( PDF ) Avaliação de instrumento para inserção de ligaduras elásticas em aparelho ortodôntico

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UNESP

Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá

Guaratinguetá

2008

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VARELLA, JAIRO RIBEIRO

2008

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JAIRO RIBEIRO VARELLA

AVALIAÇÃO DE INSTRUMENTO PARA INSERÇÃO DE LIGADURAS

ELÁSTICAS EM APARELHO ORTODÔNTICO

Orientador: Prof. Dr. José Elias Tomazini

Guaratinguetá

2008

Dissertação apresentada à Faculdade de

Engenharia do Campus de Guaratinguetá,

Universidade Estadual Paulista, para a

obtenção do título de Mestre em

Engenharia Mecânica na área de Projetos.

V293a

Varella, Jairo Ribeiro

Avaliação de instrumento para inserção de ligaduras

elásticas em aparelho ortodôntico / Jairo Ribeiro Varella. –

Guaratinguetá : [s.n.], 2008

65 f. : il.

Bibliografia: f. 59-63

Dissertação (mestrado) – Universidade Estadual Paulista,

Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, 2008

Orientador: Prof. Dr. José Elias Tomazini

1. Biomecânica 2. Elastômero I. Título

CDU 612.766

DADOS CURRICULARES

JAIRO RIBEIRO VARELLA

NASCIMENTO 02. 01. 69. Virgínia / MG

FILIAÇÃO Isabel Ribeiro Varella

Luiz Varella

1989/1992 Curso de Graduação

Escola de Farmácia e Odontologia de Alfenas – EFOA.

2002/2003 Curso de Especialização em Ortodontia e Ortopedia Facial

Sindicato dos Odontologistas do Estado de São Paulo.

2006/2008 Curso de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, nível

Mestrado, na Faculdade de Engenharia do Campus de

Guaratinguetá da Universidade Estadual Paulista – UNESP.

Dedico este trabalho à minha esposa Sandra pela compreensão e

apoio nos momentos difíceis e à minha filha Larissa, que trouxe

mais alegria para a minha vida.

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar agradeço aos meus pais Luiz e Isabel, que me ensinaram

através da palavra e do exemplo valores essenciais para a minha formação.

Ao Prof. Dr. José Elias Tomazini, orientador desta dissertação, que idealizou e

dela participou diretamente, demonstrando sua alta capacidade técnica como professor

e pesquisador, além de um espírito humanístico que o qualifica como um ser humano

especial.

Ao meu sobrinho Henrique pelo apoio e ajuda essencial na realização deste

trabalho.

Aos técnicos de laboratório Walter Luiz Tupinambá e Urbano Gonçalves de

Oliveira pela amizade, boa vontade e ajuda na construção do dispositivo.

Ao Prof. Dr. João Zangrandi Filho por ter auxiliado na elaboração inicial deste

trabalho.

Aos alunos do curso de engenharia mecânica Cleber Paiato José de Souza e

Flávio Silva Rodrigues pela cooperação.

Ao Prof. Dr. Celso Pinto Morais Pereira e Prof. Dr. João Zangrandi Filho por

terem participado do exame de qualificação.

Aos Professores do Departamento de Mecânica da FEG: Araildo Lima Silva,

João Alberto de Oliveira, José Geraldo Trani Brandão, Luiz Fernando Costa

Nascimento, Mauro Hugo Mathias e Tamotsu Hirata.

À secretária Rose pela presteza nos serviços solicitados.

Às funcionárias da Biblioteca do Campus de Guaratinguetá pela dedicação e

principalmente pela vontade em ajudar.

Aos amigos de curso Paulo Cortez, Paula Soares, Claudia Lio e Felipe Lemos.

A todos aqueles que de forma direta ou indireta colaboraram para a realização

deste trabalho.

VARELLA, J.R. Avaliação de instrumento para inserção de ligaduras elásticas em

aparelho ortodôntico. 2008. 65f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) –

Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual

Paulista, Guaratinguetá, 2008.

RESUMO

O objetivo do trabalho foi determinar parâmetros para avaliar a pinça insersora

de ligadura elástica, comparando-a com o aplicador de ligadura elástica. Foi idealizado

e construído um dispositivo para medir a força de deslocamento da ligadura elástica,

composto por transdutores de força e deslocamento, condicionador de sinais, placa de

aquisição de dados e um computador. Para determinar a força de deslocamento foram

utilizadas 58 ligaduras elásticas, sendo 29 ligaduras colocadas com o aplicador e 29

inseridas com a pinça. Os resultados mostraram que as ligaduras colocadas com a

pinça necessitaram de uma força de deslocamento maior. As medidas da amostra de 45

ligaduras no projetor de perfil mostraram que a pinça esticou menos as ligaduras

elásticas durante a manobra de inserção no braquete. O diagrama tensão x deformação

específica ilustra que a inserção com o aplicador gera maiores tensões nas ligaduras

elásticas do que a pinça insersora, estas tensões podem ser responsáveis pela quebra

das ligações cruzadas o que resulta numa degradação das propriedades físicas do

elastômero.

PALAVRAS-CHAVE: elastômero, ligadura elástica, instrumento ortodôntico

insersor.

VARELLA, J.R Evaluation of instrument for insertion of elastic ties in

orthodontic appliance. 2008. 65f. Dissertation (Master in Mechanics Engineering) –

Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual

Paulista, Guaratinguetá, 2008.

ABSTRACT

The aim of this work is to determine parameters to evaluate the applying clamp

of elastic tie, comparing it with the applicator of elastic tie. It was idealized and

constructed a device to measure the displacement force of the elastic tie, being

constituded of force and displacement transducers, signals conditioner, data

acquisition plate and a computer. To determine the displacement forces, 58 elastic ties

had been used, 29 of them being positioned with the applicator and the 29 other on

being positioned with the help of the clamp. The results had shown that the ties

positioned with the clamp required a bigger displacement force. The measurements of

a sample of 45 ties made in a profile projector had shown that the ties positioned with

the clamp has strained less during the act of insertion. The stress x strain diagram

shows that the insertion made with the applicator creates bigger stress in the elastic ties

than the stress when the applying clamp is used. These stress can be responsible for the

crossed linking, and in addition results in a degradation in the physical properties of

the elastomer.

KEYWORDS : elastomer, elastic tie, applying orthodontic instrument.

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 –

Aparelho ortodôntico ................................................................

................................

FIGURA 2 –

(A)Pinça insersora e (B) Aplicador de amarrilho

................................

FIGURA 3 –

Alicate colocador de ligadura ................................

................................

FIGURA 4 –

Pinça de inserção de ligadura elástica ................................

................................

FIGURA 5 –

Pinça com ponta ativa para colocação de ligadura elástica

................................

FIGURA 6 –

Alicate para inserir ligadura elástica................................

................................

FIGURA 7 –

Instrumento com ponta ativa em forma de alça

................................

FIGURA 8 –

Instrumento para colocar ligadura elástica ................................

...............................

FIGURA 9 –

Instrumento para encaixar ligadura elástica ................................

.............................

FIGURA 10 –

Dispositivo para inserir ligadura elástica................................

................................

FIGURA 11 –

Instrumento descartável de ligaduras elásticas

................................

FIGURA 12 –

Instrumento para colocar ligadura elástica ................................

...............................

FIGURA 13 –

(A) Instrumento para ligadura elástica ortodôntica, (B) e (C)

tipos de pontas ativas ................................................................

................................

FIGURA 14 –

(A) Equipamento para colocar ligadura elástica ortodôntica e

(B) Carregador de LE ................................................................

...............................

FIGURA 15 –

Ligadura elástica com ângulo de 45° ................................

................................

FIGURA 16 –

Desenho do dispositivo com typodont ortodôntico acoplado

................................

FIGURA 17 –

(A) Dispositivo desmontado; (B) Dispositivo montado

................................

FIGURA 18 –

Transdutor de força tipo anel circular................................

