BR112012003457A2 - método de determinação de parâmetros estruturais de placas - Google Patents

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Abstract

MÉTODO DE DETERMINAÇÃO DE PARÂMETROS ESTRUTURAIS DE PLACAS Trata-se de um método de determinação de propriedades de papel de face de placas que inclui fornecer um valor de resistência de núcleo da placa, determinar um valor de tração e prego exigido com base nas especificações de placa e calcular um valor de dureza do papel de face com base no valor de resistência de núcleo fornecido e no valor de tração de prego determinado O método inclui exibir o valor de dureza do papel de face calculado em um dispositivo de exibição.

Description

“MÉTODO DE DETERMINAÇÃO DE PARÂMETROS ESTRUTURAIS DE PLACAS"
CAMPO DA INVENÇÃO Esta invenção refere-se a painéis de construção compósitos. Mais especificamente, a mesma refere-se a um método para determinar parâmetros estruturais de placas de gesso.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Painéis de construção compósitos, como placas de gesso, são bem conhecidos para a construção de paredes e tetos de interiores. Algumas das principais vantagens das placas em relação a outros materiais é que a placa é menos cara, retardadora de incêndio e fácil de trabalhar em aplicações de construção. Em construções, à placa é tipicamente presa à suportes de madeira ou metal de paredes e tetos emoldurados com o uso de fixadores como pregos ou parafusos. Uma vez que a placa é relativamente pesada, a mesma deve ser forte o suficiente para evitar que os fixadores exerçam tração através desta e façam com que esta se solte ou caia dos suportes.
A tração de prego é uma medida industrial da quantidade de força exigida para que a placa seja puxada para longe do suporte associado e sobre a cabeça de tal fixador. Os valores de tração de prego preferenciais para placa estão na faixa aproximada entre 29,48 e 38,56 quilos (65 a 85 libras) de força. A tração de prego é uma medida de uma combinação da resistência do núcleo da placa, da resistência do papel de face e da ligação entre o papel de face e o núcleo. Testes de tração de prego são realizados de acordo com o padrão da Sociedade Americana para Teste de
Materiais (ASTM) C473-00 e utilizam uma máquina que puxa a cabeça de um fixador inserido na placa para determinar a força máxima exigida para puxar a cabeça do fixador através da placa. Uma vez que o valor de tração de prego é uma medida importante da resistência de placa, valores mínimos de tração de prego exigidos foram estabelecidos para placa. Consequentemente, os fabricantes produzem placas que atendem ou excedem os valores mínimos de tração de prego exigidos.
Para garantir que a placa atenda os valores de tração de prego exigidos, os fabricantes de placas convencionais ajustam os parâmetros estruturais da placa. Especificamente, os fabricantes ajustam tipicamente o peso de papel de face da placa que tem um valor de resistência de núcleo conhecido para atender o valor de tração de prego exigido. Durante a fabricação, a placa é testada para determinar se a mesma atende o valor de tração de prego exigido. Se o valor de tração de prego testado da placa é menor que o valor de tração de prego exigido, OS fabricantes aumentam o peso de papel de face na placa. Esse processo é repetido até que o valor de tração de prego exigido seja atendido.
Tal processo é impreciso e comumente faz com que os valores de tração de prego testados excedam os valores de tração de prego exigidos devido ao peso do papel de face em excesso adicionado à placa. Além disso, o papel de face em excesso acrescenta peso à placa e, portanto, aumenta os custos de fabricação e envio das placas. Além disso, há a probabilidade de desperdício de tempo e material até que os valores de tração de prego desejados sejam alcançados na linha de produção da placa.
Assim, há uma necessidade de uma técnica aprimorada de ajuste de sistemas de fabricação de placas para produzir placas que atendam valores de tração de prego especificados.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO Esses e outros problemas imediatamente identificados por aqueles versados na técnica são solucionados por meio do presente método de determinação de propriedades estruturais de painéis de construção compósitos como placas.
O presente método é elaborado para determinar parâmetros estruturais de placas de gesso antes da fabricação para reduzir os custos de fabricação e envio, bem como reduzir significativamente o tempo de fabricação.
