Sistemas Arquitectonicos Adaptativos y Autogenerativos

SISTEMAS ARQUITECTÓNICOS ADAPTATIVOS Y AUTOGENERATIVOS Por Carlos E.Castro

SA3

Sistemas Arquitect贸nicos Adaptativos y Autogenerativos por Carlos Castro

ELISAVA / M谩ster en Dise帽o Avanzado y Arquitectura Digital / 2da Edici贸n 2010_2011

ELISAVA / Máster en Diseño Avanzado y Arquitectura Digital 2da Edicion 2010/ 2011 Bio-Design Laboratory BioDeLab Dirección:

Conferenciantes:

JORDI TRUCO Arquitecto licenciado por la ETSAB. MArch Emergent Technologies and Design in the Architectural Association AA.

JAVIER PEÑA Phd Ciencias Químicas.

Profesor y Jefe del departamento de Ciencia y Tecnología de ELISAVA.

Equipo Docente:

SYLVIA FELIPE Arquitecto licenciada por la ETSAB. MArch Emergent Technologies and Design in the Architectural Association AA. Socia fundadora Hybrid Studio.

JORDI TRUCO Arquitecto licenciado por la ETSAB. MArch Emergent Technologies and Design in the Architectural Association AA. MIKE WEINSTOCK Architect, Head of Studies Architectural Association AA. Director Emergent Technologies and Design Architectural Association, AA, UK. Director Technical Studies AA. MARCO VERDE Ingeniero de la Edificación en la Universidad de Cagliari.

MArch Arquitectura Biodigital, Esarq UIC. Head of research at the Hyperbody Research Group in TUDelft.

LUIS FRAGUADA Architect. MArch Archicture and Urbanism from the Architectural Association Design Research Laboratory (DRL) UK. MArch Digital Tectonics, IAAC. MARCEL BILURBINA Arquitecto licenciado por la ETSAB. MArch Artes Digitales UPF. SANTI PLADELLORENS Ingeniero de Producto.

Jefe de Proyectos Rapid Tooling and Rapid Manufacturing ARRK.

MIKE WEINSTOCK Architect, Head of studies Architectural Association AA. Director Emergent Technologies and Design Architectural Association, AA, UK. Director Technical Studies AA. JAVIER PEÑA Phd Ciencias Químicas.

Profesor y Jefe del departamento de Ciencia y Tecnología de ELISAVA. MIREIA FERRATE Arquitecto, Filósofa, directora RO-Botica.

SYLVIA FELIPE Arquitecta licenciada por la ETSAB. MArch Emergent Technologies and Design in the Architectural Association AA. Socia fundadora Hybrid Studio.

Computational Design Laboratory CoDeLab Dirección: JORDI TRUCO Arquitecto licenciado por la ETSAB. MArch Emergent Technologies and Design in the Architectural Association AA.

LUIS FRAGUADA Architect. MArch Archicture and Urbanism from the Architectural Association Design Research Laboratory (DRL) UK. MArch Digital Tectonics, IAAC.

PAU DE SOLA MORALES Arquitecto Licenciado por la ETSAB. Phd. Harvard Design Shool.

Profesor de Estética y Composición de la Universidad Rovira y Virgili (URV).

ISAAC SALOM Diseñador Industrial por ELISAVA. Socio de SALOMSTUDIO.

JUAN PABLO QUINTERO Arquitecto Graduado Universidad Central de Venezuela.

Phd. Departamento de Composición Arquitectónica UPC. Director Medio Design Studio.

Equipo Docente: JORDI TRUCO Arquitecto licenciado por la ETSAB. MArch Emergent Technologies and Design in the Architectural Association AA. MIKE WEINSTOCK Architect, Head of Studies Architectural Association AA. Director Emergent Technologies and Design Architectural Association, AA, UK. Director Technical Studies AA. MARCO VERDE Ingeniero de la Edificación en la Universidad de Cagliari.

MArch Arquitectura Biodigital, Esarq UIC. Head of research at the Hyperbody Research Group in TUDelft.

SANTI PLADELLORENS Ingeniero de Producto.

Jefe de Proyectos Rapid Tooling and Rapid Manufacturing ARRK. MARCEL BILURBINA Arquitecto licenciado por la ETSAB. MArch Artes Digitales UPF. ROGER PAEZ Arquitecto Licenciado por la ETSAB. MArch GSAPP, Columbia University.

Agradecimientos

En primer lugar quiero agradecer a todo el Staff de profesores que hacen posible la realización de este Máster, especialmente a Marcel Bilurbina por su paciencia y actitud, a Jordi Truco, por promover la excelencia que nos ha puesto en línea con los mejores programas académicos a nivel internacional.

A mis compañeros de Máster por mantener un magnífico ambiente de trabajo, competitivo y de colaboración. A mi equipo de trabajo Carlos Gómez, Xavi Montoya, Manuel Lopes y Begoña Gassó, por el tiempo, la dedicación y las experiencias compartidas.

A Tomás Diez, por su valiosa colaboración a través del FabLab BCN, que ha hecho posible la construcción de los prototipos y modelos de prueba del Coralium System.

A Majo Franco por su apoyo y colaboración en la edición gráfica y registro fotográfico de esta obra.

A Dios y mi familia por acompañarme en este viaje.

Índice de Contenidos

BioDeLab Máster en Diseño Avanzado y Arquitectura Digital Introducción................................................................................ 8 Tecnologías Materiales Seminary Big Fabrication...........................................................14 Digital Fabrication......................................................................15 Procesos Sustractivos...............................................................16 Procesos Formativos.................................................................22 Procesos Aditivos......................................................................24 Aplicaciones en Arquitectura.....................................................34 Conclusiones / Tecnologías Materiales.......................................35 Sistemas Emergentes Sistemas Emergentes by Steven Johnson................................38 Diseño Paramétrico...................................................................42

Parámetros.........................................................................................94 Constructive Systems........................................................................98 Reactive Systems Hardware..........................................................................................104 Arquitectura Inteligente....................................................................106 Re-active Proposal........................ ..................................................110 Propuesta Arquitectónica Contexto...........................................................................................126 Propuesta.........................................................................................130 Prototipo...........................................................................................134

Conclusión / BioDeLab.....................................................................140 Laboratorio de Biodiseño Case Study/ Puente sobre El Basento......................................48 Conclusiones / Case Study.........................................................58 Sistemas Materiales Performative Proliferation Workshop.........................................62 Construcción Del Sistema Coralium Coralium System / Concepto.....................................................70 Definición del Componente........................................................71 Sistema Geométrico..................................................................73 Sistema Adaptativo....................................................................90

CoDeLab

PARA-Site

Genético vs. Generativo El Paradigma de la Complejidad............................................147

Parasite Pabellón Interactivo.........................................................................222

Laboratorio de Diseño Computacional Contexto..................................................................................152 Cartografías Operativas..........................................................153 Esquemas de Ocupación........................................................172 Envolvente..............................................................................173 Programación del Escenario...................................................176

Diseño y Performatividad Modelos de Estudio............. ...........................................................226 Programa Arquitectónico..................................................................228 Materiales........................................................................................230 Tectónica Digital...............................................................................236 Modelo Final.....................................................................................240

Propuesta Arquitectónica Implantación............................................................................190 Programa................................................................................192

Ingeniería de Control Análisis del Entorno.........................................................................248 Sistema Reactivo.............................................................................250 Proyecto Interactivo.........................................................................251 Sensorización...................................................................................252

Formación Instrumental Sistemas CAD/CAM...............................................................200 Prototipo CoDeLab..................................................................202

Mecatrónica Sistemas de Actuación....................................................................256 Sistemas de Control........................................................................276

Conclusión / CoDeLab.............................................................216 Montaje Final Imágenes de Montaje.......................................................................280 Conclusión / PARA-Site...................................................................286 Bibliografía.......................................................................................287

Master en Diseño Avanzado y Arquitectura Digital ADDA. Introducción Los abrumadores adelantos tecnológicos que hemos tenido durante estas últimas décadas en el área de la informática, las telecomunicaciones y la creación del Internet, han abierto para los profesionales del diseño y la arquitectura una amplia plataforma de experimentación para conceptualizar nuevos procesos, impulsados por la tendencia cada vez mas fuerte a inclinarse por un enfoque más positivista de las metodologías de trabajo, que se complementan a la perfección con este nuevo lenguaje digital.

Desde que Alan Turing a través de la investigación de modelos matemáticos, buscaba conceptualizar una máquina que fuese capas de resolver uno tras otro todos los problemas algorítmicos originando su famosa teoría de “La Máquina de Turing”, donde se fundamentan los conceptos de la informática moderna, hasta el día de hoy, en el que contamos con programas informáticos que permiten la resolución de cálculos sumamente complejos, que se manifiestan en métodos de representación, análisis y modelado cada vez más interesantes.

Esto nos lleva a contar con la versatilidad que ofrecen los computadores modernos, permitiéndonos transformar el antiguo concepto

del diseño y representación de la arquitectura pensada desde el espacio bidimensional, a las múltiples alternativas para el modelado y construcción de geometrías complejas con un alto grado de precisión, cuya concepción se realiza desde el principio en el espacio tridimensional, con la capacidad de sistematizar muchas de las fases del proceso, introduciendo variables cada vez mas complejas que de otra manera sería casi imposible.

Poder previsualizar de manera rápida los efectos de cada una de las modificaciones aplicadas al proyecto, es otra de las ventajas que nos permite ahorrar costos en tiempo y dinero.

Así como en otros momentos históricos las herramientas y conocimientos disponibles se han plasmado en la imagen de la arquitectura, esta no va a ser la excepción, la arquitectura digital tiene su propio lenguaje, pero no en el sentido figurativo que han tomado ejemplos como el movimiento moderno, los cuales en su búsqueda por la racionalidad y el funcionalismo consiguieron una estética muy parecida a las máquinas, en las que basan su idea de eficiencia. Esta nueva imagen de la arquitectura digital es casi irrelevante en si misma, puesto que el verdadero valor está en poder expresar de manera clara y coherente la complejidad de los procesos, y de las variables que intervienen en su configuración.

Peter Eisenman lo describe como “la idea de una arquitectura como “escritura” en vez de una arquitectura de imágenes. Lo que está siendo escrito no es el objeto en si mismo sino el acto de dar forma a aquella materia”.

Algunos de estos procesos implican conceptos como “Inteligencia Artificial” o “Morfogénesis Digital”, planteando la viabilidad de programar sistemas o posibles escenarios donde podamos simular conjuntos de partículas o agentes autónomos, con un comportamiento según sencillas reglas que les permitan interactuar entre ellos y con su entorno, modificando su comportamiento y aprendiendo del mismo.

La finalidad es conseguir mecanismos de autogeneración de estructuras y de esta manera poder utilizar la herramienta para pensar edificios de una nueva manera.

En este punto es fácil pensar que muchos de estos sistemas se inspiran en otros presentes en la naturaleza, por la imagen orgánica, sinuosa y celular de muchos de estos proyectos, pero la verdad, es que es mucho más interesante poder comprender las leyes de comportamiento de estos fenómenos simples, para organizarse de manera eficiente y generar estructuras complejas. Este proceso de observación de la morfogénesis y traslado al mundo digital nos ha obligado a tratar de comprender de igual manera el lenguaje infor-

mático y tectónico, esta es la única manera de emplear esta herramienta sin tener la limitación de lo que nos pueda ofrecer un determinado software y conseguir la posibilidad de materializar estas ideas.

BioDeLab

Bio Design Laboratory Máster en Diseño Avanzado y Arquitectura Digital, ADDA / ELISAVA. Director : Jordi Truco

Contenido: Big Fabrications / Seminary Emergence in Natural Systems Case Study Performative Proliferation / Workshop Design Studio Re-Active Systems Propuesta Arquitectónica

TECNOLOGÍAS

MATERIALES

Big Fabrication / Seminary Santi Pladellorens / Jordi Truco Por: Carlos E. Castro

Contenido: Manufacturing Diversity Rapid Prototyping / Manufacturing Procesos Sustractivos Procesos Formativos Procesos Aditivos Aplicaciones en el Campo de la Arquitectura Conclusiones

Seminary / Big Fabrication

Manufacturing Diversity El Hombre ha basado su desarrollo social, en la capacidad de planificar y construir su entorno, fabricar herramientas que faciliten la adaptación al medio ambiente y satisfacer las necesidades esenciales.

La materia prima ha sido el principio fundamental en el proceso constructivo, de hecho ha marcado la pauta en la historia de la tecnología. Originalmente el hombre aprendió a manipular la piedra para fabricar herramientas cortantes que facilitaron la caza, la arcilla para fabricar contenedores, las fibras naturales que derivaron en textiles y vestimenta, la madera en la fabricación de herramientas agrícolas y refugio.

Los metales sin duda alguna marcaron un avance muy significativo en los procesos de construcción y en la fabricación de productos, empujados por la necesidad de innovación en desarrollo de material bélico, hasta finales del siglo XIX donde la revolución industrial introdujo nuevos conceptos como “la fabricación en serie y “la sociedad de consumo”, desencadenando un modelo económico basado en el hecho de que somos consumidores gracias al dinero que obtenemos de producir y somos productores para obtener dinero y consumir.

El modelo basado en el “Consumismo” ha

generado una carrera desenfrenada por ofrecer nuevos productos, ya que es lo único que garantiza a las empresas ser competitivas y mantenerse en el tiempo; esto ha empujado a científicos y diseñadores a plantearse nuevos retos de eficiencia en términos de diseño, materialidad y funcionalidad.

Sin embargo en la última década el uso global de las herramientas informáticas y el acceso a una red casi infinita de información como lo es el internet, ha influido en los métodos de diseño y producción. La aplicación de herramientas Cad/Cam y desarrollo de materiales inteligentes originalmente empleados en la industria militar o aeroespacial, se están haciendo más accesibles comercialmente y han generado toda una revolución en la fabricación de productos por medios digitales.

Hoy en día estamos descubriendo un nuevo concepto que toma el nombre de “Fabricación Digital” o conocido por su término en ingles “Digital Fabrication”, el cual deja obsoleta la producción en masa al hacer rápida y económica la materialización física de productos a partir de datos numéricos, abriendo todo un mundo de nuevas posibilidades.

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Digital Fabrication Rapid Prototyping / Rapid Manufacturing La fabricación por medios digitales hasta hace muy poco tiempo era cuestión de ciencia ficción, pero con el desarrollo de computadores cada vez más veloces, con mayor capacidad para el cálculo y procesamiento de datos, fue posible crear modelos digitales de objetos tridimensionales de gran complejidad, a partir de principios matemáticos y trigonométricos que varían de algunos programas informáticos a otros, pero que al fin y al cabo persiguen el mismo propósito, representar y simular las características físicas de un objeto real en un entorno virtual, que en realidad no es más que el producto de la organización compleja de la información en lenguaje binario.

Hemos tenido la necesidad de crear un lenguaje compatible con las máquinas, el cual nos permite transmitir los datos correspondientes de todo lo que existe en nuestro entorno físico a los computadores, para lograr recrear y simular la forma, apariencia y comportamiento de los objetos dentro de un programa informático; de esta manera podemos utilizar el computador para diseñar desde cero y obtener un modelo realista, pero que no tendría ninguna utilidad mayor si no fuésemos capaces de materializarlo.

Esta es la clave en torno a la fabricación digital, de la misma forma como hemos sido capaces de codificar la información de objetos reales para representarlos en un modelo digital, también hemos logrado extraer información de un modelo digital en tres dimensiones generado en el computador; así cualquier sólido o superficie por muy compleja que sea, se podría sintetizar en una malla poligonal o reticular, donde cada punto posee una coordenada (x,y,z,) que le asigna su posición en el espacio, a través de las líneas que unen dichos puntos y en función a las normales* de cada superficie se puede diferenciar que constituye el interior y exterior del objeto.

Estos datos son transmitidos a un equi-

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po de fabricación digital, el cual es capaz por cualquiera de los diferentes procesos de materializar el objeto a partir de los datos numéricos suministrados con total precisión.

Los diversos procesos de fabricación digital pueden clasificarse en tres categorías, diferenciándose unos de otros en la manera en que es tratada la materia prima para obtener el producto final; los procesos Sustractivos y Formativos se han derivado de la automatización mediante el control numérico de antiguos procedimientos artesanales como el plegado, corte, etc. Los procesos aditivos en cambio son realmente innovadores, permitiendo materializar los objetos por agregación de partículas de material en función de un modelo 3D realizado por computador.

Procesos Sustractivos

Mediante esta técnica se pueden obtener productos a partir del corte en dos dimensiones (2D) de materiales laminares o el fresado de bloques de material, para obtener superficies y relieves en tres dimensiones (3D), en cualquier caso el principio fundamental es extraer masa de un material base hasta llegar a la forma requerida.

Estos equipos poseen un cabezal conformado por el dispositivo de corte, que se desplaza en el eje x,y,z, sobre un sistema de rieles, impulsado por servomotores eléctricos de gran precisión y controlado por un sistema electrónico, que calcula el desplazamiento del cabezal en función a los datos numéricos suministrados por el computador.

En los equipos llamados de tres (3) ejes que son los más difundidos, el dispositivo de corte se desplaza en el plano xy, sobre un área de trabajo específica, siguiendo la trayectoria correspondiente al contorno de la pieza en caso de objetos 2D, dando una o más pasadas en función al espesor del material base.

En el caso de la fresadora por control numérico, el cabezal se desplaza en el plano xy, además de poseer un dispositivo que permite variar la altura (eje z) del cabezal o el material para lograr reproducir con exactitud una superficie compleja.

Las herramientas de corte por control numérico (CNC) que trabajan mediante esta técnica son: • Cortadora Láser • Cortadora por Chorro de Agua • Cortadora de Plasma • Cortadora Mediante Cuchilla • Fresadora CNC

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Cortadora Láser (Laser Cutting)

Esta herramienta posee un cabezal de corte por láser de CO2, extremadamente preciso, que se desplaza sobre tres ejes. Tiene la capacidad de cortar piezas en 2D a partir de material laminar, también es capaz de gravar imágenes y caracteres sobre la superfice de un material, a partir de los formatos digitales más comunes.

La capacidad de corte depende de la potencia (Watts) del rayo láser, es apropiada para cortar materiales metálicos, con espesores no superiores a los 10mm, maderas, plásticos que no tengan contenido de PVC, cartón, papel y piel.

Es muy importante el control de los gases emanados de este proceso ya que en muchos casos pueden ser muy tóxicos.

Cortadora láser Formato medio Fabricante: MultiCam 2000 Series

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Cortadora por Chorro de Agua (Water Jet Cutting)

Posee un dispositivo de corte basado en un finísimo chorro de agua mezclada con un polvo abrasivo, que se dispara a gran presión. Este procedimiento posee la precisión y potencia necesarios para garantizar el corte de piezas de gran espesor. Es apropiado para el corte de materiales metálicos (acero, hierro, aluminio), materiales pétreos (mármol, granito), plásticos y resinas.

Hay que tener en cuenta que este proceso se realiza dentro de un medio acuoso, por lo se debe evitar en materiales que se deterioren con el agua y la humedad.

Cortadora por chorro de agua Formato medio Fabricante: MultiCam 3000 Series

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Cortadora de Plasma (Plasma Cutting)

Posee un cabezal de corte mediante un chorro de plasma, este es un gas que puede alcanzar altísimas temperaturas y en este caso puede concentrarse en un área muy pequeña para generar un dispositivo cortante de gran precisión.

El gas es disparado a presión sobre materiales laminares de origen metálico con espesores considerables, muy apropiado para el mecanizado de estructuras de gran tamaño, es ampliamente utilizado en la industria naval e ingeniería civil.

Es común en este tipo de mecanizado que queden algunas gotas de material fundido, en la zona de corte, las que es necesario retirar posteriormente para lograr un acabado final.

Cortadora de plasma Formato medio Fabricante: MultiCam 3000 Series

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Cortadora Mediante Cuchilla (Knife System)

Este equipo también conocido como plotter de corte, posee un cabezal con una pequeña cuchilla de acero muy afilada, que rota automáticamente en dirección al desplazamiento, contorneando la figura deseada con mucha precisión.

Este sistema es capaz de cortar diseños mediante un archivo vectorial o detectar los contornos de una imagen impresa e introducida previamente en la máquina de corte.

Este sistema es apropiado para cortar papeles y vinilos, siendo ampliamente utilizado para la rotulación publicitaria y el diseño de interiores.

Cortadora CNC de Vinilos Formato medio Fabricante: MultiCam

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Fresadora por Control Numérico (CNC Milling Router Machine)

La fresadora es de las herramientas más versátiles y útiles dentro de los procesos de fabricación digital.

Esta herramienta posee un cabezal rotativo de gran potencia, al que se le pueden acoplar fresas de diferentes formas y funciones, pero básicamente el procedimiento consiste en arrancar virutas del material, a medida que la fresa se desplaza sobre su superficie hasta obtener la geometría deseada.

Estas máquinas pueden poseer de tres (3) a cinco (5) ejes de desplazamiento, llegando a lograr formas y recorridos muy complejos en dos o tres dimensiones.

Se puede llegar a mecanizar casi cualquier material, siempre y cuando se usen las fresas y velocidades adecuadas, los materiales más duros como metales necesitan un accesorio de refrigeración y lubricación para garantizar la precisión en el producto final.

Fresadora CNC de 3 ejes Formato medio Fabricante: MultiCam 3000 Series

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Procesos Formativos

A este grupo pertenecen aquellos procedimientos que no modifican la masa del material, es decir no sustraen ni añaden material para formar el producto final.

Parten de un material inicial, por lo general láminas o perfiles tubulares, deformándolos mediante procesos de plegado, estirado, repujado y curvado hasta obtener la geometría correspondiente al modelo digital.

Las herramientas de control numérico que se emplean en estos procedimientos son: • Conformado CNC Sin Matriz

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Conformado CNC sin Matriz (Dieless Forming).

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2

4

3

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Es una tecnología de deformación en frío y sin matriz, que por medio de un proceso de repulsado incremental y controlado numéricamente, es capaz de formar en diferentes materiales laminares, patrones complejos.

Su objetivo está orientado hacia la fabricación rápida, sencilla y flexible de pequeñas series de piezas como pre-series, prototipos, series cortas y ultracortas, para la industria automotriz, aeronáutica o industrial.

La posibilidad de mecanizar piezas de este tipo, sin la necesidad de costosos y complicados troqueles o moldes, es un ahorro considerable en tiempos de ejecución y costes de un proyecto.

El mecanizado se genera a partir de un archivo de CAD 3D, un software especializado genera la estrategia y envía las instrucciones, dividiendo la geometría de la pieza en múltiples planos horizontales, generando unos gradientes entre capa y capa que permitirán fabricar la pieza mediante la deformación sucesiva de la chapa y a lo largo de todas las capas de partición. La información de la trayectoria de conformado que debe seguir la herramienta, se transforma en información para el control numérico de la máquina que a su vez, transferirá la información a los controladores que dispone.

Secuencia de conformado metálico en frío. Equipo: Brazo robótico con accesorio Dieless Forming

Procesos Aditivos

Impresión 3D / 3D Printing Los procesos de fabricación aditivos son también conocidos por su definición en inglés como “Rapid Prototyping o Solid Freeform Fabrication”. Dentro del campo de la fabricación digital estos procedimientos son los más innovadores, ya que permiten crear objetos a partir de la adición de finas capas sucesivas de uno o varios materiales. Las múltiples capas que son necesarias para la construcción de un objeto se realizan paso a paso, solidificando, cortando, pegando o generando sucesivamente secciones planas del objeto. Estos pueden llegar a tener diversos acabados y propiedades mecánicas, dependiendo de la naturaleza de la materia prima y el proceso específico.

Esta particular manera de fabricación aditiva o impresión 3D, que es capaz de generar objetos capa a capa o por partículas, es lo que le aporta a este método una especial relevancia y potencial casi infinito, en comparación con otros que se han derivado de antiguos procedimientos manuales.

Este procedimiento es increíblemente exacto y eficiente, ya que al ser capaz de materializar el objeto capa por capa, solo deposita el material necesario y en el lugar específico donde se requiere, siendo esta

distribución variable del material el factor determinante en la impresión 3D, al permitir por ejemplo imprimir objetos dentro de otros, e incluso interiores complejos que sería imposible realizar en una sola pieza o conjunto de piezas previamente articuladas. De esta manera, se optimiza el material siempre al máximo con los criterios de eficiencia más aproximados a los empleados por la naturaleza.

Técnicas de impresión 3D • Estereolitografía.

• Sinterización selectiva por láser.

• Manufactura de objetos por laminado.

• Modelado por deposición de material fundido.

• Impresión 3d.

• Impresión 3d en metal.

• Impresión 3d de fotopolímeros.

• Fundido de polvo metálico.

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Estereolitografía (Stereolithography, SLA):

Lente / Espejo Rayo Láser Objeto Impreso Polímero Liquido Elevador

A

B

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Esta técnica fue concebida en 1984 como primer sistema de impresión en 3D. El procedimiento consiste en un equipo que mediante un rayo láser UV, solidifica un polímero líquido fotosensible.

El proceso comienza con la introducción de una plataforma metálica dentro de un depósito de resina sensible a la luz, posteriormente el rayo láser se proyecta sobre la superficie del líquido trazando un recorrido que corresponde a la sección del objeto, que se endurece en una capa muy fina de material. A continuación, la máquina sumerge la plataforma exactamente la medida correspondiente al espesor de la capa siguiente, se proyecta de nuevo el láser para solidificar la sección siguiente y unirla a la anterior. Este procedimiento se repite tantas veces sea necesario para completar el número de capas correspondientes al objeto según el modelo 3D; comúnmente este proceso suele tardar varias horas.

Al estar los modelos sumergidos en un entorno líquido durante su fabricación es susceptible a perder precisión debido a los movimientos o vibraciones, por lo que es necesario generar dentro del diseño, soportes temporales que puedan ser removidos una vez terminado el proceso de impresión.

Sinterizacion Selectiva por Laser (Selective Laser Sintering, SLS)

Fue patentada en 1989. Este proceso solo se puede desarrollar en una cámara cuyas condiciones atmosféricas estén controladas, permite construir objetos tridimensionales depositando capas muy finas de un termoplástico o metal en polvo. Cada capa de polvo se aplica y se compacta con una pieza en forma de rodillo, posteriormente se funde mediante el uso de un rayo láser, que traza un recorrido correspondiente a la sección del objeto. Una vez completada la primera capa, la bandeja de trabajo desciende la distancia correspondiente al grosor de la capa siguiente. Este proceso se repite fusionando capa tras capa tantas veces sea necesario para completar el objeto según el modelo tridimensional.

El modelo se fabrica dentro de un entorno de material en polvo que le ofrece bastante estabilidad durante su fabricación, prescindiendo de la necesidad de soportes adicionales. Las piezas terminadas se retiran cuidadosamente de la cubeta de material en polvo y se limpian con aire comprimido, el polvo sobrante es reciclado y reutilizado para imprimir nuevos objetos.

Aislamiento Lente Rayo Láser Objeto

Rodillo

Termoplastico en polvo

A

B

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Cubeta

Manufactura de Objetos por Laminado (Laminated Object Manufacturing, LOM) Este proceso es utilizado desde 1991, consiste en la fabricación de objetos mediante la adición consecutiva de capas de material laminar; comúnmente se utiliza como materia prima papel adhesivo, cada capa de papel se adhiere a la capa superior, un láser recorta la geometría correspondiente a la sección del objeto en cada capa y el área sobrante alrededor del objeto es recortada en una pequeña cuadrícula para que pueda ser removida con facilidad una vez concluido toda la pieza.