................................

FIGURA 19 –

Transdutor de força do tipo anel circular de alumínio com os

extensômetros colados ................................................................

..............................

FIGURA 20 –

Sistema de calibração................................................................

................................

FIGURA 21 –

Calibração do transdutor de força................................

................................

FIGURA 22 –

Gráfico da calibração ................................................................

................................

FIGURA 23 –

Dispositivo com typodont................................

................................

FIGURA 24 –

(A) Orifício no braquete e (B) Orifício no dente de acrílico

................................

FIGURA 25 –

Circuito Elétrico................................................................

................................

FIGURA 26 –

(A) Projetor de Perfil e (B) LE no projetor de perfil

................................

FIGURA 27 –

Ensaio com transdutor de deslocamento acoplado ao

dispositivo................................................................

................................

FIGURA 28 –

Gráfico com as forças de deslocamento ................................

................................

FIGURA 29 –

(A) Elastômero sem tensão e (B) Elastômero com tensão;

Callister (2002) ................................................................

................................

FIGURA 30 –

Gráfico com o diâmetro das LE colocadas com os

instrumentos: aplicador e pinça ................................

................................

FIGURA 31 –

Gráfico força x deslocamento da ligadura elástica

................................

FIGURA 32 –

Tipos de ligaduras elásticas: módulo e bengala

................................

FIGURA 33 –

Gráfico tensão x deformação específica................................

................................

FIGURA 34 –

Diagrama tensão-deformação específica (



< 0,2 )

................................

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 –

Força de deslocamento da amostra de LE colocadas com a

pinça e o aplicador................................................................

................................

TABELA 2 –

Valores médios, mínimos, máximos do diâmetro interno da

LE após a colocação e remoção do braquete pelos

instrumentos: pinça e aplicador................................

................................

TABELA A1 –

Valores das forças medidas em 58 amostras de LE

................................

TABELA A2 –

Diâmetros da amostra de 45 LE ................................

................................

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

LE - Ligadura elástica

MPa - Mega Pascal

cm - Centímetro

DME - Departamento de Mecânica

dp - Desvio padrão

et al - E colaboradores

EFOA - Escola de Farmácia e Odontologia de Alfenas

FEG - Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá

mm² - Milímetro quadrado

mV - Milivolt

N - Newton

UNESP

- Universidade Estadual Paulista

V - Volt

LISTA DE SÍMBOLOS

 - Tensão normal Pa

 - Deformação específica [1]

- Tensão de excitação da ponte mV

∆E

- Tensão de saída da ponte mV

Di - Diâmetro interno da ligadura elástica mm

De - Diâmetro externo da ligadura elástica mm

E - Módulo de elasticidade do material do transdutor de força

tipo anel circular

I - Momento de Inércia m

k - Fator do extensômetro [1]

M - Momento fletor N.m

b - Largura do transdutor de força tipo anel circular mm

t - Espessura do transdutor de força tipo anel circular mm

r - Raio mm

F - Força N

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO

................................................................

................................

1.1 OBJETIVOS

................................................................................................

...........

1.2 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

................................

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

................................

2.1 INSTRUMENTOS PARA COLOCAÇÃO DA LIGADURA

ELÁSTICA

................................................................................................

..............

2.2 PROPRIEDADES FÍSICAS DO ELASTÔMERO

................................

............

3 MATERIAIS E MÉTODOS

................................................................

..............

3.1 DESENVOLVIMENTO E CONSTRUÇÃO DO DISPOSITIVO DE

TRAÇÃO PARA MEDIR A FORÇA DE DESLOCAMENTO DA

LIGADURA ELÁSTICA

................................................................

......................

3.1.1 Transdutor de força................................................................

................................

3.1.2 Calibração do Transdutor ................................................................

.....................

3.1.3 Montagem do typodont ortodôntico no dispositivo................................

.............

3.1.4 Circuito elétrico de orientação no deslocamento da ligadura elástica

..............

3.1.5 Medida experimental da força de deslocamento da ligadura elástica

...............

3.2 MEDIDAS DOS DIÂMETROS DAS LIGADURAS

................................

3.3 CONSTRUÇÃO DA CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO

ESPECÍFICA

................................................................

................................

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

................................

4.1 MEDIDA DA FORÇA DE DESLOCAMENTO DA LIGADURA

ELÁSTICA

................................................................................................

.............

4.2 MEDIDA DO DIÂMETRO INTERNO DAS LIGADURAS

..........................

4.3 DIAGRAMA FORÇA X DESLOCAMENTO

................................

...................

4.4 CONSTRUÇÃO DA CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO

ESPECÍFICA

................................................................

................................

5 CONCLUSÕES

................................................................

................................

REFERÊNCIAS

................................................................

................................

APÊNDICE

................................................................................................

............

1 INTRODUÇÃO

Ortodontia é a especialidade da Odontologia que trata das deformidades

dentofaciais (LINO, 1993). O tratamento ortodôntico requer o uso de

instrumentos específicos para o manuseio dos materiais necessários na montagem

e ativação do aparelho ortodôntico. A otimização dos recursos disponíveis está

em conhecer as propriedades físicas dos materiais e no uso adequado dos

instrumentos. Existe atualmente, uma grande variedade de braquetes que variam

em relação aos recursos incorporados, formato e tamanho. A Figura 1 mostra

alguns dos componentes do aparelho ortodôntico.

Figura 1

–

Aparelho ortodôntico.

As ligaduras elásticas (LE) são utilizadas para prender o fio ortodôntico no

braquete e estas apresentam algumas vantagens, entre elas: são biocompatíveis,

confortáveis, de fácil manuseio e higienização, e possuem a propriedade elástica.

No entanto, também apresentam desvantagens como: não são capazes de suportar

Fio Ortodôntico Ligadura Elástica Braquete

Elástico em Cadeia

níveis de forças constantes por longo período de tempo e sofrem alterações em

suas propriedades físicas (TALOUMIS et al, 1997; ABRÃO, 2003; MARTINS et

al, 2006; SOUZA et al, 2008). Atualmente, as ligaduras elásticas quase que

substituíram os amarrilhos metálicos no tratamento ortodôntico (HENRIQUES;

HAYASAKI; HENRIQUES, 2003) e os braquetes auto ligantes, que não

necessitam de ligadura elástica, porém num custo financeiro muito elevado.

As ligaduras elásticas e os elásticos em cadeia são produzidos a partir de

elastômeros. O termo elastômero refere-se a materiais que retornam à sua

conFiguração inicial após sofrerem consideráveis deformações (DE GENOVA et

al, 1985; BATY et al, 1994). A maioria dos trabalhos sobre elastômeros,

disponíveis na literatura ortodôntica, estuda os elásticos em cadeia, mesmo sendo

as ligaduras elásticas confeccionadas com o mesmo material dos elásticos em

cadeia, as aplicações clínicas são diferentes, logo, as respostas também podem

ser diferentes (TALOUMIS et al, 1997). Os elásticos em cadeia precisam ser

distendidos para terem um efeito clínico, pois são usados para movimentar os

dentes no fechamento de espaços ou movimento de retração dentária

(ALMEIDA, 1993; ARAÚJO; URSI, 2006), enquanto as ligaduras elásticas são

utilizadas para fixar o fio ortodôntico no braquete (MARTINS et al, 2006;

SOUZA et al, 2008) e na tentativa de corrigir pequenas giroversões dentárias

(TALOUMIS et al, 1997) e não precisam sofrer distensão para serem efetivas.

Para colocação da LE no braquete é necessário o uso de instrumento

apropriado e há, no mercado, diversos instrumentos disponíveis. Neste trabalho

são testados dois tipos de instrumentos: aplicador de amarrilho e a pinça

insersora de ligadura elástica. A Figura 2 ilustra a pinça e o aplicador.

(A)

(B)

Figura 2

–

(A) Pinça insersora e (B) Aplicador de amarrilho.