Mais especificamente, o presente método determina parâmetros estruturais das placas e inclui fornecer um valor de resistência de núcleo da placa, determinar um valor de tração de prego exigido e calcular um valor de dureza do papel de face com base no valor de resistência de núcleo fornecido e no valor de tração de prego determinado. O valor de dureza do papel de face calculado é exibido em um dispositivo de exibição para uso de um fabricante.
Em outra modalidade, um método de fabricação de placa inclui determinar um valor de tração de prego exigido, fornecer um valor de resistência de núcleo da placa e determinar um valor de dureza do papel de face com base no valor de tração de prego exigido e no valor de resistência de núcleo fornecido. O método inclui determinar um peso de papel de face com base no valor de dureza do papel de face determinado, selecionar um tipo de papel de face com base no peso de papel de face determinado e produzir a placa com o uso do tipo de papel de face selecionado e do valor de resistência de núcleo fornecido.
Determinar os parâmetros estruturais antes da fabricação permite que os fabricantes economizem custos significativos de fabricação e envio ao eliminar o peso do papel de face em excesso que é tipicamente adicionado à placa para atender o valor de tração de prego exigido. Além disso, uma quantidade significativa de tempo de fabricação é economizada devido ao menor tempo necessário para testar a placa fabricada a fim de determinar o peso de papel de face necessário para atender o valor de tração de prego exigido. Além disso, a resistência e a integridade estrutural das placas são mantidas, embora o peso adicional e a tensão adicionada pelo papel de face em excesso sejam reduzidos.
DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS A Figura 1 é uma tabela que ilustra uma comparação entre os dados de tração de prego medidos e os dados de tração de prego previstos para os mesmos tipos de placas com o uso de diferentes papéis de face.
A Figura 2 é um gráfico que ilustra a tração de prego como uma função da dureza do papel de face em diferentes valores de resistência do núcleo.
A Figura 3 é um gráfico que ilustra a tração de prego como uma função da resistência do núcleo em diferentes valores de dureza do papel de face.
A Figura 4 é um gráfico que ilustra a relação entre a dureza do papel de face e a resistência do núcleo em diferentes valores de tração de prego exigidos.
A Figura 5 é um gráfico que ilustra a relação entre o peso de papel de face e os valores de Área de Índice de Resistência à Tração (TSIA) necessários para obter um valor de tração de prego exigido de 342,51 N (77 lb) em diferentes valores de resistência do núcleo.
A Figura 6 é uma tabela que identifica alguns valores de peso de papel de face e valores de Área de Índice de Resistência à Tração (TSIA) necessários para obter um valor de tração de prego exigido de 342,51 N (77 1lbf) em diferentes valores de resistência do núcleo com base no gráfico da Figura 5.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO Os valores de tração de pregos são essenciais à resistência e utilidade de placas de gesso. Se um valor de tração de prego para uma placa em particular é muito baixo, o fixador que retém a placa em uma moldura ou outro suporte pode exercer tração através desta e fazer com que esta sofra fissura, quebra ou caia da moldura ou suporte.
Alternativamente, se os valores de tração de prego são muito altos (isto é, excedem significativamente os valores de tração de prego exigidos), os recursos de produção de placa são aplicados de modo ineficaz e há desperdício de dinheiro durante a fabricação.
Um problema na fabricação de placas de gesso é o modo para determinar precisamente o peso de papel de face que se correlacione com um valor de tração de prego exigido para a placa e um modo que utilize de maneira mais eficaz OS custos de fabricação e envio, bem como o tempo de fabricação. Conforme afirmado acima, os fabricantes de placas realizam testes em placas para determinar se as mesmas atendem um valor de tração de prego exigido. Se o valor de tração de prego exigido não é atendido, os fabricantes tipicamente aumentam o peso de papel de face da placa. Essas etapas são repetidas até que o valor de tração de prego exigido da placa seja atendido. Esse processo não é preciso e muitas vezes faz com que a placa tenha papel de face em excesso, o que aumenta o peso geral das placas e, portanto, aumenta os custos de fabricação e envio, bem como o tempo de fabricação.
