Panel Sandwich Libro Capitulo 1 Informacion

PanelSandwich.ORG

Los Paneles Compuestos

Introducción a los paneles compuestos

Los paneles compuestos (también llamados sandwich) se utilizan sobre todo en la construcción como elementos de revestimiento exterior, de partición de ambientes, y para la subida de las paredes portantes, y de superficies de cobertura de una amplia gama de edificios industriales, comerciales y residenciales en el mundo. Durante más de 30 años los paneles compuestos han ofrecido a ingenieros y arquitectos nuevas posibilidades de planificación, diseño, y gestión de los costes tanto en la construcción de nuevos edificios como en la reestructuración de los viejos, ya que han demostrado ser una solución extremadamente económica, eficaz y versátil. Debido a su rápida difusión, los fabricantes actuales, en su constante esfuerzo para satisfacer las necesidades de un mercado en continua evolución, han desarrollado una amplia elección de diferentes superficies perfiladas y una multitud de acabados en la superficie, disponibles tanto para color como para revestimiento metálico. Además, han concebido juntas escondidas, combinado materiales diferentes, y creado paneles con formas especiales, permitiendo la construcción de edificios de notable valor y aspecto arquitectónico.

El crecimiento en el uso de los paneles compuestos se debe principalmente a la necesi- dad de la industria de la construcción de un panel con un peso contenido que tenga tam- bién elevados valores de aislamiento térmico, y sea al mismo tiempo sencillo de instalar.

El primer requisito ha sido satisfecho gracias al desarrollo técnico de las espumas rígidas de poliuretano (PUR) y de poliisocianurato (PIR), capaces de ofrecer elevadas propiedades de aislamiento térmico, especialmente si se ponen en relación con los materiales comúnmente utilizados en la construcción. La segunda característica, consistente en la sencillez de montaje en la estructura portante, ha resultado ser uno de los factores principales de la popularidad de dicho producto, ya que los tiempos de construcción se han reducido notablemente respecto a los métodos tradicionales, con el consiguiente ahorro de los costes de mano de obra. Durante los últimos 5-10 años, la línea de producto se ha ampliado gracias al desarrollo de los paneles sandwich con lana de roca. Originalmente desarrollados y probados para la utilización en las aplicaciones a prueba de incendios, dichos paneles son actualmente más utilizados para satisfacer los requisitos de aislamiento y absorción acústica. En definitiva, gracias al elevado número de características favorables, los paneles sandwich son un elemento esencial en las aplicaciones constructivas del futuro.

Principios base de los paneles compuestos

La estructura de los paneles sandwich se basa siempre en la misma configuración. Dos superficies, finas y dotadas de elevadas propiedades mecánicas, cierran dentro de sí un núcleo relativamente espeso, ligero y dotado de una adecuada rigidez en dirección normal a las caras mismas del panel.

La posibilidad de combinar juntos diferentes perfilados de las superficies exteriores y materiales de aislamiento no sólo ha permitido la creación de una amplia gama de productos, sino que también ha facilitado el diseño a los desarrolladores ya que ha hecho posible combinar las características favorables de cada uno de los materiales y eliminar al mismo tiempo las negativas.

Los paneles sandwich con superficies finas de aluminio o acero, y un núcleo aislante constituido por espuma de poliuretano o poliisocianurato de baja densidad, o lana mineral, gozan de una especial combinación de propiedades que los hacen ideales para el uso en aplicaciones de pared y de cobertura de edificios.


 

 

 

Éstos combinan las propiedades positivas de las superficies exteriores, esto es:

capacidad portante

protección del aislamiento contra los daños mecánicos

protección de los agentes atmosféricos

barrera contra el vapor

 

con las propiedades positivas del núcleo, esto es:

aislamiento térmico

aislamiento acústico

protección de las partes interiores de la corrosión.