A pinça insersora foi criada em 2002 pelo autor desta dissertação de forma

empírica, decorrente da observação de um alicate de colocação de ligadura

elástica criado pelo Prof. Alael de Paiva Lino, mostrado na Figura 3.

Figura 3

–

Alicate colocador de ligadura.

A pinça teve como objetivo melhorar a forma de manuseio do instrumento

em relação ao alicate. A ponta ativa do instrumento foi modificada com um

desgaste formando uma cavidade para encaixar a ligadura elástica. A garra

também foi alterada de modo que possa prender e inserir a ligadura no braquete

distendendo-a o mínimo possível. A Figura 4 mostra desenhos da pinça.

Figura 4

–

Pinça de insersão de ligadura elástica.

Portanto, a proposta do trabalho é verificar a eficiência da pinça insersora

de ligadura elástica ortodôntica desenvolvendo um dispositivo apropriado para

ensaios em laboratório comparando–a com o aplicador de LE.

1.1 OBJETIVOS

O objetivo geral deste trabalho é determinar parâmetros para avaliar a

eficiência da pinça insersora comparando-a com o aplicador. Os objetivos

específicos são:

1. Medir a força necessária para deslocar a ligadura elástica do braquete, no

momento em que o fio ortodôntico perde o contato com este.

2. Verificar a alteração no diâmetro da ligadura elástica ocasionada pelo

instrumento de colocação: pinça e aplicador.

3. Construir um diagrama tensão x deformação específica da ligadura elástica,

a fim de situar as deformações na ligadura produzida pela pinça e aplicador.

1.2 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

O capítulo 1 expõe o problema, as justificativas e a proposição do estudo. É

ressaltada a necessidade de se avaliar e conhecer os limites das propriedades

físicas da ligadura elástica.

O capítulo 2 engloba a revisão bibliográfica sobre alguns instrumentos

usados para colocação da ligadura elástica e principalmente sobre as

características das propriedades físicas do elastômero usado em ortodontia.

No capítulo 3 são apresentados os materiais e métodos utilizados para o

estudo. É realizada a descrição do projeto e a construção do dispositivo para

medição da força da ligadura elástica ao deslocar-se do braquete. Na fase de

projeto foram definidos os princípios utilizados para aquisição das informações.

A etapa seguinte foi a seleção de material e construção do dispositivo para coleta

de dados. Em seguida, foram realizados a calibração e os testes experimentais

com as amostras de ligaduras elásticas usando o aplicador e a pinça insersora.

A apresentação, dos resultados e discussões, encontra-se no capítulo 4.

A conclusão do trabalho é apresentada no capítulo 5.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 INSTRUMENTOS PARA COLOCAÇÃO DE LIGADURA

ELÁSTICA

Muitos aparelhos ortodônticos utilizam as LE para prender o fio ortodôntico

ao braquete. A manobra de inserção da LE ao braquete necessita de instrumentos

específicos. Com esta finalidade vários dispositivos foram desenvolvidos e

patenteados, eles variam de acordo com a forma de apreensão da LE, inserção da

LE e no modo de manuseio do instrumento

Cusato e Closter (1975) registraram o instrumento em formato de pinça,

ilustrado na Figura 5. As duas hastes apresentam uma cavidade em suas pontas

para encaixar a LE. Com a pinça fechada pode-se armazenar a LE, entre as hastes

existe uma trava onde é possível distender a LE para inserí-la ao braquete.

Figura 5

–

Pinça com ponta ativa para colocação de ligadura elástica.

Dragan (1977) desenvolveu um alicate com ponta ativa formada por duas

hastes com uma cavidade em cada uma delas. Quando as hastes estão juntas

servem para armazenar a LE. Abrindo as duas hastes a LE sofre distensão e pode

ser inserida ao braquete. O alicate está ilustrado na Figura 6

Figura 6

–

Alicate para inserir ligadura elástica.

Shilliday (1977) registrou um dos instrumentos mais conhecidos pelos

ortodontistas. A ponta ativa apresenta uma alça para inserir a ligadura elástica,

ilustrada na Figura 7.

Figura 7

–

Instrumento com ponta ativa em forma de alça.

Kurz (1980) desenvolveu o dispositivo representado na Figura 8 para

encaixar ligadura elástica. O dispositivo possibilita guardar LE no seu interior e

quando acionado, uma LE é empurrada para ponta ativa, onde a mesma é

distendida e encaixada no braquete.

Figura 8

–

Instrumento para colocar ligadura elástica.

Barone (1983) criou o instrumento para inserir ligadura elástica, mostrado

na Figura 9. As LE são armazenadas numa haste no interior do instrumento e

quando a carcaça do instrumento é empurrada a ponta ativa solta a LE no

braquete e posiciona uma nova LE para ser inserida.

Figura 9

–

Instrumento para encaixar ligadura elástica

Kesling (1989) desenvolveu um dispositivo ejetor de LE, ilustrado na

Figura 10. A ponta ejetora possui 4 garras expulsivas para o encaixe da LE.

Quando o dispositivo é acionado, a ponta ejetora abre-se distendendo a LE e

soltando-a no braquete

Figura 10 –

Dispositivo para inserir ligadura elástica.

Cho (1993) criou um instrumento descartável que armazena a LE em seu

próprio cabo e à medida que LE desloca-se para a ponta ativa, distende-se um

pouco, e assim está pronta para a inserção ao braquete. O instrumento é

apresentado na Figura 11.

Figura 11 –

Instrumento descartável de ligaduras elásticas.

Hirschfeld (1997) desenvolveram o instrumento para inserir a LE

semelhante à forma de manusear uma seringa, representado na Figura 12. O

instrumento possibilita armazenar LE no seu interior, e quando a ponta ativa solta

uma LE, outra esta sendo posicionada no carregador.

Figura 12 –

Instrumento para colocar ligadura elástica.

Brilliant e Schwartz (2003) modificaram a pinça de Mathieu para usá-la na

colocação de LE, ilustrado na Figura 13A. A ponta ativa varia de acordo com o

fabricante. Entre os modelos disponíveis podem-se encontrar os tipos mostrados

nas Figuras 13 B e 13 C.

(A)

(B)

(C)

Figura 13 –

(A) Instrumento para ligadura elástica ortodôntica, (B) e (C)

Tipos de pontas ativas.

Quillian (2005) desenvolveu o equipamento para encaixar LE, utilizando-se

de um carregador específico de LE que é acoplado ao equipamento, semelhante

ao dispositivo de um revolver, ilustrado na Figura 14.

(A)

(B)

Figura 14 –

(A) Equipamento para colocar ligadura elástica ortodôntica e (B)

Carregador de LE.

2.2 PROPRIEDADES FÍSICAS DO ELASTÔMERO

Miles e Briston (1965) explicaram que, quimicamente os elastômeros são

considerados polímeros. A origem grega da palavra explica sua estrutura, onde

"poli" significa muitas e "meros", partes. São substâncias compostas por várias

moléculas que se repetem formando uma cadeia à parte das unidades

fundamentais, que são denominadas monômeros. O elastômero é composto por

ligações primárias e secundárias com fraca atração molecular, apresenta um

padrão espiral e quando este se deforma, devido à aplicação de uma força, as

cadeias poliméricas se ordenam em uma estrutura linear com ligações cruzadas

em alguns pontos ao longo das mesmas. A modificação do padrão espiral para

linear ocorre devido às fracas ligações secundárias, enquanto as ligações

cruzadas são responsáveis pela recuperação da estrutura inicial. A deformação

permanente ocorre quando as ligações cruzadas se rompem.

Andreasen e Bishara (1970) estudaram a diminuição da força de tração das

cadeias elásticas da marca comercial Alastik (Unitek) e encontraram uma

deformação permanente de aproximadamente 50% do seu comprimento original,

após 24 horas e perda de força de tração de 74,21%.

