biodelab by begoña gassó

BioDeLab

Presentación: En un mercado exigente y en evolución constante, podemos ver que, en prácticas como la ingeniería, se usan nuevas tecnologías de producción y se explora para crear materiales de última generación, como los composites, que abren nuevas posibilidades de uso y de comportamiento y que contienen la lógica de los materiales vivos. Observación e investigación: En el diploma del Posgrado en Laboratorio de Biodiseño ha consistido en explorar cómo los organismos biológicos consiguen estructuras emergentes complejas a partir de componentes simples. Las estructuras naturales se han analizado y entendido como jerarquías de componentes muy sencillos (desde lo más pequeño a lo más grande). Las propiedades surgidas de forma emergente son algo más que la suma de las partes. Diseño: Mediante talleres hemos trabajado con la materia aplicando diferentes técnicas form finding centradas en la autoorganización de la materia para generar forma a través de la inteligencia material, como folding, weaving, pneus, catenaries, minimal nets, minimal surfaces, tree structures entre otras. Esta nueva mirada sobre la creación de la forma a través del conocimiento de la materia, complementada con la utilización de programas de modelado y paramétricos, nos permitirá producir diseños totalmente innovadores en cuanto a materia, forma y comportamiento. Crearemos sistemas, sistemas formales, e incluso sistemas adaptables a su entorno. Hemos centrado nuestro interés en explorar el diseño de componentes arquitectónico-industriales, su producción y su prototipado. Aprendiendo cómo el limite entre lo natural y lo artificial (o producido por el ser humano) se ha reconsiderado desde la perspectica de la ingeniería biomimética. Por este motivo, se ha contado con un profesorado internacional experto en el tema y que ha hecho relevantes aportaciones en este campo en las disciplinas del diseño, la ingeniería y la arquitectura contemporánea. Objetivos: Los objetivos principales del posgrado son: -Dotar al alumno de un perfil profesional competitivo e innovador que integre los últimos criterios, tendencias e instrumentos de proyecto. -Proporcionar al alumno los fundamentos teóricos que le permitan hablar de estrategias de diseño más contemporáneas, adentrándonos en la lógica de los sistemas emergentes, las teorías de la gentética y los nuevos paradigmas del entorno digital. -Profundizar en el estudio y los programas paramétricos, con los cuales desarrollaremos nuevos procesos creativos, de análisis y de control. -Presentar a los estudiantes los factores que han permitido la evolución de nuevos materiales que tienen un papel fundamental en la formalización futura de nuestro entorno construido. -Fomentar la investigación y la exploración en el proceso de proyecto, para que produzca nuevos resultados de proyecto y, por tanto, se abren nuevas líneas de pensamiento o reflexión.

BioDeLab Begoña Gassó Palop

2010_2011

Director de Máster: Jordi Truco Arquitecto licenciado por la ETSAB. Licenciado en MArch Emergent Technologies and Design en la Architectural Association School of London.

Equipo Docente: Marco Verde

Marcel Bilurbina

Ingeniero en la edificación por la Universidad de Cagliari. Master en Arquitectura Biodigital por la UIC. Director del Equipo de Investigación de HYPERBODY en la Universidad de Arquitectura de Delft.

Arquitecto licenciado por la ETSAB. Master en Artes Digitales por la Universidad Pompeu Fabra.

Luis Fraguada Arquitecto. Master en Arquitectura y Urbanismo por AA Design Research Laboratory of London. Master en Diseño y Producción Digital por el Iaac. Formador Oficial de Rhino Grasshopper.

Santi Pladellorens Ingeniero de Producto. Director de Proyectos de Rapyd Prototyping. ARKK Grupo de Desarrollo.

Isaac Salom Ingeniero de Producto. Socio de SALOMSTUDIO.

Conferenciantes: Javier Peña Director del departamento de Ciencia y Tecnología de Elisava. Profesor en la UPC.

Sylvia Felipe Arquitecta licenciada por la ETSAB. Master en MArch Emergent Technologies and Design en la Architectural Association School of London.

Mireia Ferré Socia de Ro-Botica.