Lente Rayo Láser Objeto

Rodillo

Film Adhesivo Cubeta Rollo Film

A

B

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Modelado por Deposición de Material Fundido (Fused Deposition Modeling, FDM) Implementado también desde 1991, consiste en la fabricación de objetos mediante la deposición de un filamento de material termoplástico (PVC), que se funde al pasar a través de un cabezal que posee un dispositivo de control de temperatura, comúnmente el cabezal se desplaza en el plano xy, rellenando el área correspondiente a la sección del objeto, el grosor del filamento es constante, por lo que debe pasar varias veces uno al lado del otro hasta rellenar el área completamente, una vez culminada una capa, el cabezal se desplaza hacia arriba en el eje z la distancia correspondiente al grosor de la siguiente capa*.

Por tratarse de un sistema de deposición directa, el objeto no se construye dentro de un entorno que le ofrezca estabilidad durante el proceso, siendo necesario la inclusión en el diseño de elementos de soportes que puedan ser removidos una vez sea completada la impresión de la pieza.

El acabado de las piezas mediante este proceso suele ser estriado y poco estético para un producto final, pero puede ser pulido o barnizado para mejorar su acabado final, también posee mejor resistencia mecánica en el sentido perpendicular a la dirección de los filamentos.

Cabezal Objeto Filamento Termoplastico

Cubeta

A

B

*En algunas máquinas el cabezal es fijo, siendo la bandeja de trabajo la que se desplaza en los tres ejes x,y,z.

Elevador

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Impresión 3D (3D Printing)

Cabezal Objeto Rodillo Polvo mineral

Elevador

A

Cubeta

B

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Este proceso fue introducido en el mercado en el año 1997, utiliza como materia prima un mineral en polvo muy parecido al yeso, que se deposita capa por capa y es compactado por una pieza en forma de rodillo, pero en lugar de la fusión mediante un rayo láser, se emplea un cabezal común de impresión por chorro de tinta (como los utilizados en los plotters) para distribuir un líquido aglomerante que endurece el polvo en capas sucesivas.

Dentro de esta gama de equipos existen algunos que poseen la capacidad de imprimir objetos en uno o varios colores, añadiendo tintas especiales a la composición del líquido aglomerante. El polvo que no ha quedado impregnado de aglomerante, queda suelto alrededor del objeto y sirve como soporte para mantenerlo firme y en su posición durante el proceso de impresión. En este proceso las piezas deben ser extraídas de la bandeja de trabajo con mucho cuidado porque suelen ser muy frágiles en esta etapa, posteriormente son introducidos en una cámara donde son limpiadas con aire comprimido y se retira el material sobrante que es reciclado para la impresión de nuevas piezas.

Una vez que las piezas están limpias y secas, es necesario rociarlas o bañarlas con un líquido infiltrante (cianocrilato, solución salina) que le aportará la resistencia necesaria para su manipulación.

Impresión 3D en Metal (Direct Metal Printing)

La impresión 3D en metal fue implementada por primera vez en el año 2001, siendo un proceso muy parecido al 3D Printing, descrito en el apartado anterior, con la particularidad de que en este caso se emplea polvo de acero y un líquido aglutinante especial para metal. Se procede a distribuir el líquido aglutinante sobre una fina capa de polvo de metal, correspondiente a la sección del objeto, según el modelo 3D. Posteriormente una lámpara especial irradia calor sobre la capa de polvo, endureciendo el líquido aglutinante y fijándolo a la capa anterior.

Posteriormente la pieza terminada es infiltrada con una solución a base de bronce, que penetra entre las partículas de acero, evaporando y tomando el lugar del líquido aglutinante, transformándose en un material metálico compuesto de propiedades mecánicas excelentes.

Los objetos fabricados mediante este método, tienen un acabado final parecido al hierro colado, además poseen gran resistencia como para ser sometidos a esfuerzos reales.

Lampara de Calor

Aislamiento

Cabezal Rodillo

Objeto Polvo de Acero Elevador

A

B

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Cubeta

Impresión 3D de Fotopolímeros (Photopolymer 3D Printing)

Flash UV Deposito Resina

Cabezales Objeto Multimaterial

Elevador Cubeta

A

B

31

Este procedimiento es versátil y más complejo que sus predecesores, se presenta comercialmente en el año 2000, se trata de un sistema de deposición selectiva con cabezales múltiples que inyectan resina fotosensible, endurecida mediante rayos UV. Al igual que el resto de procesos de fabricación aditiva, la resina se deposita solo en el área requerida para conformar la sección del objeto, con la adición de cada capa de material se enciende una lámpara de luz ultravioleta, a modo de flash, que polimeriza la resina para endurecerla, posteriormente la bandeja de trabajo sobre la que se construye la pieza, desciende la distancia exacta correspondiente a la capa siguiente, y el proceso se repite hasta completar el número de capas necesarias para construir el objeto según el modelo 3d.

En este procedimiento la adición de material es directa, por lo que carece de un entorno que le ofrezca estabilidad durante el proceso, siendo necesario incluir en el diseño unas piezas de soporte.

Lo realmente innovador de este procedimiento es la capacidad de inyectar simultáneamente varios tipos diferentes de resinas con propiedades físicas y mecánicas distintas, pero compatibles entre sí, generando de esta manera objetos “multimaterial” sin necesidad de ensamblaje.

Fundido de Polvo Metálico (Electron_Beam Melting, EBM)

Este procedimiento se presenta comercialmente en el año 2004 como una evolución del SLS, siguiendo un método similar permite producir objetos metálicos totalmente densos a partir de polvo de diversos metales, se funde y aglutina mediante un sistema óptico con un haz de electrones. Esta fusión se realiza en un entorno de atmósfera controlada al vacío, para evitar la oxidación de los metales a altas temperaturas.

El haz de electrones traza el recorrido sobre la capa de polvo metálico, correspondiente a la sección del objeto (de la misma manera que lo hace el rayo láser en el SLS), fundiendo y endureciendo el material, posteriormente se agrega una nueva capa de polvo y el proceso se repite tantas veces sea necesario para obtener el objeto según el modelo 3D. Este proceso de fusión de capas muy finas permite fabricar piezas sumamente compactas y de gran precisión sin necesidad de posteriores procesos de endurecimiento. La materia prima puede ser una aleación metálica en polvo, que sea capaz de crear piezas con características materiales y propiedades mecánicas finales.

Esta herramienta se está utilizando ampliamente en la industria aeronáutica, automotriz e incluso en el campo aeroespacial.

Lente

Aislamiento

Haz de Electrones Rodillo

Objeto Polvo Metalico Elevador

A

B

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Cubeta

Ventajas de los Métodos de Fabricación Aditiva

3D Print Machine (low cost) REPRAP MENDEL 1.0

• Desvincula el proceso de fabricación al entorno industrial y a la producción masiva de piezas idénticas, ofreciendo al diseñador y al productor trabajar in situ, y tomar decisiones mucho más rápido.

• Abre la posibilidad de personalizar o realizar modificaciones sobre el modelo sin que esto influya en el proceso de fabricación.

• El volumen de la producción se ajusta a la demanda, de manera que se hacen innecesarios los grandes stocks y los consecuentes espacios de almacenaje.

• Emplea únicamente la materia prima necesaria para la construcción del objeto, por lo que los residuos son mínimos.

• Al ser los objetos fabricados capa a capa, es posible generar piezas con interiores complejos que no sería posible realizar por otros métodos en un solo bloque.

Desventajas de los Métodos de Fabricación Aditiva

• La escala de los productos se limita por las dimensiones del equipo de impresión.

• Los costes de la producción suelen ser altos debido al alto coste de los equipos y materiales.

• No resulta apropiada para la producción de grandes volúmenes.

3D Print Machine (low cost) MAKERBOT

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• El acabado final de las piezas no es el más óptimo para la producción directa.

• Hasta el momento no se puede utilizar sin vínculo directo a un computador.

• El proceso de fabricación suele ser más lento que otros empleados en la producción en masa.

Aplicaciones en Arquitectura La arquitectura como muchos otros sectores se ha beneficiado e influenciado por los métodos de fabricación digital, al tener la posibilidad de materializar estructuras cada vez más complejas, basados en parámetros de eficiencia energética y sustentabilidad presentes en la naturaleza.

Si bien es cierto que existe una limitante muy importante constituida por la dimensión o escala de los objetos que se pueden fabricar con los equipos comerciales, existen instituciones que actualmente investigan sobre las posibilidades de la aplicación de los métodos de fabricación aditiva a la arquitectura y construcción de edificaciones, diseñando por lo menos a nivel de prototipos máquinas (Bots) de gran formato que se aplican a procesos específicos dentro de un proyecto de arquitectura.

Como referente a estas investigaciones podemos mencionar el trabajo realizado por algunos estudiantes del Programa DRLDesign Research Lab v.12 (2009-2010) de la Architectural Association AA, UK. Explora un sistema de diseño para la implementación de viviendas in situ, basados en un innovador método de construcción que utiliza dispositivos de control numérico para depositar materiales pastosos, como el fango o la arcilla.

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Conclusiones Tecnologías Materiales

DRL- Design Research Lab v.12 (2009-2010) Architectural Association.

Proyecto: Digital Vernacular Shankara S. Kothapuram / Mei- Ling Ling / Ling Han / Jiawei Song

La fabricación aditiva es sin duda alguna un procedimiento que destaca especialmente gracias a su versatilidad y a su potencial prácticamente infinito para fabricar casi cualquier cosa.

Un diseñador podrá comprobar la eficiencia y funcionalidad de sus productos desde su propio espacio de trabajo, pero pongamos una situación mucho más limite, un grupo de astronautas queda varado debido a la ruptura de una pieza en una estación espacial, un técnico desde un lugar remoto de la tierra puede consultar a los fabricantes, que le enviarán el modelo informático de la pieza que se debe sustituir, el equipo de astronautas puede introducir los datos en la maquina, imprimir la pieza de repuesto e incluso las herramientas necesarias para su instalación. Estas situaciones parecen sacadas de una película futurista de ciencia ficción pero actualmente son posibles.

La fabricación aditiva se ha originado en el sector de la ingeniería, pero se está haciendo un lugar en la vanguardia de muchas áreas como la arquitectura, diseño industrial, gastronomía y medicina, siendo esta última uno de los sectores que pone más expectativas en este procedimiento. Actualmente se están haciendo avances muy importantes en el desarrollo de prótesis biomecánicas, gracias a estos métodos de fabricación.

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Las últimas investigaciones perfilan la evolución de la fabricación digital a la manipulación de los materiales a nivel atómico, esperan crear nanobots que sean capaces de fabricar objetos átomo a átomo, de esta manera no solo se podría obtener cualquier estructura deseada, sino también en cualquier material y escala.

Quizás en un futuro no muy lejano todos contaremos con una máquina de fabricación aditiva en casa o en el trabajo y solo pagaremos por los datos digitales necesarios para imprimir los objetos que deseemos.

SISTEMAS

EMERGENTES

Emergence in Natural Systems Jordi Truco

Por: Carlos E. Castro

Contenido: Sistemas Emergentes de Steven Jhonson.

ParĂĄmetro como Herramienta de DiseĂąo.

Sistemas Emergentes

by Steven Johnson The Connected Lives of Ants, Brains, Cities and Software Todos los organismos existentes en la naturaleza, desde los más primitivos hasta los más complejos, responden en su fisionomía a patrones de auto-organización de algún tipo, lo que ha permitido aprovechar los recursos de maneras sumamente eficientes y adaptadas al entorno. Estas características han sido del interés de estudiosos en diferentes ramas de la ciencia, hasta llegar a convertirse en una en sí misma. En muchos casos hemos llegado a comprenderlos y diferenciarlos muy bien, pero algunos organismos han despertado especial interés gracias a lo atípico y desconcertante de su comportamiento.

En la investigación acerca de los Sistemas Emergentes presentada por Steven Johnson en su obra Emergence, the connected lives of ants, brains, cities and software, nos explica que el fenómeno de la “Emergencia” consiste en sistemas que poseen la capacidad de resolver problemas recurriendo a masas de elementos, en lugar de hacerlo recurriendo a un solo individuo con inteligencia y jerarquía superior, basándose justamente en uno de estos casos atípicos, recientemente descifrado en un pequeño organismo llamado moho de fango (Dictyostelium Discoideum) que a simple vista pudiese parecer insignificante,

pero que esconde tras de sí una enorme complejidad.

De todos los ejemplos que podemos citar en la naturaleza, uno de los más demostrativos lo conforman las colonias de hormigas, donde la acción de un individuo no determina el comportamiento de las demás, ni siquiera el caso de la hormiga reina, sin embargo la colonia presenta una estructura y comportamientos sumamente complejos. Son capaces de desplazarse grandes distancias en busca de alimentos, hallando siempre los recorridos más cortos, y se comunican entre sí segregando una feromona que deja un rastro que las demás pueden seguir, generando una comunicación a escala superior.

La mayoría de los sistemas que podemos estudiar y que se basan en la teoría de la emergencia poseen una característica común, se organizan en base a una conducta ascendente o bottom-up, los agentes actúan a una pequeña escala siguiendo reglas de comportamiento muy sencillas, que en un primer nivel pueden parecer intrascendentes, pero en algún punto de esta interacción entre individuos, comienza una influencia a nivel macro encadenando comportamientos más complejos e inteligentes, pero esta complejidad solo puede definirse como Emergencia, si a través de ella es posible la resolución de problemas concretos.

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Cubierta del libro Sistemas Emergentes o que tienen en común hormigas,neuronas,ciudades y software. Por Steven Johnson

El moho de fango (Dictyostelium discoideum) es el pequeño ameboideo en el que se comprobó por primera vez un comportamiento emergente, despertando el interés en la comunidad científica, a finales de la década de los sesenta, a través de las investigaciones de la doctora en Física Evelyn Fox Keller y el matemático Lee Segel.

El moho de fango (Dictyostelium discoideum)

Este organismo llega a transgredir la lógica en la comprensión de estos sistemas, ya que para ser tan simple, sin poseer un sistema cerebral central, tiene la capacidad de resolver un problema básico para su supervivencia, encontrar la ruta más eficaz para llegar hasta una fuente de alimento dentro de un entorno lleno de obstáculos y rutas alternativas. Lo más interesante es que cuando las condiciones del entorno son menos favorables, el moho de fango se comporta como un organismo aislado; cuando las con39

diciones son mejores y dispone de mayores fuentes de alimento, se agrupa en racimos, oscilando entre ser una única criatura y una colonia.

Originalmente los biólogos pensaban que estos procesos de agregación estaban determinados por un solo organismo, que en una jerarquía mayor emitía una orden química que desencadenaba una reacción, estos individuos eran definidos como marcapasos, lo que parecía totalmente lógico, ya que muchos de los sistemas fisiológicos presentes en la naturaleza funcionan de esta manera, al punto que la hemos trasladado como modelo hasta las estructuras de nuestra sociedad, que funcionan en términos de sistemas de mandos y jerarquías.

Pero no fue hasta la aparición de la herramienta informática treinta años después, que Mitch Resnick colega de Keller en el MIT, desarrolló una simulación computarizada del proceso de agregación de las células del moho de fango. Resnick logró programar mediante reglas de comportamiento muy sencillas patrones de auto-organización utilizando como parámetros el número de células en el ambiente virtual y los niveles de agentes químicos distribuidos, comprobando ante la comunidad científica el modelo matemático que define la Emergencia.

Se da origen a la primera referencia cono-

cida de emergencia artificial, que trajo consigo una revolución en desarrollo de programas informáticos. Los programadores fueron capaces de generar artificialmente comportamientos emergentes, cuyos agentes van explorando diferentes posibilidades generación tras generación, retroalimentándose y reforzando los patrones más acertados hasta encontrar la solución a un problema específico.

En esta etapa del libro, se plantea un punto de inflexión donde la auto-organización y el fenómeno de la emergencia se transforman entonces en objeto de estudio por derecho propio, trascendiendo su aplicación al análisis de la evolución de las ciudades y del software. Se da la oportunidad por primera vez de dejar de analizar la emergencia y comenzar a generarla.

La aplicación de estos conceptos en otras áreas del conocimiento como el diseño urbano, hace surgir respuestas a casos como el fracaso de los modelos posteriores a la 2da.

Guerra Mundial, basada en estructuras de orden descendente, donde en muchas ciudades barrios clasificados como problemáticos eran demolidos y se construían en su lugar modernos edificios residenciales, rodeados de jardines; los departamentos en estos edificios constituyen una mejora espacial significativa para sus usuarios, pero sus alrede-

dores se convirtieron en zonas que lejos de disminuir la criminalidad la aumentaba, ya que se eliminaba el sentido de pertenencia de estas áreas en los habitantes del barrio.

Actualmente podemos concluir en base al comportamiento emergente, que el camino a seguir sería observar el funcionamiento de la ciudad en sus bases, comprender cuáles son los modelos que funcionan y aprender de ellos, para aplicarlos en otros sectores deprimidos.

Paralelamente, en el área de la informática surge la rama de los videojuegos, una plataforma perfecta para la experimentación de la emergencia digital. A la vanguardia de este movimiento nace SimCity un videojuego programado para generar comportamientos emergentes, donde el jugador puede realizar cambios puntuales, creando edificios virtuales, alterando la morfología y características en la ciudad global.

El juego posee una serie de parámetros que pueden modificarse a voluntad, tales como el número de torres de oficinas o de viviendas, cambiando en consecuencia otras variables como el valor del suelo o la tasa de criminalidad, el objetivo era lograr gestionar una ciudad equilibrada y prospera, pero en la mayoría de los casos surgían resultados totalmente inesperados, ya que el juego carece de niveles predefinidos solo se retroa40

limenta de los parámetros que modificamos.

Este videojuego se convierte entonces en estandarte de la emergencia digital, abriendo una ventana hacia el futuro mostrándonos el potencial de la emergencia en la evolución de softwares inteligentes.

Sea cual sea el entorno en el que se manifieste, la base de la viabilidad en la emergencia es la simplicidad, entre más sencillas y claras sean las reglas que definen el comportamiento del individuo, mayor será la probabilidad de influir dentro del sistema a una escala superior, Johnson define la “ignorancia del componente” como una característica, no un defecto y afirma que los sistemas emergentes pueden volverse inmanejables cuando sus componentes son excesivamente complejos.

Con la aparición del internet también aparecieron nuevas interrogantes acerca de la evolución de la emergencia digital, la red global de información se perfilaba como la cumbre del comportamiento emergente, pero la complejidad del flujo de información dentro de la red, ha impedido que la Web evolucione en un sistema capaz de aprender o resolver problemas por sí solo.

Esto en principio puede deberse a que los diferentes agentes que componen la red, son incapaces de vincularse entre sí, eliminando la capacidad de retroalimentación entre ellos, dado que los vínculos entre HTML son unidi-

reccionales. Otra posible razón es que a un nivel primario la información fluye libremente dentro del sistema sin ningún orden o estructura, generando un estado de caos permanente, siendo necesario el uso de motores de búsqueda que organicen la información a una escala superior para hacerla accesible.

Sin embargo los programadores Web han creado subsistemas que funcionan en base a un comportamiento emergente, tal es el caso de Alexa.com o eBay.com, lugares en el ciberespacio que tienen la capacidad de categorizar el tema de la búsqueda que se está realizando, mostrar listas de otras Webpages relacionadas, las que han tenido mayor número de visitas y la frecuencia de las mismas. Estos son buscadores que aprenden de los patrones de comportamiento de los usuarios y ofrecen una recomendación, en base a lo que otros usuarios han considerado de interés en otros sitios Webs, generando un proceso de retroalimentación con cada nueva búsqueda.

Todos los sistemas dentro de la naturaleza son cíclicos, inician y finalizan en un punto, algunos podemos apreciarlos en su totalidad, otros solo pueden ser producto de teorías y ese es, en este momento el caso de la emergencia digital. Al final de su libro Steven Johnson nos deja pendientes algunas interrogantes acerca de la evolución de la emergencia

digital, ¿Cuál será el próximo nivel? O incluso ¿Qué existe después de la emergencia?

Puede que los sistemas logren una inteligencia y adaptación tal que evolucionen en otros comportamientos post-emergentes.

En todo caso es muy difícil predecir a donde nos llevará el estudio de los sistemas emergentes, pero sin duda alguna está influyendo cada vez más en nuestra percepción del mundo y los criterios de eficiencia con los que evaluamos nuestro entorno y reaccionamos ante la necesidad de resolver problemas.

Interface del videojuego SimCity V 1.0

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Diseño Paramétrico Parámetro como Herramienta de Diseño.

En el entorno de nuestra investigación acerca de nuevas herramientas y metodologías de diseño aplicadas a la arquitectura, es recurrente escuchar el término diseño paramétrico, para tratar de explicar la cantidad, diversidad y complejidad de transformaciones morfológicas y estructurales a las que somos capaces de someter al objeto de estudio durante el proceso de diseño, independientemente del resultado final.

Para comprender un poco como esta lógica nos ha permitido llegar a tales resultados y visualizar cuál es su potencial real a todas las escalas de proyecto, comenzaré por exponer el significado del término parámetro del cual se deriva el concepto de paramétrico.

En las ciencias estadísticas se refiere a una función definida sobre los valores numéricos de una población. Se trata, por lo tanto de un valor representativo que permite modelar la realidad.

En el área de la programación informática, un parámetro es una variable que puede ser recibida por una rutina o subrutina.

Pero la definición que más se aproxima a la manera en que la utilizamos es la correspondiente al parámetro matemático, en la cual es utilizada para definir una variable que

permita identificar, dentro de una familia de elementos, a cada uno de ellos mediante su valor numérico.

Sin embargo para describir todo lo que abarca su aplicación como herramienta de diseño, es un término muy restrictivo, ya que en estos procesos actúan otros factores como la asociatividad y las relaciones de datos.

En cierto modo hemos estado utilizando los parámetros desde los inicios de CAD, en la mayoría de los programas es necesaria la inserción de ciertos parámetros para realizar cualquier función; por ejemplo para trazar una línea en AutoCad es necesario introducir la posición del punto de origen, dirección y longitud, pero la principal limitación a la que nos enfrentamos con las herramientas y lógicas de representación en CAD, es la imposibilidad de modificar el modelo de forma global una vez creado.

El primer intento por mejorar esta limitación fue la posibilidad de insertar elementos (bloques en AutoCad) en una plantilla base, cuyas dimensiones podían ser modificadas posteriormente, pero aún era muy limitada su aplicación debido a que todos los objetos insertados se modifican en función a los mismos parámetros, y aún no es posible asociar los datos del bloque con el resto del modelo.

Por ejemplo si en la planta de una edificación hemos insertado ventanas con una longi42

Modificaciones realizadas a un modelo 3d mediante parametros interactivos, plataforma (Grasshopper).

tud de un 1.0m, pero es necesario cambiarlas posteriormente a un vano de 1.20m, es posible modificar los parámetros del bloque, y todas las ventanas que hemos insertado cambiaran a la vez, pero los segmentos correspondientes a los vanos permanecerán iguales y es necesario modificarlos uno a uno.

Posteriormente a través de lenguajes de programación como AutoLISP, fue posible generar objetos bloque que podían ser utilizados modificando sus dimensiones, en base a parámetros individuales al momento de la inserción. Esto es en esencia el concepto de diseño paramétrico en su forma más básica y literal. Dando origen a uno de los puntos clave de este proceso, la posibilidad de agrupar objetos en diferentes familias que se puedan editar en función a parámetros base.

El concepto de familia dentro del ámbito del diseño paramétrico se define como un conjunto de elementos que sólo difieren entre sí en la dimensión de sus partes. Para describir una familia y elaborar un diseño primario de esta, sólo necesitamos dos cosas: una descripción topológica (especificar las partes que lo constituyen) y las relaciones que mantienen entre sí, gestionado a través de un esquema de dimensiones, que especifica las prioridades y las restricciones dimensionales.

Las herramientas de diseño paramétrico más recientes, por ejemplo GrassHo43

pper (Plugins para Rhinoceros) se basan en la noción de restricción, para manipular y generar las geometrías que dan origen a los modelos. La restricción puede ser entendida entonces como una relación que limita el comportamiento de una entidad o familia de entidades; un ejemplo de esto es una línea o familia de líneas que deben ser tangentes o perpendiculares a una curva, o la dimensión del radio de una circunferencia que debe ser múltiplo de una magnitud específica.

Un modelo puede ser conceptualizado entonces como una descripción topológica de una forma compleja con “n” número de variables o dimensiones independientes.

Cada restricción disminuye las alternativas, limitando grados de libertad para cambiar las dimensiones o forma del modelo, dejando otras dimensiones constantes.

La incorporación de una interface de control interactiva con la posibilidad de generar herramientas como deslizadores numéricos (number sliders), listas de datos, o parámetros definidos por algoritmos o fórmulas matemáticas, nos otorga realmente la posibilidad de modificar a nuestra voluntad el modelo 3D a tiempo real, un control absoluto de la globalidad del modelo y de todas las partes que lo componen.

Esta herramienta da la libertad de generar con total precisión sobre el modelo, secuencias o familias de modelos que nos permiten visualizar y analizar las transformaciones que son posibles, incorporar variables externas que influyan directamente en la forma del proyecto y asociar parámetros de control a otros programas informáticos o bases de datos.

Ofreciéndonos muchas más alternativas y posibilidades que las herramientas CAD convencionales, la automatización de algunos procesos reduce la posibilidad de cometer errores producto de la repetitividad. Es la diferencia entre oprimir mil veces un determinado comando e introducir sus parámetros individuales, o diseñar nuestra propia herramienta que lo haga en un solo paso.

La mayor ventaja de esta metodología de diseño es que da la posibilidad de explorar soluciones totalmente nuevas e inimaginadas, que derivan de la incorporación de valores o relaciones que de otro modo no serían posibles o simplemente serían descartadas, debido al esfuerzo que implicaría generar

gran cantidad de alternativas por los métodos convencionales. Es realmente una ruptura con las viejas herramientas y metodologías del diseño asistido por computador que se limitan a ser un medio de representación, para comenzar a emplearlo como instrumento generador de formas y lógicas de construcción aplicadas al diseño arquitectónico.

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Voronoi tridimensional Realizado con software paramĂŠtrico

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LABORATORIO DE

BIODISEﾃ前

Perfomative Proliferations / Spatial Organizartions Jordi Truco / Marco Verde / Luis Fraguada

Case Study Por: BegoĂąa Gasso/Carlos E. Castro

Contenido: Case Study_ Puente Sobre el RĂ­o Basento Sergio Musmeci Conclusiones Case Study

Case Study / Puente Sobre El Río Basento Sergio Musmeci

El puente sobre el río del Basento es una peculiar obra diseñada por el Ingeniero italiano Sergio Musmeci, donde se logra fusionar de gran manera las cualidades arquitectónicas con las estrictas necesidades estructurales, explotando las características del material a través del estudio de la forma.

Se construyó durante la década de 1960, para dar acceso a Potenza, antigua ciudad romana fundada en el año 260 a.c., situada en lo alto de una colina en cuyas faldas se encuentra el cauce del río Basento. La ciudad posee actualmente alrededor de 65.000 habitantes y es capital de la región montañosa de Basilicata, caracterizada por sus fructíferos viñedos y olivares.

Potenza ha crecido en las últimas décadas gracias al desarrollo de la industria de la

alimentación, la confección y la construcción.

Estas fábricas se han implantado a las orillas del río Basento generando una expansión del tejido urbano, de esta manera el puente se ha convertido en el principal elemento de conexión entre el área residencial y la nueva zona industrial. La ubicación del río y las rutas ferroviarias fueron condicionantes importantes en las etapas iniciales de diseño.

Sergio Musmeci fue ingeniero civil (1948) y también ingeniero aeronáutico (1953), graduado de la universidad de La Sapienza en Roma, estos conocimientos le permitían un gran dominio del cálculo estructural, además de otorgarle una sensibilidad poco usual por el uso racional de los materiales.

Musmeci consideraba que dotando de significado arquitectónico a una estructura, se contribuía notablemente a la calidad de toda obra de ingeniería. Comenzó su carrera profesional en los estudios del Arquitecto Pier Luigi Nervi y Riccardo Morandi, ambos con una inmensa experiencia y tradición en el diseño de grandes estructuras en concreto armado.

