenha conseguido penetrar na
interface resina composta/parede da cânula, rompendo as ligações de Van der
Waals ali formadas. Foong et al. (2006), com o intuito de não inserir tensões na
interface durante a remoção da cânula, optaram por realizar o ensaio com a cânula
em posição.
Alguns estudos de MIC (MOURA et al., 2007; PIVETTA et al., 2006), assim
como o primeiro publicado por Shimada et al. (1999), reportam o uso de resina
composta de baixa viscosidade (flow). Outros autores, porém, têm empregado
preferencialmente resinas compostas híbridas nos testes de MIC (FOONG et al.,
2006; SADR et al., 2006; SHIMADA et al., 2002; WANG et al., 2004).
Desta forma é necessário investigar se diferentes metodologias podem
revelar resultados diferentes para um mesmo material, já que muitas vezes esses
estudos são utilizados como indicativos da qualidade e desempenho, influenciando
os cirurgiões dentistas na seleção de materiais utilizados na clínica diária.
Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de uma variação
metodológica durante o preparo dos CP para ensaio de MIC que poderia alterar os
valores de RU na dependência do momento de fotoativação do adesivo pela análise
de elementos finitos.
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2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 ANÁLISE DA RESISTÊNCIA DE UNIÃO (RU) Ensaios laboratoriais são comumente utilizados para avaliar a eficácia de
novos materiais restauradores assim como para predizer sua performance clínica
(RETIEF, 1991).
Atualmente os mais utilizados são os testes de resistência de união,
denominados resistência nominal ou resistência média. Esse valor é calculado pela
divisão da carga necessária para promover a fratura da adesão entre o substrato
dental e o material restaurador e a área da secção transversal da interface adesiva
(TANTBIROJN et al., 2000; VAN NOORT et al., 1989). Como a força de fratura é
dada por unidade de área, a dimensão desta área é de extrema importância
(PASHLEY et al., 1999).
Os métodos mais utilizados para análise da resistência de união dos
materiais restauradores ao esmalte e à dentina envolvem ensaios de tração e
cisalhamento. Os ensaios de microtração e microcisalhamento foram propostos com
o objetivo de reduzir a ocorrência de falhas internas durante o preparo de copos de
prova, tendo em vista que menores áreas de adesão poderiam conter menos
defeitos e apresentarem distribuição de tensões mais uniforme durante o ensaio (EL
ZOHAIRY et al., 2004; PASHLEY et al., 1999; PLACIDO et al., 2007; SANO et
al.,1994; SHIMADA, KIKUSHIMA e TAGAMI, 2002; SHIMAOKA, ANDRADE e
CARVALHO, 2007).
Entretanto, devido às variações nas metodologias, torna-se difícil a
comparação entre os resultados (CALIL et al., 2012).
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Segundo Andrade et al. (2010), ainda não há concordância na comunidade
científica quanto à interpretação destes ensaios, sendo necessário identificar
importantes parâmetros do ensaio. Dados metodológicos detalhados de tais
parâmetros precisam ser definidos para que as interpretações, críticas e
considerações significativas possam ser feitas.
Essa ausência de padronização metodológica destes ensaios é, sem dúvida,
a principal dificuldade encontrada pelos pesquisadores ao correlacionar seus
resultados com os presentes na literatura (ANDRADE et al., 2010; CALIL et al.,
2012).
Em 1991, a International Organization for Stardization desenvolveu uma
norma específica para os ensaios de resistência de união à estrutura dental com o
objetivo de padronizá-los (ISO, 1991). Neste documento estão descritos o ensaio de
microinfiltração e de RU, entre eles, ensaio de tração e de cisalhamento.
Além do delineamento do ensaio mecânico (OILO, 1993) propriamente dito
descrito nesta norma, o preparo das amostras, a armazenagem dos CP, tratamento
estatístico dos resultados, o nível de experiência do operador e até mesmo a
correlação de resultados entre laboratórios devem ser considerados e padronizados
(WATANABE et al., 1999; ANDRADE et al., 2010).
Além do valor obtido para análise de RU, também é avaliado o modo de
fratura dos CP, sendo que ambos dependem principalmente de fatores
experimentais como: propriedades mecânicas de material restaurador empregado
(VAN NOORT et al., 1989), a geometria e o tamanho do CP (ARMSTRONG et al.,
2010; Sano et al., 2001), as dimensões da área aderida (ANDRADE et al., 2010), o
tipo de carregamento (ARMSTRONG et al., 2010; SINHORETTI et al., 2001), as
falhas existentes no interior ou entre os materiais e o tamanho da amostra
(ARMSTRONG et al.,2010).
