Proyectos de arquitectura parametrica by Daniel García

PROYECTOS DE ARQUITECTURA PARAMÉTRICA Daniel García López Dionysia Kouniaki Dimitrios Gonidakis

////// ÍNDICE

1_ DESARROLLO DEL PROYECTO /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 1.1_ referencias 1.2_ situación 1.3_ programa 1.4_ estrategias de intervención

2_ INTERACCIÓN PARAMÉTRICA /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 2.1_ deformación de la envolvente exterior por las condiciones de entorno 2.2_ estudio de patrones de plegado 2.3_ ensayo de plegado mediante Freeform Origami 2.4_ parametrización de la superficie en Grasshopper 2.5_ evaluación solar

3_ INTERACTIVIDAD //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 3.1_ primeras maquetas 3.2_ construcción del modelo interactivo final 3.3_ programación de las placas de arduino 3.4_ interacción de maqueta con fotorresistencias

1_ DESARROLLO DEL PROYECTO /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 1.1_ referencias 1.2_ situaci贸n 1.3_ programa 1.4_ estrategias de intervenci贸n

////// REFERENCIAS

TOMÁS SARACENO_14 Billion_2o1o formación de espacios intersticiales relación interior-contorno

TOMÁS SARACENO_biosphere_2oo7 formación de microambientes

TOMÁS SARACENO_cloud city_2o12 malla espacial tridimensional

R&Sie_hybrid muscle_2oo3 interacci贸n mec谩nica, organismo cambiante

FREI OTTO_occuping and connecting_2oo9 organizaci贸n de estructuras naturales=territoriales

TOBIAS JEWSON_data fossils_2o1o crecimiento generativo

R&Sie_spidernethewood_2oo7 R&Sie_barak house_2oo1 interface interior-exterior, delimitaci贸n de espacio

SOLEDAD SEVILLA_escrito en los cuerpos celestes_2o11 interface interior-exterior, cambio de percepci贸n

invernaderos interface interior-exterior, control del clima

////// SITUACIÓN

// Horas de sol

// Precipitación media 995,1

2129 323 335

350 300

255

250

148

200

147

150 72

153,2 121,8

51,7 57,5

100

104,6115

104,4

150

41,8

TOTAL

// Humedad media

32,1 10,3 2,5

50 En

TOTAL

// Temperatura media

200,2

300

215

197 207

200 100

350

ºC

77 65

24,2 24,5

83 20

20 En

TOTAL

20,7

20,5 15,3 16,6 8,3 8,8

15,2 10,4

7,6

15,3

5 En

TOTAL

El edificio está ubicado en Galicia, en un polígono industrial próximo a Orense con una superficie de parcela de 110.000 m². Los principales condicionantes del proyecto vienen derivados de las condiciones climátológicas, Orense tiene una climatología bastante estable a lo largo del año, con muchos días de lluvia y poco sol.

+42º 3’ 60’’, -7º 8’ 45’’

OURENSE

// programa

// estrategia de intervención

El programa elegido para el edificio desarrollado en el curso es un centro de investigación del clima en el que se simularán los distintos climas para comprobar cómo afectan a la vegetación, animales, enfermedades...

1_OBTENCIÓN DE MALLA REGULAR DE PUNTOS

El edificio se convierte así en una interface capaz de transformar las condiciones climáticas de Ourense para consegir condiciones termodinámicas particulares de los climas a simular, de modo que el edificio se convierte en un organismo cambiante según las condiciones climatológicas.

A partir de la malla de octaedros, se extraen los vértices para así poder manipular la geometría, puesto que luego puedo volver a recomponer la malla original deformada ya que tan solo es unir cada vértice con los 12 vértices más próximos.

2_OBTENCIÓN DEl TAMAÑO Y FORMA DE LOS EDIFICIOS

PARÁMETROS A VARIAR PARA RECREAR DISTINTAS ATMÓSFERAS

Selecciono unos determinados puntos que formarán el volumen del edificio, así puedo condicionar su tamaño y su forma.

