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Los Paneles
Compuestos
1.1
Introducción a los paneles compuestos
LOS PANELESCOMPUESTOS
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 necesidad de la industria de la construcción de un panel con un peso contenido que tenga también elevados valores de aislamiento térmico, y sea al mismo tiempo sencillo de instalar.
1.2
Principios base de los paneles compuestos
Los Paneles Compuestos
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.
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.
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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.
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1.2.1 Paneles de pared
Fig. 1.1: Sección transversal del panel de pared Monowall
LOS PANELESCOMPUESTOS
Una típica sección transversal de un panel de pared (Metecno Monowall) 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.
Fig. 1.2: Vista transversal de la junta del panel de pared Monowal
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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.
1.2.2 Paneles de cobertura
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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 (Metecno
Glamet).
Fig. 1.3: Vista transversal del panel de cobertura Glamet
Los paneles están conectados a la estructura de soporte por medio de tornillos autoperforantes 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 junta del panel de cobertura Glamet
1.2.3 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
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1.3
Requisitos para los paneles de cladding sandwich
LOS PANELESCOMPUESTOS
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 estéticos:
• tolerancias geométricas
• variaciones de color
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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
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.
1.4 Protección del calor y la humedad
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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.
1.5
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.
1.6 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.
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1.7
Aislamiento acústico
LOS PANELESCOMPUESTOS
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 significativamente. Los paneles con un diseño de las juntas y una formulación de la espuma adecuados no presentan un riesgo excesivo en caso de incendio. Dado que la fibra mineral es de limitada combustibilidad, ésta se elige en las aplicaciones en las que la resistencia al fuego es crítica. En cualquier caso, debe tenerse en cuenta otras características de los paneles realizados con lama mineral, como peso, espesor, aislamiento térmico, y precio en las aplicaciones en las que la resistencia al fuego es menos crítica.
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.
Fig. 1.6: Instalación de barreras acústicas en una autopista
Los Paneles Compuestos
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.
1.8 Ahorro de energía e impacto ambiental
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1
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
9 cm. LANA MINERAL
10 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.
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1.9 Diseño arquitectónico
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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 Metecno en arquitectura
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 Metecno
1.10 Beneficios económicos
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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.
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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%.
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