Musmeci pensaba que las disciplinas de la ingeniería y la arquitectura debían coincidir más en los aspectos fundamentales, era un profesional visionario que no concebía la distorsión que producía la separación de estos dos elementos. En consecuencia sostenía 48

Imagen satelital de la ubicación del puente sobre el Río Basento, Potenza, Italia.

que el arquitecto tenía la necesidad de ser más técnico y el ingeniero más imaginativo; esto afectó su manera de diseñar, dando pie a este puente cuya intención principal fue salvar las distancias entre estas dos disciplinas y formas de pensar. El resultado fue una pieza de gran valor arquitectónico, por su expresividad casi escultórica, dinamismo y sinceridad estructural.

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Descripción del Proyecto

El puente sobre el río Basento, es una estructura en concreto armado con una longitud aproximada de 250 metros, conceptualmente está concebido a través de la combinación de dos elementos estructurales superpuestos, diseñados con fines y necesidades diferentes.

La primera es la plataforma plana, horizontal de concreto armado que servirá de superficie para el tránsito de los vehículos, esta pieza es el principio funcional del puente y lo que inevitablemente condiciona su forma final. La segunda es la estructura de soporte que da estabilidad y transfiere las cargas al suelo. Esta última no requiere de unas características formales que condicionen el diseño, oportunidad que Musmeci aprovecho para

explorar una nueva aproximación al diseño de estructuras a través del estudio de la forma (Form Finding), lo que llega a representar la mayor innovación en esta obra.

Al igual que otros arquitectos como Félix Candela o Antonio Gaudí, Musmeci empleaba modelos tridimensionales para diseñar y comprobar sus lógicas estructurales, no limitándose al análisis y representación en dos dimensiones. Musmeci se desvincula de los referentes clásicos en el diseño de puentes, y se apoya en el análisis y características de los materiales modernos, para encontrar la forma estructural más eficiente y acorde a las necesidades específicas del modelo.

El producto de este proceso de diseño poco ortodoxo fue una superficie con dobles curvaturas, muy poco convencional pero muy esta-

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ble, con una estética muy orgánica.

La superficie que conforma la estructura de soporte tiene un espesor de 30 centímetros, las dobles curvaturas se adaptan y describen en el espacio cuatro arcos iguales de 69,20 metros de luz, con 32 apoyos puntuales, fijados sobre unas fundaciones cuadradas de 10,38 metros de lado, que descansan sobre el terreno. Esta superficie fluida y dinámica logra una vez completada hacer que toda la estructura del puente se comporte como un objeto único, capaz de absorber los esfuerzos producidos por los asentamientos del terreno y pequeños temblores causados por la frecuente actividad sísmica de la zona.

El espacio comprendido entre ambas estructuras fue concebido por Musmeci, como una pasarela peatonal que comunicase a la ciudad con un parque lineal situado a las orillas del r铆o Basento, lamentablemente esta etapa del proyecto no vio su culminaci贸n.

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Proceso de Diseño

Para el momento histórico en el que fue concebida la construcción del puente, los ingenieros y arquitectos no contaban con las modernas herramientas informáticas de diseño y cálculo estructural de hoy en día. El proceso de diseño habitual se basaba en realizar el proyecto mediante el análisis y representación bidimensional, los cálculos estructurales se realizaban para garantizar la resistencia y seguridad posterior a su diseño, frecuentemente mediante el sobredimensionado de sus elementos.

Musmeci combinó métodos avanzados de cálculo estructural con el método empírico mediante el análisis de maquetas y modelos físicos; su principal interés era desarrollar una estructura de tipo membrana que a través de la geometría y optimización del material fuese capaz de soportar las cargas.

En las primeras etapas de diseño, experimentó con un modelo en base a una película de solución acuosa de jabón y glicerina, que se adhiere a unos contornos rígidos de alambre metálico. Este estudio en particular le permitió observar el principio de tensión superficial que experimenta una membrana de solución acuosa, al cubrir un área determinada mediante una superficie de espesor mínima. Este principio está presente en la naturaleza y es el que hace posible que una burbuja adopte su forma esférica.

En este punto decide que el concreto armado por sus características estructurales es el material idóneo para la construcción del puente, al ser un material compuesto de origen pétreo posee gran capacidad de ser moldeado y una vez fraguado adquiere gran resistencia a la compresión, el refuerzo interno de barras de acero complementa su resistencia a los esfuerzos de tensión y corte.

Musmeci pensaba paralelamente al proceso de diseño en el tema constructivo, llevándolo a tomar decisiones que garantizaran la viabilidad económica y constructiva de esta peculiar obra, por ejemplo decidió que las dos curvaturas principales que definían cada punto de la geometría de la superficie tenían que ser iguales y de signo contrario. De esta manera pensaba controlar la geometría general para simplificar los elementos necesarios para el encofrado, ya que el resto de elementos estructurales no podían prefabricarse.

En una segunda etapa experimentó con un modelo a escala 1:100, que consistía en una lámina de caucho de 0.8 milímetros de espesor con los bordes reforzados. Esta lámina estaba soportada por marcos metálicos en cuyo perímetro se instaló un sistema de poleas, que permitieran tensionar la membrana de caucho por determinados puntos. A través de este modelo fue posible encontrar la proporción exacta de esfuerzos tensiona52

Maqueta de estudio realizada con solución jabonosa sobre estructura de alambres de acero

Maqueta de estudio en lámina de caucho

Esquema de construcción de maqueta en lámina de caucho

Maqueta de estudio en lámina de caucho tensada

Maqueta de análisis de cargas, con contrapesos

Maqueta de estudio en acrílico fundido

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les, transversales y longitudinales que eran necesarios para adoptar la forma. Finalmente se concluyó mediante este análisis que la tensión transversal debía ser una décima parte de la tensión longitudinal; también arroja resultados acerca de las condiciones que debían tener los bordes de la estructura para evitar la aparición de esfuerzos de flexión y de esta manera garantizar que todos los puntos de la estructura estuviesen sometidos al mismo estado tensional.

Una vez definida la forma final de la membrana que componía la estructura, se realizó un modelo rígido en acrílico que serviría para comprobar que las tensiones registradas en cada apoyo eran similares entre sí; igualmente se comprobaron las deformaciones producidas por la acción de la dilatación de los materiales durante los cambios de temperatura. Este modelo se construyó con una cascara de madera y otra de aluminio usadas como molde, entre las cuales se vertió el acrílico fundido, logrando conseguir la compleja forma.

Finalmente se construyó un último modelo en micro-hormigón armado, que sirvió para definir el diseño de los detalles constructivos, como los encuentros entre la superficie de soporte con la plataforma superior y la cimentación.

Este modelo también fue sometido a pruebas de carga estructural, donde los test de rotura determinaron un excelente comportamiento de la estructura frente a las acciones inesperadas, alcanzándose el punto crítico cuando el peso propio y la sobrecarga aumentaban en un 100% su valor original. Se comprueban de esta manera los cálculos manuales realizados en base a ecuaciones diferenciales de superficie, en la que determinaba que el peso propio de la estructura equivaldría al 25% de las cargas exteriores.

Maqueta en Micro-hormigón Armado

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Análisis Estructural

En la disciplina de la arquitectura, el recurso más importante para modelar el espacio es justamente aquel que define sus límites, la estructura pasa de ser un mero requerimiento funcional y se convierte en un medio de expresión creativa e innovación tecnológica.

Los avances más importantes en el desarrollo de nuevas estructuras han sido producto de la búsqueda de soluciones más eficientes o de morfologías más complejas, pero estas no habrían sido posibles sin la aportación de las herramientas informáticas y materiales compuestos.

La propuesta estructural planteada por Musmeci como conclusión a sus estudios de Form-Finding, se basa en una superficie continua de doble curvatura, estas estructuras adquieren sus propiedades debido precisamente a su forma; poseen escaso espesor, por lo que no desarrollan tensiones de flexión, corte o torsión. Su capacidad para sustentarse y transferir las cargas al suelo se deben a que sus esfuerzos internos son normales y

tangenciales a la superficie.

Heinrich Engel en su libro “Sistemas de Estructuras” clasifica las superficies estructurales como “forma activa” y explica que la continuidad estructural de los elementos en dos direcciones, es decir, la resistencia superficial frente a esfuerzos de compresión, tracción y cortantes son el requisito previo y la primera característica de estas estructuras.

La propiedad de la superficie para transmitir las cargas depende de la posición de la superficie en relación con la dirección de la fuerza actuante. La capacidad de transmisión de cargas es más eficiente cuando las superficies son paralelas a la dirección de las fuerzas actuantes (para las de gravedad vertical), y menos eficiente cuando la superficie está en ángulo recto con la dirección de las fuerzas actuantes (para las de gravedad horizontal).

Reproducción 3D de la estructura Vista lateral

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Reproducción 3D de la estructura Superficie Estructural

Reproducción 3D de la estructura Superficie Estructural + Plataforma

Diagrama de Esfuerzos

Efecto Cable Efecto Arco Generatriz A’ Generatriz B’

Generatriz C’

Generatriz D’

Directriz Generatriz C

Generatriz D

Generatriz B

Generatriz A Descomposición Geométrica de la Superficie Estructural

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Superficies “hypar”

En las estructuras horizontales tipo placa, su resistencia es inversamente proporcional a su superficie, mientras que en las estructuras verticales como muros pantalla, su capacidad de soportar cargas aumenta con la expansión superficial. Basado en estos principios podemos decir que, al adaptar la forma de la superficie inclinándola hacia la dirección de la fuerza actuante por medio de una técnica de plegado o curvado, es posible equilibrar la relación entre eficiencia estructural para cubrir espacios, y la eficiencia para transmitir las cargas al suelo.

Las superficies de doble curvatura se originan geométricamente mediante el movimiento de una curva plana (generatriz), paralelamente a si misma a lo largo de otra curva plana (directriz), que usualmente se encuentra en un plano perpendicular al plano de la generatriz.

Según el signo de sus curvas se clasifican en: Paraboloides Elípticos (Curvatura positiva) Las cargas se transmiten mediante mecanismos de arcos según dos ejes a los bordes, estos han de recibir el empuje de los arcos y han de ser rigidizados en consecuencia. En el caso de una terminación horizontal del borde inferior, este ha de recibir la resultante de los esfuerzos de los arcos de los dos ejes.

Vista Superior

Vista Lateral

Perspectiva

Vista Frontal

Superficie reglada a partir de curvas

Paraboloides Hiperbólicos (Curvatura negativa) Las cargas se transmiten a los bordes mediante un mecanismo de arcos según un eje y mediante un mecanismo de suspensión según el otro eje, los bordes han de recibir el empuje del arco según una dirección y la tracción de suspensión según la otra. En el caso de una terminación horizontal del borde inferior este ha de recibir los resultantes del empuje y de la tracción: A causa de su forma curva, la viga de borde puede transmitir esas fuerzas horizontales a los ángulos sin grandes flexiones.

Vista Superior

Vista Lateral

Perspectiva

Vista Frontal

Superficie reglada a partir rectas

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Conclusiones Case Study

El puente sobre el Basento es un maravilloso legado que representa el carácter y visión de un ingeniero comprometido por materializar sus ideas, Musmeci buscaba crear un nuevo lenguaje basado en la sinceridad estructural, la eficiencia y economía en la utilización de los recursos. Sus conocimientos en diversas disciplinas le hicieron posible desarrollar una obra llena de significado, que nos enseña que es imposible llegar a nuevos resultados haciendo las cosas de la misma manera.

Este proyecto ha sido concebido en parte como lo haría un arquitecto proyectista, una edificación en la que se conocía perfectamente su función pero no el resultado final, Musmeci aborda la labor ingenieril desde una perspectiva arquitectónica, logrando una propuesta que armoniza con el contexto y ofrece una solución totalmente adaptada al lugar y sus condiciones, lo que en el argot arquitectónico definiríamos como el Genius Loci. Musmeci opta en muchas de sus obras, por abandonar todos los modelos preexistentes, para ofrecer una tipología que define una nueva estética que fusiona luego de un arduo trabajo de investigación y desarrollo la ciencia y el arte.

Actualmente vemos como cada día se renueva la tecnología, derribando las limitaciones técnicas que impedían hace años atrás el desarrollo de proyectos innovadores y atrevidos. El computador como herramienta avanzada de diseño y cálculo estructural, la aparición de nuevas disciplinas especializadas en el desarrollo de nuevos materiales y las técnicas avanzadas de fabricación digital, hacen posible plantearnos nuevos retos de diseño.

Sin embargo esto por sí solo no es suficiente para destacar, es fundamental rescatar el espíritu y visión de pioneros como Sergio Musmeci o Antonio Gaudí, que no se limitaron al uso de la metodología y herramientas tradicionales sino que fueron más allá en sus investigaciones hasta lograr resultados excepcionales.

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Render estructura Vista lateral

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SISTEMAS

MATERIALES

Performative Proliferation / Workshop Jordi Truco / Marco Verde Por:

Bego帽a Gasso/Carlos E. Castro

Contenido: Sistemas Materiales Definici贸n del Componente Descripci贸n Geom茅trica Modelo

Perfomative Proliferations Workshop Material Systems El propósito del taller es iniciarnos en la comprensión de los Sistemas Materiales, estudiando la forma como una expresión actual de los procesos dinámicos, de la auto organización del material y su adaptación.

Basándose en el diseño de técnicas a través del “Form Finding”, se investigará como afecta la auto-organización en el espacio y tiempo, de acuerdo con las características intrínsecas e influencias extrínsecas.

Los Sistemas Materiales se clasifican en tres principales categorías, que poseen diferencias inherentes a su geometría y comportamiento característico.

Proliferated Systems: Son sistemas basados en la proliferación espacial de elementos simples producidos a partir de productos semi-acabados como hojas, perfiles, etc. La manipulación local de los componentes induce variaciones globales en el sistema. Las conexiones son especialmente importantes para la articulación del sistema y su integridad estructural.

Globally Modulated Systems: Son sistemas basados en componentes continuos. La configuración espacial puede ser afectada por fuerzas intrínsecas o extrínsecas. La articulación de la forma global de tales sistemas viene dada a través de la manipulación de un número limitado de puntos de control.

Aggregate Systems: Estos son sistemas con conexiones sueltas entre sus componentes básicos. Según las fuerzas intrínsecas o extrínsecas (como la gravedad), son especialmente importantes para los sistemas de auto-organización.

La diferenciación de los sistemas ocurre mediante la manipulación paramétrica de las características de las unidades individuales, el proceso de agregación y las fuerzas actuantes en el sistema.

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Proliferated Systems

Globally Modulated System

s

Aggregate Systems

63

Definición de Primeros Componentes / Form Finding

La experimentación a través del estudio de la forma, se inicia con el análisis de algunos referentes de sistemas materiales donde es posible comprender las características propias de cada sistema y del componente que le da origen, la relación de este componente con el conjunto y la manera de extraer información para lograr analizar su comportamiento. Este estudio se realiza a partir del trabajo con materiales muy flexibles y delgados, partiendo del principio de que si es posible obtener buenos resultados en este punto, obtendremos resultados mucho más eficientes con el uso de materiales avanzados.

En nuestro caso hemos decidido tomar como línea de trabajo los Proliferated Systems e iniciamos la definición de un posible componente, mediante la manipulación de un trozo triangular de papel al que le realizamos diversos cortes, pliegues y solapes con la finalidad de conseguir una forma y geometría que mantenga el material en un estado de tensión que garantice las características estructurales, capacidad de proliferación y posibilidad de modificar su forma global aplicando pequeños cambios en cada componente.

Estudio de Conexiones

Por extremos Opuestos

Por Simetría Componente 1

Componente 2

Componente 3

Componente 4

Componente 5

Componente 6

64

Por Punto Medio

Radial

Definición Geométrica del Componente Seleccionado

100.0000

141.42

100.0000

10.0000

L 1 2

L

69.05

10.0000

100.00

Vista Frontal del Modelo

Versión 1.0

Versión 1.1

Versión 1.2

Versión 1.3

Variaciones en los puntos de conexión.

ALZADOS

Vista Superior del Modelo

PLANTAS

VISTA LATERAL

Vista Lateral del Modelo

65

Estudio de Conexiones

En este componente hemos conseguido algunas características potenciales con las que comenzar a estudiar lógicas de conexión y proliferación, el componente básicamente parte de un triángulo isósceles de ángulo recto, con cortes desde sus dos vértices de 45º hasta el centroide de área, donde se realiza un solape de material que rigidiza el componente y permite la conexión con otros mediante sus vértices.

Para optimizar la conexión entre componentes, se definen los puntos específicos que garanticen una unión fuerte y que permita generar curvaturas y cambios de dirección.

En este punto hemos realizado un cambio de material, pasando del papel a láminas de polipropileno de 0,5mm, los nuevos componentes han sido cortados en láser para garantizar la precisión en todo el proceso.

CONEXIONES M.S. e M.I.

CONEXIONES I. y D.

eje X

eje X

eje Y

CONEXIONES P.I.

eje X

eje Y

CONEXIONES P.D.

eje X

eje Y

eje Y

Deformación planoXZ

Rotación planoXY

Rotación planoXY

Rotación planoYZ

Estudio de conexiones y grados de curvatura logrados en diferentes puntos de conexión.

66

Modelo de Estudio (Matriz)

Definición geométrica de los puntos de conexión

Test de conexión en dos direcciones. Componente en lámina de polipropileno de 5 mm, cortado en láser. Unión mediante tornillos de 3 mm.

67

CONSTRUCCIÓN DEL

SISTEMA CORALIUM

Design Studio Jordi Truco Por:

Begoña Gassó

/ Carlos E. Castro

Contenido: Coralium System Concepto Definición Sistema Geométrico Sistema Adáptativo Parámetros Sistema Constructivo

Coralium System

Concepto Una vez que tuvimos una intensiva introducción a la metodología de trabajo a través de la experiencia en el workshop de Sistemas Materiales, comenzamos la etapa del Design Studio con una perspectiva mucho más clara de lo que queriamos lograr.

El Coralium System busca generar una interacción entre forma, estructura y materia, un sistema emergente donde la suma de componentes y sus lógicas de proliferación generen soluciones estructurales y espaciales más eficientes y mejor adaptadas a su entorno.

En este punto somos capaces de documentar y generar un análisis mucho más minucioso del origen y comportamiento del componente, lo que nos permite obtener información más clara del proceso.

A

Paso 04

Paso 07

Paso 05

Paso 08

Paso 01 Ax9 A

Ax3 Paso 02 Ax3

P1

Ax3 P3

P2

P4 Paso 03

P9

P7

P6

Paso 06

P5

P8

Estructura natural de coral rojo

70

Paso 09

Definición del Componente Generación

Se puede conectar con otros componentes a través de sus 8 difentes caras.

El componente posee 6 bisagras Moviles Bisagra 2

Bisagra 1

Cara A Las bisagras 1 y 2 permanecen fijas

Bisagra 8

Bisagra 3

Bisagra 7

Cara B’

Cara B

Cara C’

Cara C

Cara D’

Cara D

Bisagra 4

En busca de una solución que permita una lógica de proliferación con más posibilidades, hemos generado un componente a base de pliegues. Como figura base tenemos un rectángulo de proporciones nueve (9) a uno (1), que subdividimos equitativamente en tres (3) segmentos cuyos vértices se pliegan sobre el punto medio del borde inferior de cada segmento, luego se superponen los triángulos de cada extremo, de esta manera se obtiene una pieza tridimensional a base de triangulos.

Características

Se puede deformar por el movimiento de sus bisagras

Bisagra 6

Bisagra 5 Cara E

71

El componente Coralium, posee ocho (8) planos que funcionan como superficie de conexión, también posee ocho (8) pliegues o bisagras que permiten la deformación parcial, alterando la posición de los planos, El componente posee la particularidad que sin importar la posición que adopten sus planos, el triángulo base que le da forma, se mantiene inalterado. Cada uno de los planos se identifica con una letra generando de esta manera una nomenclatura o código que identifica posteriormente el genotipo de nuestro sistema.

Geometría y Deformabilidad

Gracias a la definición del componente es posible realizar el análisis geométrico y de deformaciones en dos modelos en paralelo, el primero mediante una maqueta física y otro mediante un modelo tridimensional generado por computador.

Para el modelo físico tomamos como posición inicial la forma natural que adopta el material (polipropileno 0,5mm) al ser plegados y unidos sus extremos. Los ángulos medidos en esta posición serán la referencia para documentar la deformación y cambio de posición de los planos que configuran el componente.

Tenemos en cuenta que al estar definido mediante planos, ofrece mucha más superficie de contacto, lo que hace más eficientes y fuertes las uniones del sistema.

Los diferentes grados de libertad que generan las bisagras le aportan al sistema una gran versatilidad y capacidad para modificar su forma global.

68.85°

134.65° 127.99°

105.18°

119.01°

28.78°

Secuencia de deformación simétrica del componente

104.73°

60º

50.16° 34.55°

59.12°

141.31° 36.20°

60º

Ángulos de referencia en la posición natural de plegado.

72

60º

Triángulo equilátero presente en la geometría del componente, Permanece inalterable.

Sistema Geométrico

Análisis de Curvaturas / Conexiones Simples 59.96° 141.33° 38.67°

34.53°

79.72°

59.35° 8.29° 77.35°

102.65° 59.96°

120°

185.65°

120°

120°

69.05° 79.72°

77.35°

102.65° R305.49

Las conexiones mediante los planos DD solo aceptan un máximo de 3 componentes, se organizan en forma radial, configurando un triángulo.

Las conexiones mediante los planos AA generan un esquema de crecimiento circular, este tipo de conexión se perfila como una opción para vincular múltiples capas.

141.33°

59.33°

38.67°

34.53°

120.67°

166.65°

141.33°

120.67°

8.29°

59.33°

182.00°

69.05°

10.15°

10.15°

136.93° 141.33° R113.89 120.67°

59.33°

182.00°

69.05°

243.33°

79.72°

77.35°

La conexión mediante el plano EE no posee un equivalente simétrico, por lo que solo pueden vincularse dos componentes mediante este plano, al seguir conectando en una secuencia lógica mediante el plano A, se obtiene el mismo resultado que el expuesto en AA.

La geometría y dimensiones que poseen los planos de conexión B, B’ y E son iguales por lo que ofrecen la posibilidad de múltiples posiciones, en el caso de la conexión exclusiva por el plano B, se genera una organización radial que acepta 6 componentes como máximo, configurando un hexágono.

73

R305.49

Análisis de Curvaturas / Conexiones Simples

59.83°

42.90° 149.05°

166.65°

41.89° 117.77°

52.77°

156.90° 23.10°

R171.91

R112.35

La conexión a través de los planos C y D generan un esquema de crecimiento circular, con un radio menos amplio que mediante los planos B.

La conexión a través de los planos B y B’ generan un esquema de crecimiento lineal, con una curvatura que tiende a cerrarse en forma de anillo.

R173.49

117.85°

38.75°

38.75° 141.25°

Los planos de conexión BE ofrecen un esquema de crecimiento helicoidal que se perfila como una opción interesante para generar crecimiento en múltiples direcciones.

El esquema de crecimiento que se observa al conectar los componentes mediante los planos CC, es circular y tiende a cerrarse con un máximo de 9 componentes.

74

AA

BB

BB*

CC*

DD*

EE

CD

BE

AA Las conexiones simples han sido definidas durante nuestro estudio como la secuencia que se obtiene al conectar una serie de componentes siempre por los mismos planos, mientras que las posibilidades de proliferación se multiplican al crear secuencias de componentes conectados por múltiples planos, generando patrones muy diversos, a estos nuevos patrones los hemos definido como conexiones complejas.

B2 B1

BB

B2 B*1

B*3

B1

B4

B*2

B*4

B3

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB B*B* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:DD,EE,CD,BE

B*2 B1 B4

B*2

B*5 A2

A4

A1

A3

B*4

B4

B3

B5 B*3 B2 B*6

BB*

B6 B*1

B*3 B*4

*

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:6x2=12 Posibilidad de seguir creciendo según conexiones: Esquema de conexión: A2B*2 B4A4 A1B1

B*2 B1

B*3

B1

B3 B2

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:6 Esquema de conexión:BB* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:BE,DD,EE,CD

B*2 B1

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB B*B* BB* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

B*3A3

C*5 C*2

C4

C3 B5

B*6 B2 B1

B*4 B3

B*3 C6

B*4

CC*

C1

C*2 C*4

C*7

B5

C4

C3

C*3

C*5

C*3

C2

B7

C2

B*8 B*2 B1

C1

C*2

C8 C*1

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:CC* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:AA,DD*,EE,BE,DC

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:---Esquema de conexión:BB* CC* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB C*C B*B* CC* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

D2

B*3

D*3

C*2

B4 C1

B4

A1 A4

B3

D*3 D2 C3

D4

DD*

D*1

D*1

D*1

C*4

B2

D3*

D1

B*1

D2

D1

D*2 D3

D*2 D3

D*3 D2

D4 D*3 D2 B2 B1 A6

A3

A5

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:3x2=6 Posibilidad de seguir creciendo según conexiones: Esquema de conexión: D*1A1D1 D*2A2D2 A4

A2

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB DD* BB DD* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

D*3A3D3

A5

A6

A2 A1

EE

E4 E2

B1

B*2

B3

B*4

E1 E3

B2 B1

E2

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:3 Esquema de conexión:DD* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:AA,BB,BB*,CC*,BE

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:CC* DD* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:B*B DD* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

E2 E4

C*2

E3

E2 E3

C*3

C4

C1

E1 E3

A3

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:---x2=--Posibilidad de seguir creciendo según conexiones: Esquema de conexión: A1E1 E2A2

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB EE Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

A3E3

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB* EE B*B EE Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

C*2 A1 C*2

D*3

A2

D3

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:CC* EE C*C EE Posibilidad de seguir creciendo según conexiones: Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:4 Esquema de conexión:CD Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:AA,BB,BB*,BE

D*3 B5

B2

B*6

D3

C3

D5

B1

A3

C2

C4 C1

C*4

B3 B*4

B4

D2

C1

D*4

D*4

C2 D3

D1

C3

C1

C*2 C1

CD

D2 C1

D3

B3

E1

D4

D*1

D3 C2

E2

D1 D*2 D3

C*2 D*4

C*2

D*5

D*3 D2

B*2

C*4

B1

D4 C3

*

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:No Limitado Posibilidad de seguir creciendo según conexiones: Esquema de conexión: C1A1 A2C*2

D2

D3A3D*3

B2

E5

B1

E3

B*6

B2

C3

B5

E7

E4

B*1

C*4

D3 C3

B1

E4

E6 D*3 D2

B*2

E5 B*4

B2 E5

B2 E2

B3

C*2 D*3

B*2

*

*

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB* BE Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

E2 B2

E3

B3 E4

E1

E5 B*4 D2 C1

E4

B4

E3 B*2

B1

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB B*E Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

B1

B6

D*2 C*2 C1

E3 B2

A4 A3

C2

D4

E2

D1 D3

B3

B*4 E5

E3

C1

C4

E1

D*1

B*4 B6

D*3

D1

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:4 Esquema de conexión:CD Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:AA,BB,BB*,BE

E3

E5 B4

B3 B4

E1

D5

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:No Limitado Posibilidad de seguir creciendo según conexiones: Esquema de conexión:

D2 C1

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:4 Esquema de conexión:BE B*E Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

B5

B*2

A1 A2

B*1

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:EE CD C*D* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:DD* C*D D*C Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

B*6

A6 A5

B*2

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:CC* CD Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB* CD Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

B1

BE

D*3 C*2

*

*

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB CD* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

*

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:CC* BE Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:DD* BE Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

75

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:EE BE B*E Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

*

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes: Esquema de conexión:CD BE C*D* B*E Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

B1

E2

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:4 Esquema de conexión:BE Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