Hershey et al (1975) avaliaram elastômeros em cadeia de 3 marcas

comerciais, utilizando um dispositivo com a finalidade de simular o movimento

dental. Ocorreu um declínio da força maior que 50% após as primeiras 24 horas,

para todos os elásticos. Todos apresentaram diminuição da força. Julgaram as

três amostras equivalentes clinicamente.

Wong (1976) comparou cadeias elastoméricas de diferentes marcas,

constatando algumas diferenças entre os produtos. O elástico Power (Ormco) foi

considerado mais elástico e menos rígido que o Alastic (Unitek), o qual

apresentou mais força. Durante o teste de tração, as duas marcas apresentaram

uma maior perda de força inicial durante as primeiras 24 horas, ou seja, 73% da

força inicial. Os materiais elásticos sofreram deformações permanentes, portanto,

num tratamento ortodôntico, o ortodontista deve considerar a rápida perda inicial

de força nas primeiras 24 horas.

Kovatch et al (1976) demonstraram que os elásticos em cadeia Alastik tipo

k-2 (Unitek) apresentaram um declínio de força maior quando submetidos a uma

rápida distensão. Assim, aconselharam que os módulos fossem distendidos

gradativamente durante a sua colocação, para evitar reações elásticas

indesejáveis.

De Genova et al (1985) estudaram os elásticos em cadeia das marcas Power

Chain II(Ormco), Energi Chain (Rock Mountain) e Elast-o-Chain

(T.P.Orthodontics) Dividiram em dois grupos e compararam o declínio da força.

Um grupo foi submetido à variação de temperatura de 15°C a 45°C num período

de três semanas, enquanto o outro foi submerso em saliva artificial a 37°C.

Relataram ter encontrado um declínio de força maior para o grupo submerso em

saliva artificial a 37°C.

Huget et al (1989) avaliaram oito segmentos de elastômero em cadeia da

marca Ormco acondicionados em água com temperatura de 37°C. Foram testados

em laboratório nos intervalos de 1, 7, 14, 42 e 70 dias e ficou evidente a

deterioração das amostras, principalmente na presença de água.

Almeida (1993) estudou a influência da pigmentação sobre o

comportamento de 11 cadeias elastoméricas, nas cores encontradas no mercado

em função do tempo de distensão. As amostras foram constituídas de 10

módulos, de quatro anéis para cada cor. Os módulos foram distendidos a uma

distância de 25 milímetros e as leituras da força de tração foram efetuadas com o

auxílio de um dinamômetro em intervalos de tempo, que variaram de 1 hora, 6

horas, 12 horas, 24 horas, 72 horas, 1 semana, 2 semanas, 3 semanas e 4

semanas. Os resultados demonstraram que a pigmentação adicionada às cadeias

elastoméricas interferiu significativamente no desempenho da força de trabalho

após a distensão, sendo que o elastômero de cor cinza foi o que apresentou a

maior porcentagem de força remanescente ao final de 4 semanas.

Lu et al (1993) pesquisaram o relaxamento de cadeias elastoméricas num

período de 6 semanas. As amostras escolhidas eram de cor transparente e cinza e

foram acondicionadas em água a 37º C. O ensaio simulava o movimento

dentário. Relataram que a amostra de cor transparente tem uma força inicial

maior que a cinza e retém maior quantidade de força ao longo do tempo.

Kaplla (1994) verificou em laboratório o desempenho de 3 marcas de

elastômeros em cadeia no período de 100 dias. Concluiu que a força

remanescente é insuficiente para movimentação dentária.

Taloumis et al (1997) avaliaram as ligaduras elásticas de sete marcas

comerciais, quanto à diminuição da força, alteração dimensional e a relação entre

o tamanho da ligadura e a força. Três dos quatro grupos testados foram

distendidos por ganchos de aço inoxidável com uma circunferência semelhante

ao braquete ortodôntico. O grupo 1 foi mantido sob umidade e temperatura

ambiente por 28 dias. O grupo 2 submerso em saliva artificial a 37º C, pH 6,84

durante 28 dias. O grupo 3 foi submerso em saliva artificial a 37° C, pH 6,84 e os

níveis de força foram registrados no início e com 24 horas, 7, 14 e 28 dias, O

quarto grupo não foi distendido, mas foi imerso em saliva artificial a 37° C, pH

6,84 durante 28 dias para avaliar as alterações dimensionais devido à absorção de

saliva. Observaram que a saliva e o calor tiveram muita influência no declínio da

força e na deformação permanente. Verificaram que houve uma correlação

negativa entre o diâmetro interno e a força. O maior declínio ocorreu nas

primeiras 24 horas para todas as ligaduras elásticas. Concluíram que as ligaduras

são apropriadas para o nivelamento. No entanto, a rápida perda de força e a

deformação permanente impedem seu uso na correção de giroversão dentária.

Tzou (2001) enfatizou ao comentar sobre a ligadura elástica desenvolvida

em um formato diferente, ilustrado na Figura 15, que a forma de adaptação da

ligadura elástica ao braquete é muito importante para otimizar o sistema de

fixação fio - braquete.

Figura 15 –

Ligadura elástica com ângulo de 45°.

Lam et al (2002) pesquisaram em laboratório a diminuição da força e o

aumento do estiramento em duas marcas comerciais de ligaduras elásticas. Foram

utilizadas 7 amostras de cinco ligaduras num período de 12 semanas. Concluíram

que houve diferença significativa entre as marcas comerciais e que todas as

ligaduras elásticas perderam a força no decorrer do tempo. O efeito de pré-

estiramento não produziu efeito prejudicial na força e na extensão em longo

prazo.

Mundstock et al (2003) realizaram ensaios com seis diferentes marcas

comerciais de elásticos em cadeia armazenados em água na temperatura

ambiente. As medições foram registradas nos seguintes períodos: inicial, 1

minuto, 15 minutos, 1hora, 24 horas, 7, 14, 21 e 28 dias. Concluíram que todas as

marcas comerciais perderam força com o passar do tempo, sendo que a maior

perda aconteceu nas primeiras 24 horas. Mas, mesmo assim compatíveis para o

uso clínico.

Henriques, Hayasaki e Henriques (2003) enfatizaram que os ortodontistas

devem conhecer as propriedades físicas dos elásticos e que a disponibilidade de

diversas cores de elásticos também facilita a cooperação e o incentivo dos

pacientes. Atualmente, as ligaduras elásticas substituíram quase que por

completo os fios metálicos para ligadura.

Abrão (2004) estudou a intensidade das forças liberadas por cinco cores de

ligaduras elásticas, quando imersas em solução de saliva artificial a 37°C. As

amostras avaliadas foram quantificadas através de uma máquina de ensaios de

tração, nos períodos de tempo inicial, 1 dia, 7, 14, 21e 28 dias de imersão em

saliva artificial. A maior queda nos valores das forças liberadas pelas ligaduras

elásticas ocorreu nas primeiras 24 horas de imersão de saliva artificial, sendo esta

queda contínua e de forma gradativa até a quarta semana. Observaram que os

pigmentos utilizados nas ligaduras não influenciaram a perda da força.

Braga et al (2005), ao analisarem os elásticos ortodônticos, enfatizaram que

uma das características dos elastômeros é o decaimento da força inicial com o

tempo até a sua estabilização. A relaxação da tensão ocorre quando uma amostra

polimérica é deformada rapidamente e mantida sob deformação constante, a

tensão aplicada para manter essa deformação diminui com o tempo.

Araújo e Ursi (2006) avaliaram em laboratório com o auxílio de um

dinamômetro acoplado a um dispositivo de tração, cinco marcas comerciais de

elásticos em cadeia sintéticos quanto à degradação da força quando estirados

continuamente em uma distância de 20 mm. As leituras foram feitas nos

intervalos de 1/2, 1, 6, 12, 24, 48 horas; 7, 14, 21 e 28 dias. Concluíram que as

amostras sofreram significativa redução na quantidade de força na primeira hora

e que a média de força gerada em 21 e 28 dias de testes foi semelhante para todas

as amostras estudadas.

