Investigación: Caso de Estudio

ICD - ITKE RESEARCH PAVILION 2011 - UNIVERSITÄT STUT TGART GABRIELA PALACIOS // DANIELLA CAILLAUX

TF_5

+ MODELO

CASO DE ESTUDIO

CASO DE ESTUDIO

Ficha técnica del proyecto

7-8

Criterios de selección y análisis conceptual

índice

5-6

9 - 10 11 - 12

Variables paramétricas

Rhinoceros, Grasshopper, Kangaroo.

Sistema estructural

EXPLORACIÓN PARAMÉTRICA

CASO DE ESTUDIO

Estructura baja, superior y uniones..

13

14

Materialidad

Materiales usados.

Proceso constructivo Paso a paso.

15 - 16

Imágenes - referencias

19

Evaluación paramétrica del modelo.

20 21

Proceso de elaboración concepto del modelo parametrado.

Programación y pasos del modelo.

22

Propuesta: fotomontaje aplicación a la realidad.

CASO DE ESTUDIO

RESEARCH PAVILION 2011 Ubicación: Universidad de Stuttgart, Stuttgart, Alemania.

Arquitecto: ICD - ITKE Fecha: 2011 Debido a su características morfologicas un equipo multidisciplinar compuesto por científicos, arquitectos, informáticos y estudiantes pertenecientes a Instituto de Diseño Computacional (ICD) y el Instituto de Estructuras de Construcción y Diseño Estructural (ITKE), junto con los estudiantes de la Universidad de Stuttgart, (Alemania), se inspiraron en su para, a partir de un modelo previamente computerizado, construir la

estructura del ITKE Research Pavilion. Una innovación particular consiste en la posibilidad de extender efectivamente los principios reconocidos en biónica y el rendimiento en relación con una gama de diferentes geometrías a través de procesos de cálculo, que se demuestra por el hecho de que la compleja morfología del pabellón podría ser construido exclusivamente con hojas muy delgadas de madera contrachapada (6,5 mm) de espesor.

“Solo el parametricismo puede organizar y articular adecuadamente los montajes sociales contemporĂĄneos al nivel de complejidad necesario para la actualidad.â€?

Patrik Schumacher

Oliver David Krieg. Recuperado de http://www.oliverdavidkrieg.com/?p=667

CRITERIOS DE SELECCIÓN CARACTERÍSTICAS DEL CASO DE ESTUDIO

ESTRUCTURA

FORMA

CONSTRUCTIVIDAD

TEXTURA

COMPATIBILIDAD CON EL OBJETO DE ESTUDIO

vs.

Hexágonos Curva en forma de cúpula

Uniones

Porosa (por dentro), lisa (por fuera)

Estructura en base a paneles hexagonales unidos por un dentado (superficie continua)

Estructura en base a superficie continua con hexágonos en el caparazon y a uniones en articulaciones (patas)

Curvatura natural en toda la superficie con porosidad.

Curvatura en el caparazón com cúpula con poros.

ANÁLISIS CONCEPTUAL ¿POR QUÉ

el material?

Madera para una estructura ligera y desmontable, considerando que es un pabellón temporal.

Permite la modulación de los paneles y las uniones entre ellos.

[1] Oliver David Krieg. Recuperado de http://www.oliverdavidkrieg.com/?p=667

la forma y estructura?

Se utilizó el erizo de mar como referente en la estructura y forma del pabellón, ya que se quería lograr un sistema modular que permitiera un alto grado de adaptabilidad y rendimiento debido a la diferenciación geométrica de sus componentes de placa y articulaciones [1] y este lo tenía por natraleza en su estructura. El escarabajo, objeto de estudio, se presta para comparaciones similares.