Máster en Diseño Avanzado y Arquitectura Digital

Se denomina emergencia a uno de los fenómenos más importantes que encontramos en la naturaleza. “Emergencia es lo que ocurre cuando un sistema de elementos relativamente simples se organiza espontáneamente y sin leyes explícitas hasta dar lugar a un comportamiento inteligente. Sistemas tan dispares como las colonias de hormigas, los cerebros humanos o las ciudades siguen las reglas de la emergencia. En todos ellos, los agentes de un nivel inferior adoptan comportamientos propios de un nivel superior: las hormigas crean colonias; los urbanitas vecindarios.” El fenómeno de la emergencia es un concepto importante en la inteligencia artificial, en la teoría de la información, en la economía, en los estudios climáticos y en la ingeniería biomimética. Aplicado a la arquitectura el estudio de sistemas emergentes está enfocado hacia la generación de sistemas auto-organizados y con capacidad de adaptarse, es decir, están formados por múltiples elementos interconectados que tienen la capacidad de cambiar y aprender de la experiencia. La primera investigación, biodelab, se centra en el estudio de la auto-organización en la materia. Entendiendo la auto-organización como el proceso dinámico y adaptativo a través del cual los sistemas logran mantener su estructura sin control externo. El estudio de estos procesos de auto-organización de los sistemas materiales tiene por objetivo lograr la optimización de las formas y su capacidad de rendimiento. Manuel De Landa habla de las cualidades inmanentes de los materiales y sus implicaciones en los procesos de morfogénesis. “La forma de una burbuja de jabón, por ejemplo, emerge de las interacciones entre las moléculas que la constituyen, en tanto son constreñidas energéticamente a “buscar” el punto de mínima tensión superficial. En este caso no existe tal cosa como la esencia de la “burbuja de jabón” que se impone desde afuera; una forma geométrica ideal –la esfera– configurando una colección inerte de moléculas. Mas bien, una forma topológica endógena gobierna el comportamiento colectivo de las moléculas individuales de jabón, haciendo emerger una forma esférica”. En los procesos evolutivos de diseño se busca aprovechar las cualidades inherentes a los materiales en la generación de la forma. La investigación está descrita a través de un acercamiento teórico, mediante el estudio de casos ejemplo e investigaciones sobre tecnologías materiales, y un proyecto práctico en el que se aplican todos los conocimientos adquiridos.

casos de estudio

tecnologĂas materiales

laboratorio de biodiseĂąo

para-Site prototipo

formaciĂłn instrumental

SERGIO MUSMECI Puente sobre el río Basento

ADRIAAN BEUKERS El renacimiento de las estructuras de peso mínimo

BIG FABRICATION Hacia un modo de fabricación no estándar para Arquitectura

MATERIALES INTELIGENTES Materiales con memoria de forma, electroactivos, fotoactivos y cromoactivos

ARQUITECTURA INTERACTIVA

Performative proliferations workshop Desarrollo y evolución del componente

Sistema algorítmico Definición del componente Características principales Sistema de crecimiento geométrico Conexiones entre componentes Familias de crecimiento Prototipo de estudio

78 80 82 84 88 92

Sistema adaptativo Variaciones topológicas del sistema

Los cibernéticos y la arquitectura interactiva

Parametrización del sistema

104

Sistema rEACTIVO Comunicación entre sistema y entorno Estudio constructivo Prototipo a escala 1/5 Propuesta de actuación

108 110 113 115

PROPUESTA ARQUITECTÓNICA Estudio de emplazamiento Estudio de posibles configuraciones del sistema Propuesta arquitectónica Prototipo

123 125 127 129

PARASITE: PROTOTIPO A ESCALA REAL Sensorización y control Construcción de un demostrador Estudio de zonas reactivas Zonificación del sistema en planta Propuesta reactiva Diagrama del circuito Test de sensores de presión Proceso de fabricación de parasite

143 145 146 156 158 160 162 164

DISEÑO PARAMÉTRICO Grasshopper

173

DISEÑO INTERACTIVO Arduino

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BIBLIOGRAFÍA Biodelab Bibliografía

174

casos de estudio

SERGIO MUSMECI El puente sobre el río Basento

Cuando se somete un material dado a fuerzas externas, este tiende a reaccionar y adoptar una nueva configuración de equilibrio para balancear estas fuerzas. Durante el siglo XX, se desarrollaron numerosos estudios para instrumentalizar la compresión de estos procesos materiales a la producción de espacios habitables. En este estudio se pretende analizar las estrategias de Form-Finding que exploró Sergio Musmeci para la generación y construcción del puente sobre el río Basento.