A2 A1 B4

B*2 A2

A4

A1

A3

E2 E3

B*3

B1

A3

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:---x2=--Posibilidad de seguir creciendo según conexiones: Esquema de conexión: E2A2 A1E1

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:6x2=12 Posibilidad de seguir creciendo según conexiones: Esquema de conexión: A2B*2 B4A4

A3E3

B*3A3

A1B1

A1 C*2

D*3

A2

D3

A3 A1 A4

D*1 D1 D*2 D3 D*3 D2

A6

A3

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:3x2=6 Posibilidad de seguir creciendo según conexiones: Esquema de conexión: D*1A1D1 D*2A2D2 A4

A5

A5

A2

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:No Limitado Posibilidad de seguir creciendo según conexiones: Esquema de conexión: C1A1 A2C*2

D*3A3D3

D3A3D*3

A6

76

C1

A A5 6

B*2

E5 D5

A1 A2 D*3 B*1

E3 B*3 B*4

*

A4 3 A

B3 B2

B*2 B1

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB B*B* BB* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:No Limitado Posibilidad de seguir creciendo según conexiones: Esquema de conexión:

C*2

C3

B2

B2

B1

B1

B*3 B*4 B5

C4

B2 B*1

B1

B*3 B*2

B4

B*4

B3

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB B*B* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:DD,EE,CD,BE

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB C*C B*B* CC* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

77

C*5

C*2

D*3

B2 B1

B4 B3

B3 B4

D3* D2

B2 B1

*

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB DD* BB DD* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB CD* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

B2

B*2

B1

E3

E4 E2 B3 B4

E1 B*6 B2 B1 B6 B5 E1 E3

*

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB EE Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB B*E Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

78

B*4 E5

B*2 B1

B*3 B*5

B4

B*4

B4

B3

D*3

B5 B*3 B2

D2 D4

B*6 B6 B*1

B*2 B1

B2 D*1

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:6 Esquema de conexión:BB* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:BE,DD,EE,CD

B*1

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:B*B DD* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

C*5

B*6

C4

B5

B1 B*4 B3

C6

E1 E3

C*7

E2 E4

B3

C*3 C2

B7

B*2

B*8 B*2 B1

C8 C*1

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB* EE B*B EE Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:---Esquema de conexión:BB* CC* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

79

B*4

B5

B*6

D5

C1

C*2

C4

4

C*

B3 B*4

C3

D3 C2

C*3 C2

B*2

C1

B1

*

C*2

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:CC* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:AA,DD*,EE,BE,DC

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB* CD Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

D2

B*6 B5

C*2

D*3

C1 E5 B4 C3 C*4

B*4 B3

E3 B2

D4

B*2 B1

*

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:BB* BE Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:CC* DD* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

80

E3 B2

C*2

E2 E3

C*3

C3

C*4

C4

C*2

C1

C1

*

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:CC* EE C*C EE Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:CC* BE Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

D3 C2 D2

C3 C*4 D*4

C*2 C1 D*1 D1 D*2 D3 D*3 D2

*

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:CC* CD Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:3 Esquema de conexión:DD* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:AA,BB,BB*,CC*,BE

81

D3

D*4

C1

C1 D4

D*1

E1

D1

E2

D*2 D3

C*2 C*2

D*4

D*3 D2

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:DD* C*D D*C Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:EE CD C*D* Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

B1

E7

E4

B*1

B1

E4

E1

D*1

E2

D1 D*2 D3 E6 D*3 D2

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:EE BE B*E Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:--Esquema de conexión:DD* BE Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

82

B*2

B2 E5

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:4 Esquema de conexión:CD Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:AA,BB,BB*,BE

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:4 Esquema de conexión:BE B*E Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

D2 C2

C1

D3

D1

C3 B1

B6

E5 B*4

D*5 C*4

B3

D4

E4

E2 B2

E3

B3 E4

E1

B4

C3 D2 D*3 C*2

D2 C1

D1

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:4 Esquema de conexión:CD Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:AA,BB,BB*,BE

C1

E3 B*2

C2 D3 C3 D4 B1

C4

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes:4 Esquema de conexión:BE Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

E5 B*4 D2 C1

B2 E2

E2

C*2 D*3

*

Tipo de conexión: Cerrada Número máximo de componentes: Esquema de conexión:CD BE C*D* B*E Posibilidad de seguir creciendo según conexiones:

83

Patrones de Crecimiento Vacios en el sistema

De las múltiples familias que se obtienen a partir de las conexiones complejas, hemos decidido limitar el estudio a la familia BB/BE, en busca de poder comprender y documentar minuciosamente el comportamiento y posibilidades de esta familia para generar espacios.

Esta familia se origina mediante la conexión de tres componentes que a partir de este momento se utilizan como elemento base, este se conectará con otros elementos base en diferentes posiciones generando otros grupos con características propias.

El triángulo equilátero presente en cada componente es el elemento clave que utilizamos para mapear la organización del sistema, mediante esta nomenclatura es posible graficar múltiples agrupaciones y reproducirlas en modelos físicos.

En las tres primeras agrupaciones obtenemos patrones de crecimiento bastante simétricos que siguen una curvatura constante.

Grupo 1

Familia BB / BE

Patrones de estudio

Grupo 2

Grupo 3

84

Prototipo

Finalmente hemos registrado el comportamiento y lógicas de proliferación de diferentes grupos derivados de la familia BB/BE, las cuales hemos combinado para lograr una estructura heterogénea, eliminando el factor del crecimiento simétrico que limita la diversidad espacial.

La combinación de estos diferentes grupos genera cambios de curvatura en la superficie y vacíos en la estructura, lo que permite mayores rangos de deformación de la forma global, al realizar modificaciones en componentes individuales.

Arriba, mapeado del prototipo, donde se muestra la posición exacta de cada componente y la familia a la cual pertenece, este método de representación es una proyección del conjunto desplegado sobre un plano horizontal. Se muestra en color rojo la ubicación de la cara posterior (plano E) de cada componte, esto define la dirección de la curvatura.

A la derecha, vista lateral y superior del prototipo de comprobación, realizado en lámina de polipropileno de 8 mm cortado en láser; para reducir el peso de la estructura hemos suprimido los tornillos como elementos de fijación y hemos utilizado adhesivo de contacto.

85

Modelo 3D vs. Prototipo

Un paso fundamental de comprobación del sistema, es comparar la fidelidad del modelo tridimensional obtenido por computador, con la información obtenida con el análisis del modelo físico, esto nos permite saber con seguridad que podemos predecir el comportamiento de la estructura, en función de las diferentes lógicas de proliferación y deformaciones puntuales.

Es necesario hacernos una idea de la escala del componente en relación con el sistema, por lo que generamos algunas imágenes dentro de un posible entorno urbano, que nos ofrece una referencia a la ciudad y al usuario.

A la izquierda, imagen del modelo físico en comparación con el modelo digital, las pequeñas diferencias se generan debido al peso propio del material.

86

Rango de movilidad de la estructura, en esta etapa de el estudio comenzamos a plantearnos los criterios de reactividad del sistema.

87

Referencia de escala del modelo digital.

88

Implantaci贸n hipot茅tica en un entorno urbano (Shibuya, Tokio).

89

Sistema Adaptativo

Análisis del Componente El sistema Coralium ha sido configurado bajo la estrategia del pliegue y no del solape del material, esto no es una deficiencia, sino más bien una vía diferente para abordar el problema. Esta condición ha generado que la rigidez del componente se obtenga en parte por la geometría y en parte por la resistencia del material a ser deformado.

En este punto se plantean dos nuevos retos, el primero desarrollar un mecanismo que nos permita fijar los ángulos internos del componente, para comprobar el cambio en la forma global del sistema; el segundo es investigar acerca de un material con un límite plástico elevado al someterlo al pliegue y que sea aplicable a nuestro sistema.

En los gráficos siguientes podemos observar las diferentes deformaciones a las que hemos sometido el componente, los ángulos internos se han fijado en un rango de 60, 90 y 120 grados, obteniendo como resultado deformaciones simétricas y asimétricas, con una tolerancia útil de 30 grados, es decir la diferencia entre los ángulos internos del componente no deben superar los treinta grados (30º), de otra forma el material comenzará a deformarse y será imposible la conexión con otros componentes.

A

B

C

D

E

F

G

H

I

90

Control de Ángulos

A

E Deformación simétrica del componente, en secuencia de ángulos A (60º,60º) E (90º,90º) I (120º, 120º).

I B F

D

Deformación asimétrica del componente, en secuencia de ángulos B (60º,90º) D (90º,60º) F (90º, 120º) H (120º,90º).

H C

G

Deformación asimétrica del componente, en secuencia de ángulos C (60º,120º) G (120º,60º), esta diferencia de ángulos igual o superior a 60º imposibilita la conexión con otros componentes, de forma que será el límite máximo de tolerancia para la deformación puntual.

91

El método utilizado para fijar la posición de los ángulos internos del componente, fue colocar una pieza en chapa metálica cortada en láser a medida, que nos permitió aumentar la resistencia del material en la zona del pliegue.

Este accesorio se integra al sistema, uniéndose al componente por los mismos puntos por los que se conecta con otros componentes, también hemos quitado material de la parte central de la pieza de metal con la finalidad de aligerarla.

Análisis de un Sistema Lineal

Variaciones Simétricas

Una vez que hemos conseguido fijar una posición en los ángulos internos de cada componente, podemos experimentar como afecta esto a la forma global del sistema.

Como primer test hemos conectado cinco (5) componentes con la lógica de la familia BB/BE, como punto de partida colocamos en sesenta grados (60º) los ángulos internos de cada componente y posteriormente modificamos progresivamente los ángulos de cada uno, comenzando por uno de sus extremos y con una diferencia de treinta grados (30º).

La secuencia de imágenes que se muestra a continuación, describe el cambio en la curvatura del sistema a partir de la manipulación de ángulos en cada componente.

C1

C2

C3

C4

C5

60º

120º 60º

90º

120º 60º 60º 60º

90º

120º 90º 60º 60º

60º 60º

120º 120º 120º 60º 60º

120º 120º 120º 90º 60º

120º 120º 120º 90º 90º

120º 120º 120º 120º 90º

120º 120º 120º 120º 120º

Componente 01

Componente 02

92

Componente 03 Componente 04 Componente 05

Análisis de Familias Similares

La posibilidad de introducir cambios en el sistema global nos permite visualizar el comportamiento de la estructura y sus posibilidades para generar espacios, hemos realizado en el entorno digital una simulación de cual sería este cambio de forma y curvatura en tres diferentes familias de conexión.

Apreciar estos cambios facilita el planteamiento de diferentes propuestas, estudiando su configuración en planta, alzados y rangos de movimiento de la estructura, de esta manera podemos darnos una idea de la organización programática, en función a las características espaciales que genera cada familia y agrupación de familias.

93

Parámetros

Parámetros en cada Componente Desde el inicio del estudio hemos extraído y registrado información geométrica y gráfica del sistema, hemos definido variables que hacen posible los cambios en la estructura y en su comportamiento. Estos datos son los que denominamos parámetros, aquellos elementos que es necesario modificar para introducir los cambios.

El riguroso análisis del comportamiento del componente base y del sistema global, hace posible saber con precisión cual es la consecuencia de cada modificación o cambio de posición, pero este análisis va acumulando información con cada nuevo componente que agregamos al sistema, hasta llegar a un punto en el cual comienzan a generarse nuevos comportamientos a una escala superior, que no parecen seguir las reglas iniciales.

En este momento es necesario emplear la ayuda de un software de diseño paramétrico (Grasshopper). Esta herramienta permite generar un modelo geométrico cuyos parámetros pueden ser modificados de forma fluida, y observar los cambios en el sistema desde la escala del componente a una escala macro, detectando la aparición de comportamientos emergentes.

control of angle

C

A B

A

B

C

control of angle

E

control of angle

C E

94

angles

Ƙ(CD)

ƙ(BC)

60º

10º

Ɵ(DE) 0º

90º

15º

40º

120º

30º

80º

Construcción Paramétrica

1

5

2

6

3

7

4

8

95

La construcción paramétrica es un paso fundamental en el Design Studio, es la única garantía de que hemos comprendido hasta cierto punto, el comportamiento físico del material y del sistema, de esta manera seremos capaces de reproducir y predecir su comportamiento.

Dentro de la plataforma de Grasshopper podemos gestionar los datos correspondientes a la geometría de nuestro componente, plasmarla como listas de números que representan coordenadas espaciales, donde podemos ubicar puntos, líneas, planos y relacionarlos en un proceso muy parecido al que utilizamos en métodos de representación de geometría descriptiva.

En la secuencia de imágenes mostradas en esta página, podemos apreciar el proceso de construcción paramétrica y lo más importarte, podemos reproducir los rangos de deformación geométrica del componente y del sistema.

Como primer paso hemos de descomponer la geometría, comenzando por el triángulo base, cuyas dimensiones definirán la escala del componente; posteriormente definimos las coordenadas de los vértices de cada plano y materializamos las caras, pero esto no es suficiente, en este punto debemos poder modificar los ángulos internos y la posición de los planos.

Cinemática/ Control de Movimiento

Parámetros Componente

Como mencionamos en la descripción, el componente posee seis (6) bisagras a las que permitimos movilidad, cada una de estas bisagras en términos cinemáticos representa un eje de rotación y geométricamente representa uno de los lados de cada triángulo o plano. Establecido esto se generan líneas perpendiculares a cada eje y que pertenezcan a cada plano, pasando a su vez por el vértice opuesto al eje, esto nos define el radio máximo de la circunferencia que describe la rotación de cada plano; debido a que estos comparten un lado en común, las circunferencias se interceptarán en un punto, este será el punto que permitirá evaluar la posición de los planos comunes a lo largo de cada trayectoria, permitiendo la movilidad del modelo.

Estos parámetros son modificados mediante una herramienta Slider, con la cual podemos cambiar la escala del componente o la posición de sus planos, en función de la medida de uno de sus ángulos internos; al estar toda la información geométrica vinculada entre sí, la modificación de un parámetro altera toda la morfología.

Una vez que hemos controlado la parametrización de un componente, podemos clonarlo y unirlo según la lógica de proliferación que hayamos definido, esto nos permite visualizar el comportamiento global, controlando los parámetros del componente original.

Estructura de código en Grasshopper para la construcción del componente y sistema Coralium.

96

Parรกmetros Globales

97

Constructive Systems

Material Studio La eficiencia y complejidad de las nuevas estructuras aplicadas en la ingeniería y arquitectura, van de la mano con los inmensos avances que hemos conseguido en el diseño de materiales inteligentes, más ligeros, resistentes, flexibles, personalizados e incluso capaces de reaccionar ante estímulos externos, como temperatura, presión, humedad, luz, entre muchos otros.

El componente Coralium debe su geometría a la rigidez de sus caras, pero su capacidad estructural es producto de la resistencia del material a la flexión producida en sus pliegues, por esta razón es preciso aplicar un material que sea muy resistente a la flexión y que posea un límite de plasticidad elevado.

Experimentando con diversos modelos físicos, hemos concluido que podemos optar por dos posibles soluciones, una será un material laminado compuesto por un núcleo flexible pero resistente, y dos capas exteriores en un material muy duro y ligero.

Otra opción es un material compuesto a base de fibras, donde se refuerzan las zonas correspondientes a las caras y se cambie la dirección de trabajo de las fibras en las articulaciones.

Modelo A: Construido mediante dos láminas de polipropileno de 0.8 mm y un núcleo de espuma de poliestireno de 2 mm, las diferentes láminas han sido encoladas y prensadas.

Para el peso propio del material, el núcleo ofrece flexibilidad y buena resistencia. El polipropileno por el contrario es muy blando y los planos se deforman.

Modelo B: Construido mediante láminas de PVC color blanco de 2 mm de espesor con núcleo de látex de 1.5 mm de espesor, el material ha sido fijado mediante tornillos.

El núcleo de látex utilizado en este modelo, es un material elástico y muy delgado, por lo que la capacidad estructural del modelo es prácticamente nula.

Modelo C: Construido con láminas de madera contrachapada de 3 mm de espesor, con núcleo de polipropileno de 0.8 mm.

La madera ofrece una excelente rigidez a los planos, pero es muy gruesa, mientras que el núcleo de polipropileno ofrece muy buena flexibilidad y resistencia.

Modelo D: Construido con un material, comercialmente conocido como “ALUCOBOND”, este material está compuesto por dos láminas de aluminio de 0.5 mm de espesor con un núcleo plástico, se utiliza comúnmente para cubiertas plegadas.

Este componente se ha mecanizado en la milling machine y plegado a mano, tiene excelente comportamiento estructural, pero no permite deformación.

Modelo E: Construido en láminas de PVC de 2 mm cortadas en láser, con un núcleo de polipropileno de 0.5 mm, fijados mediante tornillos de 3 mm. Los planos correspondientes a las caras A, B y B’ han sido construidos en una sola pieza. Esta combinación de materiales posee muy buena resistencia a los esfuerzos y rigidez estructural.

98

Pre-formado

1

2

3

4

Para lograr el comportamiento deseado en el sistema es necesario fijar tres de las caras del componente en una sola pieza, debido a su geometría el mejor método para fabricarla, utilizando los mismos materiales, es el termo conformado.

El PVC es un material termoplástico por lo que podemos calentarlo un poco mediante el uso de una pistola de aire caliente o un horno, hasta que esté moldeable y conformarlo mediante un molde de positivo y negativo.

En nuestro caso hemos cortado en láser un prisma piramidal de madera, que servirá como molde para fabricar la pieza rígida, posteriormente colocamos la pieza de PVC sobre el molde, fijándola mediante tornillos y finalmente calentamos con una pistola de aire caliente a unos 300º C hasta reblandecer la zona que debemos doblar, luego con la ayuda de otra pieza de madera llevamos a la posición deseada hasta que se enfríe y recupere su rigidez.

Cuidado: aunque para este estudio hemos utilizado PVC como material base, advertimos que es un material que no debe ser expuesto a la llama directamente, tampoco es recomendable cortarlo en láser, debido a que los gases producto de su combustión son sumamente tóxicos e inflamables.

99

Fabrication Process

Como prototipo final de nuestro sistema, hemos obtenido un componente ensamblado por múltiples partes totalmente articulado, los planos exteriores fabricados en Láminas de Policloruro de Vinilo (PVC) ofrecen muy buena rigidez y una superficie lisa de contacto entre componentes, los planos interiores fabricados en el mismo material, han sido aligerados ya que su función es la de reforzar la estructura y fijar el material del núcleo.

100

Membranas (Material Rigido 0.5mm)

Componente final, nĂşcleo polipropileno, estructura en PVC, fijados con tornillos.

Laminas Exteriores (Material Rigido 1mm)

Laminas Interiores Aligeradas (Material Rigido 1mm)

Componente experimental, fibra de vidrio prensado en polipropileno (Twintex), NĂşcleo 1mm, estructura 3mm.

Caras Preformadas (Material Rigido 2mm)

101

RE-ACTIVE

SYSTEMS

Re-Active Systems Marcel Bilurbina / Jordi Truco Por:

Bego帽a Gasso

/ Carlos E. Castro

Contenido: Arduino Open Hardware Sistemas de Sensorizaci贸n Sistemas de Actuaci贸n Reactive Proposal

Hardware

Plataforma Arduino Arduino es una plataforma de electrónica open source y open hardware basada en una filosofía flexible y fácil de usar, fue diseñada para aficionados, artistas, diseñadores u otros profesionales interesados en crear entornos u objetos interactivos.

La placa Arduino es capaz de tomar información del entorno a través de sus pines de entrada, de toda una gama de sensores y puede controlar dispositivos de salida como: luces, motores y otros actuadores.

El micro controlador de la placa Arduino, puede programarse mediante el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos realizados en esta plataforma pueden ejecutarse sin la necesidad de estar conectados a un computador, si bien tienen la posibilidad de hacerlo, pueden conectar con diferentes tipos de software como Flash o Processing.

La empresa ofrece todos los ficheros CAD para que las placas puedan ser auto-fabricadas o compradas ya montadas. La licencia es abierta y los diseños pueden ser modificados y adaptados a las necesidades de cada usuario o proyecto.

Placa Arduino Uno.

Placa Arduino Mega.

Es la mas reciente versión de la placa Arduino USB básica. Se comunica con el computador mediante un cable USB standar y contiene todos los elementos para programar la placa, cuenta con una amplia gama de Shields con funciones específicas, ofreciendo una gran flexibilidad y adaptabilidad.

Esta placa posee un microcontrolador con mayores prestaciones y también posee una mayor cantidad de pines de entrada y salida, que le permite controlar un mayor número de dispositivos simultáneamente; igualmente se conectan a computador mediante un cable USB y es compatible con los shields de la placa Arduino Uno.

Placa Arduino Ethernet.

Placa Arduino Nano.

Está diseñada para conectarse a una red Ethernet y tener acceso a y desde internet.

Es una placa compacta diseñada para usar directamente en placas de desarrollo, esta se conecta al computador mediante un cable USB Mini-B.

104

Arquitectura de la Placa Arduino Uno

Shields

GND

Led de Prueba Pines digitales Entrada/salida

Botón de Reset Conexión FTDI

Los Shields son sub-placas que pueden colocarse sobre la placa principal Arduino y amplían su funcionalidad para controlar nuevos tipos de dispositivos, recolección de datos, etc.

Shields Xbee: Permite conectar de forma inalámbrica varias placas Arduino, desde una distancia máxima de cien (100) pies en edificaciones y trescientos (300) pies en lugares abiertos usando el módulo Maxtream Xbee Zigbee.

Shield Motores: Permite a Arduino controlar el funcionamiento de motores eléctricos de corriente continua, servos , motores steppers y leer encoders.

Conexión USB

Regulador de Voltaje 5v

Power Plug Chip Microcontrolador AT Mega 168 Salida 5v

GND

Pines de entrada Analógicos

105

Arquitectura Inteligente

Sistemas de Sensorización Los proyectos generados en el marco de esta Maestría (ADDA), no solo buscan materializar la complejidad formal derivada del estudio de los sistemas emergentes y materiales, este modelo de arquitectura tiene que ser eficiente pero también adaptable; en este espíritu logramos ir mucho más allá del ejemplo modernista donde respetamos la estética y recursos del lugar para ir un paso adelante.

Ahora tenemos la posibilidad de plantear edificaciones que pueden literalmente cambiar su forma u organización espacial, en función de las condiciones ambientales o requerimientos programáticos, esta tecnología permite pensar en proyectos realmente autosustentables, capaces de generar su propia energía, auto-regular su permeabilidad a la luz, ventilación u otros sistemas.

Para lograr esto, es necesario dotar al edificio de dispositivos electrónicos (sensores), que captan la información del entorno a tiempo real, para luego procesarla y programar la respuesta del edificio y sub-sistemas.

La idea de tener un habitat inteligente ha sido tema de películas de ciencia ficción, pero la realidad es que la domótica, busca relacionar y automatizar muchos de los sistemas funcionales de las edificaciones y hogares

Sensor de Gas Hidrógeno (H2)

Sensor de movimiento mediante señal infrarroja (PIR)

Sensor de proximidad mediante señal infrarroja

Sensor de proximidad mediante frecuencia de ultrasonido

106

Sensor de Gas Ozono (O3)

Sensor de Agua

Sensor de Humedad

Sensor de Flujo de Agua

Sensor de Presión

Sensor de Flexión

Interruptor Fotoeléctrico

Sensor de Temperatura

Sensor Fotoreflectivo

Sensor de Consumo Eléctrico

Fotoresistencia

Sensor de Sonido

107

modernos, como por ejemplo poder integrar las funciones de seguridad ,luz, calefacción, audio y video de nuestro hogar a nuestro teléfono móvil, vía internet. En el caso de la arquitectura inteligente buscamos ir más allá, al optimizar el uso de la energía.

Los sensores disponibles en el mercado son muy extensos, además existen empresas especializadas que fabricarán de ser necesario uno que se adapte a las necesidades de nuestro proyecto. Estos dispositivos son capaces de tomar la información del entorno como la temperatura, nivel de radiación solar, composición del aire, presencia, entre muchos otros y convertirlos en una señal analógica o digital, que será procesada en tiempo real.

Sistemas de Actuación

El proceso de adaptación formal o espacial de la edificación a las condiciones del entorno o a los requerimientos programáticos, necesita de dispositivos que sean capaces de variar la tensión y los esfuerzos del material en los componentes o en determinados puntos globales de la estructura. Es allí donde entran en juego los actuadores, estos dispositivos son capaces de transformar una fuente de energía en trabajo mecánico, mediante movimientos lineales de tracción o compresión, rotación, expansión y contracción.

Los más comunes en el mercado se pueden clasificar en:

• Eléctricos Los actuadores eléctricos pueden ser de tipo motor o cilindros, solo necesitan el uso de energía eléctrica para su funcionamiento, son altamente versátiles, eficientes y precisos. No poseen restricción en cuanto a la distancia de los actuadores a la fuente de energía.

Actuador Eléctrico Tipo Cilindro

• Electrónicos Son actuadores por lo general de pequeñas dimensiones y gran precisión, generalmente son de corriente alterna y no usan sistema de escobillas por lo que son de bajo mantenimiento.

Actuador Electrónico Tipo Servo

• Hidráulicos Los actuadores hidráulicos son uno de los sistemas más antiguos y poseen la capacidad de transformar la energía de los fluidos a presión, en movimiento lineal mediante un efecto de pistón, en el caso de los cilindros, o rotacional en el caso de motores.

Actuador Neumático Tipo Cilindro

• Neumáticos El funcionamiento de los actuadores neumáticos es muy similar al sistema hidráulico, con la diferencia que estos usan la energía del aire comprimido para ejecutar el trabajo mecánico.

Actuador Eléctrico Tipo Steppers

108

En la imagen podemos ver un robot en el que se ha utilizado un sistema basado en mĂşsculos neumĂĄticos, esta tecnologĂ­a es de uso reciente y su funcionamiento consiste en aprovechar la energĂ­a del aire comprimido para expandir o contraer un cilindro hecho a partir de una membrana flexible, generando un movimiento lineal de gran potencia.

109

Re-Active Proposal

Reacciรณn al Entorno Coralium es un sistema adaptativo que reacciona a las condiciones ambientales, modificando la forma de sus componentes base en funciรณn de los niveles de luminosidad que recibe la estructura.

Este cambio de forma permite a la estructura cubrir un รกrea mayor en condiciones de nubosidad o lluvia, mientras que en condiciones de clima soleado, la estructura se contrae para permitir ampliar las zonas descubiertas.

+ Insolaciรณn

- Insolaciรณn - Area Cubierta

+ Area Cubierta

110

Diseño de Prototipo

Demostrador

Vista Superior

Soporte Actuadores

1

Servo-motores

2 6

5 3 4

Polea Tensores (Cable de Acero 0.8mm)

Una de las etapas más interesantes y concluyentes del proyecto, consistió en la construcción de un modelo o prototipo que permitiera englobar la propuesta constructiva a una escala mayor, utilizando materiales con características mecánicas más cercanas a la realidad, comprobando la viabilidad y precisión del uso de herramientas de corte por control numérico, así como la adaptación e implementación de los diferentes sistemas electrónicos de sensorización y actuación.

La configuración se basa en seis componentes conectados según el esquema:

Planos de Conexión

Esta configuración permite que los componentes centrales 2 y 3 permanezcan unidos por uno de los planos de conexión más grandes, constituyendo el punto de apoyo de la estructura y permitiendo un amplio rango de movimiento para el resto de componentes.

Vista Lateral

Explicaremos en detalle el proceso de construcción y montaje de todos los elementos del prototipo.

Ubicación de Soporte

111

Actuadores

Los dispositivos utilizados como actuadores en nuestro prototipo son servomotores electrónicos (HI tec/HS-422), estos poseen un rango de movimiento de 180º y una fuerza de 7kg/cm2.

