Panel sándwich

Estructura de un panel de material compuesto de aluminio.

Un panel sándwich[1]​ es cualquier estructura o panel[2]​ hecho de tres capas: un núcleo de baja densidad ( PIR, lana mineral, XPS ) y una capa de piel delgada adherida a cada lado.[3]​ 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 clásica viga en I, donde dos láminas frontales resisten principalmente las cargas de flexión en el plano y lateral (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).[4]​ La idea es usar 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 grosor total del panel, lo que a menudo mejora los atributos estructurales, como la rigidez a la flexión, y mantiene o incluso reduce el peso.[5]​

Los paneles sándwich son un ejemplo de un compuesto estructurado en sándwich : la resistencia y la ligereza de esta tecnología la hacen popular y generalizada. 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 cassettes .

Aplicaciones

Spaceship Earth de Epcot es un ejemplo del uso de ACP en arquitectura. Es una esfera geodésica compuesta por 11.324 teselas ACP.

Una aplicación obvia es en aviones, donde el rendimiento mecánico y el ahorro de peso son esenciales. También existen aplicaciones de transporte y automoción.[6]​

En la edificación y la construcción, estos productos prefabricados están diseñados para su uso como envolventes de edificios. Aparecen en edificios industriales y de oficinas, en cuartos limpios y fríos y también en viviendas particulares, ya sean de rehabilitación o de nueva construcción. Combinan un producto de alta calidad con una gran flexibilidad en cuanto al diseño. En general, tienen una buena eficiencia energética y sostenibilidad.[7]​

En el empaque, las aplicaciones incluyen paneles de polipropileno acanalado y paneles de panal de polipropileno.[8]​

Tipos

Paneles de biopolímeros 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 cubre la absorción de energía,[9]​ fibra natural,[10]​ con fibras sintéticas continuas,[11]​ y vibración.[12]​ La promesa de esta tecnología es para nuevas complejidades geométricas en paneles sándwich que no son posibles con otros procesos de fabricación.

SIP

Los paneles aislantes estructurales o los paneles aislantes estructurales (comúnmente denominados SIP ) son paneles que se utilizan como material de construcción .

ACP

Panel en obra de construcción hecho de aluminio (Dibond)
Vista detallada del panel del sitio de construcción

Los paneles compuestos de aluminio (ACP), hechos 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 .[13]​

El ACP se utiliza principalmente para revestimientos o particiones arquitectónicas externas e internas, falsos techos, señalización, revestimientos de máquinas, construcción de contenedores, entre otros usos. Las aplicaciones de ACP no se limitan al revestimiento exterior de edificios, sino que también se pueden utilizar en cualquier forma de revestimiento, como paredes internas, falsos techos, etc. El ACP también se usa ampliamente en la industria de la señalización como una alternativa a los sustratos más pesados y costosos.

El ACP se ha utilizado como un 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 de bellas artes, a menudo con un acabado acrílico mediante procesos como el Diasec u otras técnicas de montaje frontal. El material ACP se ha utilizado en estructuras famosas como en el Spaceship Earth, el Jardín Botánico VanDusen y la sucursal de Leipzig de la Biblioteca Nacional Alemana .[14]​

Estas estructuras hicieron un uso óptimo de 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 sea inflamable, se debe considerar el 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 especialmente y, por lo tanto, generalmente no son adecuados como material de construcción para viviendas; varias jurisdicciones han prohibido su uso por completo.[15]​ Arconic, propietario de la marca Reynobond, advierte al posible comprador. Con respecto al núcleo, dice que la distancia del panel desde el suelo es un factor determinante de "qué materiales son más seguros de usar". En un folleto tiene un gráfico de un edificio en llamas, con la leyenda "[c]uando el edificio es más alto que las escaleras de los bomberos, tiene que ser concebido con un material incombustible". Muestra que el producto de polietileno Reynobond es para hasta alrededor de 10 metros; el producto ignífugo (c. 70% núcleo mineral) de ahí hasta c. 30 metros, la altura de la escalera; y el producto europeo con clasificación A2 (c. 90 % de núcleo mineral) para cualquier cosa por encima de eso. En este folleto, Seguridad contra incendios en edificios de gran altura: nuestras soluciones contra incendios, las especificaciones del producto solo se brindan para los dos últimos productos.[16]​

Los materiales de revestimiento, en este caso con un núcleo de polietileno (PE) altamente combustible, fueron considerados como la principal causa de la rápida propagación de las llamas en el incendio de la Torre Grenfell de 2017 en Londres.[17]​ 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.[18]​ Los núcleos resistentes al fuego (normalmente designados como "FR" por los fabricantes) son una alternativa más segura ya que tienen un máximo de 30 % de contenido de polietileno y se autoextinguen en ausencia de calor/ventilación.[19]​ Al igual que con cualquier producto de construcción, la idoneidad para el uso depende de muchos otros productos y métodos. En el caso de 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 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 pertenecen a 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 fabrican en una amplia gama de colores metálicos y no metálicos, así como en patrones que imitan a 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 ignífugas.[13]​

La compañía 3A Composites (antes 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 iniciaron la producción comercial, como Reynobond (1991), Alpolic (Mitsubishi Chemicals, 1995), etalbond (1995). Hoy se estima  que más de 200 empresas en todo el mundo están produciendo ACP.