Martins et al (2006 A) verificaram as ligaduras elásticas de diferentes cores

do tipo modular da marca Morelli. Vários cilindros de aço inoxidável com

diâmetro aproximado de um braquete de incisivo central superior foram imersas

em saliva artificial a 37° C. Utilizaram uma máquina de tração para medir a

força, antes da colocação nos estiletes (0 h) e após 24 horas de imersão em saliva

artificial. Verificaram que existe uma diferença significativa entre as forças de

tração em 0 h e 24 h. Em 0 h já existem diferenças significativas entre algumas

cores. Em 24 h, também foram constatadas diferenças significativas. Concluíram

que os pigmentos utilizados nas ligaduras elásticas influenciaram as propriedades

físicas.

Martins et al (2006B) reafirmaram que a deformação permanente só ocorre

quando o polímero é distendido acima de seu limite elástico, promovendo a

quebra das ligações cruzadas. O elastômero ideal seria aquele que, após ser

distendido abaixo do seu limite elástico, retornaria à sua exata conFiguração

inicial.

Souza et al (2008) pesquisaram os modelos disponíveis de ligadura

elástica (marca Morelli) em módulos e em bengala, nas cores cinza e cristal para

determinação do percentual de degradação das forças geradas pelas mesmas. As

ligaduras elásticas foram estiradas em estiletes de aço inoxidável com diâmetro

de 4 mm e imersas em solução de saliva artificial a 37ºC. Um aparelho de ensaio

de tração foi utilizado para a coleta de dados sobre a intensidade das forças

liberadas nos intervalos: início do experimento, 24 horas, 1 semana, 2 semanas, 3

semanas e 4 semanas. Observaram que as ligaduras elásticas do tipo bengala, em

média liberaram maior intensidade de força. O percentual de degradação das

forças liberadas por todas as ligaduras aumentou de forma acentuada entre zero e

24 horas e de forma gradativa após este período, com exceção do 28º dia quando,

provavelmente, houve perda das propriedades elásticas das ligaduras.

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Para atingir os objetivos propostos, foram realizadas as seguintes etapas:

1. Desenvolvimento e construção de um dispositivo para medir a força de

deslocamento da LE do braquete.

2. Medida do diâmetro da LE ocasionada pelo instrumento de colocação: pinça e

aplicador. A observação da alteração foi feita por meio do equipamento

projetor de perfil.

3. Construção de um diagrama tensão x deformação específica da LE, a fim de

situar as deformações na LE produzida pela pinça e aplicador, utilizando o

dispositivo de tração.

3.1 DESENVOLVIMENTO E CONSTRUÇÃO DO DISPOSITIVO DE

TRAÇÃO PARA MEDIR A FORÇA DE DESLOCAMENTO DA

LIGADURA ELÁSTICA

De acordo com o primeiro objetivo específico que é medir força necessária

para deslocar a ligadura elástica (LE) do braquete, foi idealizado um dispositivo

de tração para medir esta força, apresentado na Figura 16. O dispositivo

idealizado foi construído nos laboratórios do departamento de mecânica (DME).

É constituído por uma plataforma de aço medindo 150 x 300 mm, servindo de

base para um typodont ortodôntico e uma torre confeccionada em uma chapa de

aço com a medida de 140 mm de altura, 80 mm de largura e 25 mm de espessura.

Nesta, foi alojado o sistema de tração para a ligadura elástica; constituído de

uma polia com manivela, onde foi acoplado um parafuso com rosca fina (passo

0,5 mm). Na extremidade do parafuso foi fixado um transdutor de força tipo anel

circular. A Figura 17 (A) mostra o dispositivo desmontado e a Figura 17 (B)

ilustra o dispositivo montado.

Figura 16 –

Desenho do dispositivo com typodont ortodôntico acoplado.

(A)

(B)

Figura 17 –

(A) Dispositivo desmontado; (B) Dispositivo montado.

3.1.1 Transdutor de força

Para medir a força de deslocamento, assim como as forças até a ruptura da

ligadura elástica, projetou-se um transdutor de força tipo anel circular. O anel

circular foi escolhido por constituir uma solução compacta e de fácil construção.

Polia com manivela transdutor de força

Plataforma de aço Typodont

Foram colados quatro extensômetros elétricos (marca KYOWA, 120 , grade

3mm) em pontos convenientes do anel, os quais foram unidos, formando um

circuito em ponte completa de Wheatstone. As dimensões do anel foram obtidas

através da equação básica da extensometria que relaciona tensão na saída da

ponte com as deformações onde estão colados os extensômetros. A Figura 18

ilustra um desenho do anel circular mostrando a força aplicada, os extensômetros

e o circuito em ponte completa. Nesta Figura, r é o raio interno do anel, t a

espessura e b a largura. Os extensômetros são denotados por E

, E

e E

∆E

Figura 18 –

Transdutor de força tipo anel circular.

Segundo os métodos da Mecânica dos Materiais (FEODOSIEV, 1994 ), o

momento fletor na seção onde estão os extensômetros (θ=90°), é dado por:

rF182,0M

(1)

M = 0,318 Fr

M = 0,182 Fr

A deformação específica nesta seção é aproximada por:

º90

=ε

(2)

Sendo c = t/2, E o módulo de Elasticidade longitudinal do material, I o

momento de inércia da seção transversal ( I= b t

/12).

Segundo a teoria de Extensometria Elétrica (DALLY; RILEY, 1991), a

relação entre a tensão de saída da ponte de Wheatstone e as deformações nos

pontos onde os extensômetros estão colados é dada por:

( )

4321

ε−ε+ε−ε=

∆

(3)

Sendo:

∆E

Tensão de saída da ponte [mV]

Tensão de Excitação da ponte [mV]

k =

Fator do extensômetro ( k  2)

Deformação específica nos pontos onde estão colados os extensômetros.

Substituindo a equação 2 em 3 e observando que ε

=ε

ε e k2, vem:

cM2

∆

(4)

Substituindo as equações anteriores em 4:

tbE

184,2

∆

(5)

Para se ter um valor da força máxima (F

máx

) suportada pela ligadura

elástica, realizou-se um teste aplicando-se cargas na mesma e verificou que a

mesma rompia com uma carga aproximada de 20 N. Para uma maior segurança

com relação à carga de ruptura de ligaduras, projetou-se o anel para uma carga

máxima de 40 N. Como a carga máxima é relativamente pequena, foi escolhido o

alumínio como material do transdutor, com módulo de Elasticidade E = 70 GPa.

Considerou-se, também, que (∆E/V)

max

, correspondente à carga máxima (F

máx

era 0, 001, que é a um valor normalmente adotado em transdutores comerciais.

Desta forma a equação 3.5 resulta em:

10x013,8

(6)

Adotando b = 5 mm e t = 2 mm, resulta pela equação 3.6, r = 16 mm.

De acordo com o Diagrama de Momento Fletor mostrado na Figura 17, o

momento máximo é dado por:

rF318,0M

(7)

Portanto a tensão normal máxima é:

MPa2,61

rF318,0

máxmáx

máx

===σ

(8)

O valor encontrado está abaixo da tensão de escoamento do alumínio: σ

255 MPa, (BEER; JOHNSTON, 1995). A Figura 19 ilustra o anel circular com

os extensômetros colados.

Figura 19 –

Transdutor de força do tipo anel circular de alumínio com os

extensômetros colados.

3.1.2 Calibração do Transdutor

Após a construção do anel circular, a colagem e a montagem dos

extensômetros, foi realizada a calibração do mesmo. Para tanto, o anel foi fixado

na extremidade superior de um suporte para experimentos. Na outra extremidade

do anel foi fixado um suporte (prato) para colocação de massas previamente

medidas, ilustrado na Figura 20. O sinal proveniente dos extensômetros foi

coletado por um sistema de condicionamento de sinais, modelo Spider8@

(HBM) e analisado pelo programa Catman. A cada valor de carga, era medida a

tensão na saída da ponte de Wheatstone. Desta forma o sinal elétrico proveniente

da Ponte de Wheatstone era relacionado à carga aplicada no transdutor de força

(tipo anel).