Debido a que el movimiento generado en principio por nuestros servos es de rotación, es necesario transformarlo en un movimiento lineal, que podamos dirigir y concentrar en los puntos específicos del componente, para vencer la resistencia del material en las articulaciones y deformarlo según nuestros requerimientos.

Para este propósito hemos diseñado una base firme de soporte, que mantenga al servomotor en una posición que permita alinear los esfuerzos, mediante un sistema de poleas y tensores.

Conexión a Componente

Servo-motor Caja de Soporte al Servo

Polea

Ranura de Fijación al Tensor

Esquemas de ensamblaje para la base de los servomotores.

112

Las bases para los actuadores han sido diseñadas directamente en el software Rhinoceros, tomando como referencia tanto al modelo tridimensional del componente, como a la forma y dimensiones específicas del servomotor, de manera que pudiésemos comprobar su viabilidad y la precisión en el ensamblado de los componentes.

El material utilizado para la fabricación de las bases y poleas, es metacrilato (PMMA) translúcido de 3mm de espesor, en el diseño hemos incluido una serie de muescas para garantizar el encaje de cada una de las piezas en el lugar correcto.

El método de fabricación es mediante corte por láser, posteriormente las piezas son ensambladas y reforzadas con adhesivo de cianocrilato, el servo es fijado a la base mediante tornillos y todo el conjunto es unido al componente en su plano de conexión “A” mediante tres tornillos.

Las poleas están constituidas por tres (3) piezas circulares, la ubicada en la parte intermedia, de un diámetro un poco menor para que se genere una ranura de guía, se fijan al eje de trabajo del servomotor mediante tornillos.

Los tensores están fijados a las poleas mediante un perno metálico el cual se ha incrustado y alineado en la polea.

A

B

Esquemas de funcionamiento del actuador en los componentes individuales.

113

Soporte del Demostrador

Un soporte central permite posar la estructura del prototipo en una posición estable, cómoda para su ensamblado, el mínimo contacto con la estructura es necesario para garantizar las variaciones de forma en el sistema.

En este soporte se ubica el circuito electrónico y los sensores que controla el sistema reactivo.

El soporte esta construido en cuatro (4) piezas de metacrilato (PMMA) semi-transparente de 10 mm de espesor, cortado mediante láser, ensamblado mediante muescas de unión, contempladas en el diseño y reforzada con adhesivo de cianocrilato.

Ranura de Encaje

Soporte Lateral

Riostra

Base

114

Arriba y a la izquierda fotograf铆a de la base construida. A la derecha render de previsualizaci贸n del prototipo demostrador, se observan todos los componentes en una posici贸n l铆mite.

115

Programación

Como ya hemos comentado, la plataforma de software con la que programamos el sistema reactivo es Arduino (basado en Wiring).

En principio la estrategia es partir de un valor medio de luminosidad al que definiremos como “x”, luego definiremos el valor mínimo igual a cero (0), que representa la ausencia total de luz, el valor máximo del rango esta definido por el doble del valor medio “2x”.

Los valores de iluminación los obtenemos mediante la lectura de una foto-resistencia, cuyo rango es variable dependiendo de si el lugar es interior o exterior. Para lograr calibrar las lecturas y adaptarlas a nuestras necesidades, es preciso re-mapear los valores obtenidos del sensor para que siempre posean un correspondiente en nuestro rango de 0 a 2X. Debido a que la estructura debe cambiar su forma de manera controlada, hemos programado una serie de seis (6) diferentes pasos que permiten la expansión y contracción de la estructura de manera gradual.

El rango que hemos re-mapeado, ahora lo sub-dividimos en la cantidad de pasos que necesitamos programar en la estructura, de esta manera cada vez que la lectura del sensor esté dentro de los sub-rangos, afectará la forma de la estructura, en el paso correspondiente.

Secuencia de Pasos Programados en cada Componente

Prototipo Demostrador 6 Componentes

Movimiento de cierre = +insolación 1

Step 1= Sensor Value (2x/3 , x) Component 1 and 4 GOES TO +90º Component 2 and 3 stay in position 0 Component 5 and 6 stay in position 0

2 6

5

Step 2 = Sensor Value (x/3 , 2x/3) Component 1 and 4 stay in position +90º Component 2 and 3 GOES TO +90º Component 5 and 6 stay in position 0º

3

4

Step 3 = Sensor Value ( 0 , x/3) Component 1 and 4 stay in position +90º Component 2 and 3 stay in position +90 Component 5 and 6 GOES TO -90º

Angulo servo en cada componente Neutral 0º

Movimiento de apertura = - Insolación

+90º Posición Max.

Posición Min. -90º

Step 1= Sensor Value (x, x+x/3) Component 1 and 4 GOES TO -90º Component 2 and 3 stay in position 0 Component 5 and 6 stay in position 0 Step 2 = Sensor Value (x+x/3 , x+2x/3) Component 1 and 4 stay in position -90º Component 2 and 3 GOES TO -90º Component 5 and 6 stay in position 0º

Escala de lectura de datos en el sensor de iluminación

0

x/3

2x/3

x

x+x/3

116

x+2x/3

Step 3 = Sensor Value (x+2x/3 , 2x) Component 1 and 4 stay in position -90º Component 2 and 3 stay in position -90 Component 5 and 6 GOES TO +90º 2x

C贸digo de Programaci贸n en Arduino 1

2

3

117

Circuito Electrónico

La placa Arduino, nos proporciona todos los elementos necesarios para comunicar y programar el microcontrolador con el computador, pero el sistema reactivo necesita conectar otros elementos, tales como: el sensor de iluminación (foto-resistencia), los servomotores y una fuente de alimentación independiente.

Para este propósito hemos utilizado un dispositivo denominado “proto-board” que no es más que una placa conductora con múltiples agujeros o pines, que genera canales o lineas de conexión sin necesidad de utilizar soldadura, por lo que se pueden realizar cambios muy rápidamente.

La placa Arduino administra toda la información, de manera que el sensor de iluminación es conectado a una fuente de alimentación de 5 voltios y a la tierra del Arduino, utilizando la proto-board como elemento de conexión, la información de salida de la fotoresistencia es captada como una diferencia de voltaje en un “pin” de entrada analógica del Arduino.

Una ves alimentados los servos, se conecta el cable de control de cada uno a los “pines” digitales de salida de Arduino, que hemos declarado en el código de programación; de esta manera cada vez que el microcontrolador reciba una señal del sensor, enviará un impulso eléctrico al pin correspondiente, que activará al servo conectado a ese pin indicando su posición y velocidad.

Cada uno de los servomotores necesita una conexión a una fuente de alimentación de 5 voltios, pero al conectarlos simultáneamente a la salida de Arduino, se produce una caída de tensión que interfiere con el correcto funcionamiento del sistema, por lo que es necesario introducir una fuente de alimentación externa, a través de un transformador universal.

Servo_1 USB 5v Conection

Servo_2

Servo_3

Servo_4 A 5

10

15

20

25

30

35

B C D E F

40

45

+

R1

R2 G H I J K 5

10

15

L

20

25

30

35

40

45

6.5v

Servo_5

Servo_6

118

Montaje / Test de Movimiento

El proceso de montaje del prototipo es realizado en etapas: • Ensamblado de cada componente individual, se comprueba su resistencia a los esfuerzos y que el rango de deformación sea el correcto.

• Ensamblaje del soporte de base.

• Montaje del soporte de los servos en cada componente, se comprueba que queden en la posición correcta, así como la resistencia a los esfuerzos.

• Conexión de los tensores en las poleas y en los puntos específicos del componente.

• Test del funcionamiento del servomotor en cada componente.

• Conexión de los componentes entre sí, en función del esquema ya definido.

• Revisión del código de programación y luego se carga en el microcontrolador.

• Test generales de funcionamiento y se realizan los ajustes necesarios.

119

Vista superior del prototipo demostrador

120

Vista perspectiva del prototipo demostrador

121

Vista superior del prototipo demostrador

122

Detalle del prototipo demostrador

123

PROPUESTA

ARQUITECTÓNICA

CORALIUM SYSTEM Espacio Comercial Reactivo Por: Bego帽a Gass贸 / Carlos E. Castro

Contenido: Contexto Aproximaci贸n al Lugar Implantaci贸n Esquemas de Proyecto Propuesta Prototipo

Propuesta Arquitectónica

Contexto Los espacios que vamos a intervenir se encuentran en la calle Comte Borrell 157159,08015, Barcelona. Ocupan el área del interior de la manzana. Con anterioridad este espacio estaba ocupado por la residencia de ancianos de las Hermanitas de los Pobres.

Cuando éstas decidieron desprenderse de la residencia, este espacio ubicado en pleno Eixample barcelonés fue muy codiciado por su magnífica situación, que lo establecía como una excelente oportunidad para los promotores inmobiliarios de la época, mientras que los vecinos de la zona clamaban por la creación de equipamiento urbano, que aumentara el valor inmobiliario de la zona y la calidad de vida de sus habitantes.

Fotografía Satelital.

Ubicación de la parcela dentro de un modelo a escala de la ciudad de Barcelona.

126

Aproximación al Lugar

En la actualidad existen en un lamentable estado de deterioro, los jardines que una época funcionaron como área de esparcimiento para la gente mayor. Debido a esta condición creemos válida la intervención de este lugar para crear un área de recreación, que preste servicios comerciales y mantenga la esencia de los jardines originales.

127

Implantación

La estrategia de implantación para el proyecto es apropiarse del área norte de la manzana, donde se puede reconstruir el perfil urbano, con una estructura permeable que incorpora áreas de recreación, comerciales y de restauración a varios niveles, generando continuidad en el recorrido entre el borde de la calle y los espacios verdes interiores a la manzana y con sus vecinas.

Jardins D’emma

Carrer de La Diputació

128

Carrer del Comte Borrel

Carrer de Viladomat

Carrer del Condell de Cent

Esquemas de Proyecto

Sección

El sistema Coralium es adaptado para crear una estructura curvada a manera de pétalos, cuya configuración parte de un esquema radial, donde los elementos pueden organizarse desde un centro común, para generar un espacio cuyo flujo de actividad sea de dentro hacia afuera, también pueden ubicar el apoyo en una zona perimetral y generar actividad hacia la zona central. Estos núcleos pueden disponerse solapados para formar galerías con diferentes condiciones de altura y permeabilidad, creando continuidad entre los jardines interiores de las manzanas continuas.

Las estructuras recopilan información de las condiciones ambientales y reaccionan ampliando o contrayendo el radio de apertura, permitiendo disfrutar de los espacios en diferentes calidades de luz y permeabilidad.

Vista Superior

Perspectiva

129

Propuesta

Alzado B

Carrer del Condell de Cent

Carrer de Viladomat

Carrer del Comte Borrel

Alzado A

Finalmente en la propuesta se ubica la estructura, de tal forma que permita extender las áreas verdes que originalmente constituían el centro de la manzana, en una banda continua que penetra en el corazón de la misma. Al centro de esta banda se ubica un núcleo comercial donde se han concentrado la mayoría de los usos y se genera una operación topográfica para enfatizar diferentes usos y calidades espaciales dentro del recorrido de las galerías.

El lugar ofrece las condiciones para experimentar con la organización de diferentes configuraciones del sistema, generando un recorrido fluido en torno a los diferentes programas.

Carrer de La Diputació

130

Alzado A

Alzado B

131

Vista perspectiva de la propuesta

132

Vista perspectiva de la propuesta

133

Prototipo

Se decidió enfocar la construcción del prototipo en un área especifica de la propuesta arquitectónica, de donde es posible exponer las mejores características del sistema.

Los componentes se han construido en polipropileno, color blanco de 0.8mm, unidos entre si con tornillos metálicos de 2mm.

Se han diseñado y cortado en láser dos componentes con posiciones distintas, que permiten lograr los grados de curvatura deseados para cada pétalo.

La topografía se ha fabricado en madera contrachapada de 5mm de espesor, cortada en láser, unida mediante adhesivo para madera.

Vista perspectiva maqueta propuesta arquitectónica

134

Vista perspectiva maqueta propuesta arquitect贸nica

135

Vista perspectiva maqueta propuesta arquitect贸nica

136

Vista perspectiva maqueta propuesta arquitect贸nica

137

Vista perspectiva maqueta propuesta arquitect贸nica

Conclusión BioDeLab

La experiencia desarrollada en el BioDeLab parte de un concepto fundamental, como es la exploración y la experimentación con sistemas a partir del análisis de las propiedades físicas y estructurales de un material determinado.

La aproximación al problema desde la elaboración de múltiples modelos es mucho más empírica y cercana con el ejercicio propio de la profesión de Arquitecto, combinada con métodos de vanguardia como el diseño paramétrico, ofreciendo un punto de vista mucho más amplio de las posibilidades de un proyecto y de la manera en como se relaciona la información durante el proceso.

El mayor de los retos, es comprender las implicaciones de un sistema material, donde el material en si mismo constituye el elemento generador de la forma, estructura, piel y cerramiento, a diferencia de los sistemas constructivos a los que estamos acostumbrados, donde se discriminan y superponen los diferentes sub-sistemas que constituyen una edificación; esto ofrece un sentido integrador al proyecto arquitectónico, que nos hace percibir al edificio como un organismo donde los cambios más sutiles afectan dramáticamente el resultado final.

El uso de las herramientas de diseño y fabricación digital aprendidas en esta etapa del Máster, nos han permitido seguir una metodología de retroalimentación entre los modelos físicos y los modelos digitales, permitiendo llegar a coordinar la información obtenida de los diferentes procesos, hasta llegar a materializar propuestas que serían muy difíciles de alcanzar por métodos tradicionales, gracias a la precisión y diversidad de los elementos constructivos que implican estos modelos.

Finalmente vale la pena destacar el hecho de haber podido acercarnos y tomar el control de todo el proceso de producción, construcción y ensamblado de todas las partes del sistema, oportunidad que a menudo solemos delegar en la práctica habitual de la arquitectura y que indudablemente enriquece el proceso de investigación y aprendizaje.

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BioDeLab/Final Review 2011

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CoDeLab

Computational Design Lab Máster en Diseño Avanzado y Arquitectura Digital, ADDA / ELISAVA Director : Jordi Truco Por: Carlos E. Castro

Contenido: Genético vs. Generativo Design Studio Propuesta Arquitectónica Laboratorio de Fabricación Digital

GENÉTICO vs.

GENERATIVO

GenĂŠtico Versus Generativo / Seminario Pau de Sola-Morales Por: Carlos E. Castro

Contenido: Seminario GenĂŠtico vs. Generativo El Paradigma de la Complejidad

Genético vs. Generativo

Seminario Los arquitectos y teóricos contemporáneos se interesan cada vez más, en nuevas metodologías basadas en las teorías positivistas para contextualizar sus propuestas.

Planteamientos como la teoría del caos y la teoría de la complejidad comienzan a tener cabida dentro del discurso arquitectónico. La exploración y adaptación a la arquitectura de sistemas emergentes y adaptativos, justifican el uso de potentes herramientas de cálculo y métodos paramétricos para la generación morfológica.

Este seminario pretende mostrar las bases teóricas que explican el origen de los sistemas informáticos y las claves matemáticas intrínsecas en la arquitectura, lo que nos coloca en este punto de convergencia entre la generación de formas cada vez mas complejas a partir de algoritmos generativos, que solo podemos llevar a cabo compatibilizando las metodologías de diseño, con el lenguaje de programación informática.

El estudio y análisis de diferentes artículos, sobre las ideas y teorías contemporáneas de la arquitectura digital, forman la estructura fundamental de este curso.

Francesco di Giorgio. Dibujo de cod.

Magliab., Bibl. Naz., Florencia.

146

El Paradigma de la Complejidad

Morín en su ensayo “El Paradigma De La Complejidad” nos explica, que el hombre ha rondado la cuestión de la complejidad desde hace muchos años, por lo que no es un concepto contemporáneo nacido desde el desarrollo científico y las nuevas tecnologías, por el contrario es un elemento presente en nuestra vida cotidiana, aunque no lo percibimos de esta manera. De igual forma afirma que para comprender el problema de la complejidad, hay que internalizar en primer lugar que existe también un paradigma de la simplicidad.

Esta intenta poner orden en el universo, reduciendo la complejidad a un principio básico y fundamental, logra separar lo que está ligado (disyunción), o bien unifica lo que es diverso (reducción), convirtiéndose en la metodología fundamental que han empleado los científicos para estudiar los fenómenos (Método Científico).

Un ejemplo muy ilustrativo que demuestra la presencia de la complejidad en lugares donde no la percibimos de forma consciente, se plasma en el hombre mismo, el hombre es un ser biológico, pero también es un ser cultural que se maneja en un universo del lenguaje, y además abarca dentro de sí, conceptos tan diversos y complejos como las células y el alma. Para estudiarlo es necesario entonces acudir a la disyunción o separación de los diferentes campos, ya que no

somos capaces científicamente de compatibilizar estos criterios, aunque sepamos que en la esencia humana no puedan desvincularse uno del otro.

Entonces la ciencia hace de su objetivo desvelar la simplicidad que se encuentra detrás de la aparente diversidad y desorden de los fenómenos naturales, en principio explicados a través de la intervención divina, pero una vez que la ciencia descarta la presencia de Dios como origen de estos fenómenos, deriva en la búsqueda inconsciente de la gran ley del universo, impulsando un gran movimiento dentro de la Física y otras ciencias.

Hemos llegado al descubrimiento de leyes fundamentales como la gravedad o el electromagnetismo, fruto de esta búsqueda casi obsesiva de una explicación del universo.

Pero irónicamente cada vez que la ciencia intenta simplificar un fenómeno, se topa con comportamientos complejos que requieren un nuevo nivel de simplificación, con esto comprendemos que el desorden y la complejidad también forman parte de la naturaleza.

Esto es observable en fenómenos cotidianos como el proceso de ebullición del agua, donde las moléculas de H2O se encuentran en perfecta cohesión, en el momento en que la temperatura del agua se aproxima a los 100ºC, los enlaces moleculares comienzan 147

a vibrar y romperse, generando un cambio de estado en la materia, donde la moléculas se separan en un proceso desordenado y caótico. La complejidad y el caos se consideran entonces necesarios en los procesos de transformación y cambio dentro de los fenómenos naturales.

En la década de los sesenta, nuestra percepción del universo y de la importancia de la complejidad cambia de forma radical, cuando el astrofísico Edwin Hubble plantea la teoría de la expansión del Universo, que posteriormente deriva en la teoría de la Gran Explosión (BigBang). Esto conduce a la idea de que el universo comienza de un proceso de desintegración, caótico y desordenado, y es desintegrándose que logra organizarse.

He aquí una idea típicamente compleja, donde confluyen dos conceptos o ideas que lógicamente parecen contradictorias: orden y desorden. Más aún, podemos pensar que la complejidad de esta idea es aún más fundamental, el Universo ha surgido de un momento de caos, una explosión violenta que ha engendrado al tiempo del no-tiempo, al espacio del no-espacio, a la materia de la no-materia, entonces comprendemos y tenemos consciencia de que el caos es necesario para lograr el orden en un nivel superior.

Aceptar la complejidad es aceptar una contradicción, es la idea de que no pode-

mos escapar de las contradicciones con una visión eufórica del mundo, tener en cuenta que nuestro mundo aunque armónico está necesariamente ligado al caos y la complejidad.

En la visión clásica, cuando una contradicción aparecía en un razonamiento, era una señal de error. Significaba dar marcha atrás y emprender otro razonamiento. Pero en la visión compleja, cuando se llega por vías empírico-racionales a contradicciones, ello no significa un error sino el hallazgo de una capa profunda de la realidad que, justamente porque es profunda, no puede ser traducida a nuestra lógica. Por eso es que la complejidad es diferente de la completud. Creemos, a menudo, que los que enarbolan la complejidad pretenden tener visiones completas de las cosas. ¿Por qué lo pensarían así? Es verdad que pensamos que no podemos aislar los objetos unos de otros. En última instancia, todo es solidario. Si tenemos sentido de la complejidad, tenemos sentido de la solidaridad. Más aún, tenemos sentido del carácter multidimensional de toda realidad.

La consciencia de la multidimensionalidad nos lleva a la idea de que toda visión unidimensional, toda visión especializada, parcial, es pobre. Es necesaria que sea religada a otras dimensiones; de allí la creencia de que podemos identificar la complejidad con la 148

completud.

Del mismo modo en que un átomo es una constelación de partículas y el sistema solar es una constelación alrededor de un astro, tenemos necesidad de pensar mediante constelación y solidaridad de conceptos. Más aún, debemos saber que, con respecto a las cosas más importantes, los conceptos no se definen jamás por sus fronteras, sino a partir de su núcleo. Es una idea anti-cartesiana, en el sentido que Descartes pensaba acerca de la distinción y la claridad como características intrínsecas de la verdad de una idea.

Esto nos hace pensar que lidiamos constantemente con fenómenos caóticos y aparentemente desordenados, pero tenemos que estar atentos a las consecuencias o patrones de auto-organización de las diferentes partes involucradas en estos fenómenos. Los sistemas biológicos y físicos presentes en la naturaleza ya han encontrado la solución más eficiente a través de la evolución, de cientos de interrogantes, escondidos detrás de comportamientos complejos que tratamos de desvelar y comprender día a día.

Galaxia del Sombrero (Messier 104) descubierta por Pierre Méchain en 1783. Está a unos 50000000 años luz de la tierra.

149

LABORATORIO DE DISEﾃ前

COMPUTACIONAL

Design Studio Intelligent Patterns Jordi Truco

Por: Carlos E. Castro /Carlos G贸mez / Manuel Lopes /Xavier Montoya

Contenido: Contexto Cartograf铆as Operativas Esquemas de Ocupaci贸n Envolvente Estrategia Estructural

Contexto

Plaza Lesseps Plaza lesseps Área de 45.000 M2

La Plaza Lesseps es un gran espacio urbano que articula conexiones viales de alto tránsito con áreas de uso público, comunicando los distritos de Gracia y Sarriá-Sant Gervasi, además ofrece un punto de conexión a la red de Metro en su línea 3 y próximamente en su línea 9, lo que complementa su accesibilidad desde cualquier punto de la ciudad.

La zonificación corresponde en su mayoría a edificaciones de uso residencial y pequeños comercios, considerada esta zona como de gran dinamismo y movilidad en su actividad cotidiana.

El área de estudio se delimita por el borde urbano que genera el plano de fachadas de las edificaciones perimetrales y se extiende penetrando hacia algunos accesos de interés.

4 1 2

2

1

152

3

3

4

Cartografías Operativas y Mapas de Comportamiento

“La realidad es potencialmente inagotable: admite tantas lecturas como seamos capaces de hacer. En este sentido, el mapa actúa como filtro que orienta y hace representable (es decir visible) la realidad. El mapa construye la realidad de una forma concreta.

En consecuencia, todo objeto, territorio o fenómeno es cartografiable de maneras indefinidas; a cada territorio le corresponden muchos mapas. Por otro lado toda representación de la realidad implica un determinado entendimiento de esta y, por tanto, unas determinadas posibilidades de intervención y transformación de dicha realidad. Los procesos que enmarcan la construcción de cualquier mapa implican siempre una toma de posición concreta frente al fenómeno cartografiado. La limitada selección de parámetros que integran el mapa, su sistema de codificación gráfica, así como las decisiones sobre la escala y encuadre, orientan la realidad y la alinean en relación con un interés y una posición concretos: no existe una representación neutral de la realidad; desde el inicio, toda cartografía constituye una toma de posición”.

Roger Paez i Blanch

153

Bajo este concepto, el ejercicio académico consiste en principio en extraer información de situaciones o fenómenos presentes en el lugar, para luego generar de manera creativa y poco convencional sistemas gráficos de representación, que nos permitan describir y explicar minuciosamente estas condiciones del lugar y que sirvan de guía para ensamblar una temática de proyecto.

Cada punto de vista o criterio con el que se maneja la información, puede derivar entonces en gráficos o mapas del lugar, lo importarte es plasmar esta realidad de una manera fiel y coherente.

Normalización del Área de Estudio

Debido a la dimensión del área de estudio, se plantea como estrategia para el levantamiento y registro del lugar, la superposición al plano, de una retícula regular de módulo 10 x 10 metros, a la que se traslada la información correspondiente a materiales e incidencia solar que están presentes en la plaza, rellenando con un color la casilla que coincide con su ubicación en la retícula, en función del material y de su porcentaje de área.

Esto genera un conjunto de capas de información que nos permite simplificar los datos.

Retícula ortogonal

Modelo de Implantación

Datos Obtenidos

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Variables

Energía solar recibida (kw/h) Día 21 de marzo 8:00 A 19:00 horas

Energía solar recibida (kw/h) Día 21 de junio 8:00 A 19:00 horas

Energía solar recibida (kw/h) Día 21 de septiembre 8:00 A 19:00 horas

Energía solar recibida (kw/h) Día 21 de diciembre 8:00 A 19:00 horas

155

Dentro de la gama de situaciones y fenómenos que actúan sobre el área de estudio, se toma partido por analizar, la influencia de la energía solar sobre el plano de suelo y las edificaciones existentes en el lugar, con la intención de cartografiar los posibles efectos de esta tal como: Fluctuaciones de temperatura, zonas de mayor y menor incidencia solar y niveles de energía recibida.

Estos datos son tomados intencionalmente en fechas correspondientes a los momentos del año donde la incidencia solar es máxima y mínima (solsticios de invierno y verano , Equinoccio de marzo y septiembre).

Para la generación de estos datos utilizamos como herramienta “Ecotect”, un software de análisis ambiental que nos permite obtener datos precisos de la energía solar recibida y las condiciones de iluminación, partiendo de un modelo tridimensional del área de estudio.

Cada uno de estos datos son trasladados a la retícula, para generar una base de datos que nos permita emplearlos con posterioridad para la generación del escenario de proyecto.

Almacenamiento de Energía de los Materiales

Los materiales y su comportamiento frente a la energía solar, es otro punto de interés para la elaboración de nuevas cartografías, con este fin se realizó el levantamiento in situ de los materiales que están presentes en el pavimento; su posterior clasificación nos permite consultar las especificaciones técnicas según su fabricante, origen y conocer características como su comportamiento ante la luz solar y coeficiente de conductividad térmica (k).

Estos datos son cruzados con los obtenidos en el análisis de energía recibida generado mediante “Ecotect”, lo que permitirá obtener los niveles de energía almacenada en cada módulo del sistema.

Ubicación de todos los materiales

Asociación de los Materiales al Uso del Suelo Granito

2,80 K ----- Vivienda

50%

Tierra

0,52 K ----- Espacio Libre

30%

Hormigón 1,10 K ----- Centro Cultural 10% Basalto

3,50 K ----- Equipamiento

5%

Ubicación de los materiales pétreos

Viveros de Emp. 5% Asfalto

0,70 K ----- Vialidad Existente

Ubicación de los materiales orgánicos

156

Variable Programa

Porcentaje de área destinada a cada uso

En esta fase de construcción de las cartografías operativas y del escenario de acción, es interesante poder incorporar las áreas de programa que se establecen como requisito de proyecto, a las variables que intervienen en este análisis, con la intención de que parte del resultado de la implantación del proyecto en el lugar, sea consecuencia de la condición actual de la organización del espacio público.

Se genera una asociación directa entre un uso y un material determinado, esto permitirá que posteriormente mediante la herramienta “Processing”, se redistribuyan dichos materiales, representados por el valor numérico de su coeficiente de conductividad térmica (k), de manera aleatoria utilizando el parámetro “Random” en una operación aleatoria, en función de los porcentajes de área requeridos por el programa. Finalmente de esta operación se obtiene una nueva zonificación que insinúa una posible estrategia de ocupación.

Distribución de área mediante “Processing”

Equipamiento Publico 5% Vivero de Empresas Centro Cultural

157

5% 10%

Espacio Libre

30%

Vivienda

50%

Definición de los Sectores Susceptibles a Intervención Dentro del Área de Estudio.

