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Long:Construcción: Construcción en sandwich








3) CONSTRUCCIÓN EN SANDWICH

- Rigidez
- Núcleo
- Caras
- Fibras
- Adhesivos
- Fallos







La construcción en sandwich permite conseguir estructuras muy rígidas a la vez que muy ligeras. Es la más utilizada en competición del automóvil, aeronáutica, etc. y se puede aplicar perfectamente al mundo del descenso.

Un sandwich se compone de dos caras externas, que otorgan la mayor parte de la rigidez y un núcleo, cuya misión es mantener a las caras en su lugar.




- RIGIDEZ

Cuando tratamos de flexionar un sandwich, el núcleo se dobla, pero las caras pegadas en su superficie actúan de modo distinto: la tensión intenta comprimir la cara donde aplicamos la carga y estirar la cara contraria.


Lógicamente, es imprescindible que las caras estén perfectamente pegadas al núcleo.

La rigidez de un material se expresa por su módulo de elasticidad: indica cuanta carga puede soportar por cada centímetro de deformación. Los materiales más resistentes tienen módulos de elasticidad más altos.

la fórmula que determina la rigidez de un sandwich es:

D=[(Ec.a.t^3)/6] + [(Ec.a.t.d^2)/2] + [(En.a.c^3)/12]

resumiendo:

D= Rigidez de una cara + rigidez del núcleo + rigidez de las dos caras actuando como un bloque.

donde:

D= rigidez del sandwich
Ec = Modulo de elasticidad de la cara
En = Módulo de elasticidad del núcleo
a = Anchura de la tabla
t = espesor de una cara
c = espesor del núcleo
d = Distancia entre los centros de las caras, es decir: espesor del núcleo más espesor de una cara ( que es igual a dos veces la mitad del espesor de una cara ).

El valor en sí no nos mimporta demasiado, pero sí que nos permite comprobar qué variables tienen más o menos iinfluencia en la rigidez de un sandwich:

- Influencia moderada, la rigidez aumenta ligeramente:


- A mayor En: resistencia a la flexión ( módulo de elasticidad ) del material del núcleo. Aparece sólo en el tercer término de la suma ( y va dividida por 12 ).

- Influencia alta. La rigidez aumenta mucho:

- A mayor a: anchura. Aparece en los tres términos de la suma.
- A mayor Ec: resistencia a la flexión ( módulo de elasticidad ) de las caras. Aparece en los dos primeros términos de la suma.
- A mayor t: espesor de la cara. Aparece al cubo en el primer término y también aparece en el segundo término.

- Influencia muy alta. La resistencia aumenta mucho más:

- A mayor c: espesor del núcleo. Va elevado al cubo y, además, su valor siempre es mucho mayor que el espesor de una capa.

Según esto, el sandwich más resistente es aquel en el que tenemos un núcleo ligero, barato, con una resistencia moderada a la flexión pero con un espesor considerable y dos caras exteriores finas pero con una muy alta resistencia a la flexión.


Vamos a analizar el sandich por partes:




- NÚCLEO:

Las opciones más habituales son:

- Madera de contrachapado ligera ( pino, abeto, okume ).
- Madera de balsa cortada con la veta a lo alto. Muy resistente y ligera. No es fácil de encontrar. Absorbe mucha resina.
- Espuma de poliuretano "corcho blanco". Habitual en las tablas de surf junto con la resima de poliester. Tiene una densidad de unos 40 Kg/m3.

Necesita un espesor considerable para aguantar nuestro peso. Recuerda que en una tabla de surf la tabla se apoya completamente en el agua, pero en un street luge sólo se apoya en los ejes, que están separados 1'1 m. aproximadamente. Se puede usar como relleno para carenados, ya que es fácil de tallar.
- Espuma de poliestireno. Conocida como "corcho azul". Algunas tablas de surf la utilizan junto con la resina epoxy. Es más resistente que la anterior y también fácil de cortar y lijar. Existe en versión expandida y extrusionada, siendo la segunda más resistente.
- Espuma de PVC. Se vende lisa o cortada en cuadraditos ( como una tableta de chocolate ), para poder darle la curva que queramos. Es mucho más resistente que las anteriores y mucho más cara. Se usa en densidades de 40 a 80 Kg/m3. EN algunos modelos es termoconformable ( se vuelve blanda al calentarla )

- Panel de nido de abeja. Consiste en un conjunto de tubos o hexágonos soldados o pegados entre sí como formando un panal. De esta manera logramos una estructura muy rígida y, a la vez, muy ligera, ya que contiene mucho aire. Existen nidos de abeja de polipropileno ( termoconformables ), de aluminio y de nomex ( papel impregnado con kevlar ). Son la opción más eficaz pero, habitualmente, la más cara y laboriosa de trabajar.