Figura 20 –

Sistema de Calibração.

A Figura 21 mostra um detalhe da fixação do transdutor de força.

Figura 21 –

Calibração do transdutor de força

A Figura 22 mostra o gráfico da calibração

Figura 22 –

Gráfico da calibração.

3.1.3 Montagem do typodont ortodôntico no dispositivo

O typodont é um dispositivo muito utilizado pelos ortodontistas. Achou-se

interessante construir o dispositivo para medir a força de deslocamento onde

fosse possível instalá-lo visando o presente trabalho assim como ensaios futuros

e, também, por ser um equipamento importante na fase de treinamento manual

para os ortodontistas.

A Figura 23 mostra o typodont (marca Orto Central) com dentes de acrílico

nas arcadas superior e inferior . O aparelho ortodôntico montado foi com

braquetes Edgewise da marca Morelli.

Figura 23

–

Dispositivo com typodont..

3.1.4 Circuito elétrico de orientação no deslocamento da ligadura elástica

O circuito elétrico foi montado no braquete e juntamente com fio

ortodôntico 0,50 mm, com o objetivo de orientar quando o fio ortodôntico

perdesse o contato com o braquete. Para montar o circuito elétrico foi feito um

orifício no braquete juntamente com o dente de acrílico para a passagem de um

fio condutor de 0,50 mm. O dente escolhido foi o incisivo central superior

direito. Para impedir a sua movimentação durante os experimentos, o dente foi

amarrado (ancorado) em um parafuso instalado no lado interno do typodont,

ilustrado na Figura 24.

(A)

(B)

Figura 24 –

(A) Orifício no braquete (B) Orifício no dente de acrílico.

O circuito elétrico foi montado com suporte para pilha, duas pilhas AA de

1,5 V cada, fios 0,50 mm para conexão com o condicionador de sinais Spider,

conforme mostra a Figura 25.

Figura 25 –

Circuito Elétrico.

3.1.5 Medida experimental da força de deslocamento da ligadura elástica

O experimento iniciou com a colocação da LE no braquete com um dos

instrumentos utilizados no estudo, o circuito elétrico foi conectado. O

acionamento do dispositivo de tração foi realizado girando a polia para

movimentar o parafuso (passo 0,5 mm) responsável pela tração na qual resultava

no deslocamento da LE por meio do segmento de fio ortodôntico encaixado no

braquete. Neste experimento foram medidas as forças necessárias para

deslocamento da LE em 29 ligaduras colocadas com a pinça e em 29 ligaduras

colocadas com o aplicador. Os resultados foram levados ao programa Microcal

Origin 6.0 (Microcal MR Origin MR Version 6.0,Microcal Software, Inc.

Northampton, MA 010060 USA, 1991-2000), onde se aplicou o teste estatístico t

de Student, a fim de verificar se havia ou não diferença estatística (utilizando  =

5 % ) entre as intensidades medidas.

3.2 MEDIDA DOS DIÂMETROS DAS LIGADURAS

Verificou-se a alteração no diâmetro das LE quando colocadas no braquete

com dois instrumentos diferentes. A amostra utilizada foi de 45 LE, sendo que

15 LE sem uso, ou seja permaneceram em seu estado original, tiveram os

diâmetros medidos. Outras 15 LE foram colocadas com a pinça e mais 15 com o

SPIDER

FONTE

(Pilha )

Braquete Fio Ortodôntico

instrumento aplicador do braquete. Depois de colocadas com os instrumentos, as

LE foram retiradas do braquete e foram medidos os diâmetros internos de 45

ligaduras elásticas utilizando o projetor de perfil (marca CARLZEISS JENA MP

320, precisão de 0,001 mm, com aumento de imagem de 10- 100 vezes). No

trabalho foi utilizado o aumento de 50 vezes. O aparelho está ilustrado na Figura

26.

(A)

(B)

Figura 26 –

(A) Projetor de Perfil e (B) LE no projetor de perfil.

Os resultados das medidas no projetor de perfil foram levados ao programa

Origin 6.0, onde se aplicou o teste t de Student para verificar se havia diferença

estatística (utilizando  =5 % ) entre os diâmetros e comparados com as amostras

de 15 ligaduras que não sofreram distensão.

3.3 CONSTRUÇÃO DA CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO

ESPECÍFICA

Para este ensaio, foi utilizado um transdutor de força e um transdutor de

deslocamento indutivo Marca HBM tipo WI / 10 mm – T (deslocamento nominal

10 mm) acoplados ao dispositivo de tração para a medida dos deslocamentos da

LE. A Figura 27 ilustra o dispositivo.

A ligadura elástica foi colocada em um gancho instalado na extremidade

superior de uma haste vertical usada para o experimento. Do outro lado a mesma

LE foi colocada na garra do transdutor de força para a medida da força.

Conforme ilustrado na Figura 27.

Figura 27 –

Ensaio com transdutor de deslocamento acoplado ao dispositivo.

Foram realizados 5 testes com as LE no dispositivo de tração. Girando a

polia, o parafuso deslocava puxando o elástico até a sua ruptura.

Os sinais elétricos dos extensômetros, assim como do transdutor de

deslocamento foram levados ao sistema de condicionamento de sinais Spider 8 e

analisados com o auxílio do programa Catman.

A área da seção transversal do elástico foi medida para três deslocamentos

da ligadura: 5 mm, 10 mm, 15 mm. Com as áreas obtidas para estes

transdutor de

deslocamento

deslocamentos, foi realizado um ajuste polinomial obtendo–se uma equação do

quinto grau relacionando área da seção transversal da LE e deslocamento.

Os valores de força, deslocamento e área foram levados ao programa Origin

para o cálculo das tensões e deformações. A tensão normal (  ) foi obtida

dividindo–se as forças ( F ) pelas respectivas áreas (A ) e a deformação específica

normal (  ) dividindo – se os deslocamentos ( d ) pelo comprimento inicial ( lo )

da ligadura:

=σ

( 9 )

( 10 )

As tensões foram então plotadas em função da deformação.

A seguir, foram medidos os diâmetros internos e externos de 45 ligaduras

elásticas usando o projetor de perfil. Destas 45 ligaduras elásticas, 15 ainda não

tinham sido usadas, 15 foram aplicadas no braquete usando o aplicador e 15

usando a pinça. Com estes valores, foram calculadas as deformações específicas

tangenciais médias.

π−π

=ε

(11)

π−π

=ε

(12)

Onde:

diâmetro médio das ligaduras elásticas (LE) sem uso

aplicador

diâmetro médio das LE colocadas com o aplicador

pinça

diâmetro médio das LE colocadas com a pinça

Encontradas as deformações ocasionadas na ligadura elástica pelos

instrumentos de colocação, pinça e aplicador, estas foram levadas ao diagrama

tensão x deformação específica para compará-las entre si.

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

Os resultados dos diversos experimentos foram divididos da seguinte

forma:

1. Medida da força de deslocamento da ligadura elástica

2. Medida dos diâmetros das ligaduras elásticas

3. Construção do Diagrama força x deslocamento

4. Construção da curva tensão x deformação específica

4.1 MEDIDA DA FORÇA DE DESLOCAMENTO DA LIGADURA

ELÁSTICA

Foram medidas as forças necessárias para o deslocamento do fio

ortodôntico numa amostra de 58 ligaduras elásticas, sendo que 29 ligaduras

foram colocadas com a pinça e 29 ligaduras colocadas com o aplicador. Nesta

etapa, o dispositivo foi usado para tracionar a ligadura e com o circuito elétrico,

conectado ao condicionador de sinais Spider 8, foi identificado o momento em

que o fio se deslocava do braquete.