Los datos cuantitativos arrojados del análisis ambiental que proporciona la herramienta “Ecotect”, ofrece una lectura general sobre toda el área de estudio que se plasma, con un dato numérico que representa los Kw/h de energía acumulada en cada módulo de la retícula del sistema; por eso es necesario discriminar entre las zonas edificadas o de vialidad no susceptibles a intervención, de las no edificadas que representa una posibilidad para emplazar el proyecto.

Para lograr esta operación se realizan los siguientes pasos: • Identificar cuales son los módulos de la retícula que corresponden a zonas no susceptibles a intervención.

• Generar una nueva retícula, donde se sustituyen los valores de las casillas que corresponden a las zonas que no son susceptibles a intervención por cero (0), y por uno (1) en aquellas que si son susceptibles de ser intervenidas, esto permite tener dos tablas que son convertidas en páginas de “Excel”, una con los datos obtenidos de “Ecotect” y otra con ceros (0) y unos (1).

• Empleando “Processing” se programa una operación que consiste en multiplicar aleatoriamente una segunda variable “k” (coeficiente de conductividad térmica de los materiales) por el valor de energía recibida en Kw/h, los datos que se multipliquen por el

valor cero (0), que corresponden a las áreas que no se van a intervenir se anulan, y obtenemos tantas tablas como se quiera con nuevas combinaciones de valores aplicados solo a los sectores útiles.

La importancia de la discriminación de datos es que las nuevas tablas o cartografías numéricas, pueden graficarse directamente en “Processing” para obtener esquemas en 2 o 3 dimensiones.

Áreas no susceptibles a intervención marcadas en 0

158

La vialidad se mantendrá igual por lo que se demarca en una segunda tabla con el numero 1

Programación en Processing para la Elaboración de las Nuevas Cartografias 3D

// LIBRERIAS///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // LIBRERIA OPENGL import processing.opengl.*; // LIBRERIA CONTROL CAMARA PEASYCAM <http://mrfeinberg.com/peasycam/> import peasy.org.apache.commons.math.*; import peasy.*; import peasy.org.apache.commons.math.geometry.*; // LIBRERIA GEOMERATIVE <http://www.ricardmarxer.com/geomerative> import geomerative.*; import org.apache.batik.svggen.font.table.*; import org.apache.batik.svggen.font.*; // LIBRERIA XLSREADER. ACCESO HOJAS DE CALCULO <http://florianjenett.de/processing/libs/xls> import de.bezier.data.*;

En este momento haremos una primera referencia a “Processing”, software con el que logramos plasmar en un diagrama tridimensional, la información correspondiente a cada cuadro del grid. En el esquema se desplaza en altura cada cuadro, en función al valor que representa dentro de nuestro rango de estudio.

En estas líneas de código se introducen en lenguaje de programación (wiring), las directrices para generar la retícula y el tamaño de cada cuadro, el algoritmo mediante el cual es posible calcular la altura de cada cuadro y la librería que permite vincular el Processing con una hoja de calculo de Excel, donde se han plasmado los valores de base.

// VARIABLES GENERICAS /////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // PANTALLA final int WIDTH = 1400; final int HEIGHT = 800;

//VARIABLES VISUALIZACION//////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Escena3D -> control camara y grid de referencia Escena3D escena; // SitePlan -> visualizacion entorno SitePlan plan; // INICIO SETUP////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void setup() { size(WIDTH, HEIGHT, OPENGL); smooth(); ellipseMode(CENTER); // crear objeto Escena3D para visualizar en 3D y mover camara escena = new Escena3D(this, 700, 700, 0, WIDTH*2); plan = new SitePlan(this, “prueba.svg”, “Promedios_septiembre.xls”);

} // FIN SETUP

// INICIO DRAW////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void draw() { background(255); // visualizar grid de referencia escena.go(); // visualizar plano entorno plan.render2D(); plan.render3D(); } // FIN DRAW

// FUNCIONES DE TECLADO void keyPressed() { if(key==’t’||key==’T’){ // si pulsamos “t” mostrar vista cenital escena.topView = !escena.topView; } if(key==’v’||key==’V’){ plan = new SitePlan(this, “prueba.svg”, “Promedios_junio.xls”); ; } if(key==’o’||key==’O’){ plan = new SitePlan(this, “prueba.svg”, “Promedios_septiembre.xls”); ; } if(key==’p’||key==’P’){ plan = new SitePlan(this, “prueba.svg”, “Promedios_marzo.xls”); ; } if(key==’i’||key==’I’){ plan = new SitePlan(this, “prueba.svg”, “Promedios_diciembre.xls”); ; } }

159

Cartografías Generadas con Processing

Como definición de las cartografías o mapas del lugar, se extraen cuatro gráficos en tres dimensiones, que representan una condición específica de energía almacenada en el plano de suelo para cada estación del año; a modo de gráfico de barras, cada módulo posee un valor en altura correspondiente a la cantidad de energía almacenada por unidad de tiempo. Estas nuevas cartografías funcionan como tablero, para definir parte del recorrido y comportamiento de los agentes autónomos en la fase de construcción del escenario de acción.

160

Definición del Escenario

Una vez generados los tableros donde interactúan los datos de energía recibida en un determinado módulo, y el coeficiente de los materiales (k) asociados al uso futuro de la edificación, se genera una nueva retícula que permita compactar un poco más la información y programar las primeras pruebas con una cantidad reducida de datos.

En cada módulo de esta segunda retícula se ubica y se programa un punto, con la posibilidad de cumplir la función de atractor o repulsor de los agentes autónomos dentro del sistema.

El criterio que establece esta posibilidad se basa en el rango comprendido por el

161

valor energético máximo y mínimo obtenido en el análisis. Los módulos de la retícula cuyos valores están a los extremos del rango se convertirán en puntos de repulsión, los puntos de atracción serán definidos en los módulos cuyos valores coincidan con el valor medio entre el máximo y el mínimo.

El resto de módulos donde los valores se encuentren entre los extremos y la media, permanecerán en equilibrio por lo que su influencia será neutra.

Flocks

Los agentes autónomos que interactúan en el escenario, se han agrupado en cuatro Flocks, que representan cada una de las estaciones del año, generando una especie de macroescenario que contempla la totalidad del año. A cada agente además se le asigna información correspondiente a los diferentes usos del programa, de esta manera se convierten en una especie de célula de ADN que contiene información correspondiente a su función, instrucciones para combinarse e intercambiar información entre ellos.

FLOCKS SEGÚN ESTACIÓN

PRIMAVERA

VERANO

OTOÑO

ÁREAS LIBRES

CULTURAL

PUBLICO Y SEMI-PUBLICO

PRIMAVERA+ VIVIENDA

PRIMAVERA+ ÁREAS LIBRES

PRIMAVERA+ CULTURAL

PRIMAVERA+ PUBLICO Y SEMIPUBLICO

VERANO +VIVIENDA

VERANO+ ÁREAS LIBRES

VERANO+ CULTURAL

VERANO+ PUBLICO Y SEMIPUBLICO

OTOÑO+ VIVIENDA

OTOÑO+ ÁREAS LIBRES

OTOÑO+ CULTURAL

OTOÑO+ PUBLICO Y SEMIPUBLICO

INVIERNO+ VIVIENDA

INVIERNO+ ÁREAS LIBRES

INVIERNO+ CULTURAL

INVIERNO+ PUBLICO Y SEMIPUBLICO

INVIERNO

FLOCKS SEGÚN USO

VIVIENDA

TIPOS DE BOIDS

162

ATRACTOR = Valor de la casilla E rango de corfort energético REPULSOR = Valor de la casilla E rango de corfort energético

Distribución de Atractores y repulsores

Valor medio rango de confort

Atractor Valor casilla Repulsor

>

Valor medio rango de confort

Valor medio rango de confort

<

Valor casilla

Valor casilla

< > > <

Atractor Repulsor

Atractor Repulsor

163

El comportamiento de los agentes es gobernado también por las características específicas a cada flock de estación (separación entre agentes, alineación, velocidad y cohesión), por una grilla de atractores y repulsores que responderán a los niveles de energía almacenada en cada estación.

A partir de la grilla inicial de 1500 casillas se genera una nueva de 60 (6 x 10). Cada nueva casilla está formada por un cuadrado de 50m de lado y coincide con 25 de las casillas pertenecientes a la grid original.

Interacción con el Entorno

El escenario se ha programado para que los agentes autónomos o grupos de estos, interactúen con el entorno de manera que cada atractor/repulsor se ubique en el centro de la casilla correspondiente, su valor energético es igual al promedio de los valores pertenecientes a cada una de las casillas de la grilla original con las que coincide. Para cada una de las estaciones se definen rangos de “confort energético”, hacia los cuales los agentes se dirigirán. El valor de atracción o repulsión correspondiente a cada casilla, es definido a partir de su relación con los rangos de confort energético antes mencionados.

Dado el caso de que el valor energético de una casilla esté dentro del rango de confort energético definido para su estación, el punto correspondiente a dicha casilla servirá como atractor, de lo contrario el mismo funcionará como repulsor. El grado de atracción o repulsión en cada caso es definido a partir de la diferencia entre el valor medio del rango de confort energético y el valor correspondiente a la casilla en estudio. En el caso de los repulsores su intensidad será directamente proporcional a la diferencia antes mencionada y en el caso de los atractores esa intensidad será inversamente proporcional a esa diferencia.

164

Lógica de Afectación del Escenario

Por último se define la interacción entre los agentes autónomos y el escenario o medio en el que actúan. Al permitir que los agentes autónomos tengan afectación sobre su entorno y no se limiten sólo a reaccionar ante el mismo, se busca completar el sistema pasando de un proceso lineal a uno cíclico y dotando al sistema de la necesaria retroalimentación.

El modo de afectación de los agentes se estructura de la siguiente manera: Al coincidir cuatro agentes de un mismo flock de uso (independientemente de su estación asociada) sobre una misma casilla de la grilla inicial de trabajo (grilla de 1500 casillas), el coeficiente “k” correspondiente a la misma es reemplazado por el del material asociado al uso de los agentes. Cabe aclarar que estos cambios en la distribución de coeficientes “k” se realizan sin variar las proporciones iniciales entre los diferentes usos. El coeficiente desplazado se reubica en una casilla con el mismo coeficiente “k” con el que es reemplazado.

De esta manera el escenario inicial de trabajo es afectado, variando la cantidad y distribución de energía almacenada y por ende el comportamiento del total del sistema.

Módulo demarcado debido a la ubicación sobre este de cuatro agentes correspondientes al uso de vivienda.

165

Escenario Processing 1.0

Ubicación de los agentes autónomos momento “A”

Ubicación de los agentes autónomos momento “B”

166

Ubicación de los agentes autónomos momento “C”

Primeras Lógicas de Autogeneración de Geometrías

Con los datos obtenidos desde “Processing” a partir de los diferentes Flock, clasificamos los datos exportados por estaciones y materiales, pudiendo así analizar el entorno mediante los puntos representados en “Rhinoceros” para marzo, junio, septiembre, diciembre y para los cuatro materiales asociados al programa de la edificación: 50% vivienda = Granito 30% espacio libre = Tierra 10% centro cultural = Hormigón 5% equipamiento público = Basalto Estableciendo conexiones mediante líneas de unión entre los puntos representados, según su estación o según su uso asociado al material, se generan con “Grasshopper“ unas redes tridimensionales, organizadas en función de los parámetros de proximidad entre puntos con un radio de acción mínimo y máximo, que producen rangos de ocupación y rangos de densidad en la geometría obtenida .

Malla generada a partir de la unión entre puntos en función de una distancia “A”

Malla generada a partir de la unión entre puntos en función de una distancia “B”

167

Escenarios Autogenerados Catálogo 1.0

Sistematizando la generación morfológica y separándola según la procedencia de la información obtenida, se consigue un catálogo de morfologías autogeneradas encuadrado dentro del área de estudio, obteniendo imágenes de diferenciación topológica, alométrica y formal, según como se establezcan los parámetros de unión entre los puntos y su fuente de procedencia.

Marzo (Equinoccio de marzo)

Junio (Solsticio de verano)

Septiembre (Eq.De septiembre)

Diciembre (Solsticio de invierno)

168

Agentes base julio

Dando un paso más en la obtención de datos desde “Processing”, es posible extraer un vector de velocidad asociado a cada agente autónomo y que se representa en “Rhinoceros”, mediante una línea vertical cuya longitud corresponde con la magnitud del vector de velocidad y tiene su origen en el punto correspondiente a la posición del agente.

Líneas generatrices

También se extrae el valor numérico de la energía acumulada en el módulo, sobre el cual se encuentra el agente autónomo en determinado momento; este dato puede representarse en “Rhinoceros” a través de una circunferencia cuyo centro coincide con el del origen del vector de velocidad, y con diámetro igual al valor de la energía almacenada.

Subgrupos determinados a partir de la Distancia entre los agentes

Polígonos a partir de las generatrices

Definición de las líneas de contorno de cada subgrupo

Geometría obtenida

169

Escenarios Autogenerados Catรกlogo 1.1

Marzo (equinoccio de marzo)

Junio (solsticio de verano)

Septiembre (equinoccio de septiembre)

Diciembre (solsticio de invierno)

170

Segunda Lógica de Autogeneración de Geometrías.

Minuto 5.

Empleando la herramienta “Grasshopper“ se logra leer directamente el archivo .txt exportado desde “Processing”, haciendo que este asigne un punto a cada coordenada; a este conjunto de puntos se le aplica la función “Metaballs”, que genera una esfera virtual en torno a cada punto, los cuales se fusionan entre si dependiendo de su proximidad y con diámetros que pueden ser controlados mediante un number slider.

Posteriormente se generan un conjunto de planos que seccionan estas estructuras regularmente en la dirección deseada, para obtener las curvas de contorno, en torno a las cuales se pueden generar mallas o superficies que permiten visualizar un primer esquema de ocupación.

Minuto 20.

Minuto 10

Minuto 25.

Minuto 15.

Minuto 30.

171

Esquemas de Ocupación

Hasta este momento se ha experimentado al representar los datos obtenidos de “Grasshopper”, mediante la generación de superficies a partir de curvas planas, lo cual nos permite observar un primer esquema de posible ocupación del lugar y de la escala de las geometrías con respecto a su contexto. Estas primeras observaciones permitirán recalibrar los datos programados en “Processing” para lograr resultados que se adapten mejor a la generación de superficies de contorno, y nos aporten posibilidades de sustentación estructural.

Esquema de ocupación

Esquema de ocupación

Malla a partir de puntos

Subdivisión de la malla mediante función “weaverbird”

Superficies de Contorno Para aplicar una superficie que contorneará las curvas obtenidas desde “Grasshoper”, fue necesario descomponerlas en puntos, subdividiéndolas en una determinada cantidad de segmentos iguales para cada curva; posteriormente se le aplica la función “malla desde puntos” y obtenemos una malla que se adhiere perfectamente al contorno generado por los puntos.

A partir de esta malla de contorno se emplea “Grasshopper” para realizar operaciones que generan patrones geométricos, lo cual nos da la oportunidad de experimentar con el concepto de una piel que se convierta en elemento estructural y estructurador del edificio.

172

Envolvente

Piel La intención de nuestra búsqueda es que la edificación resultante, sea el producto de un elemento que cumpla con la condición de ser estructura y estructurador de los espacios exteriores e interiores en la edificación, este también debe tener la posibilidad de ofrecer protección contra los elementos climáticos y ser atractivo desde el punto de vista estético.

Textura cubos

Superficie base

Superficie resultante

Textura esferas

Ejemplo de programación en “Grasshopper” donde se pueden realizar algunas operaciones para intervenir la permeabilidad y composición de una superficie

Objeto a aplicar a la superficie

Permeabilidad Exploración de las diferentes operaciones geométricas que se pueden aplicar a las superficies mediante “Grasshopper”, estas aproximaciones nos ofrecen una idea de la permeabilidad a la luz y al viento que pueden ofrecer los elementos aplicados a la envolvente.

Textura horadada

173

Estrategia Estructural

Una característica relevante de las morfologías obtenidas hasta este momento, es que la superposición de las mallas obtenidas de los diversos flock y materiales, generan volúmenes contenidos dentro de otros más grandes, lo que sugiere un esquema de edificación donde existe una superficie interna y otra externa, que se pueden vincular estructuralmente, para generar una hipersuperficie autoportante en la que se den diferentes calidades de espacios internos y externos.

Superficies Vinculadas En este punto se realizan varias exploraciones con “Grasshopper”, con la finalidad de lograr un proceso sistemático de vinculación de las dos superficies de manera eficiente y funcional.

174

El uso del software de diseño paramétrico, nos ofrece la posibilidad de construir a partir de la lógica geométrica de los voronois, una configuración celular que vincula ambas superficies y organiza celdas entre ellas, que sugieren la posibilidad de albergar diferentes usos y actividades aplicadas a la edificación.

Sección longitudinal

Sección horizontal_A

Sección horizontal_B

Programación del Escenario Processing Processing es una plataforma gráfica de programación open source, basado en lenguaje wiring, este software se ha diseñado de manera amigable para los artistas, diseñadores u otros profesionales que quieran iniciarse en sistemas y aplicaciones gráficas e interactivas. Su uso se ha difundido muy rápido y actualmente es posible encontrar mucha información de soporte y formación en internet, a través de su blog oficial.

Esta herramienta es la clave para crear algoritmos autogenerativos, que logren explotar la capacidad de cálculo del computador para poner en marcha un verdadero proceso de morfogénesis digital.

En esta etapa de diseño ya somos capaces de programar las operaciones necesarias para crear un escenario digital, que represente el área de estudio, las variables correspondientes al coeficiente energético de los materiales y los datos de insolación.

Procedimos a extraer la información resultante del análisis energético programado para las cuatro estaciones del año y su relación con el uso del suelo, para definir la ubicación del programa arquitectónico.

A continuación veremos un pequeño segmento del código final, donde se programaron comportamientos de relevancia.

En el primer segmento de código se incorporaron las variables correspondientes a cada uno de los materiales, que se tomaron en cuenta para el análisis energético, se definió su redistribución sobre el área a intervenir mediante una función aleatoria que ejecutan los agentes autónomos, a medida que estos se desplazan sobre el grid de estudio, en el escenario digital.

En el segundo segmento se definió el algoritmo mediante el cual se establecen las curvas de conexión entre los distintos “Boids”, en función a la distancia entre ellos.

176

// LIBRERIAS///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // LIBRERIA OPENGL import processing.opengl.*; // LIBRERIA CONTROL CAMARA PEASYCAM <http://mrfeinberg.com/peasycam/> import peasy.org.apache.commons.math.*; import peasy.*; import peasy.org.apache.commons.math.geometry.*; // LIBRERIA GEOMERATIVE <http://www.ricardmarxer.com/geomerative> import geomerative.*; import org.apache.batik.svggen.font.table.*; import org.apache.batik.svggen.font.*; // LIBRERIA XLSREADER. ACCESO HOJAS DE CALCULO <http://florianjenett.de/processing/libs/xls> import de.bezier.data.*;

/////////////////////////////////////VARIABLES LECTURA DE EXCELLS///////////////////////////////////////////// XlsReader readerCerosyUnos; XlsReader readerCalles; XlsReader readerMarzo; XlsReader readerJunio; XlsReader readerSeptiembre; XlsReader readerDiciembre; float [][] cerosyunos =new float [50][30]; float [] Cerosyunos =new float [1500]; float [][] calles =new float [50][30]; float [][] marzo =new float [50][30]; float [][] junio =new float [50][30]; float [][] septiembre =new float [50][30]; float [][] diciembre =new float [50][30];

// VARIABLES GENERICAS /////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // PANTALLA final int WIDTH = 1400; final int HEIGHT = 900; // LIMITES ENTORNO BOIDS float LIMIT_X = 850; float LIMIT_Y = 1450; float LIMIT_Z = 850; // NUMERO DE ELEMENTOS int NUM_BOIDS_FLOCK1 = 150; int NUM_OBST = 60; int NUM_ATRACT = 60; int salto = 140; int cuenta = 0; int reset = 0; int timer = 0; int guardado = 100;

/////////////////////////////////////VARIABLES CALCULO DE ESTACIONES///////////////////////////////////////////// float [][] resultadomarzo =new float [50][30]; float [] ResultadoMarzo =new float [1500]; float [][] resultadojunio =new float [50][30]; float [] ResultadoJunio =new float [1500]; float [][] resultadoseptiembre =new float [50][30]; float [] ResultadoSeptiembre =new float [1500]; float [][] resultadodiciembre =new float [50][30]; float [] ResultadoDiciembre =new float [1500]; float [] promediosmarzo =new float [NUM_ATRACT]; float [] promediosjunio =new float [NUM_ATRACT]; float [] promediosseptiembre =new float [NUM_ATRACT]; float [] promediosdiciembre =new float [NUM_ATRACT];

// numero de boids flocks estaciones

// numero de obstaculos

/////////////////////////////////////VARIABLES RANDOM DE MATERIALES/////////////////////////////////////////////

color BOID_COLOR_FLOCKC = color(255, 255, 255);

// Color de visualizacion

int porc1=150; int porc2=900; int porc3=1350; int porc4=1500;

// DEFINICION CARCTERISTICAS FLOCK 1///////////////////////////////////////////// // FACTORES PARA CORREGIR EFECTO ACCIONES float F1_FLOCK1 = 10; // Separacion, evitar choque entre Boids float F2_FLOCK1 = 5.0; // Alineacion, velocidad float F3_FLOCK1 = 5.0; // Cohesion float F4_FLOCK1 = 0.05; // Evitar obstaculos

float val1=1; // basalto float val2=0.8; // granito float val3=0.31; // hormigon float val4=0.15; // tierra

PVector [] TARGET_FLOCK1 = new PVector[NUM_ATRACT]; // Posicion del objetivo int VALOR_MIN_FLOCK1 = 750; int VALOR_MAX_FLOCK1 = 3500;

float [] todos = new float [1500]; int rand1 = 0; int rand2 = 0; float almacen = 0;

int SEP_FLOCK1 = 5; // Separacion entre Boids int OBST_DIST_FLOCK1 = 0; // Minima distancia a obstaculos int BOID_RADIUS_FLOCK1 = 400; // Radio de accion color BOID_COLOR_FLOCK1 = color(255, 0, 0); // Color de visualizacion

float [][] materiales =new float [50][30];

177

Planteamiento Final para la Autogeneración de Geometrías

1. Desplazamiento de los agentes autónomos sobre el escenario de Processing.

2. Ubicación de 4 agentes que comparten información común sobre un módulo de la retícula.

3. Al momento que el sistema detecta los cuatro agentes dentro del mismo módulo, calcula el punto de intersección entre las diagonales que los unen.

4. Se calcula la distancia de separación entre cada agente y cuando la proporción no es mayor a 2/3 se cumple la condición y se pasa al próximo paso.

5. Cuando se cumple la condición de que el ángulo entre diagonales es mayor que 45º o menor que 135º se genera una curva que pasa por cada extremo de la diagonal.

6. Curva de conexión entre los agentes del sistema, esta curva define la geometría exterior de la volumetría.

178

7. En consecuencia a la estrategia estructural explorada durante el proceso de análisis, se ha programado el sistema para generar una curva secundaria interior, que dará las condiciones necesarias para concretar el sistema portante en base a la vinculación de una superficie externa con otra interna.

8. El sistema calcula la longitud entre los extremos de las diagonales y define una línea recta de unión entre estos puntos generando un polígono perimetral.

10. Estas nuevas intersecciones se convertirán en los puntos de control que definen las dimensiones de la curva interna.

11. Líneas generatrices de la curva externa e interna equivalente.

179

9. Se define una línea de conexión entre los puntos definidos por los extremos de las diagonales y el punto medio de las líneas perimetrales.

12. Definición de curva externa e interna.

Escenarios en Rhino obtenidos a partir de Processing.

En este punto ya se ha definido un código final de “Processing”, que permite extraer la información correspondiente a la interacción de todos los elementos incorporados en el sistema, a manera de curvas que definen una posible volumetría y su implantación en área de estudio. Esto permite la posibilidad de definir una cantidad infinita de escenarios diferentes.

La tendencia de los agentes autónomos que definen las geometrías primarias en “Processing”, es a ubicarse sobre las áreas que en un principio habían sido definidas como susceptibles a intervención.

Escenario 01

Escenario 02

Escenario 03

Escenario 04

180

Definici贸n del Escenario para Proyecto

Oto帽o / Cultural

Verano / Oficinas + Equipamiento

Primavera / Vivienda

Invierno / Libre

181

Definición de las Operaciones en Grasshopper

“GrassHopper” es la herramienta que ha hecho posible convertir los datos numéricos extraídos de “Processing”, en información gráfica en tres dimensiones, ya que nos permite organizar sistemáticamente un conjunto de operaciones algorítmicas y trigonométricas, que definen la estructura y morfología de la propuesta. A continuación describimos las operaciones efectuadas: 1. Esta sección del esquema contiene los componentes que permiten variar la selección de curvas que componen la estructura.

2. La información que procede del esce-

nario en “Processing”, se extrae en formato de texto (.txt) que puede ser importado directamente en “Grasshopper”, estos componentes permiten gestionar esta información, de manera que estos datos puedan ser transformados en coordenadas tridimensionales, que dan origen a la geometría del proyecto.

3. Estos componentes organizan la conexión entre los diferentes puntos de control de las curvas para configurar la estructura base.

4. La geometría base conformada por celdas, se descompone en sus vértices para generar la morfología final a modo de voronoi 3d.

Sección de esquema de “Grasshopper”

182

Control Paramétrico de las Geometrías de Proyecto

1

3

2

4

183

Secuencia de Operaciones Paramétricas en Grasshopper

1. Curvas obtenidas desde el escenario de “Processing”, la cantidad de líneas en altura son consecuencia de una mayor concentración de agentes autónomos, con información en común interactuando sobre esa área, lo que corresponde a la necesidad de una mayor cantidad de m2 destinados a un uso del suelo.

2. Las curvas están definidas con una diferencia de cota de 0.33m, por lo que se seleccionan cada 3 curvas y se generan unas curvas base a una diferencia de 1m.

3. Se define un módulo de altura de 10 líneas correspondientes a 3,3 m para los niveles de las edificaciones.

4. Se define un ángulo de rotación de las curvas consecutivamente en función a la orientación solar.

5. Se subdividen las curvas interiores y exteriores en igual número de segmentos y con una longitud igual en proporción, esto permite definir una cantidad de puntos que comienzan a organizar la estrategia estructural.

6. “Grasshopper” permite vincular ordenada y sistemáticamente estos puntos de manera que comienzan a definir planos de unión entre las curvas interiores y exteriores a diferentes niveles.

184

7. Estos planos de unión se vinculan también en vertical, entre los diferentes niveles.

10. Mediante “Grasshopper“ es posible descomponer este esquema a base de celdas y trabajar independientemente con los vértices de cada polígono, de manera que generamos una estructura porosa semejante a un hueso, en cuyo interior se mantiene la subdivisión original pero absolutamente permeable.

8. Comienza a definirse una estructura a base de celdas

9. Base paramétrica

11. La estructura base puede ser modificada paramétricamente, en la altura de los niveles y la posición de los puntos de conexión entre las curvas interiores y exteriores, dándole una mayor torsión a la edificación.

12. Definición del esquema estructural.

185

PROPUESTA

ARQUITECTÓNICA

BONES_Intervenciรณn Urbana en la Plaza Lesseps Por: Carlos E. Castro /Carlos Gรณmez / Manuel Lopes /Xavier Montoya

Contenido: Imรกgenes del Proyecto Arquitectรณnico Implantaciรณn Programa

Vista perspectiva de la propuesta arquitect贸nica

188

BONES_Intervención Urbana en la Plaza Lesseps

Tal como se ha establecido en las reglas de comportamiento de los agentes autónomos en el escenario, las edificaciones se concentran en diferentes zonas, respetando la vialidad preexistente y el perímetro de la plaza, la altura y densidad de las edificaciones vienen dados por los requerimientos programáticos, que son establecidos por la interacción de los diferentes elementos en el sistema.

