O uso do laser previamente à polimerização de sistemas adesivos aplicados sobre a dentina tem sido proposto para melhorar a resistência de união à dentina. O objetivo foi avaliar o efeito da variação da potência (P) e da energia por pulso (Ep) na resistência de união à dentina de um sistema adesivo convencional irradiado com laser previamente à fotoativação. Duzentos terceiros molares foram distribuídos aleatoriamente em 10 grupos (n=20) sendo um grupo sem irradiação (Controle) e nove grupos irradiados com laser de Diodo (970 nm) (SiroLaser - Sirona Dental Systems - Benshein, Alemanha), de acordo com a potência (P) e energia por pulso (Ep) utilizados: 1 - 0,5W/0,05J; 2 - 0,5W/0,08J; 3 - 0,5W/0,1J; 4 - 0,8W/0,05J; 5 - 0,8W/0,08J; 6 - 0,8W/0,1J; 7 - 1W/0,05J; 8 - 1W/0,08J; 9 - 1W/0,1J. Em todos os grupos fez-se o condicionamento com ácido fosfórico, aplicação do sistema adesivo convencional de dois passos AdperTM Single Bond 2 (3M ESPE, St Paul, MN, EUA) e restauração com resina composta Z250 (3M). Para avaliar a resistência de união foi realizado teste de microtração obtendo-se os valores em MPa. Os resultados foram analisados pelo ANOVA a dois critérios, seguido de Dunnett t (p < 0,001) para comparação entre os grupos. Os grupos irradiados foram avaliados pelo ANOVA a um critério, seguido dos testes de comparações múltiplas Bonferroni e Tamhane. Os valores de resistência de união ± desvio padrão de todos os grupos foram, respectivamente: 0 - Controle (34,60±10,76); 1 - (19,62±8,65); 2 - (27,56±9,20); 3 - (30,34±7,92); 4 - (23,31±5,96); 5 - (20,93±7,46); 6 - (24,67±8,59); 7 - (23,61±7,04); 8 - (25,94±6,82) e 9 - (21,48±3,59). O laser de Diodo influencia na resistência de união entre os grupos irradiados e não irradiado. A potência de 0,5W e energia por pulso de 0,1J influenciam positivamente nos valores de resistência de união quando o sistema adesivo é irradiado previamente a sua fotoativação. / The use of the laser prior to polymerisation of adhesive systems applied to the dentin has been proposed to improve the bond strength of dentin. The aim of this study was to investigate the effect of the variation of the output power (P) and pulse energy (Ep) on bond strength to dentin irradiated of conventional adhesive system with laser. Two hundred third molars were randomly distributed in 10 groups (n = 20): a group without laser irradiation (group control) and nine groups irradiated with diode laser (970 nm) (SiroLaser Sirona Dental Systems-Benshein, Germany), according to the output power (P) and pulse energy (Ep): 1 - 0,5W/0,05J; 2 - 0,5W/0,08J; 3 - 0,5W/0,1J; 4 - 0,8W/0,05J; 5 - 0,8W/0,08J; 6 - 0,8W/0,1J; 7 - 1W/0,05J; 8 - 1W/0,08J; 9 - 1W/0,1J. It was used in all groups etching with phosphoric acid, application of conventional adhesive system AdperTM Single Bond 2 (3M ESPE, St. Paul, MN, USA) and restoration with composite resin Z250 (3M). Microtensile test was performed obtaining bond strength values in MPa. Results were analyzed by two-ways ANOVA test, followed by Dunnett t (p < 0.001) for comparison between groups. The groups laser irradiated were assessed by one-way ANOVA test and subsequent t test with Bonferroni and Tamhane corrections. Bond strength values ± standard deviation for the groups were, respectively: 0 group control (34.60 ± 10.76); 1 - (19.62 ± 8.65); 2 - (27.56 ± 9.20); 3 - (30.34 ± 7.92); 4 - (23.31 ± 5.96); 5 - (20.93 ± 7.46); 6 - (24.67 ± 8.59); 7 - (7.04 ± 23.61); 8 - (25.94 ± 6.82) and 9 - (3.59 ± 21.48). The Diode laser influences on bond strength between irradiated and without irradiated groups. The output power 0.5W and energy per pulse 0.1J influence positively in the bond strength values when the adhesive system is irradiated prior to their light curing.

