Información General sobre Paneles Sandwich
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 arquitectónicos.
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 sandwich
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 fachada
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.
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
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 cubierta
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).
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.
Paneles frigoríficos
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.
Requisitos para los paneles de 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.
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 |  |
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.