El desarrollo de la propuesta, es la comprobación de la viabilidad del uso de lógicas autogenerativas aplicadas un proyecto dentro de un contexto urbano.

189

Implantación de la Propuesta Implantación

Edificación M_00

Ed

ifi

ca

ci

ón

M

Ed

_0

ifi

3

ca

ci

ón

M

_0

2

Ed

ific

aci

ón

M_

06

En el proyecto se logra que la implantación de las edificaciones respeten la vialidad existente en el lugar, lo cual era una de las prioridades en las primeras etapas. La rotación en planta de las edificaciones y el esquema estructural permite trasladar la geometría al contexto, generando direcciones que son aprovechadas para resolver el contacto con y laycirculación. el suelo suelo circulación.

Alzado De LasImplantadas Edificaciones Edificaciones

Edificación M_04

Edificación M_01

Edificación M_05

Las edificaciones resultantes responden a sese conforun esquema en en el loscual quecada cadanivel nivel conma como un anillo independiente, cuya cuya geoforma como un anillo independiente, metría se se modifi ca ca enen función geometría modifi funcióndedesu su altura, altura dejando espacio para un ducto en su interior que permite la ventilación y organiza la circulación y servicios.

Programa

N煤cleo vertical

Nivel Techo

Nivel Techo

Nivel Techo

Vivienda 1 modulo Vivienda 2 modulos

Nivel 06

Nivel 04

Nivel 03

Vivienda 3 modulos Oficinas Equipamiento

Nivel 05 Nivel 03

Nivel 02

Centro cultural Nivel 04 Nivel 02

Nivel 01 Nivel 03

Nivel 01 Nivel 02

Planta Baja

Planta Baja

Nivel 01

Planta Baja

Edificaci贸n M_00

Edificaci贸n M_01

192

Edificaci贸n M_02

Nivel Techo Nivel Techo

Planta Techo

Nivel 02

Nivel 09

Nivel 01

Nivel 05 Nivel 08

Planta Baja

Nivel 04 Nivel 07

Detalle de Planta

Nivel 06

Edificaci贸n M_06

Nivel 05

Nivel 03

Nivel 02

Nivel 04 Nivel 01 Nivel Techo Nivel 03

Nivel 01

Planta Baja Nivel 02

Planta Baja Nivel 01

Edificaci贸n M_03

Edificaci贸n M_04

Planta Baja

193

Edificaci贸n M_05

Vista perspectiva de la propuesta arquitect贸nica

194

Vista perspectiva de la propuesta arquitect贸nica

195

Vista perspectiva de la propuesta arquitect贸nica

FORMACIÓN

INSTRUMENTAL

LABORATORIO DE FABRICACIÓN DIGITAL Jordi Truco / Juan P. Quintero

Por: Carlos E. Castro /Carlos Gómez / Manuel Lopes /Xavier Montoya

Contenido: Sistemas CAD/CAM Fabricación del Prototipo Prototipo Final

Sistemas Cad/Cam

La fabricación asistida por computador, también conocida por las siglas en inglés CAM (Computer Aided Manufacturing), implica el uso del computador y tecnología de cómputo para ayudar en todas las fases de la manufactura de un producto, incluyendo la planificación del proceso y la producción, mecanizado, calendarización, administración y control de calidad, con una intervención del operario mínima.

Los sistemas CAD/CAM establecen una combinación eficiente del computador como herramienta de diseño y racionalización del componente, con la herramienta de producción o fabricación.

Esta combinación permite la transferencia de información desde la etapa de diseño, a la etapa de planificación para la fabricación de un producto, sin necesidad de volver a capturar manualmente los datos geométricos de la pieza. La base de datos que se desarrolla durante el CAD es procesada por el CAM, para obtener los datos y las instrucciones necesarias para operar y controlar la maquinaria de producción, el equipo de manejo de materiales y las pruebas e inspecciones automatizadas para establecer la calidad del producto.

Esta tecnología nos permite la fabricación de modelos o prototipos, que pueden ser mecanizados en diferentes etapas con gran precisión, de manera rápida y con un costo reducido, dándole la oportunidad a los diseñadores de involucrarse y dominar mucho más los procesos de producción.

200

Taller de Fabricación

En esta etapa del curso nos iniciamos en el manejo de la tecnología CAD/CAM para la construcción de un primer prototipo, que nos permite acercarnos a los métodos de fabricación digital, donde se combinan diversos procesos.

Esta tecnología ofrece la ventaja de contar con una amplia gama de materiales compatibles, que pueden ser empleados para la fabricación de componentes. También brinda la flexibilidad para generar moldes o uniones muy precisas entre diferentes piezas que conformen el prototipo.

Esta precisión y la absoluta compatibilidad del sistema CAD/CAM, posibilita incluso el mecanizado de componentes en diversas etapas, bien sea por la necesidad de frezar un material por dos de sus caras opuestas, o mecanizar un componente que ha sido generado mediante un proceso de “termo conformado”.

La fresadora CNC es capaz de reconocer la geometría y su posición en el espacio reduciendo así el margen de error, ya que el material es manipulado casi totalmente por el equipo.

SECIONES DE TRABAJO EN EL ESTUDIO MEDIO DESIGN

201

Fabricación del Prototipo

Para la elaboración del prototipo partimos de nuestros primeros esquemas y volumetrías. Esta pieza corresponde a un segmento de la superficie estructural de la edificación.

Esta estructura se configura a partir de la vinculación de los puntos y aristas de dos mallas desfasadas, mediante la aplicación de la función voronoi 3D de Rhinoceros / Grasshopper. El resultado es una pieza de apariencia orgánica con una configuración muy parecida a las estructuras celulares óseas presentes en los seres vivos.

El reto en este momento es plantear una estrategia que permita la construcción de esta geometría compleja, utilizando la tecnología de CAD/CAM disponible hasta el momento.

Geometría de partida

Sección de la geometría para obtener un segmento

Segmento de la geometría original

Estructura a partir del segmento

202

Estrategia de Mecanizado

Nuestro vínculo para transmitir la información del modelo tridimensional a la máquina de corte numérico, lo proporciona el plug-in “RhinoCam” del software “Rinoceros”, esta herramienta permite programar la secuencia de pasos que debe realizar la máquina sobre el material, hasta obtener la pieza con el acabado deseado.

El primer paso es descomponer esta geometría por los nodos o uniones más sólidas, de esta manera tendremos 14 piezas más pequeñas y menos complejas que serán ensambladas para obtener el total del modelo.

Para obtener los mejores resultados es conveniente estudiar como es el recorrido de la fresa sobre cada pieza, de esta manera podremos ubicarla correctamente en el “Stock” de manera que no queden ángulos negativos por donde no pueda pasar la herramienta, teniendo el cuenta que el material tiene que mecanizarse por dos de sus caras para obtener las piezas.

Estructura

Planos de corte de los nodos

203

Componentes del Modelo

Nodo 01

Nodo 02

Nodo 03

Nodo 04

Nodo 05

Nodo 06

Nodo 07

Nodo 08

Nodo 09

204

Nodo 10

Nodo 11

Nodo 12

Nodo 13

Nodo 14

Visualizaci贸n de las piezas listas para mecanizar y las zonas por donde pasar谩 la herramienta

205

Mecanizado Rhinocam

Una vez que el modelo está programado en “RhinoCam” y se realiza la simulación del mecanizado para comprobar que no hay errores, se procede a preparar el material y montarlo en la máquina.

En este caso el modelo es mecanizado en espuma de Poliuretano de alta densidad, que se comercializa en varios formatos, pero nosotros utilizaremos láminas de 1 x 2m con un espesor de 0.05m. Es necesario para cubrir la altura total de cada pieza, cortar la lámina por la mitad, superponer y encolar ambas partes para generar un solo bloque de espuma de 0.1m.

Se ubica el material sobre la superficie de trabajo en la máquina y se introducen las coordenadas de origen del material así como sus dimensiones, se calibran las herramientas (fresas) y se inicia el mecanizado.

Los pasos en la secuencia del mecanizado es la siguiente: 1- Facing: en este paso se realiza un barrido por toda la superficie del material con una herramienta muy ancha y a una profundidad muy pequeña, cercana a 1mm, para que quede totalmente nivelado y limpio.

Horizontal Roughing

206

2- Horizontal Roughing: este paso se realiza con una fresa de punta redonda de 12mm y cumple con la función de eliminar rápidamente, la mayor parte del material alrededor de la pieza para optimizar el tiempo de mecanizado.

3- Axis Pocketing: en este paso se introduce una fresa un poco más fina, que realiza un barrido a lo largo de la superficie de cada pieza, tallando con absoluta precisión la forma de los componentes.

En este caso el Axis Pocketing es suficiente para definir un primer acabado de las piezas, ya que la herramienta utilizada es pequeña y las pasadas son muy juntas, en el caso de superficies que deban quedar absolutamente lisas o en materiales duros, es necesario otra pasada de acabado final.

3 Axis Pocketing

207

4- Curve Machining: Este es el último paso de nuestro mecanizado y permite limpiar y definir el contorno de todas las piezas en el plano horizontal, dejando el material y las piezas listas por esa cara.

Es necesario en este momento marcar la posición del material en la superficie de la mesa y dar la vuelta al “Stock” o bloque de material.

Luego se envia el archivo donde se ha programado el mecanizado de las piezas por la segunda cara y se repiten todos los pasos anteriormente descritos para la primera cara.

De esta manera obtendremos las piezas acabadas, con una geometría perfectamente definida y unida al bloque mediante puntos de sujeción previamente definidos en el diseño.

Curve Machining

208

Detalle de la Simulaci贸n Sobre Una Sola Pieza

Horizontal Roughing 1

Horizontal Roughing 2

3 Axis Pocketing

Curve machining

209

Im谩genes del Proceso de Fabricaci贸n Digital

Modelado de las piezas en Rhinoceros

Preparaci贸n del material (encolado)

Montaje del material en la Milling Machine

Detalle del mecanizado en proceso Facing

Detalle del mecanizado Horizontal Roughing 1

Detalle del mecanizado Horizontal Roughing 2

210

Detalle del mecanizado

Detalle del mecanizado

Piezas mecanizadas por la cara superior

Piezas mecanizadas aĂşn unidas al stock

211

Prototipo Final CoDeLab

Finalmente hemos obtenido del proceso de mecanizado, todos los nodos que componen el prototipo. El acabado que tiene la superficie de las piezas es bastante bueno, tomando en cuenta la complejidad de las piezas y el material en que se han fabricado; para el montaje final es necesario pulir un poco las superficies con un papel de lija fino para obtener un acabado más liso.

La coincidencia de todos los puntos de contacto es casi perfecta, lo que pone de manifiesto la precisión en el proceso de mecanizado con la fresadora CNC. Para unir todos las piezas utilizamos unas pequeñas guías metálicas, encajadas en el material y encolamos con adhesivo de cianocrilato.

Como acabado final pintamos el modelo en color blanco con pintura acrílica y lo montamos sobre una base de madera de pino.

Vista perspectiva del prototipo final.

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Vista perspectiva del prototipo final.

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214

215

Conclusión CoDeLab

El laboratorio de diseño computacional nos ha ofrecido una oportunidad muy valiosa de abordar el diseño arquitectónico de una manera muy poco ortodoxa en la práctica profesional, dar el salto y emplear no solo el lenguaje formal, sino también el lenguaje informático como una vía para hacer compatibles los requerimientos de forma y función; el poder dominar todas las faces del proyecto, desde la determinación de las reglas de comportamiento del escenario digital, hasta las estrategias de relación de datos obtenidos de los procesos de autogeneración, nos da la posibilidad de alcanzar una complejidad y diversidad de alternativas que son imposibles de lograr por los métodos tradicionales.

Es sumamente notable el hecho de haber alcanzado la propuesta final con un sistema prácticamente autónomo, capaz de tomar la información correspondiente a la cantidad de energía solar recibida en el área de la plaza Lesseps, remapearla y configurarla a modo de variables y reglas, derivando en un proceso de morfogénesis digital, que posteriormente dió paso a una propuesta arquitectónica. En esta línea de investigación, ha sido de vital importancia seguir un registro minucioso y coherente de todo el proceso, para poder llegar a enlazar toda la información generada y sus variantes, obteniendo un mayor provecho y riqueza no solo de los resultados sino de toda la evolución.

Resulta de gran valor en estos tiempos, concebir nuevas maneras de diseñar, proyectar y construir, aprovechando la capacidad de cálculo del computador, integrando y asimilando la posibilidad de utilizar algoritmos matemáticos autogenerativos de una forma completamente viable, para de esta forma permitirnos explorar nuevas propuestas arquitectónicas y desarrollos urbanos, llegando así al punto de inflexión donde los límites ya no constituyan una restricción, sino un punto de partida para comenzar a visualizar el habitar del ser humano con nuevas concepciones y conceptos.

216

217

ParaSite

PARAsite / Reactive Pavilion Jordi Truco / ADDA Team / ELISAVA Por: Carlos E. Castro

Contenido: Prototipo PARASite Dise帽o y Performatividad Ingenier铆a de Control Mecatr贸nica Construcci贸n y Montaje

PROTOTIPO

PARA-Site

Investigación desarrollada por el Máster en Diseño Avanzado de Arquitectura Digital (ADDA), en el Programa de postgrado Laboratorio de Investigación Biodesign, desde el 15 de octubre de 2010 al 16 de mayo de 2011.

Investigación y desarrollo del proyecto DIRECCIÓN Jordi Truco, LÍDERES DEL PROYECTO Andrés Dejanón, Francisco Tabanera, COORDINACIÓN, Marcel Bilurbina, Jordi Truco,INGENIERÍA DE CONTROL, Begoña Gassó, David A. León, Belén Torres, MECATRÓNICA, Carlos E. Castro, Aleix Galán, DESARROLLO, Alba Armengol, Paola Betances, Andrea Buttarini, Fernando Gorka de Lecea, Pankaj Mhatre, PRODUCCIÓN PROTOTIPO, Taller de maquetas y prototipos de ELISAVA, Con el soporte de PROFESORES DEL POSTGRADO EN DISEÑO DE SISTEMAS MATERIALES ELISAVA, Marcel Bilurbina, Sylvia Felipe, Mireia Ferraté, Luis Fraguada, Rubén Hidalgo, David Llorente, Javier Peña, Santi Pladellorens, Jordi Sola, Jordi Truco, Marco Verde

PARAsite / Reactive Pavilion Jordi Truco / ADDA Team / ELISAVA Por: Carlos E. Castro

Contenido: PARAsite Modelos de Estudio Propuesta Arquitect贸nica Materiales Tect贸nica Digital

PARA-Site Pabellón Interactivo Iniciativa En el marco de la edición número dos de la maestría en Diseño Avanzado y Arquitectura Digital (ADDA), se plantea el diseño, construcción y montaje de un prototipo experimental a escala 1:1, que permita a los estudiantes comprobar el comportamiento y funcionamiento de uno de los sistemas materiales desarrollados durante el taller BioDeLab. Este debe integrar de manera efectiva todos los elementos reactivos que permitan una interacción del pabellón con su entorno y usuarios, así como cumplir con unos requerimientos programáticos mínimos.

Con el apoyo financiero de la escuela ELISAVA y el impulso académico por parte de la dirección del Master, se ha logrado exponer este prototipo en la feria internacional de la construcción de Barcelona “Construmat 2011”, convirtiéndose en el proyecto insignia de la Maestría en Diseño Avanzado y Arquitectura Digital ADDA.

222

Concepto Luego de un proceso de selección entre los estudiantes y profesores de la maestría, se acordó el desarrollo del sistema PARASite, para el diseño del prototipo a escala 1:1.

Este sistema puesto en marcha por Francisco Tabanera y Andres Dejanón, parte de una pieza rectangular de un material laminar (en las primeras etapas cartulina o polipropileno) al que se le realizan cortes paralelos y de igual longitud, sin llegar a seccionar por completo los extremos de la lámina; a las bandas que se generan, se le realizan un conjunto de horadaciones que funcionan como puntos de unión, para luego solapar una sobre otra consiguiendo una curvatura que ayuda a rigidizar el material y lograr morfologías muy interesantes.

El sistema parte de un concepto muy simple pero tiene una gran versatilidad, para generar curvatura en varias direcciones y con diferentes radios de giro.

Las variaciones son geométricamente precisas por lo que pueden simplificarse en operaciones matemáticas, para luego definir un modelo paramétrico que reproduzca la forma y comportamiento del sistema.

El componente se puede deformar a partir del cambio de posición o desplazamiento de los puntos de unión, así como la anchura de las bandas y la profundidad del solape.

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DISEﾃ前 Y

PERFORMATIVIDAD

Design and Performativity Jordi Truco Por: Alba Armengol/ Paola Betances/ Andrea Buttarini/ Fernando Gorka de Lecea/ Pankaj Mhatre.

Contenido: Modelos de Estudio Programa Arquitect贸nico Materiales

Modelos de Estudio

Modelo A / escala 1:10 acetato 1mm, cortado a mano, base madera, soporte en chapa metálica.

Una vez conocidas las características, comportamiento y propiedades del sistema PARA-Site, definimos una estrategia de diseño y un lugar para su implantación. En principio está pensado para instalarse en el atrio del edificio sede de la escuela Elisava, aunque su primera exhibición se realiza en el Construmat Barcelona 2011.

La definición formal del prototipo se inicia mediante el uso de modelos de estudio a escala 1:10, permitiéndonos hacer pequeños cambios a los componentes para ajustar las proporciones y la funcionalidad de los espacios.

Los primeros modelos se realizaron en polipropileno y acetato, pero el comportamiento del material empleado debía ser lo más aproximado al comportamiento del material a escala real, por lo que decidimos utilizar el mismo composite que se utilizará en el prototipo definitivo.

En esta etapa el prototipo está definido por cuatro secciones o componentes, que se unen por su borde superior para rigidizar y estabilizar la estructura, a la vez que se generan espacios funcionales y recorridos interiores.

Modelo B / escala 1:10 Twintex color claro de 0.5mm, cortado en láser CNC, base mdf, soporte en chapa metálica. Uniones con tornillos de 2mm

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Modelo C / escala 1:10 Twintex 0.5mm, color claro, cortado en láser, pavimento en mdf, 5mm cortado en láser, soporte en chapa metálica.

Uniones con tornillos de 2mm.

Modelo D / escala 1:10 Twintex color negro de 0.5mm, cortado en láser CNC, pavimento en mdf de 5mm, cortado en láser soporte en chapa metálica. Uniones con tornillos de 2mm.

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Programa Arquitectónico

Usos y Recorridos El pabellón será un objeto imponente y protagonista a la entrada del edificio de la escuela ELISAVA, debe apropiarse del lugar, propiciar la interacción y el recorrido a través de sus espacios, pero también debe permitir el flujo de circulación de estudiantes a las diferentes zonas del edificio.

El programa del pabellón contempla un área de exposición donde se podrá colocar material gráfico y realizar proyecciones, un área de estancia que consta de un mueble que se genera a partir de la propia estructura y ofrece un lugar de contemplación. El área de servicio que contiene el sistema electrónico y neumático también está oculta dentro de este mueble.

Los flujos de circulación más rápidos se mantienen en la zona perimetral, mientras que se genera un recorrido mucho más contemplativo a través del pabellón.

228

229

Materiales

Pieza de ajuste de posición de la lama.

Lengüeta de conexión entre lamas.

Composites Tanto para la elaboración de los modelos de estudio como para la construcción del pabellón, se ha utilizado un material compuesto, comercialmente llamado Twintex, este material se obtiene al calentar y prensar varias capas de un textil de fibra de vidrio y polipropileno hasta obtener una lámina homogénea.

Posee gran resistencia, flexibilidad y un límite plástico bastante alto, pero una de las características más importantes es que en el proceso de diseño del material, se pueden realizar modificaciones en su estructura interna para obtener comportamientos mecánicos diferentes, en el caso del Twintex, puede variarse la dirección en las que se disponen las fibras dentro de las láminas para obtener mayor flexibilidad en uno u otro sentido del material, también pueden agregarse más o menos capas de fibra de vidrio para obtener diferentes grados de rigidez en determinados puntos.

El cambio de escala de los modelos a el prototipo real obliga a descomponer en varios fragmentos los componentes originales, que al momento de ensamblarse deben comportarse como una unidad, cuyo comportamiento debe ser idéntico al de los modelos de estudio.

Diagrama de montaje de cada lama

Piezas de conexión continuas

Piezas de conexión integradas en cada lama

230

Diagrama de montaje de las lamas sin deformar

z-1s-11 up

z-1s-10 up

z-1s-9 up

z-1s-12 up

z-1s-13 up

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z-1s-18 up

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z-1s-20 up

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z-1s-6 up

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z-1s-34 up z-1s-35 up

z-1s-4 up

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z-1s-38 up

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6

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6 5

5 4 3 2 1

1 2 3 4

4 3 2 1

5

5 1 2 3 4

4 3 2 1

5

1

1

5

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4

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3

4

2

5

1

1

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6up

3

5

5

4

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7

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3

5

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7

3

4

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2

2

1

1

2

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6

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2

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2

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2

1

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down

down

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6

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6

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2

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1

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down

down

down

down

down

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3

6

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1

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1

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1

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2

6

1

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6

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1

6

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1

5

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down

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6

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1

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1

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6up

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3

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1

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2

1

2 3 4dn

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5

5

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7dn

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3

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2 1

5

5 6 7dn

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2

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2

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7up 6

7up 7up 6

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1

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z-1s-44 up 1 7up 7up 6

7up 7up

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4

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2 6 5 4

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7dn 7dn

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2

2

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7up

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1

1

1

1

1

1

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Esquema de construcci贸n de los componentes, mediante lamas individuales

231

Pavimento

Uno de los sistemas más detallados durante el proceso de diseño es la tarima que constituye el pavimento, este elemento además de garantizar una superficie firme de tránsito peatonal, cumple con otras importantes funciones, como contener los elementos de canalización del sistema neumático y eléctrico.

En los paneles se han dispuesto distintos sensores de presión que recopilan la información de los transeúntes, así como un sistema de rieles ocultos que permiten ajustar las piezas de contacto del perímetro de la estructura con el suelo, ya que al poner en marcha los sistemas de actuación es posible que se requiera hacer algunos ajustes a tiempo real.

Este sistema ha sido cuidadosamente diseñado mediante una estructura nervada, que sirve de soporte a un conjunto de paneles de Mdf lacados, que constituyen la superficie de tránsito; todo el sistema se ensambla a partir de pequeñas piezas encajadas de forma muy precisa, como se haría con un gran rompecabezas. Este grado de exactitud en la fabricación y montaje se debe al nivel de detalle logrado en el diseño del sistema constructivo y el exclusivo uso de herramientas de corte por control numérico para su fabricación.

232

ImĂĄgenes de montaje del pavimento.

233

Pavimento y puntos de contacto con el perĂ­metro de la estructura.

Soporte Perimetral

Los elementos de soporte perimetral hacen la transición entre la estructura y el pavimento, ademas de transmitir las cargas al suelo y ajustarse a los cambios de posición del perímetro.

Los soportes están constituidos básicamente de dos componentes, uno de ellos es el brazo de apoyo ajustable, que puede deslizarse por unos rieles incorporados en las nervaduras del pavimento, los mismos están construidos en varias capas de Mdf unidas mediante pernos metálicos.

En el extremo del brazo de apoyo se ubica una rótula metálica que se convierte en el

principal punto de conexión con el perímetro estructural, esta pieza posee dos (2) ejes de rotación que garantizan una unión precisa y firme de la estructura al brazo de apoyo, sin importar las deformaciones posteriores.

Esta pieza ha sido diseñada en lámina metálica de 5mm de espesor, plegada y mecanizada en láser CNC, ensamblada y unida mediante pernos metálicos.

Una vez que los puntos perimetrales están conectados a los apoyos, la estructura pasa a ser un sistema totalmente autoportante.

Despiece del mecanismo de apoyo perimetral.

234

Permeabilidad

Una de las propiedades del sistema PARASite es la capacidad de regular su permeabilidad mediante la deformación de sus componentes, pero este grado de permeabilidad puede ser controlado aún más para regular la cantidad de luz, ventilación y la acción del agua.

Para cumplir este objetivo hemos utilizado una membrana de textil elástico, cortado a medida para cada abertura y enganchada a los bordes de las lamas mediante unos clips cortados directamente en el composite, de esta manera podemos cubrir un porcentaje de las aberturas en la estructura con un material que puede adaptarse a los cambios en la forma de la estructura.

Definición de los componentes de una lama, con los clips de fijación para las membranas y rigidizadores.

235

Tectónica Digital

Adaptación de los Modelos Físicos y Digitales El proceso de diseño ha requerido la elaboración en paralelo de modelos físicos y digitales, esta metodología ha permitido un proceso de retroalimentación que ha hecho posible la comprensión y el control sobre todos los elementos del sistema.

El modelo digital paramétrico, elaborado mediante “Grasshopper” permite visualizar y modificar el grado de curvatura y permeabilidad de las lamas, así como extraer la dimensión precisa de cada uno los componentes de la estructura para el proceso de fabricación.

Para llegar a este nivel de compatibilidad era necesario trasladar la información de posición perimetral del modelo físico al digital, para lo que se empleó un scanner tridimensional.

Esta herramienta es capaz de realizar una exploración de la superficie de los elementos que conforman el modelo y trasladar esta información a un modelo digital, a partir de una nube de puntos. Una vez obtenido este modelo es posible reconstruir o poligonalizar esta información para obtener las superficies que conforman el modelo físico.

Modelo Digital

236

Modelo Físico

Nube de puntos obtenido del escaneado tridimensional.

Proceso de escaneado tridimensional del modelo fĂ­sico de estudio

Perspectiva nube de puntos

Vista lateral nube de puntos

237

Vista frontal nube de puntos

Modelo Paramétrico

Una vez se ha logrado superponer y comparar la información obtenida de los modelos digitales y los modelos físicos a escala, utilizamos la herramienta “Grasshopper” para reconfigurar geométricamente un nuevo modelo donde se unifican los datos, se introducen parámetros para controlar de manera precisa la deformación y permeabilidad del prototipo.

Paralelamente se realizan otras exploraciones sobre regiones específicas del modelo, generando nuevos códigos que permiten estudiar los rangos máximos de deformación que pueden tolerar los componentes, los diferentes grados de permeabilidad que puede adoptar la estructura y la incorporación de nuevos elementos de rigidización.

Código definitivo de Grasshopper que permite visualizar el rango de deformación de las lamas.

238

Código Grasshopper

Modelo paramétrico

Código definitivo de Grasshopper donde se integran todos los parámetros de deformación, permeabilidad y análisis de curvaturas

239

Modelo Final

Ha sido un verdadero reto obtener un modelo definitivo donde se plasmará toda la información de análisis geométrico, formal y de comportamiento estructural, que pudiera ser modificado a tiempo real mediante el uso de parámetros y algoritmos matemáticos, con un grado de fidelidad y correspondencia igual al comportamiento de los modelos físicos.

Finalmente se pudieron mostrar imágenes de lo que estabamos seguros sería el aspecto final del pabellón PARA-Site, en ese punto pasamos a definir los procesos de producción y a incorporar los sistemas reactivos.

Radios de curvatura del prototipo en el modelo digital.

240

Producción

Uno de los avances más significativos en el uso de la herramienta de diseño paramétrico, es la posibilidad de extraer información a tiempo real del modelo digital y proyectar directamente en una plantilla bidimensional los componentes del modelo de forma individual y ordenados así, pueden generarse los archivos de corte necesarios para la fabricación, optimizando al máximo los tiempos y procesos de producción.

Análisis de curvatura del prototipo en el modelo digital.

241

Fotomontaje de implantaci贸n del pabell贸n en el lobby de la escuela Elisava.