A irradiação LASER sobre os sistemas adesivos aplicados em dentina, antes de sua fotoativação, tem sido proposta para aumentar a resistência de união de restaurações adesivas. O objetivo foi avaliar o efeito da irradiação com LASER de Diodo (&#x3BB; = 970nm) sobre diferentes sistemas adesivos na resistência de união imediata à dentina. Oitenta molares humanos hígidos foram aleatoriamente distribuídos em 8 grupos (n=10) de acordo com o sistema adesivo: MP (Adper&#x2122; ScotchBond Multi-Purpose Plus - convencional não simplificado), SB (Adper&#x2122; SingleBond 2 - convencional simplificado), CSE (Clearfil&#x2122; SE Bond - autocondicionante não simplificado), EO (Adper&#x2122; EasyOne - autocondicionante simplificado); e respectivos grupos irradiados com LASER de Diodo (SiroLaser, Sirona Dental). Para avaliar a resistência de união foi realizado teste de microtração, obtendo-se valores em MPa, posteriormente analisados através de ANOVA a 2 critérios, seguido de Tukey para comparações individuais e múltiplos testes t (p<0,05) para comparações entre CONTROLE e LASER do mesmo sistema adesivo. Os valores de resistência de união ± desvio padrão para os grupos sem e com irradiação com LASER foram respectivamente: MP (40,10±10,95 / 35,82±7,17), SB (33,49±6,77 / 43,69±8,15), CSE (43,71±15,71 / 37,95±7,66) e EO (19,67±5,86 / 29,87±6,98). A irradiação com LASER de Diodo provocou um aumento da resistência de união obtida pelos sistemas adesivos SB e EO, mostrando-se uma técnica promissora na obtenção de uma adesão mais efetiva de sistemas adesivos simplificados ao substrato dentinário. / LASER irradiation on adhesive systems before it`s activation has been proposed to increase bond strength of composite restorations to dentin. The objective was to evaluate the effect of Diode LASER irradiation (&#x3BB; = 970nm) on different adhesive systems on immediate bond strength to dentin. Eighty healthy human molars were randomly distributed in 8 groups (n=10) according to the adhesive system: MP (Adper&#x2122; ScotchBond Multi-Purpose Plus, non simplified etch and rinse), SB (Adper&#x2122; SingleBond 2 simplified etch and rinse), CSE (Clearfil&#x2122;SE Bond non simplified self-etch), EO (Adper&#x2122; EasyOne simplified self-etch); and respective groups irradiated with Diode LASER (SiroLaser, Sirona Dental). Microtensile test was performed obtaining bond strength values in MPa whice were analyzed by two way ANOVA, followed by Tukey for individual comparisons and multiple t test (p<0.05) for evaluation of CONTROL and LASER groups with the same adhesive systems. Bond strength values ± standard deviation for groups without and with LASER irradiation were respectively: MP (40.10±10.95 / 35.82±7.17), SB (33.49±6.77 / 43.69±8.15), CSE (43.71±15.71 / 37.95±7.66) and EO (19.67±5.86 / 29.87±6.98). Irradiation with Diode LASER resulted in an increase of SB and EO bond strength values, being considered a promising technic to obtain an improved adhesion of simplified adhesive systems to dentin substrate.