Retief (1991) destaca outros fatores além dos citados, que podem exercer
influência marcante sobre os valores de RU, como o tipo e face do dente utilizada,
tempo de armazenagem, meio de imersão e o preparo da superfície.
Poitevin et al. (2008) afirmam que a espessura de dentina remanescente no
CP também pode influenciar sobre os valores de RU.
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2.2 ENSAIO DE MICROCISALHAMENTO (MIC)
O MIC apresenta muitas vantagens para análise de RU, especialmente em
esmalte, quando comparado ao MIT (FOONG et al.,2006), tais como: facilidade de
preparo dos CP, área de adesão delimitada pelo uso de um tubo de diâmetro
conhecido (FOONG et al., 2006), tensões geradas mais próximas da realidade
clínica (CARDOSO, BRAGA e CARRILHO, 1998), redução da ocorrência de fraturas
coesivas em esmalte, devido à fragilidade inerente ao substrato, que não absorveria
parte das tensões geradas durante a obtenção dos CP para MIT, quando do
seccionamento nos eixos “x“ e “y” (ANDRADE et al., 2010).
Entretanto, apesar do grande número de estudos que avaliaram a influência
de parâmetros do ensaio de MIT nos valores de RU (EL ZOHAIRY et al., 2004;
POITEVIN et al., 2008; REIS et al., 2004; REIS et al., 2004; SADEK et al., 2005;
SHIMAOKA, ANDRADE e CARVALHO, 2007; LA MACORRA e PÉREZ-HIGUERAS,
2014), para o teste de MIC poucos estudos avaliaram a influência de variáveis
metodológicas sobre a RU (SHIMADA et al.,1999; SHIMADA et al., 2002; FOONG et
al., 2006; PLÁCIDO et al., 2007; ANDRADE et al., 2010; CALIL et al., 2012). Os
estudos de MIC que foram realizados, o foram principalmente pela simplicidade na
técnica (MC DONOUGH et al., 2002).
Andrade et al. (2010) avaliaram o efeito de diferentes resinas compostas e
sistemas adesivos sobre os valores médios da resistência de união, em esmalte,
através dos ensaios de MIT e MIC e verificaram correlação positiva entre os testes.
A metodologia do ensaio de MIC foi introduzida em 2002 por Shimada,
Kikushima e Tagami. A metodologia proposta consiste na adesão de cilindros de
material restaurador com dimensões de 0,8 mm de diâmetro por 0,5 mm de altura
sobre a superfície dentária a ser testada. Um fio metálico com 0,2 mm de diâmetro é
acoplado à célula de carga da máquina e justaposto ao corpo de prova, aplicando
uma força de afastamento a velocidade de 1 mm/min até o momento da fratura. A
carga aplicada tem contato íntimo com a interface a ser estudada, sugerindo a
ocorrência de menor número de falhas coesivas.
Poucas modificações na metodologia do ensaio de MIC foram descritas por
Andrade et al. (2010) que consiste na obtenção de uma superfície plana de
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substrato dental, a qual recebe um tratamento adesivo. O adesivo é fotoativado e
tubos de polietileno com aproximadamente 0,7mm de diâmetro interno e 0,4mm de
altura, são posicionados sobre o substrato dental e preenchidos com uma resina de
baixa viscosidade, que é, em seguida, fotoativada. Em seguida, os tubos de
polietileno são removidos e os CP armazenados a 37ºC por 24h. Para a realização
do teste mecânico é muito importante que o CP fique posicionado de forma alinhada
em relação à célula de carga. Pode ser utilizado fio para amarrilho ortodôntico, de
aproximadamente 0,20mm de espessura, que é passado ao redor do CP, o mais
próximo possível da interface adesiva.
No entanto, Foong et al. (2006) descrevem outra metodologia para
desenvolver o ensaio de MIC, utilizando como dispositivo para aplicar a força no CP
uma lâmina no lugar do fio ortodôntico.
Foong et al. (2006) compararam a RU de quatro sistemas adesivos
aplicados em esmalte, por meio de ambos os métodos, fio ortodôntico e lâmina, e
concluíram que os resultados do ensaio de RU por MIC podem ser
significativamente afetados pelo dispositivo utilizado para aplicar a força no CP.
Especificamente nos estudos de MIC que utilizaram tubos de polietileno para
obtenção dos CP, observa-se uma discrepância na literatura no que diz respeito ao
momento de fotoativação do sistema adesivo, se antes ou após o posicionamento
desses tubos no substrato dental (SHIMADA et al.,1999; WANG, SHIMADA e
TAGAMI, 2004; ISHIKAWA et al., 2007).