Historia

Las técnicas de construcción de 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 apariencia visual atractiva han resultado en un uso creciente y generalizado de los paneles en una gran variedad de edificios.

Código de Prácticas

  • Los paneles sándwich requieren la marca CE para ser vendidos en Europa. El estándar europeo de paneles sándwich es EN14509:2013 Paneles aislantes autoportantes de doble pared con cara metálica - Especificaciones de productos fabricados en fábrica.
  • 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 desde 0,024 W/(m·K) para poliuretano hasta 0,05 W/(m·K) para lana mineral. Por lo tanto, pueden alcanzar diferentes valores U según el núcleo y el 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 de sonido evaluada se encuentra en aproximadamente los 25 dB para elementos de PU y a aproximadamente los 30 dB para elementos de MW.

Propiedades mecánicas

  • El espacio entre los soportes puede ser de hasta 11 m (paredes), según el tipo de panel utilizado. Las aplicaciones normales tienen espacios entre los soportes de aproximadamente de 3m – 5m.
  • El espesor de los paneles es de 40 mm hasta más de 200 milímetro
  • La densidad de los paneles sándwich van 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,[20]​ impacto,[21]​ fatiga[22]​ y flexión.[23]​

Comportamiento en incendios

  • Los paneles sándwich tienen diferentes comportamientos al fuego, resistencia y reacción, dependiendo de: la espuma, el espesor del metal, el revestimiento, etc. El usuario deberá elegir entre los diferentes tipos de paneles sándwich, en función de los requisitos.
  • La investigación realizada por la Asociación de Aseguradores Británicos y el Building Research Establisment en el Reino Unido destacó que "los paneles sándwich no inician un incendio por sí solos, y donde estos sistemas se han visto implicados en la propagación del incendio, el incendio a menudo ha comenzado en áreas de alto riesgo como como zonas de cocina, extendiéndose posteriormente como consecuencia de las deficientes medidas de gestión, prevención y contención del riesgo de incendio".[24]​
  • Existe evidencia de que cuando se utilizan paneles sándwich para revestir un edificio, pueden contribuir a la rápida propagación del fuego hacia el exterior del propio edificio. Como dijo un arquitecto, al elegir el material central para un panel sándwich "solo uso los de lana mineral porque tu instinto te dice que no es correcto envolver un edificio en plástico".[25]​ En el 2000, Gordon Cooke, un consultor líder 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 velocidad del desarrollo del fuego" y esto ha llevado a "pérdidas masivas por incendios".[26]​
  • El diseño de una cavidad entre el revestimiento y la pared exterior del edificio (o su revestimiento de aislamiento) también es significativo: las llamas pueden ocupar la cavidad y ser atraídas hacia arriba por convección, alargándose para crear incendios secundarios, y hacerlo "independientemente de la materiales utilizados para revestir las cavidades".[27]​

