Call number: LD2668 .T4 1985 K57 / Master of Science

published_or_final_version / abstract / Civil Engineering / Master / Master of Philosophy

A estabilidade primária é decorrente da adaptação mecânica imediata entre o osso e o implante após a sua inserção. O sucesso desta adaptação depende de fatores como a densidade e qualidade ósseas, tamanho, diâmetro, forma e rugosidade da superfície do implante. As cargas oclusais aplicadas sobre o implante podem afetar o osso circundante. Esse estudo teve como objetivo avaliar, comparativamente, a estabilidade inicial de implantes ósseo inseridos em cilindros de osso suíno padronizados, em diferentes posicionamentos ósseos, com e sem a aplicação de carga, por meio de análises de imagens tridimensionais (microtomografia computadorizada) e análises mecânicas (Frequência de ressonância, Torque de inserção e Ensaio de arrancamento). Os cilindros ósseos foram preparados a partir de osso suíno e separados em 2 grupos conforme a área doadora: Grupo A: cilindros removidos da cabeça do fêmur (alta densidade óssea) e Grupo B: cilindros removidos do côndilo mandibular (baixa densidade óssea). Previamente aos procedimentos experimentais, os cilindros ósseos foram certificados através de análises de imagens 2D (radiografia digital), para garantir a uniformidade intra-grupos e distinção entre os grupos dos espécimes. Após a certificação, foram feitas microtomografias computadorizadas dos cilindros ósseos para análise tridimensional de imagens prévia à instalação dos implantes, avaliando os seguintes parâmetros: porcentagem de volume ósseo (BV/TV), separação trabecular (TbSp), razão entre a medida da área superficial do osso e o seu volume ósseo (BS/BV) e porcentagem de porosidade total (POTOT). Depois disso, foram selecionados 60 implantes, que foram divididos em 4 grupos, cada um com 15 implantes: G1 (cilindros ósseos de alta densidade com implante situados ao nível ósseo), G2 (cilindros ósseos de alta densidade com implante 2 mm infraósseo), G3 (cilindros ósseos de baixa densidade com implante ao nível ósseo) e G4 (cilindros de baixa densidade com implante 2 mm infraósseo). A instalação dos implantes seguiu o protocolo recomendado pelo fabricante e durante o procedimento foi realizada a medida do torque de inserção. Após a instalação dos implantes, os cilindros ósseos foram submetidos à nova análise tridimensional (com avaliação dos mesmos parâmetros anteriores, nas áreas intra-roscas e adjacente à estas, acrescidos da medida da área de contato ossoimplante (BIC). Foi então realizada a avaliação do Coeficiente de Estabilidade (ISQ), utilizando a análise de frequência de ressonância (Osstell®). Após essa avaliação, 5 implantes de cada grupo foram submetidos ao ensaio de arrancamento. Os 10 implantes de cada grupo restantes foram conectados a pilares protéticos adequados, os quais receberam uma aplicação de forças axial (G1, G2, G3 e G4, 5 implantes de cada grupo) e lateral (G1, G2, G3 e G4, 5 implantes de cada grupo). Após aplicação das forças, os cilindros ósseos foram submetidos a nova análise tridimensional com avaliação dos mesmos parâmetros descritos, a nova análise de frequência de ressonância e ao ensaio de arrancamento. As variáveis foram testadas em relação à normalidade dos dados. Para todas as análises foi considerado um nível de significância de 5%. As análises estatísticas foram realizadas com base nos dados absolutos obtidos durante a análise tridimensional em cada situação de carga (antes do implante, pósimplante e pós-carga) e com a variação entre os valores das situações pós-implante e póscarga (variação carga - implante). A avaliação estatística do parâmetro de análise de frequência de ressonância não encontrou diferenças estatisticamente significantes para as comparações entre grupos G1 versus G3 e G2 versus G4 nas avaliações pós implante e pós carga. Em relação ao torque de inserção, houve diferenças estatisticamente significantes para as comparações entre grupos com implantes instalados no mesmo nível G1 versus G3 e G2 versus G4. Os maiores valores de torque de inserção obtidos foram registrados nos grupos de alta densidade. A análise estatística do ensaio de arrancamento mostrou diferenças estatisticamente significantes para as comparações: G1 versus G3 (inicial) e G1 versus G4 (inicial). Após a aplicação de carga oclusal, pode-se constatar diferenças estatisticamente significantes para as comparações: G1 versus G3 e G2 versus G4, após aplicação de carga lateral a análise mostrou diferença estatisticamente significante para a comparação G3 versus G4. Os resultados das análises tridimensionais mostraram diferenças estatisticamente significantes para os parâmetros TbSp e POTOT na avaliação da área óssea intra-rosca. A avaliação dos dados de variação após a aplicação de carga oclusal e lateral para o parâmetro TbSp, mostrou