- soleamiento - temperatura - humedad - presión

3_FORMACIÓN DE LOS ESPACIOS DE USO

CLIMAS A REPRODUCIR - tropical húmedo - tropical seco - seco árido - tundra - high lands - mediterráneo

Mediante atractores se crean unas tensiones de expansion que empujan los puntos de la malla y crean las zonas de uso que albergarán gran parte del programa.

4_DEFORMACIÓN EXTERIOR PARA CONDICIONAMIENTO CLIMÁTICO La envolvente exterior se deforma para conseguir el acondicionamiento idóneo de cada una de las naves.

100

200 m

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1_ MALLA 3D DE OCTAEDROS REGULARES Elegimos una malla tridimensional que pueda ser identificable y sobre la que podamos actuar manipulando su geometría. La malla de octaedros es la más sencilla y nos permite descomponerla, deformarla según parámetros termodinámicos y de uso y después recomponerla.

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2_ EXTENDER LA MALLA A TODA LA PARCELA La malla de octaedros se desarrolla en toda la parcela y de ella extraemos los vértices, que en realidad se trata de los puntos de control de los octaedros.

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3_ ÁMBITO DE LOS EDIFICIOS

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A través del desarrollo previo en planta elegimos un ámbito de influencia que define el volumen que tendrán los módulos que conforman el edificio. Esto permite manipular tanto la anchura como la altura de cada una de las partes.

4_ DEFORMACIÓN DE LA MALLA

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Al tomarse como puntos independientes se pueden modificar introduciendo atractores que crearán efecto de repulsión despejando espacio para crear las zonas de uso del proyecto, de modo que al recomponer la geometría aparecerán como grandes vacíos.

// ESPACIO INTERIOR A través de los atractores conseguimos definir un espacio funcional que quedará libre de la estructura y que permitirá albergar un programa más estable.

// PIEL MUTABLE EXTERIOR Con la definición del ámbito de los edificios conseguimos identificar una primera piel exterior que mutará según las condiciones climáticas para transformarlas y crear nuevas condiciones al interior. Realmente se trata de una interfaz móvil que realiza transformaciones termodinámicas.

// ESTRUCTURA QUE PERMITE EL CAMBIO La piel exterior se sujeta con una estructura radial hidráulica que permite el movimiento de contracción y de expansión de la malla, de modo que el edificio pasa a ser un organismo vivo, más similar a un corazón que se contrae y expande para modificar sus condiciones termodinámicas interiores.

////// Piel cerrada

////// Piel abierta

///// DEFORMACIÓN DE ENVOLVENTE EXTERIOR POR LAS CONDICIONES DE ENTORNO

DEFINICIÓN GRASHOPPER ////////////////////////////// Mediante una definición desarrollada por Erick Katzenstein, conseguimos crear una superficie que envuelva los puntos que hemos modificado, de modo que es muy fácil actuar sobre la geometría del conjunto, ya que mediante atraztores podremos crear tensiones que modifiquen la posición de los puntos que posteriormente son “envueltos” por la superficie.

USO DE ATRACTORES PARA MODIFICAR LA ENVOLVENTE //////////////////

SITUACIÓN 1 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

SITUACIÓN 3 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

SITUACIÓN 2 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

SITUACIÓN 4 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

SITUACIÓN 5 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

///// NECESIDADES DE LA PIEL EXTERIOR // ABIERTO

// INTERMEDIO

// CERRADO

///// ESTUDIO DE LOS PATRONES DE PLEGADO // DESCRIPCIÓN GENERAL Patrón geométrico realizado a partir de triángulos rectángulos.

// VENTAJAS -gran libertad de movimiento -alto grado de adaptabilidad

// INCONVENIENTES excesivamente fragmentado difícil de controlar la geometría no pliega

NÚMERO DE PIEZAS BASE

PIEZAS BASE EN MÓDULO

POSIBILIDAD DE PLEGADO

SUPERFICIE DESPLEGADA

153m²

SUPERFICIE PLEGADA

REDUCCIÓN DE SUPERFICIE PLEGADA

////// PATRÓN #01 // PIEZA BASE

// MÓDULO BASE

// MÓDULO GENERAL

// MALLA DESPLEGADA

// MALLA PLEGADA

// DESCRIPCIÓN GENERAL patrón geométrico complejo formado por tres módulos base compuesto por dos triángulos equiláteros y uno isósceles.