Al núcleo hay que pedirle que no se fracture ni se arrugue ante impactos o cargas fuertes. La mayor parte de la fuerza del sandwich nos la darán las caras exteriores.




- CARAS:


Las opciones más habituales son:

- Madera de contrachapado o chapa de madera dura ( abedul, arce o haya ):
Recuerda que la madera tiene vetas y es mucho más resistente cuando la carga es perpendicular a las vetas que cuando es paralela. En los contrachapados las capas se colocan alternativamente: en uno de 3 chapas, las dos exteriores llevan una dirección ( a lo largo ) y la interior la contraria ( a lo ancho ). A nosotros nos interesa tener la mayor cantiad posible de fibras a lo largo de la tabla.

- Lámina de aluminio. Fina y bien adherida.

- Fibra de vidrio. La fibra más habitual por su relación resistencia-precio.

- Fibra de aramida ( Kevlar ). Más cara. De color amarillo. Especialmente resistente a la abrasión. Es difícil de pegar.

- Fibra de carbono. La más reistente y ligera. El único problema es su precio: cuesta unas 10 veces más que la fibra de vidrio.




- NOCIONES SOBRE LAS FIBRAS:

El grosor de la fibra se mide en g/m2. Cuanto más gramaje, más gruesa y resistente será pero más difícil de trabajar, se adapta peor a las curvas y se deshilacha más al manejarla.

Lo habitual es usar dos o tres capas más gruesas, de unos 200 g/m2, junto al núcleo para dar más resistencia y, opcionalmente, una última capa más fina de unos 100 g/m2 encima para dar un acabado más suave.

Existen 6 tipos de tejido principales:


- Manta o mat: fibras cortas y desordenadas, como las de las piscinas. Son las menos resistentes y las que más resina absorben. No se utilizan para construir longs o luges. No se pueden usar con resina epoxy.



- Tejido bidireccional estándar: Es una tela con hilos en sentido vertical y en sentido horizontal. Es la más habitual. Otorga la misma resistencia en las dos direcciones.
Lo más normal es que cada hilo pase por encima de un hilo y por debajo del siguiente, y así alternativamente. Esta es la configuración menos fuerte y, además, otorga un acabado en el que se notan más los "agujeritos" que forma la fibra.

- En el tejido twill, cada hilo pasa por encima de dos y luego por debajo de otros dos.

- En el tejido satin, cada hilo pasa por debajo de 5-6 hilos y por debajo de 1. Es el que mejores propiedades tiene y el que deja un acabado más liso. Sin embargo, es el más caro y se deshilacha con facilidad al manipularlo antes de su laminado.

- Tejido tridireccional: Los hilos corren a 0, 45º y -45º. Es útil si soportamos esfuerzos en diagonal, como en las tablas de snowboard, pero aporta más peso y coste.

- Tejido unidireccional: Todos los hilos corren en el mismo sentido y están sujetos por unas hebras muy finas en el otro sentido sólo para mantenerlos en su lugar al aplicarlos. Tienen la ventaja de que permiten diseñar el laminado específicamente según nuestras necesidades.

De esta manera, podemos combinar fibras unidireccionales y bidireccionales según nos interese para que la tabla sea más rígida en la dirección que nos interese, por ejemplo, en sentido longitudinal.




- ADHESIVOS:

Para realizar laminados de fibra hay dos opciones:

- Resina de poliester. Es tóxica y desprende bastantes vapores. No es muy resistente ya que su adhesión es básicamente mecánica. Sólo vale para fibra de vidrio. Es muy barata ( Aproximádamente 10 €/ Kg ). No es recomendable. Es la utilizada en las tablas de surf tradicionalmente.

- Resina epoxy. No desprende casi vapores. Es la más resistente. Válida para todas las fibras. No amarillea. Totalmente recomendable. Cuesta unos 15-18 €/Kg.

En ambos casos hay que mezclar la resina con el endurecedor ( se venden juntos ) en las proporciones que indica el fabricante, ni más ni menos.




- FALLOS DE UNA ESTRUCTURA SANDWICH:


Un sandwich puede fallar por:

- Delaminación: "despegado" entre la capa y el núcleo.
- Fractura del núcleo.

- Cizallamiento del núcleo.

En un próximo artículo ampliaremos esta información y os mostraremos con detalle la técnica para realizar un laminado de fibra de vidrio a vuestra tabla de madera o construir una tabla desde cero con estructura de sandwich.



© Calixto García. Zonagravedad.com. Permitido el uso incluyendo enlace a la fuente








 
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Autor: Calixto García Velasco



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