diferenças estatisticamente significantes para as comparações G2 versus G4. Em relação ao parâmetro POTOT, a aplicação de carga oclusal e lateral mostrou diferença estatisticamente significante para as análises: G1 versus G2 e G2 versus G4. Em relação ao parâmetro BSBV a análise dos valores absolutos, mostrou diferenças estatisticamente significantes para a área óssea intra-rosca dos grupos de baixa densidade. Já a análise dos valores de variação, a aplicação de carga oclusal mostrou diferenças estatisticamente significantes para os grupos G1 versus G3, G2 versus G4 e G3 versus G4, enquanto a aplicação de carga não axial resultou em diferenças estatisticamente significantes para os grupos G3 versus G4 e G2 versus G4. Já a análise estatística dos dados de variação do parâmetro BV/TV, mostrou diferença estatisticamente significante para todas as comparações na área óssea intra-rosca após aplicação de carga oclusal e lateral. A análise estatística do parâmetro BIC mostrou diferenças significantes para os grupos de baixa densidade (G3 e G4) nas comparações pós implante e pós carga. Em relação aos dados de variação, pode-se constatar diferença estatisticamente significante na aplicação de carga axial para G1 versus G2 e G2 versus G4, enquanto a aplicação de carga lateral mostrou diferença estatisticamente significante para as comparações G1 versus G3 e G2 versus G4. De acordo com os dados obtidos pode-se concluir que a densidade óssea tem relação com a estabilidade primária de implantes, que cargas não axias são prejudiciais para o tecido ósseo peri-implantar e que o posicionamento infraósseo pode promover melhor resposta do tecido ósseo, principalmente em regiões de baixa densidade óssea. / With the increase of oral rehabilitation with implants, immediate load can be used to reduce the treatment time. It is important to perform correct treatment planning for immediate implant loading, using 3D image analysis. The subcrestal implant positioning is one of the possible factors that may impact the success of immediate loading implants. Objective: The aim of this study is to evaluate the initial stability of osseointegrated implants placed infra bone or at the bone level in standardized porcine bone cylinders, through image (microcomputerized tomography) and mechanical analysis (resonance frequency, insertion torque and pull out test). Sixty bone cylinders were prepared from fresh porcine bone and separated in 2 groups: Group A 30 cylinders removed from femur head (high bone density) and Group B - 30 cylinders removed from the mandibular condyle (low bone density). Before the experimental procedure, the bone cylinders were certificated through 2D images analysis (digital radiography) to calculated bone density. After this, the bone cylinders were evaluated through micro computed three-dimensional analysis before the implant insertion. The parameters were analyzed in 2 levels (L1-bone volume internal to the threads and L2 - immediately adjacent to the end of threads). The microtomographical parameters analyzed were: Bone volume/Total volume (BV/TV), Trabecular thickness (TbSp), Bone surface/Volume ratio (BS/BV) and Total porosity percent (POTOT). Then, 60 implants (Alvim, 3.5 mm x 10 mm, Neodent®, Curitiba) were inserted in bone cylinders (1 implant in each cylinder), according to manufacturers protocol, and insertion torque was recorded for each implant. After that, the bone cylinders were submitted a new micro computed tomography analysis that evaluated the same levels and parameters, and Bone Implant Contact (BIC) was also recorded. After that, 5 implants were submitted to pull out test while the others implants received axial and non- axial load. After that, a new microcomputerized tomography analysis evaluated the same levels and parameters previously described, and resonance frequency analysis and pullout test were performed in the bone cylinders. 3D analysis showed that pre- and post-implants intra-groups had statistically significant differences for TbSp and POTOT parameters, and for BSBV and BIC parameters there were observed statistically significant differences for low bone densities groups. The values of differences between post and before loading showed statistically significant differences between G2 and G4 for TbSp, POTOT, BSBV, BV/TV and BIC parameters. The RFA analysis showed highest values for G2 and G4. Concerning insertion torque, the highest mean values were found in high bone densities groups. The pullout strength test showed that the non- axial loads in the low bone density maybe lead to implant displacement throughout the implant insertion axis. Bone density has a direct relationship with implant primary stability. Non- axial loads are harmful to peri- implantar bone tissue and subcrestal placement of implants presented the best mechanical and tomographical results.