Os valores das forças medidas das 58 amostras de LE encontram-se no

apêndice A.

Com os valores das forças de deslocamento das LE resultantes da inserção

com o aplicador e pinça obteve-se um gráfico ilustrado na Figura 28.

Figura 28 –

Gráfico com as forças de deslocamento

Comparando no gráfico as 58 amostras, observa-se que na maioria das 29

LE colocadas com a pinça, à força exercida para deslocar a LE fio ortodôntico é

maior do que para deslocar as LE inseridas com o aplicador.

Para comprovar esta observação os resultados das 58 amostras foram

levados ao programa Origin, onde aplicou-se o teste estatístico t de Student a fim

de verificar se havia ou não diferença estatística (utilizando  = 5 % ) entre as

intensidades medidas. Os resultados das forças médias, mínimas e máximas,

assim como o valor “p”, medidos com o dispositivo encontram-se na Tabela 1.

Tabela 1

–

Força de deslocamento da amostra LE colocadas com a pinça e o

aplicador

Força [N] dp Média Máximo Mínimo

p – Value

Aplicador 1,06 0,27 0,385 1,577

Pinça 1,32 0,48 0,385 2,414

0,01

Significância estatística = p < 0,05; dp = desvio padrão;

Ao analisar os resultados do ensaio de inserção da ligadura elástica pelos

instrumentos pinça e aplicador, verificou-se que o valor médio das forças

resultantes da inserção pelo aplicador em relação à pinça é estatisticamente

menor; a média dos valores das forças de deslocamento das ligaduras elásticas

após inserção com a pinça é de 1,32 N, enquanto que as inseridas com o

aplicador é de 1,06 N. A força de deslocamento da LE quando colocada com a

pinça é 25% maior comparada com a LE colocada pelo aplicador.

Analisando a Tabela 1 e a Figura 28 tem-se que a força necessária para

retirar a LE do braquete, após a inserção pelo aplicador, é menor que a força

necessária pela pinça. Isso se deve ao fato de o aplicador alongar mais a ligadura

elástica do que a pinça, esse alongamento maior altera as propriedades físicas do

elastômero. Callister (2002) explicou que em um estado sem tensão, um

elastômero será amorfo e composto por cadeias moleculares altamente torcidas,

dobradas e espiraladas. A deformação elástica, mediante a aplicação de uma

carga de tração, consiste em desenrolar, distorcer e retificar as cadeias apenas

parcialmente e, como resultado, alongá-las na direção da tensão, um fenômeno

que está representado na Figura 29. As ligações cruzadas atuam como pontos de

ancoragem entre as cadeias e impedem que ocorra deslizamento da cadeia; o

papel das ligações cruzadas no processo de deformação está ilustrado na Figura

29.

(A)

(B)

Figura 29 –

(A) Elastômero sem tensão e (B) Elastômero com tensão;

Callister (2002).

O elastômero ideal seria aquele que após ser distendido abaixo do seu limite

elástico retornasse à sua exata conFiguração inicial, mas o que acontece é que

algumas cadeias poliméricas distendidas deslizam de modo irreversível umas

sobre as outras e obtém-se um novo arranjo espacial (MATTA, E. N. R.;

CHEVITARESE, 1997). Braga et al (2005) enfatizaram que uma das

características dos elastômeros é a diminuição da força inicial até a sua

estabilização. A diminuição da tensão ocorre quando uma amostra polimérica é

deformada rapidamente e mantida sob deformação constante, a tensão aplicada

para manter essa deformação diminui com o tempo.

Este experimento vem ao encontro dos experimentos de Taloumis et al

(1997), Martins et al (2006), Abrão (2003), Souza et al (2008) que enfatizaram a

rápida perda da força inicial da ligadura elástica e com os trabalhos de Andreasen

e Bishara (1970); Wong (1976); Araújo e Ursi (2006) que pesquisaram os

elásticos em cadeia.

Esta característica reforça a necessidade de respeitar as propriedades físicas

do elastômero. Ressaltando os cuidados na inserção da ligadura elástica no

braquete.

4.2 MEDIDA DO DIÂMETRO INTERNO DAS LIGADURAS

Neste experimento foram medidas as dimensões de 45 ligaduras elásticas

ortodônticas da marca Morelli (tipo bengala), sendo que 15 ligaduras elásticas

permaneceram sem uso, 15 ligaduras elásticas foram inseridas e imediatamente

removidas do braquete com o auxílio da pinça ortodôntica insersora e outras 15

ligaduras elásticas foram colocadas no braquete com o instrumento aplicador de

ligaduras Morelli e removidas logo em seguida. Estas ligaduras foram medidas

no aparelho projetor de perfil do laboratório de metrologia da FEG.

Os resultados com as medidas dos diâmetros internos das 45 ligaduras

encontram-se no apêndice A, Tabela A2.

A Figura 30 ilustra um gráfico com os diâmetros das 15 amostras que foram

colocadas no braquete com a pinça ortodôntica insersora e outras 15 que foram

colocadas com o aplicador de ligadura elástica.

Figura 30 –

Gráfico com os diâmetros da LE colocadas com os instrumentos:

aplicador e pinça.

Analisando o gráfico observa-se a diferença do diâmetro das LE causada

pelos dois instrumentos de colocação.

Os resultados dos diâmetros médios, mínimos e máximos assim como o

valor “p” encontram-se na Tabela 2.

Tabela 2 –

Valores médios, mínimos, máximos do diâmetro interno da ligadura

elástica após a colocação e remoção do braquete pelos

instrumentos: pinça e aplicador.

Diâmetro dp Média Máximo Mínimo

p – Value

Aplicador 0,08 1,821 1,997 1,704

Pinça 0,04 1,560 1,657 1,497

4,6833E-8

Significância estatística = p < 0,05; dp = desvio padrão; (N = 15)

A média dos valores dos diâmetros internos das LE antes da inserção

medidas no projetor de perfil é de 1,486 mm. A média do diâmetro interno das

ligaduras elásticas após inserção com a pinça é de 1,560 mm, enquanto que as

inseridas com o aplicador é de 1,821 mm.

Uma observação importante é que o distendimento apresentado pela

ligadura inserida com a pinça pode ter sido causado pela dimensão no braquete e

não pelo instrumento de inserção.

Com a observação da amostra no projetor de perfil ficou caracterizada a

falta de padronização das ligaduras elásticas do tipo bengala, reafirmando a

observação de Wong (1976), que em um mesmo lote, podem ser encontradas

diferenças na quantidade de material contida em cada elastômero; assim como

Martins et al (2006) que verificaram, que a força conferida a ligadura elástica é

determinada pela composição do elastômero.

O experimento realizado com as ligaduras elásticas vai de encontro com

Taloumis et al, (1970) que acreditavam que as aplicações clínicas das ligaduras

elásticas em cadeia são diferentes e podem resultar em respostas diferentes. O

que reforça a importância no manuseio da ligadura no momento de inserção ao

braquete. O instrumento deve distender o mínimo possível a ligadura para que

esta não perca as propriedades físicas do elastômero.

4.3 DIAGRAMA (FORÇA X DESLOCAMENTO)

A Figura 31 ilustra os resultados entre força e deslocamento da LE medidos

durante o experimento. Na mesma Figura encontram-se plotados os valores de

força em função do deslocamento obtidos por Tzou (2001). Verifica-se que os

valores são próximos, mas referem-se a tipos diferentes de ligadura.

Figura 31 –

Gráfico força x deslocamento da ligadura elástica.