 

Por lo tanto, el panel resultante debe su éxito a las siguientes propiedades:

elevada capacidad portante con bajo peso

aislamiento térmico excelente y duradero

buena barrera al agua y al vapor

excelente estanqueidad al aire

superficies exteriores capaces de ofrecer resistencia a los agentes atmosféricos y a ambientes agresivos

posibilidad de levantar rápidamente estructuras sin complejos equipamientos de elevación

sencillez de instalación en condiciones de tiempo adverso

sencillez de reparación o sustitución en caso de daño

economía en la producción de masa de componentes de calidad elevada y uniforme

larga vida con bajos costes de mantenimiento

resistencia al fuego de paneles con núcleo de lana mineral

 

Desgraciadamente los elementos sandwich también padecen las siguientes limitaciones:

            comportamiento no satisfactorio ante el fuego de los elementos con núcleos de espuma rígida

deformación cuando un lado está expuesto al calor, por ejemplo fuerte luz solar

deformación bajo carga en elementos dotados de núcleo de espuma rígida

baja capacidad térmica

si bien los paneles sandwich ofrecen un buen aislamiento acústico en comparación con construcciones alternativas con un peso similar, el nivel alcanzado es característico de construcciones ligeras.

 

Por lo tanto, los paneles sandwich son unidades de pared o de cobertura, en las cuales las superficies interiores y exteriores son hojas de metal perfiladas que actúan junto a un núcleo a relativamente baja resistencia mecánica y sin embargo tienen elevadas propiedades de rigidez y de aislamiento.

 

Los componentes de dicho sandwich deben estar unidos de manera que actúen como una unidad portante compuesta durante la vida operativa esperada. Esto se puede obtener o a través de un proceso de espumado o a través de la utilización de adhesivos especiales (en caso de núcleo de lana mineral), o también por medio de conexiones mecánicas.


Paneles de pared

Una típica sección transversal de un panel de pared (PanelSandwich.ORG Fachada vista) se muestra en la Fig. 1.1.

Las superficies de metal son muy finas, con un espesor que posiblemente varía entre 0,4 mm y 0,7 mm.

Con dichos espesores las superficies son suficientemente robustas para permitir un desplazamiento en condiciones de seguridad durante la fabricación y la instalación.

 

Fig. 1.1: Sección transversal del panel de pared Fachada vista

 

Como se ha mostrado, las superficies de metal a menudo están reforzadas por medio de un ligero perfilado en forma de endurecimientos longitudinales redondeados.

Dichos paneles ligeramente perfilados a veces se conocen como “estriados” (lined) o, cuando tienen un elevado número de perfiles redondeados relativamente pequeños, “micro-nervados”.

 

Hay diversos motivos para elegir dicha solución:

aumenta la rigidez de las superficies y en consecuencia la resistencia a la carga

superficies suficientemente planas son muy difíciles de producir sin micro-perfilado

se pueden obtener efectos arquitectónicos especiales

 

El rendimiento práctico de los varios tipos de panel está considerablemente influido por el diseño de los bordes de extremos, que deben formar conexiones estrechas entre elementos adyacentes.

 

Las juntas llamadas a “espiga y ranura”, como la mostrada en la Fig. 1.2, son las más comúnmente usadas.

Los bordes de las superficies de metal están plegados hacia atrás y en el interior del núcleo aislante impidiendo la formación de un puente térmico entre las superficies metálicas

 

 

Fig. 1.2: Vista transversal de la junta del panel de pared Fachada vista

 

Se aplica un sellante suave en la ranura y debe comprimirse cuando la espiga del elemento adyacente se introduce durante la instalación, haciendo que el montaje sea convenientemente impermeable al agua y al aire.

 

 

Paneles de cobertura

Los elementos de cobertura tienen características geométricas diferentes de las de los paneles de pared.

De hecho, los paneles de cobertura son pisados por los operadores encargados de la instalación y el mantenimiento, y durante su vida operativa deben resistir posibles cargas de nieve y pesadas lluvias.