O presente método determina um peso de papel de face ou, alternativamente, um valor de dureza do papel de face, para placas antes da fabricação que atendem o valor de tração de prego exigido. O método utiliza a equação a seguir que correlaciona um valor de tração de prego exigido com o valor de dureza do papel de face e o valor da resistência do núcleo das placas. A equação é conforme segue: Tração de prego (lbr;) = a + [b x (dureza de papel de face (kN/m))] + [c x (resistência de núcleo (1b/pol?))] (1) em que a = 4,2126759, b = 0,009490606731, c = 0,092421774 são constantes determinadas a partir de dados de testes que melhor se ajustam aos dados mostrados na Figura 1.
Antes da fabricação, o valor da resistência do núcleo das placas é determinado e o valor de tração de prego exigido é determinado para que a placa seja fabricada (isto é, 6,35 mm (um quarto de polegada), 5,08 mm (meia polegada) etc.). Esses valores são inseridos na Equação (1) acima para determinar o valor de dureza do papel de face da placa. Por exemplo, o valor de dureza do papel de face para a placa que tem um valor de resistência de núcleo de 28,12 kgf/cm? (400 libras por polegada quadrada (lb/pol?)) e um valor de tração de prego exigido de 342,51 N (77 libras- força (lbr)) é conforme segue: 77 lbe = (4,2126759) + [(0,009490606731) x (dureza de papel de face (kN/m))] + [(0,092421774) (400 1b/pol?)] em que o valor de dureza do papel de face = 3.774 quilonewton/metro (kN/m).
O valor de dureza do papel de face é um produto do peso de papel de face e do valor de Área de Índice de Dureza de Tração (TSIA), conforme mostrado na equação a seguir: Dureza de papel de face (kN/m) = Peso de papel de face (g/m?) x TSIA (kNm/g) (2) Com o uso do exemplo acima, o peso de papel de face para a placa acima que tem um valor de resistência de núcleo de 28,12 kgf/cm? (400 lb/pol?), um valor de tração de prego exigido de 342,51 N (77 lbr) e uma TSIA de 26 quilonewton-metro/grama (kNm/g) é conforme segue: Peso de papel de face (g/m?) = Dureza de papel de face (kN/m)/TSIA (kNm/g) = (3.774 kN/m)/(26 kNm/9) = 145,15 gramas/metro quadrado (g/m?) Na equação acima, o valor de TSIA é uma medida da dureza de papel de face normalizada em todas as direções na placa. Especificamente, uma máquina de testes de Orientação de Dureza de Tração (TSOO) ultrassônica mede O Índice de Dureza de Tração (TSI) em todas as direções na placa para determinar a TSIA. Quanto mais duro for o papel de face, maiores serão os valores de TSIA. A faixa aproximada de valores de TSIA para a placa é de 12 a 20 kNm/g.
O valor de dureza do papel de face e o valor de TSIA são usados para determinar o peso do papel de face que é necessário para alcançar o valor de tração de prego exigido para placas que têm um valor de resistência de núcleo designado. O cálculo para determinar o peso de papel de face é, portanto, um processo em duas etapas que primeiro determina a dureza do papel de face e, então, determina o peso de papel de face para a placa a ser fabricada.
As equações (1) e (2) são preferencialmente armazenadas em uma memória de um computador, assistente de dados pessoal ou outro dispositivo adequado. Os valores de tração de prego exigido, constantes e valores de resistência de núcleo são também armazenados na memória em um banco de dados ou outro formato de dados pesquisável. A memória pode ser uma memória só de leitura (ROM), memória de acesso aleatório (RAM), memória só de leitura em disco compacto (CD ROM) ou qualquer outra memória ou dispositivo de memória adequados. Um usuário ou fabricante insere o valor de tração de prego exigido e o valor de resistência de núcleo designado para a placa no computador com o uso de um teclado ou outro dispositivo de inserção adequado.