A estabilidade primária é decorrente da adaptação mecânica imediata entre o osso e o implante após a sua inserção. O sucesso desta adaptação depende de fatores como a densidade e qualidade ósseas, tamanho, diâmetro, forma e rugosidade da superfície do implante. As cargas oclusais aplicadas sobre o implante podem afetar o osso circundante. Esse estudo teve como objetivo avaliar, comparativamente, a estabilidade inicial de implantes ósseo inseridos em cilindros de osso suíno padronizados, em diferentes posicionamentos ósseos, com e sem a aplicação de carga, por meio de análises de imagens tridimensionais (microtomografia computadorizada) e análises mecânicas (Frequência de ressonância, Torque de inserção e Ensaio de arrancamento). Os cilindros ósseos foram preparados a partir de osso suíno e separados em 2 grupos conforme a área doadora: Grupo A: cilindros removidos da cabeça do fêmur (alta densidade óssea) e Grupo B: cilindros removidos do côndilo mandibular (baixa densidade óssea). Previamente aos procedimentos experimentais, os cilindros ósseos foram certificados através de análises de imagens 2D (radiografia digital), para garantir a uniformidade intra-grupos e distinção entre os grupos dos espécimes. Após a certificação, foram feitas microtomografias computadorizadas dos cilindros ósseos para análise tridimensional de imagens prévia à instalação dos implantes, avaliando os seguintes parâmetros: porcentagem de volume ósseo (BV/TV), separação trabecular (TbSp), razão entre a medida da área superficial do osso e o seu volume ósseo (BS/BV) e porcentagem de porosidade total (POTOT). Depois disso, foram selecionados 60 implantes, que foram divididos em 4 grupos, cada um com 15 implantes: G1 (cilindros ósseos de alta densidade com implante situados ao nível ósseo), G2 (cilindros ósseos de alta densidade com implante 2 mm infraósseo), G3 (cilindros ósseos de baixa densidade com implante ao nível ósseo) e G4 (cilindros de baixa densidade com implante 2 mm infraósseo). A instalação dos implantes seguiu o protocolo recomendado pelo fabricante e durante o procedimento foi realizada a medida do torque de inserção. Após a instalação dos implantes, os cilindros ósseos foram submetidos à nova análise tridimensional (com avaliação dos mesmos parâmetros anteriores, nas áreas intra-roscas e adjacente à estas, acrescidos da medida da área de contato ossoimplante (BIC). Foi então realizada a avaliação do Coeficiente de Estabilidade (ISQ), utilizando a análise de frequência de ressonância (Osstell®). Após essa avaliação, 5 implantes de cada grupo foram submetidos ao ensaio de arrancamento. Os 10 implantes de cada grupo restantes foram conectados a pilares protéticos adequados, os quais receberam uma aplicação de forças axial (G1, G2, G3 e G4, 5 implantes de cada grupo) e lateral (G1, G2, G3 e G4, 5 implantes de cada grupo). Após aplicação das forças, os cilindros ósseos foram submetidos a nova análise tridimensional com avaliação dos mesmos parâmetros descritos, a nova análise de frequência de ressonância e ao ensaio de arrancamento. As variáveis foram testadas em relação à normalidade dos dados. Para todas as análises foi considerado um nível de significância de 5%. As análises estatísticas foram realizadas com base nos dados absolutos obtidos durante a análise tridimensional em cada situação de carga (antes do implante, pósimplante e pós-carga) e com a variação entre os valores das situações pós-implante e póscarga (variação carga - implante). A avaliação estatística do parâmetro de análise de frequência de ressonância não encontrou diferenças estatisticamente significantes para as comparações entre grupos G1 versus G3 e G2 versus G4 nas avaliações pós implante e pós carga. Em relação ao torque de inserção, houve diferenças estatisticamente significantes para as comparações entre grupos com implantes instalados no mesmo nível G1 versus G3 e G2 versus G4. Os maiores valores de torque de inserção obtidos foram registrados nos grupos de alta densidade. A análise estatística do ensaio de arrancamento mostrou diferenças estatisticamente significantes para as comparações: G1 versus G3 (inicial) e G1 versus G4 (inicial). Após a aplicação de carga oclusal, pode-se constatar diferenças estatisticamente significantes para as comparações: G1 versus G3 e G2 versus G4, após