O objetivo deste estudo foi comparar o efeito da irradiação de dois tipos de laser (laser Nd:YAG e de Diodo) sobre um sistema adesivo convencional de três passos, utilizando três diferentes densidades de energia da ponta, na resistência de união imediata e após 1 ano. Foram selecionados 70 dentes humanos e cada um teve sua coroa seccionada, expondo a superfície da dentina necessária para os procedimentos adesivos e restauradores. Após o preparo dos dentes, os mesmos foram aleatoriamente subdivididos em 7 grupos (n=10), sendo 6 grupos-teste e um grupo controle. Na sequência, foi aplicado o sistema adesivo Scotchbond&#x2122; Multi- Purpose Plus e, antes de sua fotoativação, em três grupos, o laser Nd:YAG foi utilizado com 3 diferentes densidades de energia (1 509,55 J/cm2, 2 254,77 J/cm2 e 3 127,38 J/cm2), o mesmo procedimento com as mesmas densidades foi realizado nos três demais grupos com o laser de Diodo. Após a irradiação seguida da fotoativação, os dentes foram restaurados com incrementos de resina composta Filtek&#x2122; Z250. Os dentes restaurados foram então imersos em água deionizada e mantidos em estufa a 37oC por um período de 7 dias. Após o armazenamento, os espécimes foram seccionados de modo que se obtivessem palitos com área transversal de aproximadamente 1mm2. De forma aleatória, estes palitos foram separados em 2 grupos: o primeiro submetido imediatamente a testes de microtração em uma máquina de ensaio universal INSTRON 3342 e segundo submetido ao mesmo processo após 1 ano de armazenamento. Os valores de resistência de união foram submetidos aos testes ANOVA e post hoc de Tukey, para que comparações individuais pudessem ser realizadas. Não houve diferença estatisticamente significante entre os lasers utilizados. Os grupos irradiados com ambos os lasers apresentaram resultados similares ao grupo controle, com exceção ao grupo que utilizou o laser de Diodo com menor densidade de energia da (GD3), no qual o resultado foi inferior ao grupo controle no momento imediato. Quedas significativas nos valores de resistência de união foram observadas, com exceção aos grupos que utilizaram o laser de Diodo (GD3 GD2) e o laser Nd:YAG (GNd3). Os diferentes lasers não apresentaram diferença entre si e não foram capazes de promover aumento na resistência e união imediata comparados ao grupo controle. Todos os grupos obtiveram quedas na resistência de união, mesmo em alguns grupos esta queda não sendo significativa. Alterações de alguns parâmetros ou até mesmo a utilização de outro tipo de LASER poderiam ajudar a definir o protocolo ideal para o uso efetivo deste sistema de tratamento adjunto. / The aim of this work was to compare the effect of the irradiation of two types of laser (Nd:YAG and diode laser) on a conventional three-step adhesive system, using three different energy densities of the fiber tip in bond strength immediately and after 1 year. 70 human teeth were selected, and each one had the crown sectioned, exposing the dentin surface for the adhesive and restorative procedures. After teeth preparation, they were randomly divided into 7 groups (n = 10), being 6 test-groups and one control group. Thus, the bonding system Scotchbond&#x2122; Multi-Purpose Plus was applied, and before light cured, the Nd:YAG laser was used in three groups, with three different energy densities of the fiber tip (1 - 509.55 J/cm2, 2 - 254.77 J/cm2 and 3 - 127.38 J/cm2), the same procedures with the same energy densities of the fiber tip were performed for the diode laser. After irradiation followed by light cured, the teeth were restored with composite resin increments (Filtek&#x2122; Z250). The restored teeth were immersed in deionized water and maintained in oven at 37oC for 7 days. After storage, the specimens were sectioned in order to obtain sticks with crosssectional area of approximately 1mm2. Randomly, these sticks were divided into 2 groups: the first one was submitted immediately to microtensile tests in a universal testing machine INSTRON 3342, and the second group was submitted to the same procedure after one year of storage. The bond strength values were submitted to ANOVA and Tukey post hoc tests for individual comparisons. There was no statistically significant difference between the laser s. Irradiated groups showed similar results to the control group, except for the group that used the diode laser with lower energy density of the fiber tip (GD3), in which the results were lower than the control group in the immediate moment. Significant reduction in the values of bond strength were observed, except for the groups that used the diode laser (GD3 - GD2), and the Nd:YAG laser (GNd3). Different lasers did not differ among themselves and were not able to promote an increase in resistance and immediate union compared to the control group. All groups had declines in bond strength, even in some this fall not significant groups. Changes in some parameters or even the use of another type of laser could help define the optimal protocol for the effective use of this adjunctive treatment system.

