viga sándwich

Una viga sándwich es un elemento estructural compuesto por dos capas exteriores relativamente delgadas, llamadas "pieles", unidas a un núcleo interior mucho más grueso. Las "pieles" suelen ser de un material fuerte y rígido, como acero, aluminio o laminado compuesto, mientras que el núcleo suele ser un material de baja densidad, como espuma, madera de balsa o una estructura de panal. El núcleo se asienta perpendicularmente a las "pieles" y no soporta directamente las cargas de flexión, sino que mantiene la distancia entre las "pieles", lo cual es fundamental para la resistencia de la viga a la flexión.

La eficiencia de una viga sándwich proviene de la mecánica de las secciones compuestas. La resistencia a la flexión depende del segundo momento de inercia, que aumenta con la distancia del material al eje neutro. Al colocar material rígido lejos del centro y rellenar el medio con material ligero, los ingenieros logran altas relaciones resistencia-peso. Una viga sándwich de 200 mm de profundidad con "pieles" de acero de 5 mm y un núcleo de espuma se doblará mucho menos que una viga de acero macizo de igual peso, lo que hace que la construcción sándwich sea valiosa en aplicaciones aeroespaciales, marinas y automotrices donde la reducción de peso es importante.

Los materiales de núcleo comunes incluyen espuma fenólica, espuma de poliuretano, poliisocianurato rígido (PIR) y panal de aluminio. Los núcleos se seleccionan por densidad, resistencia al cizallamiento y propiedades térmicas. Un núcleo de panal podría tener de 40 a 100 kg/m³, mientras que la espuma rígida oscila entre 30 y 150 kg/m³. La unión "piel"-núcleo es crítica; la falla a menudo comienza como delaminación donde las "pieles" se separan del núcleo, típicamente causada por impacto, ingreso de humedad o tensión de cizallamiento excesiva en los bordes o alrededor de los recortes.

Aplicaciones y limitaciones

Las vigas sándwich aparecen en las palas de los aerogeneradores, los paneles del fuselaje de los aviones, los sistemas de pisos compuestos y los barcos de carreras de alto rendimiento. En los edificios, los sistemas de paneles sándwich se utilizan para muros cortina y pisos modulares. Sin embargo, la construcción sándwich es costosa en comparación con las secciones macizas, y el proceso de fabricación requiere condiciones de unión controladas y control de calidad. El aplastamiento del núcleo, la falta de coincidencia de la expansión térmica entre las "pieles" y el núcleo, y la absorción de humedad de ciertas espumas pueden reducir la vida útil si no se gestionan.

El término refleja la estructura en capas: las "pieles" son el pan, el núcleo es el relleno. Las vigas sándwich se distinguen de los laminados compuestos, que están hechos de múltiples capas delgadas de material similar apiladas, y de las vigas armadas, como las vigas en I soldadas, que utilizan alas y almas discretas en lugar de material de núcleo continuo.