Wang, Shimada e Tagami (2004) descrevem a fotoativação do sistema
adesivo aplicado sobre a superfície de esmalte antes dos tubos de polietileno serem
posicionados e encontram o valor de RU para o sistema adesivo Clearfil SE em
torno de 37,9 MPa.
Enquanto Shimada et al. (2002) fotoativaram o mesmo sistema adesivo após
o posicionamento dos tubos de polietileno sobre o esmalte e encontram os valores
de RU em torno de 42,9 MPa.
Ishikawa et al. (2007) fotoativaram o mesmo sistema adesivo após o
posicionamento dos tubos de polietileno sobre o esmalte e encontram os valores de
RU em torno de 47,6 MPa.
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Já em 1991, Van Noort et al. (1991) ao estudarem o efeito da delimitação da
área adesiva concluíram que a extensão do adesivo além da interface adesiva
resultaria em valores artificiais de resistência adesiva.
Esta variação metodológica do ensaio de MIC pode ser a provável
responsável pelos diferentes resultados de valores de RU encontrada para um
mesmo material entre diferentes estudos.
Ao estudar a delimitação da área adesiva para o teste de microcisalhamento,
Shimaoka, Andrade e Carvalho (2007) encontraram diferença estatisticamente
significante entre os grupos experimentais, sendo que o grupo experimental em que
a delimitação da área adesiva foi realizada apresentou menores valores de
resistência adesiva quando comparado aos valores de seu respectivo grupo controle
(sem delimitação da área adesiva). Concluíram que a delimitação da área adesiva
no ensaio de microcisalhamento alterou os resultados de resistência adesiva
obtidos.
Diversos são os fatores que podem afetar os resultados dos testes, entre
eles estão a variabilidade dos operadores. Adebayo, Burrow e Tyas (2008)
observaram um aumento gradual nas médias e um decréscimo no desvio padrão e
coeficiente de variação conforme o operador se tornava mais experiente, mostrando
a importância da familiaridade do operador com os materiais e métodos a serem
utilizados.
Pode-se verificar por meio desta breve análise da literatura que o ensaio de
MIC ainda possui várias etapas durante o preparo dos CP que precisam ser
definidas. Considerando o conjunto dessas observações, é importante estudar um
pouco mais a fundo alguns desses fatores, no esmalte, primeiramente.
Há clara necessidade de uma nova tecnologia para a avaliação de interface
e o presente trabalho demonstrou o papel vital da modelação numérica na
interpretação de tais procedimentos experimentais.
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3 MATERIAL E MÉTODOS
Foram construídos dois modelos numéricos 3D de um dente segundo pré-
molar superior ensaiados através do AEF no programa MSCPatran 2011
(MSCBrasil, São Paulo, Brasil).
O delineamento da pesquisa, apresentado na Tabela 1, mostra as quatro
simulações reunidas, no qual foram empregados dois momentos de fotoativação
(antes e depois da colocação da cânula) do adesivo.
Tabela 1 – Delineamento da simulação da AEF
Modelo Características Diferenciais
FANZ2 Fotoativação do adesivo antes de colocação de cânula;
Resina composta FiltekZ250
FAPZ2 Fotoativação do adesivo após colocação de cânula;
Resina composta Filtek Z250
O modelo básico tridimensional (3D) de um segundo pré-molar superior foi
gerado a partir das dimensões médias obtidas na literatura, confeccionado com
comprimento total de 21,4 mm, comprimento radicular de 14,1 mm, largura mésio-
distal de 5,0 mm e largura vestíbulo-lingual de 8,5 mm no colo da raiz (CANTISANO,
PALHARES e SANTOS, 1987). Para a geometria da raiz, as dimensões médias da
dentina radicular foram baseadas em quatro cortes horizontais realizados ao longo
do eixo principal da raiz a partir da junção cemento-esmalte com intervalo de 3,5 mm
(SHILLINBURG e GRACE, 1973). As dimensões da polpa radicular foram obtidas
por interpolação por meio do diâmetro médio do forame apical (GREEN e
BROOKLYN,1960) e os valores para a região cervical foram baseados em
18
Shillinburg e Grace (1973). A espessura de esmalte e dentina coronária seguiram os
dados mencionados por Shillinburg e Grace (1973) e por meio de cortes de intervalo
de 1 mm conforme Cantisano, Palhares e Santos (1987).