case studies research! puente sobre el río basento

1. Sergio musmeci (1926,1981) 2. Trabajos realizados en el estudio de Pier Luigi Nervi 3. Trabajos realizados en el estudio de Pier Luigi Nervi

movimiento forma, fuerza y materia Durante el siglo pasado, el enfoque de ingenieros y arquitectos sobre la relación entre forma, fuerza y materia cambió significativamente, tanto conceptualmente como metodológicamente. El cambio fue posible debido a los esfuerzos de colaboración entre diseño, ingeniería y construcción. El comienzo del s.XX fue un periodo a destacar en la historia de la generación de la forma estructural y arquitectónica, debido al uso generalizado del hormigón armado, material que se convirtió en uno de los aspectos característicos del siglo. Aunque el hormigón ya había sido inventado por los Romanos en forma de cemento puzolánico, el cemento armado fue un invento de finales del s.XIX. Al principio (e incluso hoy en día) las estructuras generadas con cemento armado imitaban las estructuras de barras de hierro y acero del s. XIX. Sin embargo, algunos arquitectos vieron rápidamente el gran potencial que este material sin forma preestablecida les podría ofrecer. Estructuras delgadas, de doble-curvatura, sin precedentes históricos se comenzaron a diseñar. Debido al estudio exhaustivo de este nuevo material, arquitectos e ingenieros incorporaron su deseo de expresión estructural e eficiente – “gastar el mínimo material”. Como resultado, se desarrolló una nueva corriente arquitectónica en la que forma, fuerza y materia trabajaban paralelamente. De esta corriente cabe destacar el trabajo de Robert Maillart, Pier Luigi Nervi, Sergio Musmeci, Eduardo Torroja, Felix Candela, Heinz Isler y Eladio Dieste. Una corriente de arquitectos e ingenieros que contribuyeron al cambio en el pensamiento estructural y formal. El refinamiento en la forma fue posible debido a la mejora del comportamiento estructural, empleándose teorías matemáticas y conceptuales para resolver las acciones estructurales. Hay que destacar, el avance en el desarrollo de la mecánica estructural durante el S.XX. Antes de este periodo, las estructuras se diseñaban de una manera empírica basada en la experiencia y en la observación. Uno de los primeros descubrimientos fue el comportamiento de la catenaria. La catenaria es la curva natural que adopta un cable o cadena cuando se suspende de sus extremos. En estas condiciones el cable está

4 Trabajos realizados en el estudio de Pier Luigi Nervi 5 Trabajos realizados en el estudio de Pier Luigi Nervi

sometido sólo a acciones de Tracción, minimizando todas las acciones de compresión. Si invertimos la curva generada por la catenaria, la geometría resultante es la forma óptima para soportar esfuerzos de compresión uniformemente. sergio musmeci Graduado en Roma en Ingeniería Civil (1948) e Ingeniería Aeronáutica (1953). Se considera a Sergio Musmeci como uno de los ingenieros estructuristas más revolucionarios del siglo XX. Trabajó en los despachos de Ricardo Morandi y Pier Luigi Nervi, quienes ejercieron una gran influencia en su filosofía y sus obras posteriores. Nervi creía en “la construcción correcta”, que implicaba el cumplimiento simultáneo de los requisitos fundamentales: función, economía y estética. En 1953 empezó a colaborar con Zenaide Zanidi con quien continuó trabajando el resto de su vida. Musmeci centra su carrera profesional en el estudio de la ecuación de volumen mínimo. De esta forma, Sergio Musmeci comienza sus múltiples investigaciones en estructuras de hormigón armado: cubiertas de hormigón armado mediante losas dobles, celosías dobles y estructuras de superficie continua. Son numerosos los proyectos de puentes y cubiertas de “superficie continua” creados por Musmeci, incluyendo la estructura articulada del puente sobre el Basento , entre 1967 y 1969 y el puente sobre la Via Appia Antica en Roma.

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1. Maqueta de estudio realizada en jabón e hilos de hierro.

desarrollo creativo de la forma estructural

2. Maqueta de estudio realizada en caucho natural.

Sergio Musmeci utilizó diversos métodos experimentales para la generación del Puente sobre el río Basento debido a que no había solucionado la ecuación de la superficie mínima.