// VENTAJAS -mayor variedad visual de triángulos, c-onsigue facilmente geometrías irregulares

// INCONVENIENTES patrón complejo para su construcción difícil manejabilidad no pliega

NÚMERO DE PIEZAS BASE

PIEZAS BASE EN MÓDULO

POSIBILIDAD DE PLEGADO

SUPERFICIE DESPLEGADA

153m²

SUPERFICIE PLEGADA

REDUCCIÓN DE SUPERFICIE PLEGADA

////// PATRÓN #02 // PIEZA BASE

// MÓDULO BASE

// MÓDULO GENERAL

// MALLA DESPLEGADA

// MALLA PLEGADA

// DESCRIPCIÓN GENERAL patrón formado a partir de triángulos equiláteros

// VENTAJAS -patrón muy sencillo -alto grado de adaptabilidad -fácil manejabilidad -pocos módulos base

// INCONVENIENTES no pliega

NÚMERO DE PIEZAS BASE

PIEZAS BASE EN MÓDULO

POSIBILIDAD DE PLEGADO

SUPERFICIE DESPLEGADA

153m²

SUPERFICIE PLEGADA

REDUCCIÓN DE SUPERFICIE PLEGADA

////// PATRÓN #03 // PIEZA BASE

// MÓDULO BASE

// MÓDULO GENERAL

// MALLA DESPLEGADA

// MALLA PLEGADA

// DESCRIPCIÓN GENERAL patrón formado por triángulos equiláteros y rectángulos, evolución del patrón #03 porque puede desplegarse.

// VENTAJAS -patrón muy sencillo -alto grado de adaptabilidad -fácil manejabilidad -pocos módulos base

// INCONVENIENTES poca variación de superficie entre plegado o desplegado

NÚMERO DE PIEZAS BASE

PIEZAS BASE EN MÓDULO

POSIBILIDAD DE PLEGADO

SÍ

SUPERFICIE DESPLEGADA

153m²

SUPERFICIE PLEGADA

67 m²

REDUCCIÓN DE SUPERFICIE PLEGADA

56,2%

////// PATRÓN #04 // PIEZA BASE

// MÓDULO BASE

// MÓDULO GENERAL

// MALLA DESPLEGADA

// MALLA PLEGADA

// DESCRIPCIÓN GENERAL

// VENTAJAS

// INCONVENIENTES

evolución del modelo anterior, los triángulos equiláteros se colocan alineados para maximizar la superficie de plegado.

-patrón muy sencillo -alto grado de adaptabilidad -fácil manejabilidad -pocos módulos base -gran variación de superficie entre plegado y desplegado

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NÚMERO DE PIEZAS BASE PIEZAS BASE EN MÓDULO POSIBILIDAD DE PLEGADO SUPERFICIE DESPLEGADA SUPERFICIE PLEGADA REDUCCIÓN DE SUPERFICIE

2 4 SÍ 153m² 51 m² 66,6%

////// PATRÓN #05 // PIEZA BASE

// MÓDULO BASE

// MÓDULO GENERAL

// MALLA DESPLEGADA

// MALLA PLEGADA

Para conseguir la transformación de la envolvente exterior es necesario encontrar un patrón geométrico que permita su adaptabilidad a cualquier geometría y la posibilidad de expansión y contracción. Por eso realizamos un estudio de cinco posibles patrones geométricos que pudiesen funcionar como envolvente exterior. El patrón #02, el de triángulos equiláteros resultó ser uno de los más versátiles y adaptables a distintas geometrías, pero no era capaz de expandirse y contraerse, al igual que el #01 y #03. Los patrones #04 y #05 se basan en una evolución del patrón #03, permitiendo un crecimiento al desplegarse unos triángulos rectángulos entre los triángulos equiláteros. Por eficiencia de plegado, hemos seleccionado el patrón #05 ya que permite reducir su superficie en planta al 33 % de su tamaño original desplegaso.