A confecção de infra-estruturas metálicas em reabilitações orais, envolvem processos criteriosos principalmente no que concerne ao processo de fundição e soldagem das mesmas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a resistência à tração de peças fundidas em monobloco com três diferentes métodos de soldagem: solda convencional (maçarico), solda a laser e solda TIG (tungstênio Inerte Gás). Oitenta padrões de plástico pré-fabricados (vinte para cada grupo) foram fundidos em liga de Ni-Cr, sendo o grupo controle (monobloco) unido previamente à fundição. Após, os corpos-de-prova do grupo teste foram divididos aleatoriamente para posterior soldagem e teste de resistência, realizado em uma máquina de ensaios mecânicos (Kratos). Os resultados médios (MPa) foram: monobloco 784,08, solda laser 588,42, solda convencional 366,80 e solda TIG 319,78. Os dados foram submetidos á analise estatística ANOVA e teste de Tukey (p,0,05), sendo que o grupo controle (monobloco) apresentou valores de resistência estatisticamente superior a todos os do grupo teste. Entre as peças soldadas, a solda laser apresentou valores de resistência estatisticamente superior em relação aos grupos (convencional e TIG), os quais não diferiram estatisticamente entre si. Concluí-se que apesar de ter havido diferenças estatísticas entre os grupos, os três métodos de soldagem podem ser indicadas pelos resultados altamente satisfatórios. / The development of metallic prosthetic framework in oral rehabilitation, involves critical processes specially related to casting and welding. The objective of this work was to evaluate the tensile strength of cast plates (monobloc) with three different welding methods: conventional welding (torch), laser welding and TIG welding (tungsten inert gas). Eighty pre fabricated plastic patterns (twenty for each group), were welded in Ni-Cr alloy, being the control group (monobloc) jointed previously to welding. The specimens of the test group were randomly divided for posterior welding and tensile strength test, which were performed in an universal testing machine (Kratos). The mean values (Mpa) were: monobloc (control) - 785.08, laser welding - 588.42, conventional welding - 366.80 and TIG 319.78. Data were analyzed by One-way ANOVA and Tukey test (p.0.05). The control group (monobloc) presented tensile strength values statistically superior compared to all test groups. Between the welded patterns, the laser welding presented tensile strength values statistically superior compared to the other welding groups (conventional and TIG), which did not show any statistically difference between them. Therefore, it can be concluded that despite of the statistical difference between the groups, the three welding methods can be indicated by the highly satisfactory results.

Neste trabalho foram testadas as seguintes hipóteses nulas: 1) Não há diferença entre os valores de resistência de união entre resina restauradora e dentina quando uma solução aquosa de glutaraldeído é aplicada como primer dentinário antes do emprego do agente adesivo; 2) Não há diferença entre os valores de resistência de união, quando a aplicação do mesmo sistema adesivo se dá em condições de dentina úmida ou seca. Dentes humanos foram selecionados, e tiveram sua porção oclusal desgastada, expondo a parte média da dentina coronária para adesão. Quatro grupos foram formados, variando-se a aplicação ou não do primer de glutaraldeído e a condição de umidade dentinária: úmida ou seca. Após aplicação e fotopolimerização do sistema adesivo experimental, foram confeccionados blocos resina composta de 4mm de altura sobre a superfície oclusal e os dentes foram preparados para o teste de microtração para a avaliação da resistência de união. Os resultados obtidos foram submetidos à análise de variância a um critério e teste de Tukey (\'alfa\'\'=0,05). A aplicação do primer de glutaraldeído aumentou significativamente os resultados de resistência de união. Não houve diferença estatística entre o mesmo sistema experimental se aplicado em dentina seca ou úmida. A hipótese 1 não se confirma e aceita-se a hipótese 2. / This work tested the following null hypothesis: 1) There is no difference between resin-dentin bond strengths when a glutaraldehyde primer solution is applied onto demineralized dentin during adhesive bonding. 2) There is no difference between resin-dentin bond strengths when the same experimental adhesives systems are applied whether in dry or wet demineralized dentin conditions. Human, extracted upper third molars were selected. The oclusal surfaces were ground flat, and midcoronal dentin was exposed for bonding. Four groups of six teeth were formed. Two groups were designated for dry dentin technique and two for the wet one. After application and photopolymerization of the bonding system, a 4 mm-high resin core build-up was fabricated over the adhesive layer. Specimens were then prepared for microtensile bond test for bond strengths evaluation. The obtained data were submitted to ANOVA and Tukey test (\'alpha\'=0.05). Glutaraldehyde primer application significantly improved resin-dentin bond strength. No significant difference was observed when the same experimental adhesive system was applied whether in dry or wet dentin conditions. Such results require to reject the first null hypothesis and accept the second one.