3. Modelo simplificado de la estructura formado por barras y articulaciones. 4.Maqueta de estudio realizada en Perspex.

Los métodos que siguió hasta conseguir el resultado final fueron desde métodos empíricos (al estudiar el comportamiento de las maquetas físicas), métodos de cálculo matemático (al estudiar el sistema de elementos finitos) y métodos geométricos basados en el estudio de gráficos estáticos. 1_”Para un contorno determinado, una película de líquido con tensión superficial, por ejemplo una película de jabón y agua, se dispone con una superficie mínima”. Maqueta de prueba de una película de solución acuosa de jabón y glicerina sobre contornos rígidos (hilos de hierro) y contornos flexi bles (hilos de algodón). 2_Maqueta a escala 1:100 en caucho natural/ goma para estudiar la forma del puente. (Utilización de una lámina de goma de espesor de 0,8 mm con bordes reforzados para simular el refuerzo necesario perimetral. Se cons truye un dispositivo de prueba con poleas para conseguir modificar la forma de la hoja de goma variando la tensión transversal. Finalmente, se establece una tensión transversal de una décima parte de la longi tudinal). 3_Cálculos aproximados siguiendo modelos teóricos de la membrana. Funcionamiento global del puente a compresión isótropa.

5. Superficie trabajando sólo a Tracción. 6. Superficie trabajando sólo a Compresión, estructura optimizada. 7. Maqueta a escala 1/5 de comprobación de la estructura. Realizada en microcemento. 8. Vista del proceso de construcción de la base del puente. 9. Vista de los complejos encofrados de hormigón que se realizaron para conseguir la forma deseada.

4_Maqueta de ensayo desarrollada en Perspex, para la observación de diferentes estados, como cambios de temperatura, etc. (La maqueta se construyó con una cáscara de madera y una cáscara de aluminio fundido. El acrílico fundido se vertió entre ambas cáscaras y de esta forma, se consiguió la compleja forma de la maqueta. Esta maqueta se sometió a diversas condiciones de carga). 5_Simplificación de la estructura en un sistema formado por barras y ar ticulaciones. 6_Verificación de los cálculos obtenidos con el diagrama de dimensiona do, a través de una maqueta de micro cemento a escala 1:5. Sergio Musmeci utilizó en el puente sobre el río Basento un método totalmente experimental. que suponía un rechazo a los sistemas clásicos de la ingeniería italiana de mitad del siglo XX. Las características principales del desarrollo de la forma estructural del puente sobre el río Basento son: -Interacción entre forma, estructura y materia. -Método prueba-error hasta el descubrimiento de la forma final. -Optimización máxima de la materia. Con el hormigón funcionando a Compresión de manera uniforme e isótropa, conseguimos el uso de una superficie mínima del material. Economía de material.

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1. Vista en perspectiva del puente y su relación con la ciudad.

descripción del puente

2. Alzado principal del puente.

El puente cruza el río Basento en la ciudad de Potenza, Italia. Tiene una luz entre apoyos de casi 50 m y una longitud total de casi 200m. Es una membrana de cemento armado a compresión uniforme. La forma se diseña para excluir cada esfuerzo de flexión y deriva del estudio efectuado en las maquetas que pueden admitir sólo los esfuerzos de Tracción: membranas de caucho natural y películas de jabón de glicerina. Cuando se da la vuelta a estas maquetas funcionando a tracción (membranas), obtenemos superficies trabajando a compresión pura. La tectónica de la superficie del puente es muy importante y se estudia para que no haya diferencia entre el interior del puente y el exterior. Acabos de hormigón visto, donde la textura de los encofrados sigue la forma de las curvaturas del puente.

OPTIMIZACIÓN MÁXIMA DE LA MATERIA: con el hormigón funcionando a compresión uniforme conseguimos el uso de superficie mínima de material.