aplicação de carga lateral a análise mostrou diferença estatisticamente significante para a comparação G3 versus G4. Os resultados das análises tridimensionais mostraram diferenças estatisticamente significantes para os parâmetros TbSp e POTOT na avaliação da área óssea intra-rosca. A avaliação dos dados de variação após a aplicação de carga oclusal e lateral para o parâmetro TbSp, mostrou diferenças estatisticamente significantes para as comparações G2 versus G4. Em relação ao parâmetro POTOT, a aplicação de carga oclusal e lateral mostrou diferença estatisticamente significante para as análises: G1 versus G2 e G2 versus G4. Em relação ao parâmetro BSBV a análise dos valores absolutos, mostrou diferenças estatisticamente significantes para a área óssea intra-rosca dos grupos de baixa densidade. Já a análise dos valores de variação, a aplicação de carga oclusal mostrou diferenças estatisticamente significantes para os grupos G1 versus G3, G2 versus G4 e G3 versus G4, enquanto a aplicação de carga não axial resultou em diferenças estatisticamente significantes para os grupos G3 versus G4 e G2 versus G4. Já a análise estatística dos dados de variação do parâmetro BV/TV, mostrou diferença estatisticamente significante para todas as comparações na área óssea intra-rosca após aplicação de carga oclusal e lateral. A análise estatística do parâmetro BIC mostrou diferenças significantes para os grupos de baixa densidade (G3 e G4) nas comparações pós implante e pós carga. Em relação aos dados de variação, pode-se constatar diferença estatisticamente significante na aplicação de carga axial para G1 versus G2 e G2 versus G4, enquanto a aplicação de carga lateral mostrou diferença estatisticamente significante para as comparações G1 versus G3 e G2 versus G4. De acordo com os dados obtidos pode-se concluir que a densidade óssea tem relação com a estabilidade primária de implantes, que cargas não axias são prejudiciais para o tecido ósseo peri-implantar e que o posicionamento infraósseo pode promover melhor resposta do tecido ósseo, principalmente em regiões de baixa densidade óssea. / With the increase of oral rehabilitation with implants, immediate load can be used to reduce the treatment time. It is important to perform correct treatment planning for immediate implant loading, using 3D image analysis. The subcrestal implant positioning is one of the possible factors that may impact the success of immediate loading implants. Objective: The aim of this study is to evaluate the initial stability of osseointegrated implants placed infra bone or at the bone level in standardized porcine bone cylinders, through image (microcomputerized tomography) and mechanical analysis (resonance frequency, insertion torque and pull out test). Sixty bone cylinders were prepared from fresh porcine bone and separated in 2 groups: Group A 30 cylinders removed from femur head (high bone density) and Group B - 30 cylinders removed from the mandibular condyle (low bone density). Before the experimental procedure, the bone cylinders were certificated through 2D images analysis (digital radiography) to calculated bone density. After this, the bone cylinders were evaluated through micro computed three-dimensional analysis before the implant insertion. The parameters were analyzed in 2 levels (L1-bone volume internal to the threads and L2 - immediately adjacent to the end of threads). The microtomographical parameters analyzed were: Bone volume/Total volume (BV/TV), Trabecular thickness (TbSp), Bone surface/Volume ratio (BS/BV) and Total porosity percent (POTOT). Then, 60 implants (Alvim, 3.5 mm x 10 mm, Neodent®, Curitiba) were inserted in bone cylinders (1 implant in each cylinder), according to manufacturers protocol, and insertion torque was recorded for each implant. After that, the bone cylinders were submitted a new micro computed tomography analysis that evaluated the same levels and parameters, and Bone Implant Contact (BIC) was also recorded. After that, 5 implants were submitted to pull out test while the others implants received axial and non- axial load. After that, a new microcomputerized tomography analysis evaluated the same levels and parameters previously described, and resonance frequency analysis and pullout test were performed in the bone cylinders. 