Orientador: Regina Maria Puppin-Rontani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba / Made available in DSpace on 2018-10-05T18:32:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_AnaRosa_M.pdf: 3213917 bytes, checksum: 992b632a45094f40763749a7a2048776 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O propósito neste estudo foi avaliar o efeito da ciclagem dinâmica de pH (solução DES/RE) e o tempo de armazenagem na degradação da união resina/dentina, por meio do ensaio de resistência da união à microtração e quantificar os íons flúor liberados do sistema adesivo. A superfície da face oclusal de terceiros molares humanos extraídos foi desgastada com lixa de carbeto de silício de granulação 600. Em seguida, os dentes foram separados em 2 grupos de acordo com o sistema adesivo utilizado (n=4): Clearfil Protect Bond (PB) (Kuraray) e Clearfil SE Bond (SE) (Kuraray). Um bloco de resina composta TPH (Dentsply) de aproximadamente 6 mm de espessura foi unido ao dente com os sistemas adesivos, preparados de acordo com as recomendações do fabricante e cada camada de 2 mm de espessura foi irradiada por 40 segundos. Após 24 horas em umidade relativa à 37º C, as amostras foram seccionadas perpendicularmente à área de união, para obter palitos com área de secção transversal de 1mm2 e separados em 6 grupos de acordo com o período de armazenagem: G1 - PBI (imediato - controle); G2 - PBC (ciclagem dinâmica de pH); G3 - PBA (armazenagem em água deionizada por 140 dias); G4 - SEI (imediato - controle); G5 - SEC (ciclagem dinâmica de pH); e, G6 - SEA (armazenagem em água deionizada por 140 dias). Em seguida, os palitos foram submetidos ao ensaio de resistência de união à microtração em máquina de ensaio universal (Instron) a velocidade de 0,5 mm/minuto. Para análise da liberação de flúor, os palitos foram armazenados individualmente em 1 mL de solução DES (n=8), RE (n=8) ou água deionizada (n=23) para o sistema adesivo Clearfil Protect Bond com um eletrodo íon específico conectado a um potenciômetro, usando 0,05 mL do sistema tampão concentrado TISAB III adicionado a 0,5 mL da solução da amostra, por 1 a 4 (DES, RE e água deionizada) e 30 dias (água deionizada). Os dados foram submetidos à Análise de Variância, ao teste de Tukey (5%) e ao teste de Friedman's. Os valores de resistência de união à microtração (MPa) foram: 30,4±11,6 (PBI), 29,5±9,1 (PBC), 27,1±11,6 (PBA), 28,9±11,1 (SEI), 27,1±7,6 (SEC) e 21,3±10,9 (SEA). Nenhuma diferença estatística foi observada entre os dois sistemas adesivos em todas as condições de tratamento (p>0,05). O PBI e o SEI apresentaram valores de resistência de união à microtração significativamente maiores em relação ao PBA e ao SEA (p<0,05). A ciclagem dinâmica de pH no PB e SE não mostrou diferença significativa nos valores de resistência de união à microtração, quando comparado com o imediato e a armazenagem em água deionizada por 140 dias (p>0,05). A concentração de flúor presente nas soluções DES/RE foi menor que 0,03125 ppm e nenhuma quantidade esteve presente na água, para o sistema adesivo testado (Clearfil Protect Bond). Conclui-se, portanto, que nenhuma diferença significativa foi observada entre os sistemas adesivos. A armazenagem em água deionizada por 140 dias diminuiu os valores de resistência da união à microtração, para os dois sistemas adesivos. / Abstract: The purpose of this study was to evaluate the effect of the dynamic chemical challenge pH (DES/RE solutions) and storage regimen on degradation of resin/dentin-bonding using the microtensile bond strength (µTBS) and quantify fluoride release from the adhesive system. Superficial occlusal dentin of extracted human molars was exposed and wet ground with 600-grit SiC paper. Then, teeth were randomly distributed into 2 groups according to adhesive systems (n=4): Clearfil Protect Bond (PB) (Kuraray) and Clearfil SE Bond (SE) (Kuraray). A block of composite resin TPH (Dentsply) with 6 mm thickness was bonded to the tooth with the adhesive systems according to manufacturer's instructions and each thickness with 2 mm was light cured for 40 seconds. After 24 hours