VARIABLES PARAMÉTRICAS RHINOCEROS, GRASSHOPPER, KANGAROO

HERRAMIENTAS Y PROCESO DE DISEÑO Paso a paso de la principal herramienta de diseño usada para el modelo final de todo el proceso de búsqueda de forma. Es capaz de implementar, de antemano, no solo los principios y restricciones que se desarrollaron en el campo de la biomímesis, fabricación y comportamiento del material, sino tambien las intenciones arquitectónicas y cualidades espaciales. [2]

GRASSHOPPER RHINOCEROS 6.0 KANGAROO

1

Diseño de malla hexagonal con componente voronoi, en Grasshopper.

2

Se transforma a superficie.

3

Levantamiento con puntos de curvatura del pabellón.

VARIABLES PARAMÉTRICAS

Heterogeneidad: los tamaños de las células no son constantes, sino que se adaptan a la curvatura y las discontinuidades locales.

Módulos inferiores de menor tamaño debido a que soportan la carga y resisten mayor compresión.

Anisotropía: el pabellón es una estructura direccional. Las celdas se estiran y se orientan según las tensiones mecánicas.

Módulos superiores con mayor amplitud y ligeresa. parametrizacion de diversos tamaños.

Material anisótropo

Jerarquía: el pabellón está organizado como una estructura jerárquica de dos niveles.

2

SEGUNDO NIVEL Las células en la parte superior son más grandes, y su sistema de montaje se sotiene con una simple conexión con tornillos.

1

PRIMER NIVEL Las dentaduras encajadas se pegan entre sí, los módulos o células son mucho más pequeños y numerosos, generando mayor resistencia.

4

Se crea la superficie del pabellón

Estructura y emplazamiento final del proyecto.

9

5

Proceso de levantamiento con el patrón hexagonal de Grasshopper, adpatándose a la forma curva del proyecto, geenrando espacios interiores, aberturas y entradas. Aún no se define la forma final.

Alteración (con number slider y population) de la altura y tamaño de los módulos

8

[2] ICD / ITKE Research Pavilion 2011 - Design Tool. Recuperado el 28 de abril de: https://vimeo.com/73707953 [3] ICD/ITKE Research Pavilion 2011. Recuperado el 29 de abril de: http://www.oliverdavidkrieg.com/?p=667

Geometrización final de los paneles en la forma.

7

Adaptación de espacio interior con el tamaño aproximado del proyecto.

6

SISTEMA ESTRUCTURAL ESTRUCTURA BAJA, SUPERIOR Y UNIONES

LA EVOLUCIÓN DE LA ESTRUCTURA

DATOS

INGENIERÍA INVERSA: ESTRUCTURA La estructura es la forma en sí misma, y las uniones en esta son usadas al mínimo.

Un total de 850 componentes geométricos diferentes. [4] Necesitó de anclaje al suelo para poder resietir corrientes de aire fuertes. [5]

Arcos que intersectan en puntos

Arcos

Puntos generan más arcos interiores

Aplicación de malla hexagonal

Creación de la superficie

Células formadas por planchas de madera contrachapada unidas por encajes dentados.

ESTRUCTURA MODULAR DE DOBLE CAPA

ORGANIZACIÓN ESPACIAL

MÓDULOS HEXAGONALES

MÉTODO DE UNIÓN

MACRO

MESO

MICRO

LISA

#1

PRINCIPAL

ANÁLISIS ESTRUCTURAL Compresión

Las uniones son más repetitivas, los módulos son más pequeños y hay mayor cantidad de ellos.

Las uniones se aseguran con pegamento.

#2

SECUNDARIA

POROSA

Zonas donde no actúa ningún esfuerzo.

En los bordes, donde están las uniones dentadas, se genera compresión.

0.5

Áreas donde actúa la tensión de las placas.

Las uniones son más escasas y unidas con tornillos y compresión entre los módulos. Células de mayor tamaño, mejor apreciadas desde una vista superior.