3D analysis showed that pre- and post-implants intra-groups had statistically significant differences for TbSp and POTOT parameters, and for BSBV and BIC parameters there were observed statistically significant differences for low bone densities groups. The values of differences between post and before loading showed statistically significant differences between G2 and G4 for TbSp, POTOT, BSBV, BV/TV and BIC parameters. The RFA analysis showed highest values for G2 and G4. Concerning insertion torque, the highest mean values were found in high bone densities groups. The pullout strength test showed that the non- axial loads in the low bone density maybe lead to implant displacement throughout the implant insertion axis. Bone density has a direct relationship with implant primary stability. Non- axial loads are harmful to peri- implantar bone tissue and subcrestal placement of implants presented the best mechanical and tomographical results.

"November 2004" / Bibliography: p.167-179. / xi, 333 p. : ill., photos (col.) ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Focuses on behavioural models of masonry walls with a view to improving their accuracy and extending their application. Results include a numerical model and mathematical expressions capable of predicting the key stages of the non-linear load-deflection behaviour of walls subjected to vertical bending and axial loading; new mathematical expressions for horizontal and diagonal bending moment capacities that are dimensionally consistent and account for the beneficial effects of compressive stress; and. Experimental test data for masonry sections subjected to horizontal and diagonal bending, which were used in the development and verification of the new mathematical expressions. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, School of Civil and Environmental Engineering, 2004

"November 2004" / Bibliography: p.167-179. / xi, 333 p. : ill., photos (col.) ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Focuses on behavioural models of masonry walls with a view to improving their accuracy and extending their application. Results include a numerical model and mathematical expressions capable of predicting the key stages of the non-linear load-deflection behaviour of walls subjected to vertical bending and axial loading; new mathematical expressions for horizontal and diagonal bending moment capacities that are dimensionally consistent and account for the beneficial effects of compressive stress; and. Experimental test data for masonry sections subjected to horizontal and diagonal bending, which were used in the development and verification of the new mathematical expressions. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, School of Civil and Environmental Engineering, 2004

Suction caissons are a cost-effective alternative to traditional piles in deep to ultradeep waters. No design rule has been available on the axial capacity of suction caissons as part of the mooring system in soft sediments. In this research, a series of centrifuge tests were performed using instrumented model caissons, to investigate the axial capacity and radial stress changes around caissons during installation, consolidation and vertical pullout in normally consolidated, lightly overconsolidated and sensitive clays. Total pressure transducers instrumented on the caisson wall were calibrated for various conditions. The radial total stress acting on the external wall varied almost linearly during penetration and extraction of the caisson, with smaller gradients observed during post-consolidation pullout. Minimum difference was found in the penetration resistance and the radial total stress for caissons installed by jacking or by suction, suggesting that the mode of soil flow at the caisson tip is similar under these two types of installation. Observed soil heave showed that the soil particles at the caisson tip flow about evenly outside and inside the caisson during suction installation. Comparison was made between measurements and various theoretical predictions, on both the radial stress changes during caisson installation, and the radial effective stress after consolidation. Significant under-predictions on excess pore pressure changes, consolidation times and external shaft friction ratios were found for the NGI Method, based