 

 

 

 

 

Por estas razones, la mayor parte de los paneles de cobertura tienen una superficie exterior fuertemente perfilada, y el espesor de dicha superficie tiende a ser mayor que en los paneles de pared. En la Fig. 1.3 se muestra un típico panel de cobertura (PanelSandwich.ORG Grecas).

Fig. 1.3: Vista transversal del panel de cobertura Grecas

 

Los paneles están conectados a la estructura de soporte por medio de tornillos auto- perforantes o con auto-roscado que generalmente pasan a través de la brida superior de las duelas (Fig. 1.4). Recientemente, se está haciendo cada vez más común la fijación de la brida inferior por medio de tornillos con arandelas sellantes. Es necesario precisar que juntas, como la mostrada en la Fig. 1.4, se llaman “auto-cerrantes”, desde el momento en que su especial forma oblicua permite un procedimiento de montaje más sencillo y preciso, y asegura una mejor resistencia a la humedad y a las condiciones ambientales.

Fig. 1.4: Vista transversal de la nta del panel de cobertura Grecas

 

Paneles para almacenes fríos

El requisito de aislamiento térmico en almacenes fríos se respeta sobre todo eligiendo un espesor suficiente de un material aislante adecuado.

En cualquier caso, es necesario tener especial cuidado en el diseño de las juntas que deben ser impermeables al aire y al vapor, y que no deben actuar como puentes térmicos.

Conseguir estas características requiere soluciones muy costosas, pero este grado de sofisticación está justificado por la necesidad de tener para los almacenes fríos un elevado nivel de eficiencia térmica y una óptima estanqueidad al aire y al agua.

En la Fig. 1.5 es evidente el espesor del panel y la configuración de la junta para un típico panel de almacén frío.

Se introduce un sellante preformado en la junta de conexión entre los paneles adyacentes en la fase de instalación.

 

 

 

Fig. 1.5: Vista transversal de la junta longitudinal de un panel de almacén frío


Requisitos para los paneles de cladding sandwich

A diferencia de otras aplicaciones, en las cuales pueden prevalecer otras consideraciones, en la industria de la construcción la relación entre coste y prestación se clasifica por encima de cualquier otro aspecto, a causa de los muchos métodos constructivos entre los que elegir.

Los paneles sandwich deben respetar la siguiente lista de requisitos funcionales:

Requisitos de seguridad:

estabilidad bajo las tensiones que se producen durante la fabricación, el transporte, la instalación, y la utilización

adecuada resistencia al fuego

 

Requisitos de prestación:

resistencia a la penetración del agua, nieve, aire, y polvo tanto en correspondencia de la superficies como de las juntas

suficiente capacidad de aislamiento térmico

adecuada protección de la condensación de humedad

buen aislamiento acústico

 

Requisitos de duración:

resistencia a largo plazo a los agentes atmosféricos y corrosivos típicos de ambientes agresivos

resistencia a la degradación del material aislante, y de la adhesión de éste a las superficies

 

Requisitos estéticos:

tolerancias geométricas

variaciones de color

 

Además, deben respetarse los siguientes requisitos relativos a la construcción:

la sección transversal debe ser adecuada para los materiales utilizados

las juntas deben estar diseñadas para una instalación sencilla y rápida

las conexiones a la estructura de soporte deben ser seguras y estéticamente agradables

los requisitos de transporte no deben ser complicados.

 

Evidentemente, no es posible respetar todos los requisitos simultáneamente, por lo que es necesario llegar a un compromiso de manera que se obtengan las propiedades más favorables con un coste aceptable.

 

Protección del calor y la humedad

En los edificios residenciales, industriales y públicos, la especificación relativa al aislamiento térmico se está convirtiendo en una parte cada vez más importante del proyecto. Al aumentar los costes energéticos, con el correspondiente aumento de los costes de calefacción y climatización, el aislamiento se está convirtiendo en un aspecto cada vez más importante del diseño. En este escenario, los paneles sandwich muestran características especialmente ventajosas. Un factor importante que puede influir fuertemente el consumo de energía en un edificio es la penetración involuntaria del aire a través del revestimiento exterior.