A altura da cúspide vestibular foi considerada maior que a cúspide lingual
em 0,9 mm, correspondendo aos segundos pré-molares superiores (SHILLINBURG,
KAPLAN e GRACE, 1972). Os dados para a câmara pulpar foram baseados na
altura da coroa (CANTISANO; PALHARES; SANTOS, 1987) e na espessura vertical
de dentina e de esmalte a partir da câmara (SHILLINBURG e GRACE, 1973) e na
espessura de dentina e esmalte em um corte vestíbulo-lingual (UETI, TODESCAN e
GIL, 1997).
Com as medidas das espessuras em cada uma das estruturas (polpa,
dentina, esmalte) em cada face (mesial, distal, lingual, vestibular) gerou-se um
sistema de coordenadas com a origem no ápice da polpa e todos os valores de
espessuras das estruturas foram transformados em coordenadas (pontos).
Após a geração dos pontos,foram geradas as malhas superficiais com
elementos triangulares de topologia plana linear Tri3, ou seja, uma face contendo
três arestas, com um nó em cada uma das extremidades das arestas. Foram
utilizados elementos de arestas de tamanho de 0,05mm, em regiões de grande
curvatura, de pequeno tamanho ou transição entre estruturas, até arestas de
0,30mm, em áreas de pequena curvatura, de grande tamanho ou distante de
transição entre estruturas (Figura 1).
Figura 1 - Geração de pontos, curvas e superfícies dos modelos Fonte: Ausiello; Apicella e Davidson, 2002; Ausiello; Rengo e Davidson, 2004
19
A partir das superfícies das estruturas (polpa, dentina e esmalte)
confeccionadas, obteve-se a superfície plana em esmalte (Figura 2).
Figura 2 – Obtenção de superfície plana em esmalte nos modelos Fonte: Ausiello; Apicella e Davidson, 2002; Ausiello; Rengo e Davidson, 2004
A seguir, foi gerada a configuração do CP com materiais restauradores
distintos, camada adesiva e resina composta, com simulação de dois diferentes
momentos de fotoativação do sistema adesivo (antes e após a colocação de cânula).
O objetivo foi representar o ensaio de microcisalhamento, na qual um fio ortodôntico
é utilizado para aplicar a carga (Figuras 3 e 4).
Figura 3 - Geração de malha superficial de elementos finitos para todas as estruturas em modelos FAPZ2
Fonte: Ausiello; Apicella e Davidson, 2002; Ausiello; Rengo e Davidson, 2004
Diâmetro interno da cânula: 0,75mm
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Figura 4 - Geração de malha superficial de elementos finitos para todas as estruturas em modelos
FANZ2 Fonte: Ausiello; Apicella e Davidson, 2002; Ausiello; Rengo e Davidson, 2004
A camada de adesivo foi modeladacom espessura de 10 μm (AUSIELLO,
APICELLA e DAVIDSON, 2002; AUSIELLO, RENGO e DAVIDSON, 2004).
Depois, procedeu-se a geração da malha volumétrica com elementos
tetraédricos de topologia Tet4, ou seja, elemento piramidal de 4 faces contendo 6
arestas, com um nó em cada uma das extremidades das arestas (Figuras 5 e 6).
Figura 5 - Geração de malha volumétrica de elementos finitos para todas as estruturas em modelos FAPZ2
Fonte: Ausiello; Apicella e Davidson, 2002; Ausiello; Rengo e Davidson, 2004
Diâmetro externo da cânula = 2.29mm
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Figura 6 - Geração de malha volumétrica de elementos finitos para todas as estruturas em modelos FANZ2
Fonte: Ausiello; Apicella e Davidson, 2002; Ausiello; Rengo e Davidson, 2004
Foram utilizados elementos tetraédricos de topologia Tet4 de arestas de
tamanho de 0,005mm, para o adesivo e 0,01mm em regiões de grande curvatura, de
pequeno tamanho ou transição entre estruturas. Este foi o procedimento adotado
para uma perfeita discretização das estruturas.
Na criação das malhas volumétricas foi necessário primeiramente proceder a
geração da estrutura de menor dimensão ou mais interna para a de maior dimensão
ou mais externa, respectivamente, ou seja, neste caso a malha volumétrica foi criada
inicialmente no adesivo e a partir dele, a sequência adotada foi para as
extremidades, este procedimento garante a perfeita congruência da AEF.
O grau de discretização dos modelos foi estabelecido a partir de estudos de
convergência dos resultados, da capacidade do computador utilizado nas análises e
de testes checar a validade do modelo. Estes testes incluíram a verificação de
elementos distorcidos, elementos duplicados, conectividade nodal e contornos do
modelo (POIATE et al., 2005; POIATE et al., 2006).A discretização acima detalhada
correspondeu à melhor relação custo-benefício suportada por um computador Dell
XPS 14z (Dell, Amazonas, Brazil), com processador Intel Core i5 de 2.53 GHz, disco
rígido de 500 Gb e 8 Gb de memória RAM.
