Un panel sándwich es cualquier estructura formada por tres capas: un núcleo de baja densidad ( PIR , lana mineral , XPS ) y una fina capa superficial unida a cada lado. Los paneles sándwich se utilizan en aplicaciones donde se requiere una combinación de alta rigidez estructural y bajo peso.
La funcionalidad estructural de un panel sándwich es similar a la viga en I clásica , donde dos láminas frontales resisten principalmente las cargas de flexión en el plano y laterales (similar a las alas de una viga en I), mientras que el material del núcleo resiste principalmente las cargas de corte. (similar a la red de una viga I). [1] La idea es utilizar una capa ligera/suave pero gruesa para el núcleo y capas fuertes pero delgadas para las láminas frontales. Esto da como resultado un aumento del espesor total del panel, lo que a menudo mejora los atributos estructurales, como la rigidez a la flexión, y mantiene o incluso reduce el peso. [2]
Los paneles sándwich son un ejemplo de material compuesto con estructura sándwich : la resistencia y la ligereza de esta tecnología la hacen popular y extendida. Su versatilidad significa que los paneles tienen muchas aplicaciones y vienen en muchas formas: los materiales del núcleo y la piel pueden variar ampliamente y el núcleo puede ser un panal o un relleno sólido. Los paneles cerrados se denominan casetes .
Aplicaciones
Una aplicación obvia es la de los aviones, donde el rendimiento mecánico y el ahorro de peso son esenciales. También existen aplicaciones de transporte y automoción. [3]
En edificación y construcción, estos productos prefabricados están diseñados para su uso como envolventes de edificios. Aparecen en edificios industriales y de oficinas, en salas blancas y frías y también en viviendas particulares, ya sean de reforma o de obra nueva. Combinan un producto de alta calidad con una gran flexibilidad en cuanto al diseño. Generalmente tienen una buena eficiencia energética y sostenibilidad. [4]
En embalaje, las aplicaciones incluyen tableros de polipropileno acanalados y tableros de polipropileno alveolar. [5]
Tipos
Paneles de biopolímero impresos en 3D
Debido a la capacidad de las impresoras 3D para fabricar paneles sándwich complejos, recientemente ha habido un florecimiento de investigaciones en esta área que abarcan la absorción de energía, [6] la fibra natural, [7] con fibras sintéticas continuas, [8] y la vibración. [9] La promesa de esta tecnología es lograr nuevas complejidades geométricas en paneles sándwich que no son posibles con otros procesos de fabricación.
Los paneles compuestos de aluminio ( ACP ), fabricados de material compuesto de aluminio ( ACM ), son paneles planos que constan de dos finas láminas de aluminio recubiertas en bobina unidas a un núcleo que no es de aluminio. Los ACP se utilizan con frecuencia para revestimientos exteriores o fachadas de edificios, aislamiento y señalización . [10]
El ACP se utiliza principalmente para tabiques o revestimientos arquitectónicos externos e internos, falsos techos, señalización, revestimientos de máquinas, construcción de contenedores, etc. Las aplicaciones del ACP no se limitan al revestimiento externo de edificios, sino que también se pueden utilizar en cualquier forma de revestimiento, como tabiques. , falsos techos, etc. El ACP también se utiliza ampliamente en la industria de la señalización como alternativa a sustratos más pesados y caros.