in moist environment at 37oC, the specimens were sectioned perpendicular to the bonding area to obtain 1mm2 sectional area sticks, which were randomly divided into 6 groups according to storage regimen: G1 - PBI (immediate-control); G2 - PBC (pH cycling model); G3 - PBW (140 days water storage); G4 - SEI (immediate - control); G5 - SEC (pH cycling model); and, G6 - SEW (140 days water storage). After that, the sticks were submitted to microtensile bond strength (µTBS) test in a Universal machine (Instron) at a crosshead speed of 0.5mm/min. Fluoride concentration in demineralization (n=8) / remineralization (n=8) solutions and deionized water (n=23) was obtained by collecting 0,5 mL of these solutions and 0,05 mL of TISAB III, from 1 to 4 days ( De, Re and deionized water) and 30 days (deionized water). Fluoride release was detected using a fluoride-specific electrode connected to a microprocessor ion analyzer.The data were submitted to ANOVA and Tukey's tests (p<0.05) and Friedman's tests. Microtensile bond strength- µTBS (MPa) mean values were 30.4±11.6 (PBI), 29.5±9.1 (PBC), 27.1±11.6 (PBW), 28.9±11.1 (SEI), 27.1±7.6 (SEC) and 21.3±10.9 (SEW). There was no significantly statistical difference between PB and SE in all conditions of treatment (p>0.05). The PBI and SEI showed significantly higher µTBS values compared to PBW and SEW (p<0.05). The pH cycling model in the PB and SE didn't show significantly difference on µTBS values when compared immediate and the deionized water storage for 140 days (p>0.05). Fluoride concentrations present in the DES/RE were less than 0.03125 ppm and no in deionized water, regardless of the adhesive system tested. No significantly difference was found between adhesive systems in all conditions. The 140-day water storage decreased the µTBS values from two adhesives systems. / Mestrado / Materiais Dentarios / Mestre em Materiais Dentários

Scientists have been well aware of the complexity of Martian and lunar regoliths. There are vast unexplored areas on both, the Moon and Mars, as well as uncertainties in our understanding of the physicochemical properties of their regoliths. Lunar and Martian regoliths differ from terrestrial soils in that they appear granular, but are expected to contain some cohesion. As such, cohesion in regolith poses challenges for future space operations, more specifically for landing, settlement, and mobility purposes. The ability to induce prescribed levels of cohesion in regolith simulants and reliably measure it would allow scientists to evaluate space technology limitations under different operational scenarios on Earth prior to a mission. Therefore, the objectives of this research were to (1) develop methods to induce prescribed levels of cohesion in dry granular media, and (2) evaluate accessible and reliable testing methods to measure cohesion. We developed and evaluated several methods to induce cohesion in two types of dry sand, F-75 silica sand and generic play sand. The methods to induce cohesion included play sand mixed with sugar-water, polymeric sand, and nanocellulose fibers, as well as F-75 sand mixed with polydimethylsiloxane, polyvinyl acetate, crystalline silica, agar, zero-valent iron, adhesive spray, and sand surface modification using a plasma gun. Each method was assessed for advantages and disadvantages, and laboratory specimens produced using the most promising methods were tested at different compositions and densities to measure cohesion. The laboratory methods used to measure the cohesion included direct shear test, simple direct shear test, and vertical cut test. The results from these tests were then compared to tensile strength tests, using a split box test. In addition, these tests were also performed on lunar simulants JSC-1A and GRC-3 at different densities. The direct shear apparatus was available, but the other three devices were fabricated as part of this work. Based on the research results, simple methods to potentially induce low levels of cohesion in dry granular media are suggested along with suitability of laboratory methods to measure the added cohesion.