on the assumption that the caisson wall is accommodated entirely by inward motion of the clay during suction installation. Obvious over-predictions by the MTD approach were found in both stress changes and shaft capacity of the caissons. A simple form of cavity expansion method was found to give reasonable estimations of stress changes and post-consolidation external shaft friction. A model for predicting the penetration resistance of suction caissons in clay was evaluated. Upper and lower bound values of external shaft friction ratio during uplift loading after consolidation were derived. Uplift capacity of caissons under sustained loading and cyclic loading were investigated, revealing approximately 15 to 30% reduction of the capacity compared to that under monotonic loading. External shaft friction ratios and reverse end-bearing capacity factors were both found to be significantly lower than those under monotonic loading

[Truncated abstract] The axial performance of piles in sand remains an area of great uncertainty in geotechnical engineering. Over the years, database studies have shown that the existing method for offshore piles (e.g. API 2000) is unreliable. There is therefore a clear need for an improved predictive method, which incorporates the state-ofthe- art understanding of the underlying controlling mechanisms. This Thesis is dedicated to address the factors influencing the end bearing performance of displacement piles in siliceous sand with a view to proposing and justifying an improved design formulation. Firstly, a database of displacement pile load tests in sand with CPT data was compiled in collaboration with James Schneider (Schneider 2007). It features the widest database with also the latest available pile load test data (e.g. Euripides, Ras Tanajib, Drammen etc) in electronic form. Evaluation of the three new CPTbased methods (Fugro-05, ICP-05 & NGI-05) against this database has revealed a broadly similar predictive performance despite their end bearing formulations being remarkably different. This anomaly promoted the author to extend the database to include additional tests with base capacity measurements to form new base capacity databases for driven and jacked piles, which resulted in the UWA- 05 method for end bearing of displacement piles in sand. This method accounts for the pile effective area ratio, differentiates between driven and jacked piles, and employs a rational qc averaging technique. ... Field tests were performed in Shenton Park, Perth to supplement the database study and, in particular, to examine the effect of the incremental filling ratio (IFR). 10 open-ended and 2 closed-ended piles were tested in compression followed by tension. The test results provide strong support for the UWA-05 method for base capacity evaluation employing the CPT qc values and the effective area ratio. A series of jacked pile tests was carried out on the UWA beam centrifuge, to further explore the factors affecting pile base response. In total, four uniform and four layered centrifuge samples were prepared and tested at various stress levels and relative densities using three separate pile diameters. The resistance ratio (qb0.1/qc,avg) is found to be independent of the absolute pile diameter, effective stress and soil relative density. The tests in layered soil enabled quantification of the reduction in penetration resistance when a pile/cone approaches a weak layer and revealed the significant influence on base stiffness of underlying soft clay layers. The stiffness decay curves (G/GIN vs. w/D, where GIN is initial operational shear stiffness) measured in static load tests were found to vary with ratios of GIN/qc, while there was a unique relationship between G/GIN and qb/qc. A detailed parametric study was carried out (using the FE code PLAXIS) by idealising pile penetration using a spherical cavity expansion analogue in layered soil. The numerical predictions compare well with the centrifuge results and their generalization enabled guidelines to be established for end bearing in layered soil.

Thesis (Ph.D.)--University of Wollongong, 2004. / Typescript. Includes bibliographical references: leaf 238-250.

Thesis (M.Eng.)--Memorial University of Newfoundland, 1993. / Typescript. Bibliography: l. 115-123. Also available online.