Panel sándwich
Estructura formada por tres capas

Estructura de panel de material compuesto de aluminio

Un panel sándwich es una estructura formada por tres capas: un núcleo de baja densidad ( PIR , lana mineral , XPS ) y una fina capa de revestimiento adherida a cada lado. Los paneles sándwich se utilizan en aplicaciones en las que se requiere una combinación de alta rigidez estructural y bajo peso.

La funcionalidad estructural de un panel sándwich es similar a la de una viga en I clásica , en la que dos láminas de revestimiento 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 en I). [1] La idea es utilizar una capa ligera/suave pero gruesa para el núcleo y capas fuertes pero delgadas para las láminas de revestimiento. Esto da como resultado un aumento del espesor general 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 un 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 de la piel pueden variar ampliamente y el núcleo puede ser un panal de abeja o un relleno sólido. Los paneles cerrados se denominan casetes .

Aplicaciones

La nave espacial Tierra de Epcot es un ejemplo del uso de ACP en la arquitectura. Se trata de una esfera geodésica compuesta por 11.324 mosaicos de ACP.

Una aplicación obvia es la aeronáutica, donde el rendimiento mecánico y el ahorro de peso son esenciales. También existen aplicaciones en el transporte y la 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 cámaras limpias y frigoríficas y también en viviendas particulares, ya sean de reforma o de nueva construcción. Combinan un producto de alta calidad con una gran flexibilidad en cuanto a diseño. Por lo general, presentan una buena eficiencia energética y sostenibilidad. [4]

En el ámbito del embalaje, las aplicaciones incluyen tableros de polipropileno acanalados y tableros de polipropileno en forma de panal. [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 la investigación en esta área que abarca la absorción de energía, [6] fibra natural, [7] con fibras sintéticas continuas, [8] y para vibración. [9] La promesa de esta tecnología es para nuevas complejidades geométricas en paneles sándwich que no son posibles con otros procesos de fabricación.

SORBO

Los paneles estructurales aislantes o paneles aislantes estructurales (comúnmente conocidos como SIP ) son paneles utilizados como material de construcción .

ACP

Panel de obra fabricado en material compuesto de aluminio (Dibond)
Vista detallada del panel del sitio de construcción

Los paneles compuestos de aluminio ( ACP ), fabricados a partir de material compuesto de aluminio ( ACM ), son paneles planos que consisten en dos láminas delgadas de aluminio recubiertas en bobina unidas a un núcleo que no es de aluminio. Los ACP se utilizan con frecuencia para revestimientos externos o fachadas de edificios, aislamiento y señalización . [10]

El ACP se utiliza principalmente para revestimientos arquitectónicos externos e internos o particiones, 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 particiones, falsos techos, etc. El ACP también se utiliza ampliamente dentro de la industria de la señalización como alternativa a sustratos más pesados ​​y costosos.

El ACP se ha utilizado como material ligero pero muy resistente en la construcción, en particular para estructuras transitorias como stands de ferias comerciales y elementos temporales similares. Recientemente también se ha adoptado como material de soporte para montar fotografías de bellas artes, a menudo con un acabado acrílico utilizando procesos como Diasec u otras técnicas de montaje frontal. El material ACP se ha utilizado en estructuras famosas como Spaceship Earth , 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 formación y procesamiento permiten un diseño innovador con mayor rigidez y durabilidad. Cuando el material del núcleo es inflamable, se debe considerar su uso. El núcleo estándar de ACP es polietileno (PE) o poliuretano (PU). Estos materiales no tienen buenas propiedades resistentes al fuego (FR) a menos que se traten especialmente y, por lo tanto, no son generalmente 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 es un determinante de "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 sea más alto que las escaleras de los bomberos, debe concebirse con un material incombustible". Muestra que el producto de polietileno Reynobond es para hasta aproximadamente 10 metros; el producto ignífugo (núcleo mineral de aprox. 70 %) desde allí hasta aproximadamente 30 metros, la altura de la escalera; y el producto con clasificación europea A2 (núcleo mineral de aprox. 90 %) para cualquier cosa por encima de eso. En este folleto, Seguridad contra incendios en edificios de gran altura: Nuestras soluciones contra incendios , solo se dan especificaciones de productos para los dos últimos productos. [13]

Los materiales de revestimiento, en este caso con 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 2017 en Londres. [14] También ha estado involucrado en incendios de edificios de gran altura en Melbourne , Australia; Francia; los Emiratos Árabes Unidos; Corea del Sur; y los Estados Unidos. [15] Los núcleos con clasificación de resistencia 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] Al igual que con cualquier producto de construcción, la aptitud para el uso depende de muchos otros productos y métodos. En el caso del ACP, los códigos de construcción en EE. UU. tienen muchos requisitos relacionados con el ensamblaje de la pared según los materiales utilizados y el tipo de edificio. Cuando se siguen estos códigos de construcción, los productos de núcleo 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 fluoropolímeros (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 con patrones que imitan otros materiales, como la madera o el mármol . El núcleo suele ser de polietileno de baja densidad (PE) o una mezcla de polietileno de baja densidad y material mineral para exhibir propiedades ignífugas. [10]