Thesis (M.S.D.)--Indiana University School of Dentistry, 2009. / Title from PDF t. p. (viewed Feb. 9, 2009) Advisor(s): Jeffrey A. Platt, Chair of the Research Committee, Tien-Min Gabriel Chu, Michael A. Cochran, Bruce A. Matis, Burak Taskonak, B. Keith Moore. Curriculum vitae. Includes abstract. Includes bibliographical references (leaves 71-76).

Granitic rocks usually exhibit strongly anisotropy due to pre-existing microcracks induced by long-term geological loadings. The understanding of anisotropy in mechanical properties of rocks is critical to a variety of rock engineering applications. In this thesis, the anisotropy of tension-related failure parameters involving tensile strength, flexural strength and Mode-I fracture toughness/fracture energy of Barre granite is investigated under a wide range of loading rates. Three sets of dynamic experimental methodologies have been developed using the modified split Hopkinson pressure bar system; Brazilian test to determine the tensile strength; semi-circular bend method to determine the flexural strength; and notched semi-circular bend method to determine the Mode-I fracture toughness and fracture energy. For all three tests, a simple quasi-static data analysis is employed to deduce the mechanical properties; the methodology is assessed critically against the isotropic Laurentian granite. It is shown that if dynamic force balance is achieved in SHPB, it is reasonable to use quasi-static formulas. The dynamic force balance is obtained by the pulse shaper technique. To study the anisotropy of these properties, rock blocks are cored and labeled using the three principal directions of Barre granite to form six sample groups. For samples in the same orientation group, the measured strengths/toughness shows clear loading rate dependence. More importantly, a loading rate dependence of the strengths/toughness anisotropy of Barre granite has been first observed: the anisotropy diminishes with the increase of loading rate. The reason for the strengths/toughness anisotropy can be understood with reference to the preferentially oriented microcracks sets; and the rate dependence of this anisotropy is qualitatively explained with the microcracks interaction. Two models abstracted from microscopic photographs are constructed to interpret the rate dependence of the fracture toughness anisotropy in terms of the crack/microcracks interaction. The experimentally observed rate dependence of the anisotropy is successfully reproduced.

Granitic rocks usually exhibit strongly anisotropy due to pre-existing microcracks induced by long-term geological loadings. The understanding of anisotropy in mechanical properties of rocks is critical to a variety of rock engineering applications. In this thesis, the anisotropy of tension-related failure parameters involving tensile strength, flexural strength and Mode-I fracture toughness/fracture energy of Barre granite is investigated under a wide range of loading rates. Three sets of dynamic experimental methodologies have been developed using the modified split Hopkinson pressure bar system; Brazilian test to determine the tensile strength; semi-circular bend method to determine the flexural strength; and notched semi-circular bend method to determine the Mode-I fracture toughness and fracture energy. For all three tests, a simple quasi-static data analysis is employed to deduce the mechanical properties; the methodology is assessed critically against the isotropic Laurentian granite. It is shown that if dynamic force balance is achieved in SHPB, it is reasonable to use quasi-static formulas. The dynamic force balance is obtained by the pulse shaper technique. To study the anisotropy of these properties, rock blocks are cored and labeled using the three principal directions of Barre granite to form six sample groups. For samples in the same orientation group, the measured strengths/toughness shows clear loading rate dependence. More importantly, a loading rate dependence of the strengths/toughness anisotropy of Barre granite has been first observed: the anisotropy diminishes with the increase of loading rate. The reason for the strengths/toughness anisotropy can be understood with reference to the preferentially oriented microcracks sets; and the rate dependence of this anisotropy is qualitatively explained with the microcracks interaction. Two models abstracted from microscopic photographs are constructed to interpret the rate dependence of the fracture toughness anisotropy in terms of the crack/microcracks interaction. The experimentally observed rate dependence of the anisotropy is successfully reproduced.