[6] Tensión

[4] Amazing Bionic Research Pavilion Explores the Sand Dollar’s Skeleton Morphology (traducido). Recuperado el 28 de abril de: https://inhabitat.com/amazing-bionic-research-pavilion-explores-the-sand-dollars-skeleton-morphology/ [5] ITKE Research Pavilion 2011 – Precedence Study 01. Recuperado el 28 de abril de: https://jcpteam.wordpress.com/2013/03/26/icd-itke-research-pavilion-2011-precedence-study-01/ [6] ICD/ITKE RESEARCH PAVILION 2011 / UNIVERSIT Y OF STUT TGART (traducido). Recuperado el 29 de abril: http://www.formakers.eu/project-137-university-of-stuttgart-icditke-research-pavilion-2011 [7] ICD/ITKe Research Pavilion 2011. Recuperado el 29 de abrill de: http://icd.uni-stuttgart.de/?p=6553

SISTEMA DE MONTAJE: UNIONES

1 2 3

Las placas de madera y las uniones encajadas y dentadas de cada célula fueron hechas por medio de un sistema robotizado de fabricación de la universidad. Empleando rutinas de programación personalizadas, se pudo dar una base para la generación automática del código de la máquina (NC-Code), usado para el control de un robot industrial de 7 ejes. [7] A

Producción de más de 850 componentes geométricamente diferentes, así como más de 100 000 uniones dentadas.

A

B Cam

ino d el ro

[8]

Cam

Ca

min

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ob

Líneas de corte que sigue el robot computarizado para armar las uniones con precisión.

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Las placas siempre se unen con 3 bordes en un solo punto, un principio que permite la transmisión de fuerzas entre las juntas pero ningún momento flexible, resultando en una estructura que, deformable, soporta rodamiento de flexión. [6]

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es

B

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Luego de ser cortadas por los robots, las uniones con pegamento y tornillo fueron puestas a prueba, y sus resultados, incluidos en los cálculos estructurales.

MATERIALIDAD

EN EL PROYECTO

MATERIALES UTILIZADOS

DENSIDAD Entre 400 y 700 kg/m3

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

ES D A D E

PRO PI

Depende de su densidad y se puede determinar mediante ensayo. [8]

Madera contrachapada de 6.5 mm

FORMAS DE UNIÓN

PEGAMENTO

CLAVOS

UNIONES

ACABADOS EN EL MATERIAL

LIJA

ESMALTE

FOCO

¿PORQUE EL MATERIAL FAVORECE A LA ACTIVIDAD Y LA FORMA?

CONTENIDO DE HUMEDAD

La madera, a pesar de la cantidad de material necesario, mantiene ligera a la estructura.

Se suministra con una humedad del 10 ± 2%.

RESISTENCIA A LA HUMEDAD Los tableros que se usen al exterior deben cumplir con calidad al encolado 3 (UNE EN 314).

ESTABILIDAD DIMENSIONAL Es un producto muy estable porque se contrarestan los movimientos de cada capa por el cambio de sentido de la fibra.

6.5 mm

RESISTENCIA A PRODUCTOS QUÍMICOS Presenta buena resistencia frente a la mayoría de los ácidos. Se debe evitar el contacto con agentes oxidantes..

Las uniones dentadas, importantes para la modulación, se pueden realizar con éxito en la madera. [9]

Tamaño real

[2] ICD / ITKE Research Pavilion 2011 - Design Tool. Recuperado el 28 de abril de: https://vimeo.com/73707953 [8] Publiditec - Tableros contrachapados de madera para la construcciòn. Recuperado el 28 de abril de http://publiditec.com/blog/tableros-contrachapados-madera-para-la-construccion/ [9] Investigación. Recuperado el 29 de abril de: http://phi-nitoarquitecturabiologica.blogspot.cl/2012/02/icditke-research-pavilion-arquitectura.html

La sensación de tranquilidad que trasnmite este material es neecsaria, ya que es un espacio dedicado a los alumnos.