El ACP se ha utilizado como material liviano pero muy resistente en la construcción, particularmente para estructuras transitorias como stands de ferias comerciales y elementos temporales similares. Recientemente también se ha adoptado como material de soporte para el montaje de fotografías artísticas, a menudo con un acabado acrílico mediante procesos como Diasec u otras técnicas de montaje frontal. El material ACP se ha utilizado en estructuras famosas como la nave espacial Tierra , el jardín botánico VanDusen y la sucursal de Leipzig de la biblioteca nacional alemana . [11]
Estas estructuras hicieron un uso óptimo del ACP a través de su costo, durabilidad y eficiencia. Su flexibilidad, bajo peso y fácil conformado y procesamiento permiten un diseño innovador con mayor rigidez y durabilidad. Cuando el material del núcleo sea inflamable, se debe considerar su uso. El núcleo ACP estándar es polietileno (PE) o poliuretano (PU). Estos materiales no tienen buenas propiedades de resistencia al fuego (FR) a menos que se traten de manera especial y, por lo tanto, generalmente no son adecuados como material de construcción para viviendas; varias jurisdicciones han prohibido su uso por completo. [12] Arconic, propietario de la marca Reynobond, advierte al posible comprador. En cuanto al núcleo, dice que la distancia del panel al suelo determina "qué materiales son más seguros de usar". En un folleto tiene un gráfico de un edificio en llamas, con la leyenda "[t]an pronto como el edificio esté más alto que las escaleras de los bomberos, hay que construirlo con un material incombustible". Muestra que el producto de polietileno Reynobond tiene una longitud de hasta aproximadamente 10 metros; el producto ignífugo (c. 70 % de núcleo mineral) desde allí hasta c. 30 metros, la altura de la escalera; y el producto europeo con clasificación A2 (c. 90% de núcleo mineral) para cualquier valor superior. En este folleto, Seguridad contra incendios en edificios de gran altura: nuestras soluciones contra incendios , solo se dan especificaciones de producto para los dos últimos productos. [13]
Los materiales de revestimiento, en este caso con un núcleo de polietileno (PE) altamente combustible, fueron implicados como la causa principal de la rápida propagación de las llamas en el incendio de la Torre Grenfell de Londres en 2017. [14] También ha estado involucrado en incendios de edificios de gran altura en Melbourne , Australia; Francia; Los Emiratos Arabes Unidos; Corea del Sur; y Estados Unidos. [15] Los núcleos resistentes al fuego (normalmente designados como "FR" por los fabricantes) son una alternativa más segura ya que tienen un contenido máximo de polietileno del 30 % y se autoextinguirán en ausencia de calor/ventilación. [16] Como ocurre con cualquier producto de construcción, la idoneidad para su uso depende de muchos otros productos y métodos. En el caso de la ACP, los códigos de construcción en EE. UU. tienen muchos requisitos relacionados con el montaje de la pared según los materiales utilizados y el tipo de construcción. Cuando se siguen estos códigos de construcción, los productos principales FR son seguros. Tenga en cuenta que el término ACP no se aplica a los paneles sándwich con núcleos de lana mineral, que entran en la categoría de paneles metálicos aislados (IMP).
Las láminas de aluminio se pueden recubrir con fluoruro de polivinilideno (PVDF), resinas de fluoropolímero (FEVE) o pintura de poliéster. El aluminio se puede pintar en cualquier tipo de color y los ACP se producen en una amplia gama de colores metálicos y no metálicos, así como patrones que imitan otros materiales, como la madera o el mármol . El núcleo suele ser polietileno de baja densidad (PE), o una mezcla de polietileno de baja densidad y material mineral para exhibir propiedades retardantes de fuego. [10]
3A Composites (anteriormente Alcan Composites & Alusuisse) inventó los compuestos de aluminio en 1964, como invención conjunta con BASF, y la producción comercial de Alucobond comenzó en 1969. El producto fue patentado en 1971, patente que expiró en 1991. Después de la expiración de la patente varias empresas iniciaron la producción comercial como Reynobond (1991), Alpolic (Mitsubishi Chemicals, 1995), etalbond (1995). Hoy en día se estima [ ¿por quién? ] que más de 200 empresas en todo el mundo producen ACP.
Historia
Las técnicas de construcción con paneles sándwich han experimentado un desarrollo considerable en los últimos 40 años. Anteriormente, los paneles sándwich se consideraban productos aptos únicamente para construcciones funcionales y naves industriales. Sin embargo, sus buenas características de aislamiento, su versatilidad, calidad y atractivo aspecto visual han dado como resultado un uso creciente y generalizado de los paneles en una gran variedad de edificios.
