Durabilidad, bajo condiciones climáticas, del Panel Compuesto Ligero Autoportante, tipo sándwich, de caras derivadas de la madera, que se emplea como sistema de cerramiento de cubiertas

Resumen

Durabilidad, bajo condiciones climáticas, del Panel Compuesto Ligero Autoportante, tipo sándwich, de caras derivadas de la madera, que se emplea como sistema de cerramiento de cubiertas. Esta investigación tiene como objetivo el estudio de la degradación, producida por los factores ambientales de humedad y temperatura, del panel compuesto ligero autoportante (panel sándwich) basado en madera, empleado como cobertura de tejados. Se estima que la cuestión no está suficientemente desarrollada en la guía europea de DITE, ETAG 016. Sobre el panel compuesto ligero autoportante, tipo sándwich, de caras derivadas de la madera, utilizado como elemento no estructural para la cobertura de tejados, hay poca experiencia respecto a otras soluciones constructivas más tradicionales y hay una carencia de normas especificas para su evaluación. Esto provoca disparidad de calidades, y el empleo inadecuado del mismo por parte del instalador. Una cuestión de gran importancia es su comportamiento a largo plazo, ya que en último término se trata de un producto formado por tableros derivados de la madera, unidos a espumas de polímero mediante adhesivos. De esta manera surge el interrogante acerca de a qué ritmo degradaría frente a las agresiones ambientales de todo tipo a que puede estar expuesto permanentemente y durante décadas: humedad, temperatura, heladas y desheladas, vientos, nevadas y organismos vivos. Los fabricantes, presionados por la competencia y por los gustos del consumidor, tratan de innovar continuamente, introduciendo nuevos tipos de tableros derivados de la madera para conseguir diferentes estéticas de acabado; también emplean distintos materiales, espesores y densidades en el núcleo. El fabricante necesita saber si el próximo tipo de panel que pretende fabricar y comercializar va a funcionar correctamente, prediciendo el comportamiento del mismo antes de proceder a su fabricación y a su costoso proceso de evaluación normativa. En noviembre de 2003 la organización europea EOTA publica la guía de evaluación de producto ETAG 016, Parte 1 como base para la evaluación técnica guía del panel compuesto ligero autoportante dentro del proceso de obtención del marcado CE. También publica la Parte 2, específica del panel para tejado. La publicación de esta guía es, en sí mismo, un reconocimiento implícito de falta de conocimiento para generar una norma armonizada, y de hecho así se indica en la propia guía; en ella se aprecia la influencia del panel de caras metálicas, debido a que ha sido más profusa y largamente estudiado, y aunque ambos paneles tienen cierta semejanza de comportamiento, el de caras derivadas de la madera tiene problemas y particularidades que no aparecen en el de caras metálicas. En la ETAG 016 se especifica que la vida útil esperada para un panel autoportante habrá de ser de 10 años para aquel que resulte fácilmente reemplazable, y de 25 años para el que no lo sea; esto siempre que esté sujeto a un uso y mantenimiento apropiado. También se explicita que durante toda su vida útil, el panel habrá de cumplir con los Requisitos Esenciales Este trabajo pretende responder a diversas cuestiones sobre el envejecimiento por causa de la humedad y la temperatura ambientales del panel sándwich de uso en cubierta: 1. Los ensayos de ciclos climáticos propuestos en la guía ETAG 016, ¿Cómo se relacionan con el daño experimentado por el panel sándwich basado en madera de cobertura de tejados cuando permanece durante años en ubicaciones reales? 2. Los criterios de evaluación propuestos para valorar las muestras después de haberlas sometido a esos ensayos de ciclos climáticos, ¿son apropiados para este tipo de panel sándwich? 3. Si el panel sándwich se somete a los mismos ensayos de ciclos climáticos que la ETAG 016 propone someter a las probetas de tracción perpendicular, ¿Cuál sería el comportamiento mecánico del panel?, ¿Hay una relación entre el ritmo de degradación de la resistencia a tracción y el ritmo de degradación del comportamiento mecánico de todo el panel sándwich? 4. ¿Es posible someter a un panel sándwich a un envejecimiento acelerado para simular la degradación experimentada por un panel sándwich en su ubicación real, sin tener que esperar tanto tiempo? Si, como se sospecha, los ciclos climáticos propuestos en la ETAG 016 son tan agresivos, ¿Cuál es el sentido de dañar las probetas de tracción perpendicular de una manera tan intensa que no ocurrirá nunca en las ubicaciones reales del panel? 5. La ETAG 016 indica que el panel sándwich debe someterse, tras su fabricación, a varios ensayos de evaluación. ¿Por qué no someter el panel sándwich a un envejecimiento más real y tras ello comprobar de nuevo si el panel envejecido cumple los Requisitos Esenciales? Para ello se planificaron las siguientes tareas: 1. En primer lugar se desarrollaron y adaptaron los ensayos mecánicos propuestos en la guía ETAG 016. Se adaptaron para el estudio del comportamiento mecánico del panel compuesto ligero autoportante basado en madera y empleado como cerramiento de cubiertas. Se diseñaron y fabricaron los dispositivos necesarios y se adaptó una maquina de ensayos universales. Cada uno de estos ensayos fue analizado y probado para ver si era adecuado para evaluar la degradación higrotérmica esperada. Cada ensayo se describió detalladamente en un procedimiento, incluyendo la evaluación de incertidumbres cuando se estimó necesario. 