Alternativamente, o valor de tração de prego exigido e o valor de resistência de núcleo elaborados para a placa podem ser transferidos por download e armazenado em um arquivo ou pasta na memória. Um processador, como um microprocessador ou uma unidade de processamento central (CPU), calcula o peso de papel de face para a placa com o uso das Equações (1) e (2), do valor de tração de prego inserido e do valor de resistência de núcleo inserido. O peso de papel de face calculado ou, alternativamente, o valor de dureza do papel de face, é exibido a um usuário em um dispositivo de exibição como uma tela de computador, monitor ou outro dispositivo de emissão adequado ou impresso por uma impressora. O usuário usa o peso de papel de face calculado para selecionar o papel de face ou o tipo de papel de face que deve ser aderido ao núcleo durante a fabricação da placa. O papel de face selecionado com o uso do presente método tipicamente reduz a dureza do papel de face e o peso necessário para obter o valor de tração de prego exigido em comparação com técnicas de produção de placas convencionais. Além disso, o presente método reduz o peso geral da placa fabricada, o que reduz os custos de fabricação e envio. O presente método também reduz significativamente o tempo de fabricação associado à produção da placa devido ao fato de os testes intermediários da placa para determinar se a placa atende o valor de tração de prego exigido não serem mais necessários.
A Figura 1 é uma tabela que ilustra uma comparação entre os dados de tração de prego medidos e os dados de tração de prego previstos para placas diferentes (amostras nº 1a11) como uso da Equação (1). Conforme mostrado na tabela, os dados médios de tração de prego previstos com o uso da Equação (1) correlacionam-se bem com os dados médios de tração de prego testados ou medidos da placa. Por exemplo, o valor médio da tração de prego testado ou medido para a amostra nº 4 foi 83 em comparação com o valor de tração de prego previsto de 82 com o uso da Equação (1). De maneira similar, os valores médios da tração de prego testados ou medidos para a amostra nº 5, amostra nº 6 e amostra nº 11 também se distinguem por um valor de um em comparação com o valor médio de tração de prego correspondente previsto com o uso da Equação (1) (por exemplo, 82,81; 80,79; 81,80). Além disso, o valor de tração de prego previsto para a placa de amostra nº Be amostra nº 10 foram exatamente iguais aos valores de tração de prego correspondentes testados ou medidos (por exemplo, 80,80 e 77,77). Assim, o presente método prevê o valor de tração de prego para placas com um alto grau de precisão.
As equações (1) e (2) também podem ser usadas para prever diferentes parâmetros ou valores estruturais das placas a fim de intensificar o processo de fabricação.
Por exemplo, a partir da Equação (1), os dados de tração de prego podem ser expressos como uma função linear da dureza do papel de face em diferentes valores de resistência do núcleo que variam de 7,03 kgf/cm? (100 l1b/pol?) a 49,21 kgf/cm? (700 l1b/pol?), conforme mostrado na Figura 2. O valor da resistência do núcleo das placas varia com base no tipo das placas a serem fabricadas. A faixa típica de valores de resistência de núcleo para a placa considerada na Figura 1 é de 28,12 kg£f/cm? a 35,15 kgf/cm? (400 a 500 lb/pol?).
Os dados de tração de prego também podem ser plotados como uma função linear da resistência do núcleo com os valores de dureza do papel de face que variam de 1.000 kN/m a 6.000 kN/m, conforme mostrado na Figura 3. De preferência, os valores de dureza do papel de face variam de 2.500 até 4.000 kN/m para placas. Nas Figuras 2 e 3, está evidente que o aumento tanto do valor de dureza do papel de face como do valor de resistência do núcleo das placas aumenta o valor de tração de prego.
