Teste de resistência à fratura
Tabela 2 - Média (±DP) da carga máxima de resistência à fratura (N) dos grupos.
Grupo Média (±DP) da carga máxima de resistência à fratura em N
EH 646,07 (±77,78)
IH 464,35 (±119,10)
MT 429,65 (±29,87)
Teste de fadiga acelerado
A tabela 6 apresenta os dados de número de ciclos e carga (N) correspondente à falha dos espécimes dos grupos durante o teste de fadiga nos diferentes perfis.
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Tabela 6 - Falha dos espécimes dos grupos durante o teste de fadiga.
Perfil* Grupo EH Número de ciclos (Carga em N) Grupo IH Número de ciclos (Carga em N) Grupo MT Número de ciclos (Carga em N) L 211.898 (550) 181.424 (400) 130.982 (250) L 185.366 (425) 189.996 (425) 110.752 (200) L 215.020 (550) 210.964 (550) 140.330 (275) L 215.020 (550) 198.427 (475) 162.406 (325) L 209.076 (525) 215.020 (550) 150.515 (300) L 215.018 (550) 215.020 (550) 135.008 (250) L 215.020 (550) 215.020 (550) 143.790 (275) L 215.020 (550) 215.020 (550) 163.561 (325) L 215.020 (550) 157.161 (300) 100.812 (175) M 145.946 (575) 147.204 (575) 107.496 (330) M 150.015 (575) 120.722 (400) 122.745 (400) M 150.015 (575) 104.957 (330) 101.222 (330) M 150.015 (575) 150.015 (575) 109.274 (330) M 136.670 (505) 124.440 (400) 113.445 (365) M 150.015 (575) 150.015 (575) 100.324 (330) A 85.000 (620) 70.245 (440) 50.007 (320) A 70.002 (440) 82.610 (560) 70.430 (440) A 75.216 (500) 60.616 (380) 54.362 (320) *L = leve / M = moderado / A = agressivo
De acordo com a distribuição das falhas nos diferentes perfis de fadiga, os dados foram analisados através do software Reliasoft ALTA 7 (Reliasoft, Tucson, AZ, EUA). A análise de power law relationship foi selecionada para avaliar o efeito de dano acumulado em cada um dos grupos gerando as curvas de probabilidade de Weibull (figuras 17-19).
Figura 17 - Curva de probabilidade de Weibull do grupo EH.
Figura 18 - Curva de probabilidade de Weibull do grupo IH.
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O cálculo do dano acumulado é indicado para a análise de dados gerados através do teste de fadiga acelerado step-stress por computar a degradação sofrida durante o teste, ou seja, o dano acumulado através do tempo e do aumento de tensão. Sendo assim, o cálculo do dano acumulado considera o perfil de fadiga (leve, moderado ou agressivo) e o passo do perfil em que ocorreu a falha bem como quantas falhas ocorreram em cada passo dos perfis. Baseado nesse cálculo, β (Weibull shape factor) < 1 sugere que as falhas estão mais associadas ao nível de estresse (carga) do que ao número de ciclos (dano acumulado ou fadiga), β ~1 revela que a taxa de falha não varia ao longo do tempo e pode estar a associada a causas aleatórias enquanto β > 1 sugere que as falhas estão associadas ao dano acumulado e podem aumentar ao longo do tempo (Bonfante et al. 2010b). Sendo assim, o valor de β em todos os grupos (EH - β= 0,63, IH - β=0,97 e MT - β=0,19) sugeriu que a fadiga não foi um acelerador da falha dos sistemas avaliados.
Após o cálculo da curva de distribuição, foi realizada a análise de standard probability calculation que permite determinar a confiabilidade (probabilidade de sobrevida) de cada grupo diante de uma determinada carga e número de ciclos a um intervalo de confiança de 90%. A análise de confiabilidade é realizada para indicar a probabilidade de sucesso de um produto ou sistema durante um período de tempo determinado. As tabela 7 e 8 demonstram o valor de confiabilidade e o intervalo de confiança com os limites superior e inferior de cada grupo para missões de 50.000 ciclos e cargas de 400 N e 200 N, respectivamente.
Tabela 7 - Valores de confiabilidade e intervalo de confiança dos grupos para uma missão de 50.000 ciclos e carga de 400 N.
Grupo Confiabilidade Intervalo de confiança (90%)*
EH 0,97 0,99 - 0,80a
IH 0,46 0,64 - 0,26b
MT 0,005 0,05 - 0c
* letras diferentes representam diferença estatisticamente significante entre os grupos.
Tabela 8 - Valores de confiabilidade e intervalo de confiança dos grupos para uma missão de 50.000 ciclos e carga de 200 N.
Grupo Confiabilidade Intervalo de confiança (90%)
EH 1,00 1,00 - 0,99a
IH 0,98 0,99 - 0,93a,b
MT 0,89 0,95 - 0,76b
* letras diferentes representam diferença estatisticamente significante entre os grupos.