242

Render del pabell贸n PARA-Site

243

Render del pabell贸n PARA-Site

INGENIERÍA DE

CONTROL

Control Engineering Jordi Truco/ Marcel Bilurbina

Por: Begoña Gassó/ David A. León/ Belén Torres.

Contenido: Análisis del Entorno Sistema Reactivo Proyecto Interactivo Sensorización

Análisis del Entorno

Flujos de Circulación La base de un sistema reactivo es el análisis y definición de los estimulos externos que serán captados para generar una reacción en el prototipo. En primera instancia el pabellón ha sido diseñado para emplazarse en el lobby de la escuela, por lo que se realiza un estudio minucioso del lugar, incluyendo datos de iluminación, ruido, temperatura y flujos de circulación, durante un lapso de doce (12) horas.

La propuesta de sensorización del pabellón se centra en los flujos de circulación como estimulo primario, por lo que se grafica la información recopilada, ofreciendo una cartografía de recorridos, densidades y frecuencia de peatones en el lugar.

248

Prototipo Zona Reactiva Como ha sido norma durante todo el transcurso de la maestría, nada puede quedarse solo en la teoría, todos los sistemas son comprobados mediante la construcción de modelos de prueba, por lo que se construye una sección de la estructura, donde se estima colocar los actuadores y sensores de movimiento.

Este modelo permite hacer una primera aproximación a la integración del sistema de actuadores, definir la ubicación de los sensores y programar las primeras rutinas de comportamiento reactivo.

249

Sistema Reactivo

Zonas Reactivas Aunque en la definición de los modelos de estudio es posible variar parámetros como curvatura y permeabilidad a lo largo de toda la estructura, en el prototipo a escala real es necesario limitar esta reacción a una zona acotada en función a la cantidad de actuadores disponibles, las propuestas se limitan en principio a una cantidad de nueve (9) o dieciseis (16) lamas, un actuador por lama, concentrados en tres (3) posibles zonas.

La definición de la zona reactiva se realiza en función a varios criterios: -Poner a prueba una región con un grado de curvatura pronunciado que permita explotar al máximo las propiedades del sistema.

-Definir un área que pueda deformarse sin comprometer la integridad estructural del pabellón.

-Ser de fácil acceso para la instalación y calibrado de los actuadores neumáticos.

-Definir un área muy visible para permitir a los usuarios apreciar el funcionamiento de todo el sistema.

250

Proyecto Interactivo

Propuesta de Sensorización Se han definido dos regiones y usos principales, una zona de tránsito a través de la estructura y otra de permanencia donde se pueden disfrutar de los recursos audiovisuales, esto ofrece una base para vincular el proyecto de sensorización al uso directo del pabellón.

Se ubicarán sensores de presión en los paneles del pavimento correspondientes a las zonas de mayor tránsito y debajo de los asientos dispuestos en la zona de permanencia, esto permitirá conocer en cual de las diferentes zonas del pabellón hay usuarios y así definir la reacción correspondiente.

Las diferentes rutinas de reacción parten de un estado inicial de reposo de la estructura, que se ve alterado con el tránsito de usuarios por el interior del pabellón, en este momento los sensores ubicados en el pavimento ponen en marcha los actuadores neumáticos, aumentando la permeabilidad y ensanchando la estructura en la parte final para permitir completar el recorrido. En el caso de que los usuarios se detengan y se sienten en los bancos dispuestos en la zona de permanencia, los actuadores se accionan disminuyendo al mínimo la permeabilidad a la luz y pone en marcha las proyecciones del material audiovisual.

251

Sensorización

Dispositivos de Entrada Los sensores utilizados en el pabellón, son unas pequeñas láminas muy delgadas y sensibles a la presión, el material del que están fabricados es capaz de variar proporcionalmente su resistencia al paso de la electricidad en función a la fuerza con la que es comprimido, de esta manera es posible detectar la presencia y cuantificar la fuerza de presión en un rango definido.

El sensor se ubica entre dos almohadillas de neopreno en el centro de los paneles del pavimento, sujeto por una base independiente, el neopreno ayuda a disipar un poco la energía evitando el punzonamiento y ofrece un mayor rango de medición.

El sensor ubicado en la zona de permanencia funciona bajo el mismo principio, pero debe ser calibrado pensando en que el usuario no estará de pie sobre el sensor.

Esquema constructivo del pavimento sensorizado.

252

Circuito Electrónico

El proyecto de sensorización y actuación se han desarrollado utilizando una placa “Arduino Uno” y su plataforma de programación, aunque para el montaje final será necesario una placa “Arduino Mega”, ya que la cantidad de dispositivos de entrada y salida serán mucho mayores.

Para la realización de las pruebas de funcionamiento y calibrado, se ha construido un prototipo que representa una sección del pavimento donde se colocarán los sensores.

El circuito electrónico se ha montado con ayuda de una protoboard para realizar las conexiones eléctricas, programando las secuencias reactivas en Arduino y como dispositivos de salida se han empleado luces LED, esto permite visualizar el correcto funcionamiento del sistema.

253

MECATRÓNICA

Mechatronics Jordi Truco / Marcel Bilurbina / Jordi Sola Por: Aleix Gal谩n / Carlos E. Castro

Contenido: Sistemas de Actuaci贸n Sistemas de Control

Sistemas de Actuación

Mecanismos Los sistemas de actuación se basan en mecanismos convertidores de movimiento, estos son capaces por ejemplo, de redefinir el movimiento lineal en rotacional o viceversa, de la misma manera que el movimiento de los pistones de un motor de combustión se transfieren a un cigüeñal.

Los elementos mecánicos dependen del tipo de movimiento que queremos aprovechar y cual será el más apropiado para la tarea final, entre los más comunes y antiguos podemos encontrar las barras articuladas, levas, engranes, cremalleras, correas de transmisión entre otros, la combinación de estos elementos pueden dar la solución a múltiples requerimientos de trasferencia de movimiento.

Antiguamente solo se contaba con los conocimientos en mecánica para crear máquinas que debían completar una secuencia compleja de acciones para realizar una tarea, actualmente muchos de estos procesos han sido sustituidos por la programación electrónica de microprocesadores que afectan directamente los diferentes actuadores, pero sin duda estos aún siguen siendo muy útiles en tareas como:

-Amplificación de la fuerza.

-Cambios de velocidad.

-Transferencia de movimiento entre ejes de rotación.

una combinación de movimientos de rotación y traslación, los cuales deben ser descompuestos para crear mecanismos que hagan cada movimiento por separado y luego encadenarlos para llegar al desarrollo final.

Cinemática Previo al diseño de cualquier mecanismo funcional, es preciso comprender la lógica de movimiento y la naturaleza de la tarea final que debe desempeñar el mecanismo, el análisis abstracto de un mecanismo se define como “cinemática”, en este tipo de análisis no se consideran las fuerzas o energías que intervienen el proceso, solo los movimientos.

Tipos de Movimiento El movimiento de un cuerpo rígido se puede considerar como la combinación de movimientos de traslación y de rotación. Considerando tres dimensiones espaciales, la traslación sería un movimiento de componentes que siguen curvas de gran radio en relación a sus propias dimensiones y coinciden con uno o más de los tres ejes. Una rotación es un movimiento de componentes que giran sobre el propio eje.

Los movimientos complejos suelen ser

256

y (1)

x z

(2)

Grados de Libertad y Restricción Un aspecto importante del diseño de los elementos mecánicos es la orientación y disposición de elementos y partes. Un cuerpo que está libre en el espacio se desplaza en tres direcciones perpendiculares e independientes entre si y gira de tres maneras alrededor de estas direcciones. Se dice que este cuerpo tiene tres grados de libertad.

El numero de grados de libertad es la cantidad necesaria de componentes de movimiento para producir el movimiento correspondiente. Si una articulación está limitada a desplazarse a lo largo de una línea, sus grados de libertad de traslación se reducen a uno, Fig (3). Si la articulación está limitada a desplazarse en un plano, entonces tiene dos grados de libertad de traslación. La figura (4) ilustra una articulación que tiene un grado de libertad de traslación y un grado de libertad de rotación.

(3)

(4)

Uno de los problemas más importantes del diseño es reducir la cantidad de grados de libertad, lo cual requiere un número y orientación idónea de las restricciones. Si no hay restricciones, un cuerpo puede tener seis grados de libertad. Se asigna una restricción por cada grado de libertad que no se desea.

Suponiendo que no hay restricciones redundantes, la cantidad de grados de libertad sería igual a seis (6) menos el número de restricciones presentes. Sin embargo, las restricciones redundantes son muy frecuentes, de modo que para las restricciones de un cuerpo rígido se cumple la siguiente regla básica: 6 - número de restricciones = número de grados de libertad - número de redundancias

Por lo tanto, si se desea que un cuerpo esté fijo, es decir, que tenga cero (0) grados de libertad, y suponiendo que no se introduzcan restricciones redundantes, las restricciones necesarias serán seis.

Un concepto que se utiliza en diseño es el principio de la restricción mínima, el cual establece que al fijar un cuerpo o al guiarlo en determinado tipo de movimiento, debe emplearse la cantidad mínima de restricciones, es decir, no deben existir redundancias.

257

Ejemplo de mecanismo basado en barras articuladas, para convertir un movimiento rotacional en movimiento lineal.

Fricción

En el análisis de deformación de la estructura se ha detectado, que existen puntos de contacto que generan mucha fricción durante el proceso, esto sumado a que la textura superficial del composite es rugosa, impide el movimiento fluido del sistema.

Para atacar este problema es necesario crear un mecanismo de deslizamiento y guía que reduzca la fricción y permita un movimiento suave y fluido.

Veremos algunos ejemplos de sistemas de rodamientos y cojinetes que podemos utilizar para este fin.

Los cojinetes (1): Se usan para apoyar ejes rotacionales que soportan cargas en dirección radial. El cojinete consiste en la inserción de un material adecuado que se ajusta entre el eje y el soporte, al girar el eje la superficie del soporte se desliza sobre la superficie del cojinete. El inserto puede ser un metal blando, una aleación de aluminio, cobre, bronce o un polímero.

de rodamientos (de bola o rodillos) y una jaula que mantiene separados los elementos de rodamiento. Las pistas de rodamiento interna y externas contienen guías endurecidas dentro de las cuales giran los elementos rodantes.

(1)

(3)

Eje giratorio

Carga radial

Forro

Cojinete rígido de bolas

Soporte del Cojinete (2)

Jaula

Cojinetes de bolas (3): Es adecuado para soportar cargas radiales, aunque moderadamente bueno para soportar cargas axiales.

Es un rodamiento versátil que se puede utilizar en una amplia gama de cargas y velocidades.

En general, los cojinetes de deslizamiento seco solo se utilizan en ejes de diámetro pequeño, en los que la carga y la velocidad son también pequeños; los rodamientos de bolas y de rodillos, es decir, en los que hay movimiento rotacional, se usan para rangos mucho mayores de diámetro de eje, cargas y velocidad.

Cojinetes de bola y rodillo (2): Con este tipo de rodamiento, la carga principal se transfiere del eje rotacional al apoyo mediante un contacto de rodaduras en vez de un contacto por deslizamiento. Un cojinete de rotación consta de cuatro elementos principales: una pista interna, una pista externa, el elemento 258

Bola

Pista de rodamiento interior Pista de rodamiento exterior

Primeras Propuestas con Actuadores Electromecánicos

Coliso metálico

Coliso metálico

Bandas twintex de 3mm de espesor

0,34 0,48

0,34 0,48

Bandas twintex de 3mm de espesor

2

1

2

1

3

4

1

3

2

2 4

1

4

4 3

3 1. Carro 2. Carro guia

1. Carro 2. Carro guia

3. Manguera aire comprimido 4. Soporte manguera de aire 5. Guia perimetral 6. Guia metálica tensor

5. Guia perimetral 6. Guia metálica tensor

5

5

Twintex

6

Conexión de aire comprimido 0,12

Tensor Cableado metálico inox.

6

0,12

Twintex

4

4

4

4

3

3

3. Tensor 4. Soporte tensor

Compresor de aire x3 bandas

Actuador de rotación contínua Fig. 1) Se plantea la instalación de una actuador de rotación contínua (un servo motor) que trabaje con las bandas en base a un elemento de guia lineal.

Fig. 2) La incorporación de un elemento de guia lineal permite la conexión y fácil desplazamiento de una banda sobre otra.

El uso de tensores permite emplear un actuador de rotación por cada tres bandas.

Fig. 1) Se plantea la instalación de un compresor neumático conectado a las guias lineales que incorporan las bandas mediante un circuito de aire.

Fig. 2) La incorporación de un actuador neumático aporta mayor potencia y seguridad en el desplazamiento entre bandas.

Un compresor de aire para cada grupo de tres actuadores.

Los dispositivos de actuación que utilizaremos en el prototipo aún no se han definido, por lo que abordamos diferentes opciones, pasando por motores steppers, cilindros electromecánicos, cilindros neumáticos, entre otros.

259

Primeras Propuestas con Actuadores Neumáticos

Los actuadores neumáticos constituyen una muy buena opción para ser utilizados en el pabellón, debido a que existe una gran variedad de modelos y tamaños, poseen gran potencia, son muy fiables y su funcionamiento es bastante sencillo.

En primera opción estudiamos la posibilidad de utilizar un actuador de doble guía, del fabricante Festo, este posee un recorrido que permite la deformación del componente, limitando la torsión indeseable en las lamas, pero genera una zona de unión que debe permanecer plana para fijar el actuador a la estructura, esto impide la correcta curvatura de las lamas.

Render del actuador neumático guiado del fabricante FESTO.

Render del actuador neumático guiado del fabricante FESTO, sobre la estructura

260

Bandas twintex de 3mm de espesor

3

0,34 0,48

Ranura para detectores de posición

Twintex 0,12

Conexión de aire comprimido opcional Compresor de aire x3 unidades

Fig. 2) El carro de doble émbolo SPZ permite la conexión y fácil desplazamiento de una banda sobre otra. Instalación de un compresor de aire para cada grupo de tres actuadores.

Fig. 1) Se plantea la instalación del actuador electromecánico fijado en la banda mediante tres puntos de contacto. Ésta superfície de contacto, no permite ninguna deformación.

261

Sistemas de Guía Lineal

El desplazamiento entre componentes necesario para el correcto funcionamiento del sistema, requiere de un mecanismo, que ademas de reducir la fricción, mantenga el movimiento en la dirección deseada, por lo que es necesario la incorporación de un sistema de guía lineal, que mantenga el esfuerzo del actuador concentrado en la dirección de trabajo.

Las primeras pruebas de este mecanismo se realizan a través de la construcción de réplicas de los actuadores neumáticos y los sistemas de guía que incorporan estos actuadores, de esta manera se pueden comprobar las dimensiones de todos los elementos a escala real y las modificaciones necesarias para su instalación y adaptación.

Para reducir el área plana que requieren estos actuadores para su instalación, se ha incorporado una pieza pivotante que separa un poco el actuador de la lama, dando un margen mayor de curvatura.

Maquetas de estudio para simular el movimiento de los actuadores neumáticos.

262

3

0,34 0,48

Bandas twintex de 3mm de espesor

Twintex 0,12

Conexión de aire comprimido Compresor de aire x3 unidades Fig. 1) Se plantea dotar al actuador electromecánico de un eje de pivote en su parte superior y fijado en la banda, para aportarle mayor flexibilidad.

Fig. 2) El carro de doble émbolo SPZ permite la conexión y fácil desplazamiento de una banda sobre otra. Instalación de un compresor de aire para cada grupo de tres actuadores.

263

Carro Guía 1.0

En esta etapa del diseño se ha determinado que la opción más apropiada, es la utilización de cilindros neumáticos, como mecanismos actuadores en el pabellón. La casa fabricante FESTO cuenta con una amplia gama de productos y accesorios que nos permiten diseñar un sistema eficiente, además contamos con la asesoría de su departamento técnico para la selección y dotación de los equipos necesarios.

Una vez definido el modelo y tipo de actuadores, ponemos en marcha la construcción de un prototipo de carro guía, que facilitará el desplazamiento de las lamas, disminuyendo el esfuerzo necesario para tal fin, además de reducir el desgaste por fricción de los materiales.

El primer prototipo es construido en madera, chapa de aluminio y rodamientos metálicos; aunque en este punto aún no se ha instalado ningún actuador, es posible visualizar el funcionamiento del carro guía, generando el esfuerzo de forma manual. De esta manera detectamos algunos puntos de contacto indeseables entre el material de las lamas y el carro guía, por lo que se requiere de algunas modificaciones.

Bocetos de diseño del carro guía

Diseño del carro guía 1.0, construido en chapa de aluminio y madera.

266

Carro Guía 2.0

Una segunda versión del carro guía se diseña con asesoría de la empresa EQSi a través del experto en mecánica Jordi Solá. Este carro un poco más grande en dimensión, se fabrica en un polímero de alta densidad comercialmente llamado DELRIN, este material posee excelente resistencia mecánica, su superficie es autolubricante, lo que facilita el mecanizado y reduce la fricción.

Durante la visita al taller de EQSi, tenemos la primera aproximación al uso y funcionamiento de los cilindros neumáticos, sus mecanismos de control y sensorización, también tenemos acceso a múltiples piezas de tornillería y herrajes, especialmente diseñados para la fabricación de mecanismos de este tipo, lo que nos hace redefinir el modelo inicial en función de estas piezas.

Imágenes de sistemas neumáticos durante la visita al taller EQSi.

267

Diseño del carro guía, en su versión 2.0, construido en polímeros de alta densidad.

Cilindro Neumático Normalizado/ DSNU-32-300-P-A

Los actuadores seleccionados para el prototipo, son cilindros neumáticos del fabricante FESTO, estos son de doble acción, es decir se pueden extender y retraer con un diferencial de potencia muy bajo.

Características: • Cilindro redondo con émbolo de diámetro desde 32 hasta 63 mm.

• Los componentes de esta serie no se pueden reparar.

• Vástago y camisa del cilindro de acero inoxidable.

• Las culatas están unidas a la camisa por medio de un rebordoneado.

• Gran rendimiento y duración gracias a la superficie lisa y dura de la camisa del cilindro.

Especificaciones Técnicas: - Diámetro del émbolo 32mm - Carrera 300mm - Presión de trabajo: 6 bar - Fuerza teórica con 6 bar de avance: 483N - Fuerza teórica con 6 bar en retroceso: 415N - Velocidad con movimiento sin tirones, posición horizontal, sin carga, con 6 bar: 8 …

100

268

Equipos y Accesorios Utilizados.

-Racors para tubo conexión (con o sin ajuste de caudal) GRLA-1/8-QS-4-D. -Antirretorno pilotado HGL-1/8-1/8-B. -Racor para antirretorno pilotado QSML-1/8-4.

-Racor “T” para conexionado maniobra seguridad.

-Válvula (eléctrica) VUVG-L10-M52-RT-Q4-1R8L-N2 (incorpora racors).

-Cable para electroválvula KMYZ-9-24-10-LED-PUR-B. -Soportes de fijación LBN-32 (caballete).

-Cabezal vástago SSG-M10X1.25.

-Sensores SME-10-10F-DS-24V-K0.3L-M8D. -Cables sensores NEBU-M8G3-K-10-LE3.

-Soportes sensores SMBR-10.

-Tubo PUN-4x0,75-DUO-BS (viene en bobinas de 50 m).

Válvula (eléctrica) VUVG-L10-M52-RTQ4-1R8L-N2

Racors para tubo conexión (con o sin ajuste de caudal) GRLA-1/8-QS-4-D

Racor “T” para conexionado maniobra seguridad

269

Planos Constructivos Carro Guía 2.0

B

LEYENDA

1

RODAMIENTOS RIGIDOS A BOLAS 608-2 RSR

2

RODAMIENTOS RIGIDOS A BOLAS 61900-2 RSR

(Obturados por ambos lados)

14

(Obturados por ambos lados)

C

3

ARANDELAS DE SEGURIDAD)

4

CASQUILLO D8

5

CASQUILLO D10

6

EJE DE RODAMIENTOS (aluminio)

13

11 15

7

A

BASE CARRO (aluminio)

8

CONEXIÓN LATERAL CARRO (aluminio)

VISTA FRONTAL

17

9

TAPA ANTERIOR (aluminio)

10

9

10 TAPA POSTERIOR

8

(aluminio)

15

7

VASTAGO

5 11

12 2

C

VISTA LATERAL

11 CONEXIÓN A CABEZAL DEL 12 EJE DE CONEXIÓN (tornillo 10x40 cabeza exagonal con tuerca)

12

9

13

1

5

3

6

2

6

14 CILINDRO NEUMÁTICO

1

8 4

15 CABEZAL DE VASTAGO

8

16 SOPORTE DE FIJACIÓN

17

17 COMPONENTE

SECCIÓN "B"

13 TORNILLOS 5X16 CONICOS

(ACTUADOR)

(Twintex)

SECCIÓN "A"

10

Fig. 1) Actuador del tipo Cilindro neumático DSNU-20 MEJORADO. S_Longitudinal

Fig. 2) Actuador del tipo Cilindro neumático DSNU-20 MEJORADO. S_Transversal

270

14

1

LEYENDA

3 4

1

RODAMIENTOS RIGIDOS A BOLAS 608-2 RSR

2

RODAMIENTOS RIGIDOS A BOLAS 61900-2 RSR

(Obturados por ambos lados)

12

(Obturados por ambos lados)

9

13

10

3

ARANDELAS DE SEGURIDAD)

4

CASQUILLO D8

5

CASQUILLO D10

6

EJE DE RODAMIENTOS (aluminio)

15 A

7

A

BASE CARRO (aluminio)

8

CONEXIÓN LATERAL CARRO (aluminio)

9

TAPA ANTERIOR (aluminio)

10 TAPA POSTERIOR

2

(aluminio)

11 CONEXIÓN A CABEZAL DEL

12

7 6

VASTAGO

12 EJE DE CONEXIÓN (tornillo 10x40 cabeza exagonal con tuerca)

13 TORNILLOS 5X16 CONICOS 14 CILINDRO NEUMÁTICO (ACTUADOR)

B

15 CABEZAL DE VASTAGO

B

17 17

16 SOPORTE DE FIJACIÓN 17 COMPONENTE (Twintex)

VISTA SUPERIOR

SECCIÓN "C"

Fig. 1) Actuador del tipo Cilindro neumático DSNU-20 MEJORADO. Planta

Fig. 2) Actuador del tipo Cilindro neumático DSNU-20 MEJORADO. C_Plano

271

Imagen carro guĂ­a 2.0, sobre la lama de prueba.

272

Imagen carro guĂ­a 2.0

273

Carro Guía 1.1

Diseño final carro guía, en chapa metálica.

120.00

120.00 80.00

30.00

1.50 .5 R4.00 R2.50

R5.00 0 R4.00

R2.50

150.00

200.00

40.00

10.00 0

200.00

Después de múltiples pruebas con el prototipo 2.0, existen dudas acerca de la resistencia a la rotura del polímero (DELRIN), aunque su funcionamiento es muy bueno, existe la posibilidad de que las piezas roscadas cedan a los esfuerzos.

Por este motivo regresamos al esquema del carro metálico, ya que es mucho más resistente y ligero.

Este prototipo se ha construido en chapa metálica de 1.5mm de espesor, cortada en láser y plegada.

En principio una franja segmentada era necesaria para facilitar el plegado, pero posteriormente el plegado se realiza con maquinaria industrial por lo que es mucho más limpio y preciso.

Los rodamientos se instalan con ejes continuos para aumentar la resistencia a la deformación de la chapa metálica.

El punto crítico de este mecanismo es la horquilla de conexión con el cabezal del cilindro neumático, ya que esta pieza estará sometida a grandes esfuerzos, por este motivo se ha reforzado con soldadura eléctrica.

Planos de corte y plegado del carro guía 1.1

274

ImĂĄgenes del conjunto de carros guĂ­a sobre la zona reactiva.

275

Sistemas de Control

Circuito electrónico y neumático.

230v Regulador de Voltaje

5v

Conexión USB

Arduino Mega

PC (Controlador mediante Arduino)

Valvula de Regulación + Manómetro

Electrovalvulas

Compresor de Aire

Actuadores Neumáticos (Cilindros).

El sistema de control necesario para el funcionamiento de todo el prototipo, debe integrar los componentes electrónicos y neumáticos.

Las diferentes rutinas de comportamiento del prototipo son programadas en “Processing”, una interface gráfica de programación open source, basada en el lenguaje Wiring, esto ha permitido generar un panel de controles virtual con el que se activan todos los sistemas.

La plataforma de “Processing” utiliza el mismo lenguaje que “Arduino” por lo que pueden vincularse directamente. El microcontrolador que se ha utilizado es una placa Arduino Mega, donde se colocan como dispositivos de entrada los sensores de presión colocados en el pavimento, que activarán los proyectores y audiovisuales. Otras directrices introducidas directamente desde “Processing” controlarán el movimiento de los actuadores.

276

Conexión de tuberías neumáticas en los cilindros.

Panel de control en “Processing”.

Se fabrica a medida una placa de circuitos, que permite la conexión del microcontrolador con todas las válvulas eléctricas que controlan el flujo de aire del compresor a las cilindros neumáticos, esta placa integra un sistema de alimentación independiente y un conjunto de “relays” que funcionan como interruptores, debido al diferencial de voltaje en el funcionamiento de los distintos componentes electrónicos.

Las válvulas se abren y cierran con total precisión en función a las secuencias programadas en “Processing”, posteriormente se conectan todas las tuberías que llevan el flujo de aire hacia los cilindros, la presión de trabajo de los cilindros es de seis (6) bar, los que se controlan con una válvula de seguridad, que integra un manómetro.

277

MONTAJE FINAL

PROTOTIPO

Construcci贸n y Montaje ADDA Team / BEC Por: Carlos E. Castro

Contenido: Im谩genes de Montaje

280

Im谩genes del pabell贸n PARA-Site, exposici贸n CONSTRUMAT 2011.

281

Im谩genes del pabell贸n PARA-Site, exposici贸n CONSTRUMAT 2011.

282

Im谩genes del pabell贸n PARA-Site, exposici贸n CONSTRUMAT 2011.

283

Im谩genes del pabell贸n PARA-Site, exposici贸n CONSTRUMAT 2011.

284

285

Conclusión PARA-Site

La oportunidad de participar activamente en el diseño, producción y montaje de este proyecto, me ha permitido conocer el potencial y viabilidad de desarrollar este tipo de estructuras a una escala mayor, así como cuales son las implicaciones, dificultades técnicas y variables a considerar en la integración de los diferentes sistemas reactivos en un entorno real.

Una nueva forma de materializar la arquitectura, basada en la precisión que solo nos permiten las herramientas de corte por control numérico, hace que podamos tener una relación mucho más directa con esta foma de conceptualizar y construir, hasta dominar casi por completo el proceso de producción y fabricación. Es sumamente valioso contar con la posibilidad de hacer ajustes y modificaciones a medida que va fluyendo el proceso, el cual además admite ir corrigiendo posibles errores y mejorando aspectos, sin que ello signifique grandes costes económicos o pérdida de tiempo. Todo lo contrario, nos permite enriquecer la investigación e ir tomando apuntes que derivarán en la evolución de todo aquello que concebimos, es un aprendizaje “vivo y reactivo” que va tomando forma a través de la retroalimentación.

La exploración del uso de mecanismos, que permitan afectar la estructura modificando sus características espaciales y de funcionamiento mucho más allá de los conceptos tradicionales de la domótica, perfilan estos proyectos hacia una arquitectura realmente inteligente y ecoeficiente, conocedora de su entorno e integrada con sus habitantes; hablamos entonces de la inteligencia artificial llevada a la arquitectura, en el sentido en que no solo nos dará cobijo sino que se nutrirá aprendiendo de y con nosotros, a la vez que nos enseñará y permitirá seguir en constante evolución, la segunda característica más intrínseca del ser humano.

286

287

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