A malha obtida pela discretização dos diferentes modelos elaborados
apresentou os dados presentes na Tabela 2.
22
Tabela 2 – Características das malhas obtidas para os modelos gerados
Código Características
diferenciais Número de
nós Número de elementos
FANZ2 Com flash adesivo
Sem flash adesivo
193.034 1.226.486
FAPZ2 189.438 1.200.778
Assim como em todo tipo de análise numérica, certas hipóteses precisam
ser admitidas, para a viabilização do processo de modelagem e da solução do
problema. Ressalta-se que as ferramentas numéricas disponíveis para análise de
tensões são muito mais avançadas do que o conhecimento das propriedades
mecânicas das estruturas dentárias. Devido a natureza desconhecida ou complexa
das mesmas, seria inviabilizado o desenvolvimento e a solução do problema
proposto, caso não fosse a adoção de algumas hipóteses simplificadoras. A
natureza heterogênea da estrutura dental e dos tecidos de suporte dificultaria a
análise da resposta estrutural dos componentes na modelagem. Para tanto, todas as
estruturas constantes no modelo assumiram um comportamento isotrópico
(propriedades mecânicas não variam de acordo com a direção), exceto para o
esmalte em alguns modelos, homogêneo (propriedades são constantes
independente do local) e linearmente elástico (deformações são diretamente
proporcionais à força aplicada), caracterizado por dois constantes materiais, Módulo
de Elasticidade (E) e Coeficiente de Poisson (), tendo interfaces entre as estruturas
assumidas como perfeitamente unidas (POIATE et al., 2005 e POIATE, 2006).
Os valores utilizados são apresentados na Tabela 3. As interfaces entre a
estruturas foram representadas como perfeitamente unidas.
23
Tabela 3 - Propriedades mecânicas dos materiais e estruturas anatômicas
Material
Módulo de
Elasticidade
(GPa)
Coeficiente de
Poisson Referência
Polpa 0,02 0,45 Farah e Craig (1974)
Dentina 18,6 0,31 Ko et al. (1992)
Esmalte 41,0 0,30 Ko et al. (1992)
Adesivo genérico 4,0 0,35 Ausielo et al. (2004)
Resina Z250 11,0 0.31 Fabricante
Finalmente, as condições de contorno ou fixação do modelo foram também
confeccionadas. As condições de contorno, também denominadas de fixação ou
vínculo, são aquelas determinadas para as bordas ou extremidades das estruturas
modeladas, de modo que este apresente algum suporte no espaço, com restrição de
deslocamento e ou rotação, para permitir a análise sob as cargas aplicadas (Bathe,
1996). Para simulação, foram utilizadas as mesmas condições de contorno
encontradas no ensaio experimental realizado por Andrade et al. (2010).
Foram aplicadas as condições de carregamento apresentadas por Andrade
et al. (2010), no qual os valores médios de RU (MPa) apresentados (adesivo
Futurabond NR) para cada situação simulada corresponderam às cargas aplicadas
em 2 modelos 3D para análise das tensões principais máximas (Tabela 4).
Tabela 4 – Valor médio e desvio padrão (MPa) da RU para aplicação da força nos
modelos gerados
Resina Composta Média Desvio Padrão
Z250 27,0 5,1
Considerando as condições de carregamento, a análise pode ser estática ou
dinâmica. Neste trabalho, o carregamento aplicado foi estático, adequado para a
simulação de condições ensaiadas (taxa de 1mm/min).
A carga total foi dividida igualmente pelo número de nós existentes nas
regiões de aplicação.
24
Nesse trabalho, o programa MSC/PATRAN 2011 (MSCBrasil, São Paulo,
Brasil), foi utilizado no pré e pós processamento para visualização e avaliação dos
resultados, enquanto que o processamento foi realizado no programa
MSC/NASTRAN 2011 (MSCBrasil, São Paulo, Brasil).
A análise dos resultados foi realizada pela avaliação da distribuição de
Tensões Principais Máximas (TPM), e de Tensões Máximas de Cisalhamento (TMC)
atuantes nos modelos analisados.
Os valores dos picos de tensão principal máxima ocorridos no esmalte e
dentina foram comparados com valores de resistência à tração e à compressão
destes materiais, para avaliar se as cargas seriam potencialmente lesivas às
estruturas estudadas. A Tabela 5 ilustra as resistências à tração e à compressão das
estruturas que foram avaliadas.