3A Composites (anteriormente Alcan Composites & Alusuisse) inventó los compuestos de aluminio en 1964 (como una 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 comenzaron 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 están produciendo 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 adecuados únicamente para construcciones funcionales y edificios industriales. Sin embargo, sus buenas características de aislamiento, su versatilidad, calidad y atractivo aspecto han dado lugar a un uso cada vez más extendido de los paneles en una gran variedad de edificios.

Código de prácticas

  • Los paneles sándwich requieren la marca CE para su comercialización en Europa . La norma europea para paneles sándwich es EN14509:2013 Paneles aislantes autoportantes de doble piel con revestimiento metálico. 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 térmica

  • Los paneles sándwich tienen valores λ que van desde 0,024 W/(m·K) para el poliuretano hasta 0,05 W/(m·K) para la lana mineral, por lo que pueden alcanzar distintos valores U en función 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

  • El valor de reducción acústica evaluado se sitúa en aprox. 25 dB para elementos PU y en aprox. 30 dB para elementos MW.

Propiedades mecánicas

  • El espacio entre los soportes puede ser de hasta 11 m (paredes), dependiendo del tipo de panel utilizado. Las aplicaciones normales tienen espacios entre los soportes de aproximadamente 3 m – 5 m.
  • El espesor de los paneles varía desde 40 mm hasta más de 200 mm.
  • La densidad de los paneles sándwich varía desde 10 kg/m2 hasta 35 kg/m2 , 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

El catastrófico incendio de la Torre Grenfell , que mató a 72 personas, se atribuyó en parte a la inflamabilidad del revestimiento de paneles sándwich utilizado en el edificio.
  • Los paneles sándwich tienen diferentes comportamientos al fuego, resistencia y reacción, en función de: la espuma, el espesor del metal, el recubrimiento, etc. El usuario deberá elegir entre los diferentes tipos de paneles sándwich, en función de sus necesidades.
  • Una investigación de la Asociación de Aseguradoras Británicas y el Building Research Establishment del Reino Unido destacó que "los paneles sándwich no provocan un incendio por sí solos, y cuando estos sistemas han estado implicados en la propagación del fuego, el fuego a menudo ha comenzado en áreas de alto riesgo, como áreas de cocina, y luego se ha propagado como resultado de medidas deficientes de gestión, prevención y contención del riesgo de incendio". [21]
  • Hay pruebas de que el uso de paneles sándwich para revestir un edificio puede contribuir a la rápida propagación del fuego hacia el exterior del propio edificio. Como dijo un arquitecto, al elegir el material del núcleo de un panel sándwich "sólo uso los de lana mineral porque el instinto te dice que no es correcto envolver un edificio en plástico". [22] En 2000, Gordon Cooke, un importante consultor en seguridad contra incendios, informó de que "el uso de paneles sándwich con núcleo de espuma de plástico... es difícil de justificar cuando se considera la seguridad de las personas". Dijo que los paneles "pueden contribuir a la gravedad y la velocidad del desarrollo del incendio" y que esto ha provocado "enormes pérdidas por incendio". [23]
  • El diseño de una cavidad entre el revestimiento y la pared exterior del edificio (o su vaina de aislamiento) también es significativo: las llamas pueden ocupar la cavidad y ser atraídas hacia arriba por convección, alargándose para crear incendios secundarios, y lo hacen "independientemente de los 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.