////// PATRÓN #01

////// PATRÓN #02

NÚMERO DE PIEZAS BASE

PIEZAS BASE EN MÓDULO

POSIBILIDAD DE PLEGADO

SUPERFICIE DESPLEGADA

153m²

POSIBILIDAD DE PLEGADO SUPERFICIE DESPLEGADA

153m²

SUPERFICIE PLEGADA

REDUCCIÓN DE SUPERFICIE PLEGADA

> Elección del patrón #05 por

eficiencia de plegado ya que reduce su superficie hasta en un 66%

////// PATRÓN #03

////// PATRÓN #04

////// PATRÓN #05

NÚMERO DE PIEZAS BASE

PIEZAS BASE EN MÓDULO

POSIBILIDAD DE PLEGADO

NO 153m²

POSIBILIDAD DE PLEGADO

SÍ

SUPERFICIE DESPLEGADA

153m²

SUPERFICIE PLEGADA

67 m²

REDUCCIÓN DE SUPERFICIE PLEGADA

56,2%

NÚMERO DE PIEZAS BASE PIEZAS BASE EN MÓDULO POSIBILIDAD DE PLEGADO SUPERFICIE DESPLEGADA SUPERFICIE PLEGADA REDUCCIÓN DE SUPERFICIE

2 4 SÍ 153m² 51 m² 66,6%

////// ENSAYOS DE PLEGADO

Para poder manipular la geometría de la envolvente es necesario conocer cómo plegará el patrón geométrico de un modo autónomo, para ello nos hemos servido del programa freeform origami, que realiza un plegado de patrones geométricos según indicaciones dadas y permite visualizar las curvaturas de la superficie producidas por sus tensiones internas de plegado. Así, variando las indicaciones de plegado conseguimos que el patrón adopte de un modo autónomo geometrías irregulares no contempladas en un primer momento, de modo que el edificio formará geometrías propias según su plegamiento para optimizar sus condiciones climáticas.

////// SIMULACIÓN PLEGADO #01 PATRÓN DE PLEGADO /////////////////////////////////////////////

PLANTA ////////////////////////////////////////////////////////////////////

SECCIÓN //////////////////////////////////////////////////////////////////

////// SIMULACIÓN PLEGADO #02 PATRÓN DE PLEGADO /////////////////////////////////////////////

PLANTA ////////////////////////////////////////////////////////////////////

SECCIÓN //////////////////////////////////////////////////////////////////

////// SIMULACIÓN PLEGADO #03 PATRÓN DE PLEGADO /////////////////////////////////////////////

PLANTA ////////////////////////////////////////////////////////////////////

SECCIÓN //////////////////////////////////////////////////////////////////

////// SIMULACIÓN PLEGADO #04 PATRÓN DE PLEGADO /////////////////////////////////////////////

PLANTA ////////////////////////////////////////////////////////////////////

SECCIÓN //////////////////////////////////////////////////////////////////

////// SIMULACIÓN PLEGADO #05 PATRÓN DE PLEGADO /////////////////////////////////////////////

PLANTA ////////////////////////////////////////////////////////////////////

SECCIÓN //////////////////////////////////////////////////////////////////

////// PARAMETRIZACIÓN DE LA SUPERFICIE EN GRASSHOPPER

1_ DEFINICIÓN DEL MÓDULO REPETIDO EN SUPERFICIE PLANA ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

Utilizando Grasshopper buscamos una definición que permita la construcción del patrón geométrico y la posibilidad de adaptarse a cualquier tipo de superficie, por los cambios que realizará el edificio. Para ello desarrollamos una definición generadora del patrón a partir de un punto de la superficie a partir del cual se construye el patrón geométrico mediante puntos relativos al primero y contenidos por la superficie, así conseguimos que la mutación de la superficie y el plegado del patrón se puedan realizar simultáneamente.