 

 

 

 

 

La estanqueidad del aire, y la protección contra lluvias pesadas son características muy importantes para la protección contra el valor y la humedad, y para la calidad del clima interior. La ventaja más importante de los paneles sandwich es que éstos ofrecen, cuando se comparan con los métodos más comunes de construcción, un mejor y más uniforme aislamiento, y una mayor estanqueidad al aire y al agua.

En efecto, los paneles compuestos de hoy gracias a sus superficies metálicas y de la eficiente conexión, muestran una excelente estanqueidad al aire y al agua.

Esta característica puede desarrollarse, si es necesario, a través de los adecuados sistemas de estanqueidad, que hagan que el panel compuesto sea hasta 100 veces más impermeable al aire que los modernos cerramientos a la venta.

Por lo tanto, cuando se instalan adecuadamente, los paneles compuestos garantizan:

una reducción de las filtraciones de agua

un edificio más silencioso y confortable, y

un uso más racional de la energía tanto en verano como en invierno.

 

Por las mismas razones, el método de construcción con paneles compuestos ha demostrado ser una excelente inversión en la tecnología del frío.

 

La estanqueidad de aire de una estructura bien construida con paneles sandwich requiere una ventilación forzada controlada por razones de seguridad, salud y de prestación, y es obligatoria en muchas normativas sobre esta materia. En cualquier caso, este requisito está en la base de una construcción de obras realizada según marcan las normativas. Por esta razón, un sistema de ventilación mecánica bien proyectado, instalado y gestionado es extremadamente importante para alcanzar los beneficios de ahorro energético típicos de una estructura de paneles, y para evitar problemas de estanqueidad a la humedad y la condensación, sobre todo en climas húmedos. Claramente, el aire en un edificio no puede climatizarse y controlarse de manera eficiente si no puede retenerse. Los paneles sandwich desarrollan de manera óptima dicha tarea, si el instalador sigue atentamente las líneas maestras de guía dictadas por el fabricante. La falta de respeto de dichas líneas maestras de guía puede impedir que se obtengan los beneficios garantizados.

 

Protección de los agentes atmosféricos y de la corrosión

La protección de los agentes atmosféricos y de la corrosión juega un papel clave en la vida operativa y en la gestión del mantenimiento de un edificio. En el pasado, la protección de la corrosión de las superficies metálicas de los paneles compuestos se ha perfeccionado hasta un nivel tal que hoy se puede esperar una vida operativa superior a al menos una o dos generaciones. A pesar de ello, los paneles sandwich deben usarse con cuidado en algunas aplicaciones,como grandes estructuras marinas, a causa de los problemas de potencial corrosión que pueden producirse en un ambiente con alta concentración salina.

 

Comportamiento ante el fuego

Teniendo en consideración los requisitos de resistencia al fuego y de seguridad en caso de incendio, las construcciones de paneles compuestos son las más seguras y fiables. El aislamiento juega un papel muy importante en la prestación ante el fuego de un sistema de revestimiento, más que las superficies metálicas del mismo.


Los principales productos de aislamiento utilizados en el aislamiento de los paneles compuestos son:

Poliuretanos (PUR)

Poliisocianuratos (PIR)

Fibras minerales y de vidrio

Si bien las espumas PUR y PIR son combustibles y queman si se exponen a una llama, las prestaciones de los paneles basados en este tipo de aislamiento varían significati- vamente. Los paneles con un diseño de las juntas y una formulación de la espuma ade- cuados no presentan un riesgo excesivo en caso de incendio. Dado que la fibra mine- ral es de limitada combustibilidad, ésta se elige en las aplicaciones en las que la resis- tencia al fuego es crítica. En cualquier caso, debe tenerse en cuenta otras caracterís- ticas de los paneles realizados con lama mineral, como peso, espesor, aislamiento tér- mico, y precio en las aplicaciones en las que la resistencia al fuego es menos crítica.