Código de Prácticas
Los paneles sándwich requieren el marcado CE para poder venderse en Europa. La norma europea sobre paneles sándwich es EN14509:2013 Paneles aislantes autoportantes de doble piel con cara metálica - Productos fabricados en fábrica - Especificaciones.
La calidad de los paneles sándwich se puede certificar aplicando el nivel de calidad EPAQ
Características
Las cualidades que han producido el rápido crecimiento en el uso de paneles sándwich, particularmente en la construcción, incluyen:
Resistencia termica
Los paneles sándwich tienen valores λ de 0,024 W/(m·K) para poliuretano a 0,05 W/(m·K) para lana mineral. Por tanto, pueden alcanzar diferentes valores U dependiendo del núcleo y del espesor del panel.
La instalación de un sistema con paneles sándwich minimiza los puentes térmicos a través de las juntas.
Aislamiento acústico
La medida de reducción del ruido evaluada es de aprox. 25 dB para elementos de PU y a aprox. 30 dB para elementos MW.
Propiedades mecánicas
El espacio entre soportes puede ser de hasta 11 m (paredes), según el tipo de panel utilizado. Las aplicaciones normales tienen espacios entre los soportes de aprox. 3m – 5m.
El espesor de los paneles es desde 40 mm hasta más de 200 mm.
La densidad de los paneles sándwich varía desde 10 kg/m 2 hasta 35 kg/m 2 , dependiendo del espesor de la espuma y del metal, disminuyendo tiempo y esfuerzo en: transporte, manipulación e instalación.
Todas estas propiedades geométricas y materiales influyen en el comportamiento de falla global/local de los paneles sándwich bajo diferentes condiciones de carga, como indentación, [17] impacto, [18] fatiga [19] y flexión. [20]
Comportamiento del fuego
Los paneles sándwich tienen diferentes comportamientos al fuego, resistencia y reacción en función de: la espuma, el espesor del metal, el revestimiento, etc. El usuario deberá elegir entre los diferentes tipos de paneles sándwich, en función de sus necesidades.
Una investigación realizada por la Asociación de Aseguradores Británicos y el Building Research Establishment del Reino Unido destacó que "los paneles sándwich no inician un incendio por sí solos, y cuando estos sistemas han estado implicados en la propagación del fuego, el incendio a menudo se ha iniciado en áreas de alto riesgo como como zonas de cocción, propagándose posteriormente por malas medidas de gestión, prevención y contención del riesgo de incendios". [21]
Hay pruebas de que cuando se utilizan paneles sándwich para revestir un edificio, esto puede contribuir a la rápida propagación del fuego hacia el exterior del edificio. Como dijo un arquitecto, a la hora de elegir el material central de un panel sándwich "sólo utilizo los de lana mineral porque tu instinto te dice que no está bien envolver un edificio con plástico". [22] En 2000, Gordon Cooke, un destacado consultor en seguridad contra incendios, informó que "el uso de paneles sándwich con núcleo de espuma plástica... es difícil de justificar cuando se considera la seguridad humana". Dijo que los paneles "pueden contribuir a la gravedad y la velocidad del desarrollo del incendio" y esto ha provocado "pérdidas masivas por incendio". [23]
El diseño de una cavidad entre el revestimiento y la pared exterior del edificio (o su revestimiento aislante) también es importante: las llamas pueden ocupar la cavidad y ser arrastradas hacia arriba por convección, alargándose para crear incendios secundarios, y lo hacen "independientemente del materiales utilizados para revestir las cavidades". [24]
Impermeabilidad
El sistema de montaje de paneles sándwich ayuda a crear edificios estancos al aire y al agua.
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enlaces externos
PPA-Europe: Asociación Europea de Paneles y Perfiles
IFBS: Asociación Internacional para el Metallleichtbau
SNPPA: Sindicato Nacional del Perfil de Productos Plats en Acier
EURIMA: Asociación Europea de Fabricantes de Aislamientos
PU Europe: industria europea del aislamiento de poliuretano
ISOPA: Asociación Europea de Productores de Diisocianato y Poliol