Propiedades Mecanicas Materiales Dentales

PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES DENTALES

Dr. A.N.DvoynosUNAN MANAGUA

Fuerza

El concepto fuerza, nace del segundo Principio de Newton (físico ingles 1643 - 1747), siendo esta igual

al producto de la masa de un cuerpo por la aceleración producida

f = m x a

TIPOS DE FUERZAS:

Dinámicas – varían en el tiempo Estáticas – no cambian en el tiempo Móviles – dirección movimiento es perpendicular a

la dirección en que actúe la FUERZA De impacto – muy cortos en el tiempo, dirección

movimiento paralelo a la dirección en que actúe la FUERZA

Puntuales – actúan sobre una superficie reducida Distribuidas - actúan sobre superficie amplia

De acuerdo al tercer Principio de Newton о de Acción у Reacción: todo cuerpo sometido о una fuerza (acción) le opondrá a ésta otra de sentido opuesto (reacción) у en si mismo dirección.

Tensión.

Extrapolando podríamos decir que un cuerpo

sometido a una presión externa reaccionará en contra de ella con una presión interna у de

sentido contrario, que llamaremos tensión.

Tipos de tensión : • Tensión de compresión: Es la que se opone a una fuerza que

tiende a comprimir el cuerpo. Se produce sometiendo al cuerpo a dos fuerzas de igual dirección y sentido contrario y convergente.

• Tensión de tracción: Es la que se opone a una fuerza que tiende a estirar el cuerpo. Se produce sometiendo al cuerpo a dos fuerzas de igual dirección y sentido contrario y divergentes

• Tensión tangencial: Es la que se opone a un movimiento de torsión o de desplazamiento de una parte del cuerpo hacia otra. Se produce sometiendo al cuerpo a dos fuerzas de direcciones paralelas y sentido contrario, convergente o divergente. También se denomina Tensión de corte, cizalla o flexión.

¿DE QUE DEPENDE LA TENSION?

La tensión creada sobre la superficie de un cuerpo se trasmite a lo largo de todo él a través de las uniones

atómicas. Esta tensión va a estar en función de la magnitud de la fuerza aplicada y de la extensión de la superficie donde se aplique, siguiendo la fórmula

T= F/S

Esto implica que para una misma fuerza, mientras mayor sea la superficie donde se aplique menor tensión generará, y a la inversa . En la boca no se producen fuerzas muy elevadas, las que sean capaces de producir la musculatura masticatoria fundamentalmente, pero al aplicarse sobre superficies muy pequeñas, un vértice cuspídeo por ejemplo, la tensión resultante sí puede llegar a ser muy elevada. Para que esto no suceda interesa repartir la zona de aplicación de la fuerza por una amplia superficie.

DEFORMACIÓN

Es el cambio en las dimensiones del cuerpo solido, cambio en forma,

pero no en el volumen

TIPOS DE DEFORMACIÓNES:

• Deformación elástica: Es la que desaparece por completo cuando desaparece la fuerza. Esta recuperación de la forma se produce por la tendencia de los átomos a recuperar su distancia interatómica, alterada por la fuerza ejercida. Durante la deformación elástica se produce un cambio volumétrico que se recupera al cesar la fuerza.

• Deformación plástica: Es la que es la que no se recupera al cesar la fuerza aplicada. Esta deformación se produce porque se ha forzado la distancia interatómica y las uniones atómicas se han roto, por lo que no hay ninguna fuerza que tienda a recuperar la situación anterior. Los átomos se desplazan en su posición, sin que haya cambio volumétrico pero sí de forma.

• Superelasticidad – materiales con memoria de forma. Aleaciones níquel-titanio.

Deformaciones se puede medir en unidades de longitud, área o volumen, pero estas medidas van a depender del tamaño del objeto. No es lo mismo una deformación de 2mm en un objeto de 1 cm que en una carretera de 1 Km. Para dar cifras generales la deformación se

expresa en tanto por ciento. Para ello se divide el cambio en la dimensión entre la

dimensión original y se multiplica por 100.

LEY DE HOOKE En 1678, Robert Hooke postuló que la Tensión y la

Deformación de un cuerpo sometido a fuerza son directamente proporcionales:

la magnitud de la deformación de un cuerpo es directamente proporcional a la magnitud de la

fuerza aplicada.

CURVA TENSIÓN/DEFORMACIÓN

No siempre se cumple la ley De Hooke:

Límite Proporcional

Es el punto en la grafica tensión - deformación, donde la ley de Hooke

deja de cumplirse

Límite Elástico.

Es el punto en la grafica tensión - deformación, que corresponde a la mayor tensión que puede soportar un material

sin sufrir deformación permanenteTensiones por debajo del Límite Elástico

inducen deformación elástica (recuperable), por encima implican

deformación plástica (no recuperable).

Límite Elástico vs. Límite Proporcional

Limite elástico tiene magnitud un poco mayor que limite proporcional. Entre los valores de tensión que corresponden al

limite proporcional y el limite elástico no se cumple la ley de Hooke pero si el objeto logra recuperar por completo su forma después del cese de acción de la fuerza

deformadora

Modulo de YoungLa pendiente o inclinación de la porción lineal de la curva

Tensión/Deformación nos determina el Módulo Elástico o Modulo de Young (Thomas Young, 1733-1829) :

Modulo de Young

Mide la rigidez del material: cuanto mas

rígido es un material, mayor es su modulo de Young.