A Figura 4 mostra uma plotagem do valor de dureza do papel de face como uma função do valor de resistência do núcleo em diversos valores de tração de prego diferentes. Especificamente, a linha “A” ilustra a relação entre os valores de dureza do papel de face e os valores de resistência de núcleo em um valor alvo de tração de prego mínimo de 342,51 N (77 lbk). A razão das constantes empíricas c/b (= 9,74) na Equação (1) propicia a mudança nos valores de dureza do papel de face em relação à mudança nos valores de resistência do núcleo. Para manter o valor de tração de prego exigido de 342,51 N (77 lbr), uma redução (ou aumento) de 7,03 kgf/cm? (100 l1b/pol?) nos valores de resistência do núcleo corresponde a um aumento (ou diminuição) de 974 kN/m nos valores de dureza de papel de face. Além disso, com o uso da Equação (2), um valor mais alto de dureza de papel de face pode ser obtido pelo aumento tanto do peso de papel de face como da TSIA.
A Figura 5 ilustra a relação entre o peso de papel de face e a TSIA que atende um valor de tração de prego exigido de 342,51 N (77 lbr). As exigências de peso de papel de face para diferentes valores de TSIA são resumidas na tabela mostrada na Figura 6. Observe que o aumento do valor de TSIA de 14 até 19,5 kNm/g tende a reduzir Oo peso de papel de face exigido em uma média de 28%, mantendo ao mesmo tempo o valor de tração de prego exigido de 342,51 N (77 lb).
O presente método permite que os fabricantes de placas determinem parâmetros e propriedades importantes da placa antes da fabricação, como o peso de papel de face necessário para obter um valor de tração de prego exigido.
A obtenção desses parâmetros antes da fabricação ajuda a reduzir significativamente o tempo de fabricação, bem como custos de fabricação e custos de envio. O presente método também permite que os fabricantes mantenham o desempenho e a integridade estrutural das placas sem acrescentar peso de papel de face à placa.
Embora diversas modalidades particulares do presente método tenham sido mostradas e descritas, será observado por aqueles versados na técnica que mudanças e modificações podem ser feitas nas mesmas sem que se desvie da invenção em seus aspectos mais amplos e conforme apresentado nas reivindicações a seguir.

Claims (10)

REIVINDICAÇÕES
1. Método de determinação de parâmetros estruturais de placas, - CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: fornecer um valor de resistência de núcleo da placa; 1 5 determinar um valor de tração de prego exigido com base em uma espessura do ti- . po de placa; calcular um valor de dureza do papel de face com base no dito valor de resistência ' do núcleo fornecido e no dito valor de tração de prego determinado; e exibir o dito valor de dureza de papel de face calculado em um dispositivo de exibi- ção
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito valor de resistência de núcleo está na faixa aproximada de 28,12 kgflom? a 35,15 kgf/cm? (400 a 500 Ib/pol?).
3. — Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de —queo cálculo do dito valor de dureza de papel de face tem como base a equação a seguir: Tração de prego (lb) = a + [b x (dureza de papel de face (kN/m))] + [c x (re- sistência de núcleo (Ib/pol?))] em que a = 4,2126759, b = 0,009490606731 e c = 0,092421774.
4. "Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui, ainda, calcular um peso de papel de face dividindo-se o dito valor de dureza de papel de face por um valor de Área de Índice de Dureza de Tração (TSIA).
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui, ainda, selecionar um tipo de papel de face com base no dito peso de papel de face calculado.
6. — Método, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito valor de TSIA está na faixa aproximada de 12 a 20 kNm/g.
7. “Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui, ainda, armazenar o dito valor de dureza de papel de face calculado em uma me- mória.
8. — Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui, ainda: determinar um peso de papel de face com base no dito valor de dureza de papel de - face calculado; selecionar um tipo de papel de face com base no dito peso de papel de face exibi- doe : produzir a placa com base no uso do dito tipo de papel de face selecionado e do di- to valor de resistência de núcleo fornecido.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a determinação do dito valor de dureza de papel de face tem como base a equação a a seguir: Tração de prego (lb) = a + [b x (dureza de papel de face (kKN/m))] + [c x (re- 1 5 sistênciade núcleo (Ib/pol?))] . em que a = 4,2126759, b = 0,009490606731 e c= 0,092421774.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de ' que o dito valor de resistência de núcleo está na faixa aproximada de 28,12 kgf/cm? a 35,15 kgf/cm? (400 a 500 Ib/pol?).
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