Tabela 5 – Valores de resistência à tração e à compressão (Mpa) das estruturas
dentárias e referência
Estrutura
Anatômica
Resistência à
tensão de
tração (MPa)
Resistência à
tensão de
compressão
(MPa)
Resistência ao
cisalhamento
(MPa)
Referência
Dentina 103 / 105,5 282 / 297 138
Tanaka et al
2003 / O’Brien,
1997
Esmalte 16,7 / 10,3 321 / 384 90,2
Tanaka et al
2003 / O’Brien,
1997
Foi avaliada comparativamente a distribuição de tensões nas figuras que
representam tensões agrupadas por faixas. A escala de tensões (que aparecem com
diferentes cores nas figuras) não possui intervalos iguais, em função das tensões
atuantes em cada grupo de modelos (diferentes tipos de carregamentos). Desta
25
forma, uma única escala foi definida para todos os modelos, com o objetivo de
facilitar a comparação.
Avaliou-se ainda a tensão dos nós da intersecção da interface adesivo-
esmalte e adesivo resina. Estes valores foram lançados em gráficos de tensão em
função da distância a determinados nós arbitrários. Para padronizar o eixo da
distância utilizou-se a relação “distância entre a origem escolhida e o nó
correspondente, dividida pelo comprimento total da região avaliada”.
26
4 RESULTADOS
Atualmente, com o avanço na RU dos sistemas adesivos ao esmalte e
dentina, ensaios micromecânicos precisam ser aperfeiçoados, pois cada
metodologia de ensaio tem vantagens e limitações.
Com os avanços e melhorias tanto na técnica adesiva quanto nos produtos
comercializados, os valores de RU aumentaram o suficiente para causar fraturas
coesivas no substrato. A presença dessas fraturas impossibilitaria a obtenção de
resultados confiáveis, já que não detectavam os valores reais de RU para os
produtos testados, limitando as inovações inseridas nas fórmulas dos sistemas
adesivos (PASHLEY et al., 1995).
Pode-se verificar que cada centro de pesquisa utiliza diferentes parâmetros
metodológicos para o desenvolvimento de ensaios de MIC. Esta variabilidade
dificulta a comparação e reprodução de resultados podendo ainda interferir nos
valores de RU obtidos (FOWLER et al., 1992; MARSHALL JR, 1993; VERSILUIS,
TANTBIROJN e DOUGLAS, 1997; WATANABE e NAKABAYASHI, 1994).
E uma das diversas variáveis é a área real de adesão. A área considerada
nos cálculos é aquela correspondente ao diâmetro interno da cânula. Poderia o
adesivo que fica sob a parede da cânula utilizada para confecção do CP influir nos
valores de RU por afetar a distribuição de tensões?
Vários estudos (MC DONOUGH et al., 2002; SADR et al., 2007; SHIMADA
et al., 2002; WANG, SHIMADA e TAGAMI, 2004; ANDRADE et al., 2010) confirmam
que o momento de fotoativação do adesivo pode aumentar a área real de adesão e
interferir nos valores de RU encontrados.
O objetivo deste trabalho foi avaliar se a camada de adesivo existente sob a
parede da cânula, utilizada no microcisalhamento, influencia os valores de RU com o
emprego da análise por elementos finitos (AEF). Para isso, o ensaio de
27
microcisalhamento foi realizado e o valor da força média de ruptura foi aplicado nos
modelos de elementos finitos (com e sem camada de adesivo sob a parede da
cânula).
Os modelos FANZ2 e FAPZ2 simularam a confecção de CP por meio da
aplicação de adesivo e a resina Filtek Z250 por meio de uma cânula de diâmetro
interno de 0,75mm (diâmetro externo: 2,29) e altura 0,4mm. O valor médio de RU
(27±5,1 MPa) dividido pela área aderida 0,44mm2 foi usado para analisar a
distribuição de tensões principais, que consideraram ou não a camada de adesivo
existente sob a parede da cânula de espessura de 1,54mm.
Os resultados apresentados pelos modelos FANZ2 e FAPZ2 (Figura 7)
demonstram que valor de RU (tensão média de 27,0±5,1 MPa) obtida pelo ensaio de
MIC foi é 4,5 vezes menor comparado ao modelo com maior área adesiva (com
Flash) e oito vezes menor comparado ao modelo com menor área adesiva (sem
flash) que o valor real da tensão de falha (tensão máxima) obtida pela AEF, devido à
concentração de tensões próximas da interface esmalte-adesivo-resina, resultante
do tipo de ensaio.
Ou seja, a tensão calculada simplesmente pela divisão da carga de ruptura
pela área da seção transversal é inferior ao valor real da tensão de falha (de 8 a 5
vezes, sem e com flash), devido a concentração de tensões próximas a região de
interface esmalte-adesivo-resina.