Impermeabilidad

  • El sistema de montaje de paneles sándwich ayuda a crear edificios estancos al aire y al agua.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Frío, Instituto Internacional del (2000). Guía del transporte frigorífico. Mundi-Prensa Libros. ISBN 978-84-89922-44-0. Consultado el 10 de enero de 2023. 
  2. ↑ ASALE, RAE-. «panel | Diccionario de la lengua española». «Diccionario de la lengua española» - Edición del Tricentenario. Consultado el 10 de enero de 2023. 
  3. ↑ Trabanco, Pablo Collado; Peña, David Nuño (2006-09). Supervisión de ejecución de acabados, revestimientos y cubiertas. Lex Nova. ISBN 978-84-7557-180-5. Consultado el 10 de enero de 2023. 
  4. ↑ Thomsen, O. T.; Bozhevolnaya, E.; Lyckegaard, A. (2005). Sandwich structures 7: advancing with sandwich structures and materials. Springer. ISBN 978-1-4020-3444-2. 
  5. ↑ Aly, Mohamed F.; Hamza, Karim T.; Farag, Mahmoud M. (April 2014). «A materials selection procedure for sandwiched beams via parametric optimization with applications in automotive industry». Materials & Design 56: 219-226. doi:10.1016/j.matdes.2013.10.075. 
  6. ↑ «Gorcell by Renolit». Renolit.com. Consultado el 3 de octubre de 2014. 
  7. ↑ «Stinger honeycomb panel». coroplast.com. Archivado desde el original el 27 de octubre de 2012. Consultado el 3 de octubre de 2014. 
  8. ↑ «Packaging sandwich panels». Karton.it. Consultado el 3 de octubre de 2014. 
  9. ↑ Yazdani Sarvestani, H.; Akbarzadeh, A.H.; Niknam, H.; Hermenean, K. (September 2018). «3D printed architected polymeric sandwich panels: Energy absorption and structural performance». Composite Structures 200: 886-909. doi:10.1016/j.compstruct.2018.04.002. 
  10. ↑ Azzouz, Lyes; Chen, Yong; Zarrelli, Mauro; Pearce, Joshua M.; Mitchell, Leslie; Ren, Guogang; Grasso, Marzio (April 2019). «Mechanical properties of 3-D printed truss-like lattice biopolymer non-stochastic structures for sandwich panels with natural fibre composite skins». Composite Structures 213: 220-230. doi:10.1016/j.compstruct.2019.01.103. 
  11. ↑ Sugiyama, Kentaro; Matsuzaki, Ryosuke; Ueda, Masahito; Todoroki, Akira; Hirano, Yoshiyasu (October 2018). «3D printing of composite sandwich structures using continuous carbon fiber and fiber tension». Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 113: 114-121. doi:10.1016/j.compositesa.2018.07.029. 
  12. ↑ Zhang, Xiaoyu; Zhou, Hao; Shi, Wenhua; Zeng, Fuming; Zeng, Huizhong; Chen, Geng (October 2018). «Vibration Tests of 3D Printed Satellite Structure Made of Lattice Sandwich Panels». AIAA Journal 56 (10): 4213-4217. Bibcode:2018AIAAJ..56.4213Z. doi:10.2514/1.J057241. 
  13. ↑ a b «Architectural Metal Designs-Products». Architectural Metal Designs. Archivado desde el original el 24 de julio de 2014. Consultado el 18 de junio de 2014. 
  14. ↑ «ALUCOBOND® A2». Alucobond. Consultado el 31 de enero de 2013. 
  15. ↑ Walker, Alissa. «When Will Dubai Fix Its Burning Skyscraper Problem?». Gizmodo. Gawker Media. Consultado el 6 de enero de 2016. 
  16. ↑ «Fire Safety in High-rise Buildings: Our Fire Solutions». Arconic Architectural Products SAS. December 2016. Archivado desde el original el 6 de abril de 2019. Consultado el 23 de junio de 2017. 
  17. ↑ «Grenfell Tower inquiry: the chair's findings so far». The Guardian. 30 de octubre de 2019. Consultado el 8 de septiembre de 2021. 
  18. ↑ Wahlquist, Calla (15 de junio de 2017). «Cladding in London high-rise fire also blamed for 2014 Melbourne blaze». The Guardian. Consultado el 15 de junio de 2017. 
  19. ↑ «Aluminum Composite Cladding and Fire: Safety Takes a Team Effort». January 2019. 
  20. ↑ Rajaneesh, A.; Sridhar, I.; Akisanya, A.R. (January 2016). «Indentation failure of circular composite sandwich plates». Materials & Design 89: 439-447. doi:10.1016/j.matdes.2015.09.070. 
  21. ↑ Rajaneesh, A.; Sridhar, I.; Rajendran, S. (March 2014). «Relative performance of metal and polymeric foam sandwich plates under low velocity impact». International Journal of Impact Engineering 65: 126-136. doi:10.1016/j.ijimpeng.2013.11.012. 
  22. ↑ Rajaneesh, A.; Satrio, W.; Chai, G.B.; Sridhar, I. (April 2016). «Long-term life prediction of woven CFRP laminates under three point flexural fatigue». Composites Part B: Engineering 91: 539-547. doi:10.1016/j.compositesb.2016.01.028. 
  23. ↑ Rajaneesh, A.; Sridhar, I.; Rajendran, S. (June 2014). «Failure mode maps for circular composites sandwich plates under bending». International Journal of Mechanical Sciences 83: 184-195. doi:10.1016/j.ijmecsci.2014.03.029. 
  24. ↑ Association of British Insurers (May 2003). «Technical briefing: fire performance of sandwich panel systems». 
  25. ↑ Booth, Robert (15 de junio de 2017). «Experts warned government against cladding material used on Grenfell». The Guardian. 
  26. ↑ Gordon M E Cooke (November 2000). «Sandwich panels for external cladding – fire safety issues and implications for the risk assessment process». 
  27. ↑ Probyn Miers (Winter 2016). «Fire Risks From External Cladding Panels – A Perspective From The UK». Perspective. (3.3.2 Cavities).