2. Se seleccionaron dos tipos de panel sándwich de uso común en cobertura de tejados: el primero está formado por un tablero machihembrado de madera maciza de abeto + núcleo de XPS + tablero de partículas; el segundo está formado por una placa de yeso laminado + núcleo de XPS + tablero de partículas. Las caras exteriores o pieles están adheridas al núcleo de XPS (espuma de poliestireno extruido) mediante un adhesivo de poliuretano monocomponente de curado en presencia de humedad. Empleando los ensayos mecánicos seleccionados se caracterizaron estos dos tipos de panel y sus componentes sin envejecer, tras la fabricación. 3. Tomando como referencia tanto la normativa existente como la literatura científica al respecto, se ideó y aplicó un envejecimiento acelerado al panel sándwich. Empleando los ensayos mecánicos seleccionados, se midió la degradación de los materiales constituyentes, de las uniones adhesivas y del comportamiento del panel completo (estáticamente a flexión positiva en dos vanos y dinámicamente a impacto por cuerpo blando). 4. Un grupo de probetas del mismo lote de panel sándwich fueron sometidas a un envejecimiento en condiciones de servicio real (envejecimiento natural) durante cuatro años. Se midió su degradación y se comparó con la del envejecimiento acelerado descrito en el párrafo anterior 5. Estas degradaciones se compararon con las producidas por un ciclo climático de control o referencia, el Ciclo 2 de la guía ETAG 016, que se utiliza en la evaluación de la durabilidad ambiental, y se aplicaron los criterios que propone dicha guía para juzgar los resultados. Se propusieron mejoras a esos criterios. Se han alcanzado las siguientes conclusiones: 1. Respecto al envejecimiento natural frente al acelerado a. Si las condiciones ambientales en los alrededores del panel, presentan oscilaciones suaves de la humedad relativa, temperaturas ambientales moderadas y ausencia de ciclos de congelación-descongelación, la unión adhesiva XPS-tablero de partículas, la unión adhesiva XPS-tablero de friso de abeto (ambas adheridas con PUR monocomponente de curado en presencia de humedad), y el tablero de partículas mismo, no experimentan merma alguna de propiedades mecánicas en probetas sometidas a envejecimiento natural. b. El envejecimiento acelerado consistente en un ciclado no brusco entre condiciones de humedad relativa baja (30% HR) y alta (85% HR), se ha revelado como significativamente más agresivo para la unión adhesiva que el envejecimiento según el ciclo 2 de la ETAG 016 consistente en el mantenimiento en condiciones de humedad máxima (100% HR). La unión adhesiva es la parte del panel que ha experimentado gran degradación en ambos ciclos, sin embargo esto no se traslada completamente a degradación en el comportamiento del panel completo. c. Un panel deteriorado higrotérmicamente no es detectable en una mera inspección visual. 2. Respecto a la filosofía de la evaluación de la durabilidad en la guía ETAG 016 La ETAG 016 solamente evalúa la durabilidad higrotérmica a través de la variación de la resistencia de la unión adhesiva. Se ha concluido que se debería someter el panel completo a un envejecimiento realista y comprobar que se siguen cumpliendo los requisitos esenciales al menos en los ensayos relativos a la seguridad de utilización del panel. Esto debería hacerse, al menos, con el ensayo de impacto por cuerpo blando, debido a la importancia que este ensayo tiene para la seguridad al uso; otras razones para ello son: porque en muchas ocasiones el ensayo sin envejecimiento es superado sin mucha holgura, por lo delicado que es el panel ante la humedad, y porque resulta sencillo de realizar. 3. Respecto al ensayo de ciclos climáticos Ciclo 2 de la guía ETAG 016 a. En la aplicación del ciclo 2 de la ETAG 016 al panel estudiado, se ha observado que resulta muy agresivo, ya que plantea unas condiciones que no se darían en la realidad, aunque sí que podrían darse por ejemplo en el caso de paneles de caras metálicas instalados como muros de fachada. Además el hecho de utilizar exclusivamente este ciclo hace que quede sin evaluar el comportamiento frente a oscilaciones cíclicas de la humedad, que tiene importancia en los productos derivados de la madera. b. Entre otras, se recomienda modificar el procedimiento de realización del ensayo de ciclos climáticos en las siguientes cuestiones: ¿Aclarar si el ensayo debe hacerse aunque el fabricante recomiende disponer elementos de impermeabilización sobre el panel. Ahora la decisión la toma el organismo notificado evaluador. ¿Para no mezclar resultados de diferentes causas de fallos en el ensayo de tracción, realizar el ensayo sobre cada una de las uniones adhesivas diferentes que tenga el panel. c. También se proponen diversas modificaciones en los criterios numéricos utilizados en la evaluación de los resultados de la tracción perpendicular 4. Respecto al ensayo de flexión positiva (carga positiva) El ensayo de flexión o carga positiva de la ETAG 016 debería hacerse según el montaje más desfavorable especificado por el fabricante, de manera que forme parte del ensayo no solamente el panel, sino las correas y las fijaciones en la manera en que se disponen en el montaje real, con el objetivo de ensayar toda la disposición correspondiente, lo mas fidedignamente posible, a las condiciones reales de uso. Actualmente la ETAG 016 solamente evalúa el panel sándwich a flexión positiva, pero sin el resto de los componentes del montaje real.