 

Aislamiento acústico

Los paneles sandwich se utilizan normalmente para aplicaciones de pared y cobertura en fábricas y talleres donde los niveles de ruido son a menudo elevados. Si los paneles utilizados tienen superficies metálicas y ningún sistema de absorción acústica, el ambiente acústico en el edificio puede no ser satisfactorio ya que la mayor parte del sonido es reflejado en el interior del ambiente fuente por las superficies duras como las superficies mismas de los paneles.

Para mejorar el ambiente acústico, es necesario emplear materiales fono-absorbentes. Estos materiales fono-absorbentes pueden fijarse al techo o a las paredes.

Los paneles con superficies metálicas y núcleo de lana mineral, que tienen una de las caras perforadas, ofrecen una buena alternativa como partición de ambientes (donde no es necesario tener una barrera al vapor) o como envoltorio de maquinaria. Estos paneles tienen propiedades tanto fono-absorbentes como fono-reductoras. En la Fig. 1.6 se muestra la instalación de barreras acústicas en una autopista.

 

Fig. 1.6: Instalación de barreras acústicas en una autopista

 

La disminución del nivel general de sonido en el interior del ambiente ayuda a satisfacer los requisitos de nivel acústico en el exterior de la fábrica.

 

Ahorro de energía e impacto ambiental

La elección de los paneles compuestos como solución constructiva es soportada por importantes consideraciones de carácter ambiental. Bajo dicha perspectiva, los paneles compuestos:

son óptimos proveedores de aislamiento térmico, reduciendo los costes de calefacción y climatización durante la vida operativa de un edificio;


 

 

 

 

 

tienen aplicaciones duraderas, maximizando los recursos naturales utilizados en la producción;

contribuyen a la reducción de emisiones gaseosas - en producción durante el transporte y en la instalación.

Una estimación atenta del potencial de ahorro energético de un panel compuesto puede conducir a elevados ahorros en la energía de calefacción a través de toda la vida útil, igual a al menos el doble del coste de la inversión relativa a la utilización de los paneles para la construcción. Estos ahorros en recurso y capital se acompañan al mismo tiempo de una reducción proporcionalmente elevada de emisiones, como las causadas por la combustión de aceites de calentamiento u otros combustibles orgánicos. El grado de aislamiento ofrecido por algunos materiales comúnmente usados en las construcciones de obras se ilustra en la Fig. 1.7, donde los diferentes espesores mostrados son capaces de garantizar un mismo aislamiento térmico.

 

5 cm. ESPUMA POLIURETÁNICA

7,5 cm. POLIESTIRENO

cm. LANA MINERAL

cm. CORCHO

13 cm. CONGLOMERADO

28 cm. MADERA EN TABLAS

 

76 cm. BLOQUE DE CEMENTO

 

 

173 cm. BLOQUE DE LADRILLOS

 

 

Fig. 1.7: Comparación del aislamiento térmico ofrecidos por diferentes materiales

 

El ahorro continúa incluso después de la vida operativa, ya que en los paneles compuestos se recicla tanto el metal como la espuma poliuretánica, de una manera económica y ecológicamente constructiva.

Además de la recuperación de energía igual a aproximadamente el 34% de la energía total producida para usos térmicos, se efectúa también una recuperación de la espuma que constituye el núcleo del panel, ya que ésta se utiliza en la fabricación de una multitud de nuevos productos presentes a la venta.

También las hojas de aluminio se reciclan. Por ejemplo, una investigación llevada a cabo por los fabricantes de aluminio en 2003 indicó que la recuperación total de los productos de aluminio utilizados en el mercado de la construcción suponía aproximadamente el 80-85%.