O diagrama força x deslocamento obtido no experimento tem resultado

semelhante ao encontrado por Tzou (2001). O qual em seu ensaio com ligaduras

elásticas obteve uma força máxima (ruptura) em torno de 17 N o que não difere

muito do experimento realizado no presente trabalho, onde a força máxima

(ruptura) ficou em torno de 18,5 N. Cabe salientar que elastômeros de lotes e de

diferentes fabricantes podem ter comportamento mecânico variado, devido a

vários fatores, entre eles a qualidade da matéria prima e a forma de fabricação

(WONG, 1976). É interessante citar a informação de Callister (2002) sobre as

técnicas de conformação dos elastômeros: a moldagem por injeção, onde o

material fundido é impelido para o interior de uma cavidade fechada e a pressão é

mantida, até que o material tenha solidificado. E o processo de extrusão, onde o

elastômero termoplástico viscoso é injetado através de uma matriz com

extremidade aberta, este método é usado para a obtenção de tubos entre outros

produtos. O processo de fabricação justifica a diferença na conFiguração da

seção transversal das ligaduras, de modo que a modular tem seção circular,



Tzou (2001) Força de ruptura = 17 N

Ensaio Força de ruptura = 18,5 N

devido ao formato do molde e a bengala, seção retangular, pois o tubo de

elastômero é parcialmente cortado.

Isto mostra coerência dos resultados com os de Souza et al (2008) que

observaram em seu experimento que as ligaduras do tipo bengala apresentaram

maior quantidade de material e uma intensidade de força maior que as do tipo

modular. Ilustrado na Figura 32.

Módulo Bengala

Figura 32 –

Tipos de ligaduras elásticas: módulo e bengala.

No trabalho de Tzou (2001) as ligaduras elásticas testadas foram fabricadas

por injeção, o que difere do presente trabalho no qual as ligaduras elásticas foram

obtidas pelo método de extrusão.

4.4 CONSTRUÇÃO DA CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO

ESPECÍFICA

Foram realizados cinco testes com as ligaduras elásticas e as forças,

juntamente com os deslocamentos e as áreas de seção transversal da ligadura

elástica, foram levados ao programa Origin para o cálculo das tensões () e as

deformações específicas (). A Figura 33 mostra o diagrama tensão x deformação

até a ruptura da LE.

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Tensão [MPa]

Deformação Específica

Figura 33 –

Gráfico tensão x deformação específica.

O valor mostrado no diagrama para a tensão de ruptura se aproximou do

valor divulgado por Boretos e Boretos (1998) onde tensão elástica de ruptura é de

35,8 MPa para o elastômero PellethomeTM series 2363-80 usado no trabalho de

Stevenson e Kusy (1994).

Com os valores dos diâmetros da ligadura elástica medidos no projetor de

perfil obtidos através da inserção com o aplicador, e com a pinça, e também, com

os diâmetros da ligaduras elásticas iniciais (sem uso) obteve-se os valores das

deformações específicas tangenciais. Segundo as equações (11) e (12) as

deformações específicas são:



= 0,14



0,03

Estes valores foram plotados no diagrama tensão x deformação específica,

mostrado na Figura 34. A Figura 34 ilustra uma região retirada do gráfico tensão

x deformação da Figura 33. Nele mostra-se às deformações específica e as

tensões provenientes da inserção da LE no braquete com a pinça e com o

aplicador.

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

εε

σσ

εε

σσ

Tensão [MPa]

Deformação Específica

Figura 34 –

Diagrama tensão-deformação específica (  < 0,2 ).

Nota-se que na inserção com o aplicador, a deformação específica foi de

0,14, o que corresponde a uma tensão gerada de 0,62 MPa, já com a inserção

com a pinça, a deformação específica foi de 0,03, o que corresponde a uma

tensão gerada de 0,13 MPa. Como mostra os resultados acima, a inserção com o

aplicador gera maiores tensões nas LE do que a pinça insersora, estas tensões

podem ser responsáveis pela quebra das ligações cruzadas nas LE o que resulta

numa degradação das propriedades físicas do elastômero.

5 CONCLUSÕES

A determinação dos parâmetros para avaliar a eficiência da pinça insersora

comparando–a com o aplicador de LE foi realizada a contento, satisfazendo a

expectativa do pesquisador. O dispositivo construído para verificar os dois

métodos de colocação da ligadura elástica mostrou-se funcional.

Em relação aos objetivos específicos:

1. O método usado para medir a força de deslocamento da ligadura elástica do

braquete mostrou-se adequado. Os resultados mostraram que a pinça distende

menos a LE, o que resulta na preservação das propriedades físicas dando

maior força de apreensão para a ligadura.

2. Os meios para verificar a influência dos instrumentos (pinça e aplicador) na

alteração do diâmetro da ligadura elástica ocasionada pela manobra de

colocação no braquete mostraram-se adequados. Os resultados reforçam a

necessidade de preservar as propriedades físicas do elastômero, ou seja,

distendê-lo o mínimo possível durante a manobra de colocação no braquete

para que este fixe melhor aos braquetes de diferentes tamanhos. Uma

observação importante é que o distendimento apresentado pela ligadura

inserida com a pinça possivelmente pode ter sido causado pelo tamanho do

braquete e não pelo instrumento de inserção.

3. A obtenção do diagrama tensão x deformação específica do elastômero, foi

essencial para qualificar os instrumentos usados para colocação da ligadura

elástica no braquete. O que demonstrou ser a pinça insersora de ligadura

elástica, um bom instrumento ortodôntico para colocação da ligadura elástica,

mas nada impede que se possa agregar melhorias em sua ponta ativa.

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APÊNDICE A

TABELA A1 – Valores das forças medidos das 58 amostras de LE.

Força ( N)

Amostra

Aplicador Pinça

1 0,99 1,14

2 1,09 0,57

3 1,45 0,91

4 1,25 0,58

5 0,89 1,53

6 0,89 1,53

7 1,37 1,10

8 1,27 1,26

9 0,86 0,38

10 1,46 1,28

11 1,58 2,41

12 1,10 1,20

13 0,86 1,64

14 0,93 1,90

15 0,77 2,13

16 0,38 1,03

17 1,27 1,66

18 0,59 0,62

19 1,25 1,42

20 0,91 1,29

21 1,08 1,93

22 0,94 1,12

23 1,08 1,12

24 0,95 1,04

25 0,75 1,10

26 1,39 2,03

27 1,07 1,81

28 1,19 1,36

29 1,28 1,33

Média 1,066 1,326

TABELA A2 – Diâmetros da amostra de 45 LE.

Aplicador Pinça Controle

N Diam ext Diam int expessura diam ext Diam int Espessura Diam ext Diam int

1 3,0730 1,7780 0,6340 2,8710 1,5610 0,6670 2,8490 1,5110

2 3,0560 1,8500 0,6220 2,8820 1,5980 0,6530 2,9040 1,5620

3 3,0590 1,8030 0,6060 2,8280 1,5510 0,6110 2,7800 1,4680

4 3,0630 1,7970 0,6450 2,9100 1,6570 0,6060 2,7850 1,4890

5 2,9880 1,7240 0,6350 2,8570 1,5770 0,6450 2,8010 1,5020

6 3,0210 1,7500 0,6320 2,8500 1,5700 0,6120 2,7800 1,4520

7 2,9490 1,7150 0,6450 2,8810 1,5970 0,6380 2,7820 1,4870

8 3,1670 1,9340 0,5840 2,8000 1,5090 0,6490 2,7900 1,4570

9 2,9170 1,7040 0,6410 2,7860 1,4970 0,6530 2,7940 1,4720

10 3,0270 1,8020 0,5900 2,8070 1,5120 0,6490 2,7840 1,4660

11 3,1680 1,9770 0,5640 2,8440 1,5650 0,6490 2,7880 1,4700

12 3,0730 1,8850 0,5790 2,8290 1,5330 0,6460 2,7920 1,4800

13 3,1270 1,8860 0,6610 2,8130 1,5340 0,6110 2,8590 1,5370

14 3,0730 1,8380 0,6330 2,8600 1,5590 0,6300 2,8070 1,4980

15 3,0710 1,8830 0,5660 2,8660 1,5920 0,6280 2,7590 1,4440

Média 3,055467 1,821733 0,615800 2,845600 1,560800 0,636467 2,803600 1,486333

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