O: entre mas inclinada es la curva, menor la rigidez, mayor la elasticidad

Tenacidad

• Es la capacidad de un material para deformarse permanentemente sin fracturarse.

• Dicho de otra forma, es la cantidad total de energía absorbida antes de la fractura.

La tenacidad involucra dos conceptos: la maleabilidad у la ductibilidad, dependiendo del tipo de tensión que causa la

deformación.

Tenacidad

maleabilidad

ductibilidad

Maleabilidad• Es la capacidad que tiene un material de

deformarse permanentemente por sobre su Limite Elástico у bajo su Limite de Ruptura sin romperse bajo cargas compresivas, es decir, formar laminas u hojas con facilidad.

• La maleabilidad es una propiedad muy útil en las restauraciones metálicas, ya que permite por deformación permanente, adaptar sus bordes a los bordes cavos cavitarios (bruñido).

Ductibilidad

• Es la capacidad que tiene un material de deformarse permanentemente por sobre su limite elástico у bajo su limite de ruptura sin romperse, bajo tensiones traccionales es decir, pueden formar hilos con facilidad.

• La ductibilidad es una propiedad muy útil en las restauraciones metálicas, ya que se relaciona, indirectamente, con la capacidad de bruñido.

Base molecular de la tenacidad

• La tenacidad se relaciona directamente con los enlaces atómicos de valencia primaria у molecular de valencia secundaria. Recordemos que los metales puros para formar molécula se unen por enlaces metálicos, en donde todos los átomos son idénticos у no existen uniones direccionales. No hay, entonces, restricciones a la posicion de cualquier atomo en el reticulado espacial у, рог ello, los metales puros tienden a ser ductiles у maleables.

Fragilidad

Es la propiedad de un cuerpo solido de fracturarse о romperse casi

inmediatamente de sobrepasado su Limite Elástico, por lo tanto es

incapaz de absorber una deformación por mínima que sea.

Observemos en la grafica un cuerpo frágil у uno tenaz (dúctil о maleable). En este caso, el cuerpo A es mas tenaz у menos frágil que el cuerpo B. Nótese que, a pesar de ello, ambos cuerpos tienen el mismo

limite proporcional y el mismo limite elástico.

Resistencia Cada vez que sometemos un material a

presiones progresivas contrarias у en aumento, su destino final será provocar su ruptura. La fractura se producirá cuando la

tensión generada en las uniones interatómicas у sus enlaces químicos, excedan sus Limites

de Ruptura.

No siempre el Límite de Ruptura se correlaciona con la Resistencia Máxima a la

Fractura

Resistencia

Máxima

A la ruptura

Cuando un cuerpo es sometido a tensiones

traccionales comienza, a partir de su Limite

Elástico, a alargarse permanentemente,

disminuyendo su sección о grosor en su parte

media. Esto determina que el cuerpo, al

momento de romperse, tenga una menor

resistencia tensional que la máxima que el cuerpo

pueda tener.

Lo anterior se demuestra en una curva carga/ deformación, al observar que el Limite de Ruptura se encuentra mas cercano al eje de las deformaciones que la tensión máxima que este pueda resistir, por tanto, la Resistencia Final о máxima у la Resistencia a la Fractura son diferentes.

Resistencia traccional

Por este estudio se puede

determinar cuan dúctil es un

material о cuanto resiste una unión adhesiva; por lo

tanto, es muy útil para valorar la

resistencia adhesiva de cementos у

sistemas adhesivos.

Se llama fractura adhesiva al despegue de un adhesivo о material adhesivo de una superficie que queda limpia de residuos. En cambio, se llama fractura cohesiva a la fractura en el cuerpo del adhesivo о del material adhesivo; por lo tanto, quedaran residuos en, al menos, uno de las superficies adherentes

Fatiga• Si aplicamos una presión a un material, este

puede ser deformado о fracturado como ya lo estudiamos, у un determinado material puede ser caracterizado como frágil о tenaz, de acuerdo con lo que podemos interpretar en un grafico Tensión/Deformación. Estos valores, sin embargo, están referidos a la aplicación de una tensión única, progresiva у lenta.

Fatiga

• Si a un cuerpo laminar lo sometemos a tensiones flexurales repetitivas rápidas у рог debajo de su Limite de Ruptura, lograremos fracturado.

• iPor que se fractura, si hemos aplicado cargas que no deberían

producirla?

Fatiga

• Ello tiene su explicación en los microdefectos que prácticamente todos los biomateriales presentan, demasiado pequeños para tener algún significado en condiciones normales, pero que adquieren una importancia relevante ante tensiones repetitivas.

• La fatiga se encuentra ejemplarizada en lo que nuestros propios pacientes nos relatan, se me fracturo la restauración comiendo pan, vale decir, cuando no estaba forzada a grandes tensiones.

Fatiga

• De acuerdo con lo anterior, podemos definir la fatiga como una fractura progresiva bajo el efecto de una carga repetida, inferior a una única tensión, que puede producir su fractura inmediata у que es inferior a su Limite Elástico.

• Por consiguiente, la ruptura bajo el efecto de una presión repetitiva о cíclica dependerá de la magnitud de la carga у de los ciclos en que esa carga se repite en un tiempo determinado.