Considerando que grupos com sobreposição entre os limites superior e inferior do intervalo de confiança não apresentam diferença estatisticamente significante entre si para os valores de confiabilidade, a tabela 7 demonstrou que houve diferença significante entre os grupos EH (97%), IH (46%) e MT (0,5%).
Para as condições da tabela 8, todos os grupos apresentaram aumento da confiabilidade devido à redução do valor de carga da missão (200 N) em comparação à missão anterior (400 N). Nesse caso, não houve diferença significante entre os grupos EH (100%) e IH (98%) e entre os grupos IH e MT (89%).
Considerando que a fadiga não foi um fator preponderante para a falha dos grupos (β < 1) de acordo com a curva de probabilidade de Weibull, a distribuição de
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Weibull foi calculada com base apenas na carga final de falha dos espécimes independente do número de ciclos.
A análise de Weibull foi introduzida em 1939 pelo professor Waloddi Weibull como uma função de distribuição estatística de ampla aplicabilidade. A distribuição de Weibull é uma distribuição matemática de valores extremos que mostra a probabilidade de falha de um material em função da tensão aplicada. A resistência mecânica dos materiais pode variar entre espécimes testados sob as mesmas condições devido à distribuição aleatória e tamanho de defeitos estruturais inerentes ao material ou ao processo de fabricação. Sendo assim, essa variabilidade entre os espécimes deve ser considerada para a avaliação do comportamento do material de modo que a resistência é melhor representada por uma distribuição probabilística de valores do que por um único valor específico (Ritter 1995).
Nesse sentido, a distribuição de Weibull fornece os valores do módulo de Weibull (β ou m) e a carga de falha característica (η). O valor de β revela a dispersão dos valores e homogeneidade do sistema; ou seja, quanto maior é o módulo, menor é a dispersão dos valores de resistência e maior é a confiabilidade estrutural do sistema avaliado. Já o valor de η corresponde à tensão na qual a probabilidade de falha é de 63,2% dos espécimes (Ritter 1995).
O dados da distribuição de Weibull podem ser apresentados na forma de simple plot (confiabilidade X carga) (figura 20) ou como contour plot para facilitar a visualização e comparação dos resultados (figura 21).
Figura 20 - Simple plot (confiabilidade X carga) da distribuição de Weibull dos grupos.
Figura 21 - Contour plot da distribuição de Weibull dos grupos.
Valores decrescentes de β e η foram obtidos para os grupos EH (β=13,05, η=561,81), IH (β=5,81, η=513,45) e MT (β=5,31, η=333,23); respectivamente. Esses dados revelaram que o grupo EH apresenta maior previsibilidade no comportamento
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de falha (menor dispersão dos valores) e resiste a maiores valores de carga antes da falha do que os grupos IH e MT, respectivamente.
A ausência de sobreposição da representação gráfica dos grupos no contour plot demonstra que há diferença significante (p < 0,10) entre todos os grupos.
Avaliação fractográfica
A tabela 9 exibe o modo de falha dos espécimes dos grupos EH, IH e MT após realização do teste de fadiga acelerado step-stress.
Tabela 9 – Modo de falha dos espécimes dos grupos EH, IH e MT.
Grupo Cerâmica de
revestimento Pilar Implante
EH (n=18) Falha coesiva e adesiva n=14
Fratura n=17 Deformação e/ou fratura n=2 IH (n=18) Falha coesiva n=1 Falha coesiva e adesiva n=17 Fratura e falha adesiva n=18 Deformação e/ou fratura n=0
MT (n=18) Falha coesiva n=1 Fratura do pilar e do parafuso n=18
Deormação e/ou fratura n=0
No grupo EH, as falhas mais frequentes foram fratura da cerâmica de revestimento com falha adesiva na interface cerâmica/pilar e fratura na região do hexágono do pilar. Alguns espécimes também apresentaram deformação e/ou fratura na região do hexágono do implante (figura 22).
*DP - direção de propagação
Figura 22 - Caracterização da falha dos espécimes do grupo EH em estereomicroscopia: A) Face palatina. As setas indicam fratura da cerâmica de revestimento com falha adesiva na interface cerâmica/pilar e fratura na região do hexágono do pilar, B) A configuração das hackle lines na cerâmica de revestimento revela a direção de propagação da trinca a partir da interface cerâmica/pilar, C) Hackle lines na região do hexágono do pilar demonstram a direção de propagação da trinca a partir dos vértices do hexágono, D) As setas indicam a fratura nos vértices do hexágono do implante.
A microscopia eletrônica de varredura de alguns espécimes do grupo EH revelou que a fratura da cerâmica de revestimento e falha adesiva na interface
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cerâmica/pilar originaram-se a partir do pilar em direção à cerâmica de revestimento (figura 23). Já a fratura do hexágono do pilar originou-se na região do vértice do hexágono (figura 24) que apresentava descontinuidade na estrutura interna do material em alguns espécimes (figura 25).