Véase también

Referencias

  1. ^ Thomsen, OT; Bozhevolnaya, E.; Lyckegaard, A. (2005). Estructuras tipo sándwich 7: avances en estructuras tipo sándwich y materiales. Springer. ISBN 978-1-4020-3444-2.
  2. ^ Aly, Mohamed F.; Hamza, Karim T.; Farag, Mahmoud M. (abril de 2014). "Un procedimiento de selección de materiales para vigas intercaladas mediante optimización paramétrica con aplicaciones en la industria automotriz". Materiales y diseño . 56 : 219–226. doi :10.1016/j.matdes.2013.10.075.
  3. ^ "Gorcell de Renolit". Renolit.com . Consultado el 3 de octubre de 2014 .
  4. ^ "Panel de nido de abeja Stinger". coroplast.com. Archivado desde el original el 27 de octubre de 2012. Consultado el 3 de octubre de 2014 .
  5. ^ "Paneles sándwich para embalaje". Karton.it . Consultado el 3 de octubre de 2014 .
  6. ^ Yazdani Sarvestani, H.; Akbarzadeh, AH; Niknam, H.; Hermenean, K. (septiembre de 2018). "Paneles sándwich poliméricos arquitectónicos impresos en 3D: absorción de energía y rendimiento estructural". Composite Structures . 200 : 886–909. doi :10.1016/j.compstruct.2018.04.002. S2CID  139864616.
  7. ^ Azzouz, Lyes; Chen, Yong; Zarrelli, Mauro; Pearce, Joshua M.; Mitchell, Leslie; Ren, Guogang; Grasso, Marzio (abril de 2019). "Propiedades mecánicas de estructuras no estocásticas de biopolímeros reticulares impresos en 3D con revestimientos compuestos de fibra natural" (PDF) . Composite Structures . 213 : 220–230. doi :10.1016/j.compstruct.2019.01.103. hdl : 2299/21029 . S2CID  139339364.
  8. ^ Sugiyama, Kentaro; Matsuzaki, Ryosuke; Ueda, Masahito; Todoroki, Akira; Hirano, Yoshiyasu (octubre de 2018). "Impresión 3D de estructuras sándwich de materiales compuestos utilizando fibra de carbono continua y tensión de fibra". Composites Part A: Applied Science and Manufacturing . 113 : 114–121. doi :10.1016/j.compositesa.2018.07.029. S2CID  140038331.
  9. ^ Zhang, Xiaoyu; Zhou, Hao; Shi, Wenhua; Zeng, Fuming; Zeng, Huizhong; Chen, Geng (octubre de 2018). "Pruebas de vibración de una estructura satelital impresa en 3D hecha de paneles sándwich de celosía". AIAA Journal . 56 (10): 4213–4217. Bibcode :2018AIAAJ..56.4213Z. doi :10.2514/1.J057241. S2CID  125328879.
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  11. ^ "ALUCOBOND® A2". Alucobond . Consultado el 31 de enero de 2013 .
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  13. ^ "Seguridad contra incendios en edificios de gran altura: nuestras soluciones contra incendios" (PDF) . Arconic Architectural Products SAS . Diciembre de 2016. Archivado desde el original (PDF) el 6 de abril de 2019 . Consultado el 23 de junio de 2017 .
  14. ^ "Investigación de la Torre Grenfell: las conclusiones del presidente hasta el momento". The Guardian . 30 de octubre de 2019 . Consultado el 8 de septiembre de 2021 .
  15. ^ Wahlquist, Calla (15 de junio de 2017). "El revestimiento del incendio de un rascacielos en Londres también fue responsable del incendio de Melbourne en 2014". The Guardian . Consultado el 15 de junio de 2017 .
  16. ^ "Revestimiento de aluminio compuesto y fuego: la seguridad es un trabajo en equipo". Enero de 2019.
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  19. ^ Rajaneesh, A.; Satrio, W.; Chai, GB; Sridhar, I. (abril de 2016). "Predicción de la vida útil a largo plazo de laminados de CFRP tejidos sometidos a fatiga por flexión en tres puntos". Composites Part B: Engineering . 91 : 539–547. doi :10.1016/j.compositesb.2016.01.028.
  20. ^ Rajaneesh, A.; Sridhar, I.; Rajendran, S. (junio de 2014). "Mapas de modos de falla para placas sándwich de materiales compuestos circulares bajo flexión". Revista internacional de ciencias mecánicas . 83 : 184–195. doi :10.1016/j.ijmecsci.2014.03.029.
  21. ^ Asociación de Aseguradores Británicos (mayo de 2003). "Informe técnico: comportamiento frente al fuego de los sistemas de paneles sándwich" (PDF) .
  22. ^ Booth, Robert; Sample, Ian; Pegg, David; Watt, Holly (15 de junio de 2017). "Los expertos advirtieron al gobierno contra el material de revestimiento utilizado en Grenfell". The Guardian .
  23. ^ Gordon ME Cooke (noviembre de 2000). "Paneles sándwich para revestimiento exterior: cuestiones de seguridad contra incendios e implicaciones para el proceso de evaluación de riesgos" (PDF) .
  24. ^ Probyn Miers (invierno de 2016). "Riesgos de incendio de los paneles de revestimiento exterior: una perspectiva desde el Reino Unido". Perspectiva . ( 3.3.2 Cavidades ).
  • 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 Aislantes
  • PU Europe: Industria europea del aislamiento de poliuretano
  • ISOPA: Asociación Europea de Productores de Diisocianatos y Polioles
  • MFB: Alianza de asociaciones europeas del metal
  • MA Engineering Solutions: Fabricantes líderes de paneles sándwich
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