A fotoativação do adesivo antes do posicionamento da cânula para
confecção dos CP cria um efeito positivo na redução da concentração de tensões na
interface adesivo-esmalte e ajuda a manter a integridade do selamento do adesivo
no esmalte (Figura 7).
Podemos verificar observando a Figura 8, considerando as TPM nos pontos
0 e 1 (ponto mais próximo ao fio), que a tensão máxima foi de 150 a 200 MPa no
modelo com menor área adesiva (FAPZ2) e de 100 a 50 MPa no modelo com maior
área de adesivo (FANZ2), resultados estes devido a melhor distribuição e a redução
das tensões atuantes numa área aderida maior.
Entretanto, ainda na Figura 7, pode-se verificar tensões compressivas no
lado oposto ao fio (-25 MPa), não foram diferentes entre os dois modelos (FANZ2 e
FAPZ2), que pode ser justificada pela dissipação das tensões na interface (tensão
28
decresce rapidamente em todas as direções a partir da área de aplicação do
carregamento). O mesmo padrão de distribuição é visto na Figura 8 com TMC.
Figura 7 – Tensões principais máximas em modelos FANZ2 e FAPZ2 Fonte: Tanaka et al. (2003)
Para evitar a ocorrência de fraturas coesivas no substrato durante os
ensaios mecânicos que aferem os valores de RU, é necessário promover uma
distribuição mais uniforme das tensões produzidas pela carga gerada pelo ensaio
(VERLUIS e TANTBIROJN e DOUGLAS, 1997).
Quanto ao padrão de distribuição de tensões durante o ensaio, pode-se
visualizar que o mesmo é altamente não uniforme ao longo da interface adesiva,
(Figura 7). Isto concorda com a observação de que essas tensões são sensíveis a
detalhes de geometria, forma de carregamento, módulo de elasticidade e dimensões
do material aderente (VAN NOORT et al., 1989).
Superfície Resina Vista no lado do Adesivo
Superfície do Adesivo Vista no lado do Esmalte
Corte no Adesivo e na Resina
Modelo FAPZ2 Modelo FANZ2
Diãmetro Externo (144MPa)
Diãmetro Interno
29
A concentração de tensões nas superfícies externas dos modelos ilustram
onde as falhas podem iniciar, ou seja, o mecanismo de fratura pode ocorrer na
região periférica da superfície aderida até o centro.
Uma intensificação das tensões pode ser notada, como esperado, devido ao
ponto de aplicação de carga, resultante da concentração de tensões nas áreas
localizadas próximo ao ponto de carregamento.
As tensões trativas presentes no esmalte nos modelos são superiores ao
limite de resistência à tração deste material, que varia entre 16,7 MPa segundo
Tanaka et al. (2003), sugerindo-se a possibilidade da ruptura ter ocorrido neste
material, desde que o limite de resistência do adesivo (em estudo) não tenha sido
atingido (Figura 8). Pode-se verificar que no modelo FAPZ2 foram atingidos 213
MPa, enquanto tensões trativas inferiores foram apresentadas no modelo FANZ2,
com pico de 121 MPa e menor área de tensões trativas.
Figura 8 – Tensões principais máximas na superfície de esmalte em modelos FANZ2 e FAPZ2 Fonte: Tanaka et al. (2003)
Observando os valores de tensões das imagens verificamos que o modelo
com maior área adesiva (FANZ2) apresenta menor área de atuação das tensões
Superfície do Esmate
Modelo FAPZ2 Modelo FANZ2
30
trativas e, assim como menor valor de tensões trativas, distribuindo melhor as
tensões do que os modelos de menor área aderida (FAPZ2), além de reduzirem as
tensões atuantes devido a área de adesivo ser maior (Figura 9).
O melhor resultado de distribuição de tensões foi obtido pelo FANZ2.
As tensões desenvolvidas no modelo FAPZ2 (sem flash) ficaram muito além
das necessárias para a ocorrência de ruptura do esmalte, o que permitiria afirmar
que a probabilidade da presença de defeitos é maior, assim como a concentrações
desiguais de tensões na interface dente/material restaurador.
A Figura 9 mostra a distribuição de tensões principais máximas e tensões
máximas de cisalhamento na interface esmalte-adesivo em modelos FANZ2 e
FAPZ2. Para facilitar a comparação dos resultados, o eixo das coordenadas x foi
ajustado para representar a posição relativa dos nós na interface (%), com origem
no ângulo reto superior formado pelas extremidades de esmalte/adesivo.