DEFINICIÓN GRASSHOPPER /////////////////////////////////////////////7//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

PLEGADO DEL PATRÓN /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

2_ DEFINICIÓN DEL PATRÓN ADAPTABLE A CUALQUIER SUPERFICIE ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

La geometría del patrón comienza a construirse desde un punto de la superficie y por intersecciones se encuentran el resto de puntos que definen el patrón referenciados al primero y a la superficie, así el patrón es no solo de adaptarse a cualquier superficie sino que esta puede ser deformada por los atractores y el patrón se adapta a ella sin necesidad de modificación de los parámetros.

// adaptaci贸n a superficie 1

// adaptaci贸n a superficie 2

DEFINICIÓN GRASSHOPPER /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

////// EVALUACIÓN SOLAR

A través del programa Ecotec conseguimos realizar una evaluación solar de la superficie en los distintos estados de plegado y orientación, encontrando los puntos óptimos y entendiendo cómo funciona la piel. Mediante el plug-in Geco de grasshopper, conseguimos la conexión del modelo parametrizado de la envolvente con los análisis de ecotec, de modo que el programa podrá realizar los cálculos para los distintos estados de deformación y plegamiento de la envolvente y determinar así los estados óptimos para conseguir las condiciones deseadas.

//PERFIL DIARIO DE TEMPERATURA MEDIA DE DIA MAS CALIENTE

MEDIA DE DIA MAS FRIO

//DIAGRAMA SOLAR ANUAL

//TEMPERATURA MENSUAL

DEFINICIÓN GRASSHOPPER /////////////////////////////////////////////7//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//ABIERTO ESTE

SUR

OESTE

ESTE

SUR

OESTE

//CERRADO

3_ INTERACTIVIDAD //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 3.1_ primeras maquetas 3.2_ construcci贸n del modelo interactivo final 3.3_ programaci贸n de las placas de arduino 3.4_ interacci贸n de maqueta con fotorresistencias

////// PRIMERAS MAQUETAS

maqueta del m贸dulo base

maqueta del patr贸n desarrollado

primera maqueta interactiva

////// CONSTRUCCIÓN DEL MODELO INTERACTIVO FINAL ////// PLANTILLA PARA CORTE

0.30

0.60

////// PROGRAMACIÓN PLACA ARDUINO ONE CON UN SERVOMOTOR Y UNA FOTORRESISTENCIA

CÓDIGO UTILIZADO ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

#include <Servo.h> Servo miServo3; int LRD_3=2; //sensor de la luz o potenciomentro int valor3;

void setup() { Serial.begin(9600); miServo3.attach(13); //el servo esta conectado con digitalpin 9 pinMode(LRD_3,INPUT);//si no es necesario, declaremos que LRD_es para leer } void loop() { valor3=analogRead(LRD_3); Serial.println(valor3); valor3=map(valor3,700,10,0,179); miServo3.writeMicroseconds(2000); miServo3.write(valor3); delay(1500); }

DIAGRAMA DE CONEXIONES (FRITZING) ///////////////////////////

CAPTURA ARDUINO //////////////////////

////// PROGRAMACIÓN PLACA ARDUINO ONE CON DOS SERVOMOTORES Y DOS FOTORRESISTENCIAS

CÓDIGO UTILIZADO //////////////////////////////////////////////////////////////////////////// #include <Servo.h> Servo miServo1; Servo miServo2; int LRD_1=2; int LRD_2=1; //sensor de la luz o potenciomentro int valor1; int valor2;

void setup() { Serial.begin(9600); miServo1.attach(11); //el servo esta conectado con digitalpin 9 miServo2.attach(12); pinMode(LRD_1,INPUT); pinMode(LRD_2,INPUT);//si no es necesario, declaremos que LRD_es para leer } void loop() { valor1=analogRead(LRD_1); valor2=analogRead(LRD_2); Serial.println(valor2); valor1=map(valor1,700,10,0,179); valor2=map(valor2,700,10,0,179); miServo1.writeMicroseconds(2000); miServo1.write(valor1); miServo2.writeMicroseconds(2000); miServo2.write(valor2); delay(1500); }

DIAGRAMA DE CONEXIONES (FRITZING) ///////////////////////////

CAPTURA ARDUINO //////////////////////

////// INTERACCIÓN DE MAQUETA CON FOTORRESISTENCIAS