*DP - direção de propagação
Figura 23 - Fragmento de fratura da cerâmica de revestimento. A linha tracejada representa o contorno do pilar reproduzido na cerâmica de revestimento (região superior corresponde ao ápice incisal). As setas indicam a propagação da falha a partir do pilar em direção à cerâmica de revestimento baseada na configuração das hackle lines e wake hackles.
*DP - direção de propagação
Figura 24 - Fragmento de fratura na região do hexágono do pilar. A configuração das arrest lines e hackle lines revela a propagação da falha a partir da região do vértice do hexágono do pilar.
Figura 25 - A área em destaque revela a descontinuidade na estrutura interna do material na região do vértice do hexágono do pilar.
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Para o grupo IH, as falhas mais frequentes foram fratura da cerâmica de revestimento próximo ao ponto de carregamento palatino associada a falha adesiva na interface cerâmica/pilar, fratura do pilar característica de branching crack na face palatina e falha adesiva entre Y-TZP e titânio no hexágono do pilar (figura 26).
Figura 26 - Caracterização da falha dos espécimes do grupo IH em estereomicroscopia: A) Face palatina. As áreas em destaque revelam os pontos de interesse da análise fractográfica demonstrados na sequência, B) A fratura do pilar característica de branching crack revela a origem da fratura a partir do ponto de carregamento. A configuração das hackle lines na cerâmica de revestimento demonstra que a falha propagou-se a partir do pilar para a cerâmica de revestimento na região de carregamento palatino, C) Hackle lines na porção média do pilar demonstram a propagação da falha em direção à região cervical do pilar. Há também presença de trinca na superfície vestibular do pilar, D) A configuração das hackle lines revela a propagação da falha a partir da região de assentamento do parafuso de retenção no pilar em direção à superfície externa, E) Falha adesiva entre Y-TZP e titânio no hexágono do pilar.
A microscopia eletrônica de varredura em alguns espécimes do grupo IH confirmou a propagação da falha a partir do ponto de carregamento palatino em direção ao pilar e cerâmica de revestimento (figura 27).
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Figura 27 - A) Região de carregamento palatino. Interfaces entre resina composta utilizada para fechamento da cavidade de acesso ao parafuso de retenção, pilar e cerâmica de revestimento, B) Fragmento de fratura do pilar. Canto superior esquerdo da foto corresponde à região de carregamento palatino. A configuração das wake hackles revela a direção de propagação da falha no pilar a partir do ponto de carregamento, C) Lado esquerdo da foto corresponde à região de carregamento palatino. A configuração de twist hackles e wake hackles revela a direção de propagação da falha na cerâmica de revestimento a partir do pilar.
Foi possível observar também a presença de gap na interface cerâmica/pilar e porosidades na superfície do pilar (figura 28).
Figura 28 - A área tracejada evidencia o gap presente na interface cerâmica/pilar. As setas indicam porosidade na superfície do pilar.
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Os espécimes do grupo MT apresentaram fratura na região do pescoço do pilar além de fratura e flexão do parafuso de retenção (figura 29). A formação de compression curl no pilar é característica de falha flexural.
Figura 29 - Caracterização da falha dos espécimes do grupo MT em estereomicroscopia: A) A área tracejada destaca a região de fratura do pilar e flexão do parafuso de retenção. A seta indica a região de fratura do parafuso de retenção, B) Propagação da fratura do pilar a partir da face palatina em direção à face vestibular de acordo com a presença da compression curl na porção vestibular do pilar, C) Lado superior da foto corresponde à face vestibular. A configuração das twist hackles e compression curl revela a direção de propagação da fratura do pilar a partir da origem localizada na face palatina, D) As setas brancas delimitam a zona de espelho ao redor do ponto de origem da fratura do pilar. A configuração das twist hackles evidencia a direção de propagação da fratura a partir do ponto de origem, E) Plataforma do implante com remanescente do pilar em seu interior.
A microscopia eletrônica de varredura de alguns espécimes do grupo MT confirmou a propagação da fratura do pilar a partir da face palatina em direção à face vestibular (figura 30). A figura 31 revela detalhes da região de flexão do parafuso de retenção com presença de trinca interna no material.
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*DP - direção de propagação
Figura 30 - Fragmento de fratura do pilar. Lado superior da foto corresponde à face vestibular: A) A configuração das twist hackles e compression curl evidencia a direção de propagação da fratura a partir da face palatina do pilar, B) A seta branca indica a origem da fratura do pilar.
Figura 31 - Parafuso de retenção. Face palatina: A) Região de flexão do parafuso de retenção. A área em destaque evidencia a região em maior magnificação em B, B) Trinca interna no material do parafuso de retenção.
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