Además, el aluminio utilizado en una aplicación de construcción resulta ser, al final de su larga vida útil, reciclable al 100%. Los componentes de construcción de aluminio puede reciclarse repetidamente en productos similares sin ninguna pérdida de calidad.

La capacidad de reciclar productos de aluminio para la construcción es aún más importante ya que cada vez más propietarios de edificios deciden desmontar viejos edificios, de manera que se puede extraer el máximo material reciclable posible. De esta manera, éstos no sólo conservan el valor del material, sino que eliminan el impacto ambiental y los costes de eliminación.

El reciclaje de aluminio reduce también los costes relativos a la energía. Por ejemplo, producir aluminio a partir de material reciclado requiere sólo el 5% de la energía requerida para producir aluminio a partir de la bauxita. Además, cada tonelada de aluminio reciclado lleva al ahorro de 4 toneladas de bauxita.


Diseño arquitectónico

En términos de consistencia y precisión, los paneles compuestos están entre las mejores opciones que la industria de los productos de la construcción puede ofrecer. Por ejemplo, los paneles compuestos son planos cuando se producen y siguen siendo planos una vez acabada la instalación.

No se producen deformaciones de las superficies porque éstas están pegadas al núcleo bajo tensión, produciendo un panel equilibrado.

 

Los paneles compuestos no sólo ofrecen consistencia de superficie, sino también consistencia de acabado. Aluminio y acero pueden tratarse en virtualmente cualquier color que el propietario del edificio o el arquitecto desee. Los paneles de zinc, y cobre se instalan normalmente sin acabado, aprovechando las características estéticas de dichos materiales.

 

Fig. 1.8 - 1.9: Ejemplo de aplicación de paneles PanelSandwich.ORG en arquitectura

 

Además, los nuevos desarrollos en la tecnología de pintura asegura que el acabado sea consistente de un panel de un panel sea igual al del panel que está situado al lado, lo que elimina la posibilidad de irregularidades en el aspecto estético del edificio.

 

Otras innovaciones ofrecen opciones funcionales y arquitectónicas adicionales. Un ejemplo es la unión de módulos fotovoltaicos a dichos paneles (Fig. 1.10).

 

Fig. 1.10: Ejemplo de aplicación de paneles fotovoltaicos PanelSandwich.ORG

 

 

Beneficios económicos

El aspecto estético es una de las razones de la popularidad de los paneles sandwich.

Gracias a las mejoras de las tecnologías productivas, y de las técnicas de instalación, los paneles sandwich son más competitivos en términos de coste que en el pasado. Hoy en día los paneles sandwich se instalan en una elevada variedad de edificios y construcciones y a menudo se utilizan junto con otros importantes materiales constructivos.


 

 

 

 

 

Los costes iniciales de construcción a menudo son inferiores con los paneles sandwich ya que los paneles pueden instalarse típicamente de forma más rápida que otros materiales, como granitos o ladrillos.

A causa de su reducido peso, éstos permiten ahorrar en los costes de la estructura de acero, ya que la estructura de soporte necesaria es de dimensiones reducidas.

 

Además, los costes de mantenimiento se reducen por efecto de las continuas mejoras en la tecnología de pintura y revestimiento.

Los paneles sandwich actuales conservan su lustre durante años, asegurando que el edificio mantenga su aspecto estético y su valor inmobiliario a largo plazo.

Esta longevidad marca la diferencia cuando llega el momento de vender el edificio. De este modo, los edificios revestidos con paneles sandwich no aparecen nunca desgastados por el tiempo, reduciendo a menudo la necesidad de afrontar costes adicionales de reestructuración preventa.

 

La eficiencia en términos de ahorro de energía y bajo mantenimiento ya ha sido objeto de discusión.

Un punto interesante es que un aumento del 100% en protección térmica, obtenido adoptando el método de construcción de paneles compuestos, aumenta el coste total de los materiales y de la instalación aproximadamente sólo el 10%.