PROCESO CONSTRUCTIVO PASO POR PASO

4 SEMANAS

ENSAMBLAJE A MANO

PRECISIÓN ROBÓTICA

ARMADO DE PIEZAS IN SITU ENSAMBLAJE A MANO

Luego de terminar la base, las células fueron montadas una por una. El montaje se decidió mediante una secuencia que permitía un arco desde el frente hasta la espalda del pabellón sea armado lo más rápido posible para poder darle estabilidad estructural a una parte en la que el resto de células puedan szer añadidadas. El proceso de ensamablaje total, incluyendo el cortado, pulido y laqueado de las piezas de madera, duró aporximadamente cuatro semanas. [2]

[2] ICD / ITKE Research Pavilion 2011 - Assembly Time Lapse (traducido). Recuperado el 28 de abril de: https://vimeo.com/32808682 [4] Amazing Bionic Research Pavilion Explores the Sand Dollar’s Skeleton Morphology (traducido). Recuperado el 28 de abril de: https://inhabitat.com/amazing-bionic-research-pavilion-explores-the-sand-dollars-skeleton-morphology/

IMÁGENES DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y MUESTRA

MODELO A ESCALA

VISTA LATERAL

VISTA INTERIOR

VISTA INTERIOR

VISTA FRONTAL

Oliver David Krieg. Recuperado de http://www.oliverdavidkrieg.com/?p=667 Structural Model ICD/ITKE Research Pavilion 2011. Recuperado el 29 de abril de: https://www.behance.net/gallery/32402983/Structural-Model-ICDITKE-Research-Pavilion-2011

VISTA SUPERIOR

REFERENCIAS WEB Y LIBROS

[1] Oliver David Krieg. Recuperado de http://www.oliverdavidkrieg.com/?p=667 [2] ICD / ITKE Research Pavilion 2011 - Design Tool. Recuperado el 28 de abril de: https://vimeo.com/73707953 [3] ICD/ITKE Research Pavilion 2011. Recuperado el 29 de abril de: http://www.oliverdavidkrieg.com/?p=667 [4] Amazing Bionic Research Pavilion Explores the Sand Dollar’s Skeleton Morphology (traducido). Recuperado el 28 de abril de: https://inhabitat.com/amazing-bionic-research-pavilion-explores-the-sand-dollars-skeleton-morphology/ [5] ITKE Research Pavilion 2011 – Precedence Study 01. Recuperado el https://jcpteam.wordpress.com/2013/03/26/icd-itke-research-pavilion-2011-precedence-study-01/

28

de

abril

de:

[6] ICD/ITKE RESEARCH PAVILION 2011 / UNIVERSIT Y OF STUT TGART (traducido). Recuperado el 29 de abril: http://www.formakers.eu/project-137-university-of-stuttgart-icditke-research-pavilion-2011 [7] ICD/ITKe Research Pavilion 2011. Recuperado el 29 de abrill de: http://icd.uni-stuttgart.de/?p=6553 [8] Publiditec - Tableros contrachapados de madera para la construcciòn. Recuperado el 28 de abril de http://publiditec.com/blog/tableros-contrachapados-madera-para-la-construccion/ [9] Investigación.

Recuperado el 29 de http://phi-nitoarquitecturabiologica.blogspot.cl/2012/02/icditke-research-pavilion-arquitectura.html

abril

de:

[10] Structural Model ICD/ITKE Research Pavilion 2011. Recuperado el 29 de abril de: https://www.behance.net/gallery/32402983/Structural-Model-ICDITKE-Research-Pavilion-2011

MODELO PARAMÉTRICO

EVALUACIÓN PARAMÉTRICA

VISTAS RENDERIZADAS

DEL MODELO

ESPACIO - FORMA MÓDULO - MATERIAL - ESTRUCTURA

MÓDULO - MATERIAL - ESTRUCTURA

VISTA SUPERIOR

Dos formas de parametrar:

VISTA FRONTAL

Módulos adaptados en forma y tamaño a la forma y curvatura de la superficie.

MÓDULO - MATERIAL - ESTRUCTURA

Módulos repetitivos Porosidad en toda la superficie: Huecos en cada módulo exterior.

ESPACIO - FORMA

Adapatabilidad a uso peatonal por dentro y fuera (altura).