Figura 9 – Tensões Principais Máximas e Tensões Máximas de Cisalhamento na interface esmalte-adesivo em modelos FANZ2 e FAPZ2
Fonte: Tanaka et al. (2003)
Interface Esmalte-Adesivo
Modelo FAPZ2
(com Flash)
0
0.25
TPM – Tensão Principal Máxima
TMC – Tensão Máxima de Cisalhamento
0.75
0
0.25
0.50 0
.75
-50
0
50
100
150
200
250
0 0.25 0.5 0.75 1
Comprimento/Comprimento Total
Te
ns
ão
(M
Pa
)
TPM-
Diâmetro_Interno
TPM-
Diâmetro_Externo
TMC-
Diâmetro_Interno
TMC-
Diâmetro_Externo
Modelo FANZ2 (sem Flash)
31
Comparando-se os dois modelos, pode-se verificar que o modelo FAPZ2
(com flash) distribui melhor as tensões do que o modelo sem flash, além de
reduzirem as tensões atuantes devido a área de adesivo ser maior.
Nota-se que a distribuição de tensões foi semelhante entre os casos,
embora um pouco mais pronunciada em concentração de tensões no modelo FANZ2
(sem flash).
32
5 DISCUSSÃO
Atualmente, com o avanço na RU dos sistemas adesivos ao esmalte e
dentina, ensaios micromecânicos precisam ser aperfeiçoados, pois cada
metodologia de ensaio tem vantagens e limitações.
Com os avanços e melhorias tanto na técnica adesiva quanto nos produtos
comercializados, os valores de RU aumentaram o suficiente para causar fraturas
coesivas no substrato. A presença dessas fraturas impossibilitaria a obtenção de
resultados confiáveis, já que não detectavam os valores reais de RU para os
produtos testados, limitando as inovações inseridas nas fórmulas dos sistemas
adesivos (PASHLEY et al., 1995).
Pode-se verificar que cada centro de pesquisa utiliza diferentes parâmetros
metodológicos para o desenvolvimento de ensaios de MIC. Esta variabilidade
dificulta a comparação e reprodução de resultados podendo ainda interferir nos
valores de RU obtidos (FOWLER et al., 1992; MARSHALL JR, 1993; VERSILUIS,
TANTBIROJN e DOUGLAS, 1997; WATANABE e NAKABAYASHI, 1994).
E uma das diversas variáveis é a área real de adesão. A área considerada
nos cálculos é aquela correspondente ao diâmetro interno da cânula. Poderia o
adesivo que fica sob a parede da cânula utilizada para confecção do CP influir nos
valores de RU por afetar a distribuição de tensões?
Vários estudos (MC DONOUGH et al., 2002; SADR et al., 2007; SHIMADA
et al., 2002; WANG, SHIMADA e TAGAMI, 2004; ANDRADE et al., 2010) confirmam
que o momento de fotoativação do adesivo pode aumentar a área real de adesão e
interferir nos valores de RU encontrados.
O objetivo deste trabalho foi avaliar se a camada de adesivo existente sob a
parede da cânula, utilizada no microcisalhamento, influencia os valores de RU com o
33
emprego da análise por elementos finitos (AEF). Para isso, o ensaio de
microcisalhamento foi realizado e o valor da força média de ruptura foi aplicado nos
modelos de elementos finitos (com e sem camada de adesivo sob a parede da
cânula).
Com base na análise deste estudo, a concentração de tensão indica que a
tensão nominal subestima a tensão máxima a que o espécime resistiu na fratura,
uma vez que assume uma distribuição de tensões uniforme na interface que nunca é
conseguida nos arranjos experimentais estudados. Este fato já foi apontado e está
de acordo com vários estudos que podem ser encontrados na literatura
(TANTBIROJN et al., 2000; VAN NOORT et al., 1989; VERSLUIS et al., 1997).
Logo, a tensão nominal de ruptura poderia mudar com a variação do
momento de fotoativação do adesivo e não representar a verdadeira resistência
adesiva da interface.
Podemos concluir que o ensaio de MIC ainda possui várias etapas durante o
preparo dos CP que precisam ser definidas. Novos estudos devem ser realizados
para padronizar a metodologia e interpretação dos resultados em teste de
microcisalhamento.
34
6 CONCLUSÃO
Dadas as limitações do estudo, pode-se concluir que o momento de
fotoativação do adesivo influi significativamente na distribuição de tensões do corpo
de prova nos ensaios microcisalhamento e pode influir nos cálculos de resistência de
união, devido à melhor dissipação das tensões atuantes numa área aderida maior,
minimizando assim, a concentração de tensões próximas da interface esmalte-
adesivo-resina.
35
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