VISTA LATERAL

MÓDULO - MATERIAL - ESTRUCTURA

PROCESO DE ELABORACIÓN CONCEPTO DEL MODELO PARAMETRADO

ITERACIONES MODULARES

INTENCIÓN: FUNCIÓN + FORMA

VARIACIÓN ELEGIDA

2

1

Arco que sirva de entrada preambular a la biblioteca de la Universidad de Lima

Variación de distancia de relieve de módulos

Variación de tamaño de tapas exteriores de módulos

Espacio de transcición con estructura no convencional.

Permite la activación de un área con potencial pero poco atendida.

Provee de espacios de descanso a los alumnos de la universidad.

Genera un atractivo espacio útil para eventos y exposiciones.

AYUDARON EN EL PROCESO: TUTORIALES Y REFERENCIAS http://blog.ramboll.com/rcd/tutorials/a-beginners-guide-to-visual-scripting-with-grasshopper.html http://www.grasshopper3d.com/forum/topics/reverse-engineer-icd-itke-research-pavilion

https://www.youtube.com/watch?v=hIsTcdtysm4 https://rhino.github.io

3

Variación de hundimiento de tapas exteriores de módulos.

4

Se decidió un tamaño de extrsuiones adecuado para la escala del proyecto.

PROGRAMACIÓN Y PASOS ALGORITMOS, RESUTALDOS E ITERACIONES

2

1

CON COMPONENTES COMO AREA, CONSTRUCT DOMAIN Y SCALE SE PUEDE EMPEZAR A COMPLEJIZAR EL VORONOI, CON OFFSETS INTERNOS Y MAYOR CANTIDAD DE PUNTOS DE MODIFICACIÓN.

PRIMERO SE DEFINE UN PATRÓN DE VORONOI EN UNA SUPERFICIE DE RHINO, LOS NUMBER SLIDERS PERMITEN ALTERAR PARAMÉTRICAMENTE EL DISEÑO AL UNIRLOS CON COMPONENTES COMO POPULATE 2D Y EL PLANO XY.

4

3

CON LOF T SE UNEN LOS OFFSETS Y SE CREA UN ELEMENTO SÓLIDO CONFORMADO POR SUPERFICIES, LUEGO SE BUSCA TAPAR LOS HUECOS CAUSADOS POR EL VORONOI CON CAP HOLES.

SE USA EL COMPONENTE MOVE EN EL PLANO Y PARA MOVER PARALELAMENTE A ESE EJE, Y LUEGO UNIRLO, POSTERIORMENTE CON LOF T.

ALGORITMO PARA EXPERIMENTACIÓN CON MÓDULOS

3

2

1

SE CONECTA LA SUPERFICIE CREADA A UN MAP TO SURFACE QUE PERMITE ANCLARLA A VORONOI, EL CUAL SE DISEÑÓ SEGÚ LOS PARÁMETROS EXPERIMENTADOS EN EL ALGORITMO DE MÓDULO.

SE CREA UNA LISTA DE PUNTOS ANCLADOS DE RHINO A GRASSHOPPER, SE CONVIERTEN A CURVAS, Y POR ULTIMO, A UN LOF T Y SUPERFICIE.

SE MODIFICA EL VORONOI EN MÁS VARIABLES, CN SCALE, EVALUATE SURFACE, MULTIPLICATION Y MOVE.

ALGORITMO PARA ADAPTACIÓN A SUPERFICIE

4

CON LOS GRAFT TREES SE COMBINAN LOS COMPONENTES EN UN LOF T, FINALMENTE SE EXTRUYE EN EL EJE Y PARA DARLE ESPESOR. A DIFERENCIA DEL MODELO DE MÓDULO ANTERIOR, SE DECIDE DEJAR LOS HUECOS DE VORONOI ABIERTOS.

FOTOMONTAJE

PROPUESTA: FOTOMONTAJE ALGORITMOS, RESUTALDOS E ITERACIONES

ENTRADA A LA BIBLIOTECA, PABELLÓN LL, UNIVERSIDAD DE LIMA