3. Vista en perspectiva del puente y su relación con la ciudad.

eficiencia estructural / economía material

4. Sección realizada por la base del puente.

Economía en este sentido se usa con un significado de mínimo uso de materiales, y se obtiene por una eficiencia estructural en la resistencia de las fuerzas que actúan sobre dicha estructura. La mayoría de los diseños que siguen esta teoría, utilizan el hormigón como un material tectónico, donde sus cualidades van más allá de lo puramente estructural convirtiéndose también en superficie y piel. Estas superficies se empezaron a denominar “superficies estructurales“ para diferenciarse de la tradicional corriente que diferencia entre piel y estructura. Una de las características definitorias de este tipo de superficies, es que no hay diferencia entre el espacio interior y el exterior. La forma puede leerse tanto desde el interior como desde el exterior.

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LA FORMA es el resultado del diagrama de esfuerzos que actĂşan sobre el puente.

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LA MEMBRANA analogías con sistemas naturales 1,2 y 3. Imágenes de telas de araña naturales

El desarrollo de las construcciones livianas, está orientado a conseguir ligereza, menor gasto energético, más movilidad, mayor adaptabilidad, características que podemos observar en algunas “construcciones” de la naturaleza. La estructura natural, referente por excelencia de las membranas la crea la araña. Es su “herramienta de caza”: la tela. Las arañas son conocidas por su espectacular habilidad en el campo de la técnica de la construcción y por la calidad del material que fabrican. Hoy se sabe, por ejemplo, que algunas arañas pueden modificar el mismo hilo de la tela mientras la están construyendo, variando el diámetro, la resistencia o la elasticidad. Existen algunas telas bidimensionales que, para absorber el violento impacto de la presa, sin provocar un fuerte retorno elástico que la libere, tienen un mecanismo particular que les permite contrarrestar tales solicitaciones y también las producidas por el viento o por soportes flexibles (ramas). La elasticidad de las telas y el diseño de su trazado, hacen que puedan considerárselas como verdaderos mecanismos en miniatura.

arquitectura de membranas La membrana es un material fino, sintético o natural, flexible que constituye el material más ligero para generar organizaciones espaciales. Las membranas, por tanto, tienen un gran potencial para usarse en situaciones donde se requieran soluciones extremamente ligeras y con una gran performatibilidad. Las membranas estructurales pertenecen al tipo de sistemas tensionales activos: transmiten sólo esfuerzos de tensión, su forma es el resultado de las fuerzas que se le apliquen sobre ellas, ocupan la mínima superficie y , más específicamente, tienen una doblecurvatura anticlástica. Para que una membrana esté en tensión y, por tanto, estructuralmente activa, es necesario que haya un equilibrio de las fuerzas existentes en todo el sistema. Si la membrana no está activa, veremos las membranas caídas y sin su característica forma tensionada. Esto implica que la forma de la membrana y su borde, deben de diseñarse especifícamente. A través de técnicas como el form finding y la autoorganización de las

formas, podemos generar interesantes estudios sobre las membranas. El estudio de los puntos de aplicación de las fuerzas tensiles (control points) será determinante en el resultado final. Las membranas, por tanto, se definen por el desplazamiento de estos puntos de control por el límite y por las fuerzas pretensionadas, que están directamente relacionadas con la forma inicial de las membranas. La forma de la membrana, también se puede definir como el estado de equilibrio entre las tensiones interiores y las acciones exteriores.

experimentando con las membranas Frei Otto junto con sus colaboradores en el Instituto de estructuras ligeras, desarrollaron técnicas para generación física de la forma (formfinding) de estructuras tensiles. Hoy en día se utilizan procesos físicos pero también modelos digitales para investigar en la optimización de estructuras tensiles. Estos procesos digitales, se basan en técnicas de “relajación dinámica”. La “relajación dinámica” es un método de elementos fínitos que calcula en una malla digital cuál es el estado de equilibrio para una determinada membrana, basándose en las especificidades de elasticidad y las propiedades de la membrana, combinado con la elección de los puntos de control del límite y con las fuerzas exteriores de la membrana. Form-finding como método de diseño puede ahora extenderse hacia la optimización de sistemas tensiles más complejos. Mediante la combinación de membranas con otros sistemas, podemos generar diferentes niveles de jerarquía y articulación.

4 y 5. “Membrane Spaces GPA 02 Studio”, Ralph Doggen, 2004 Estudio de form-finding de modelos complejos de membranas de cuatro lados basados en la forma de doblecurvatura de los hiperboloides.

6 y 7. “Membrane Arrays diploma Unit4”, Pavlon Sideris, 2005-2006 Estudio de form-finding de la combinación de ocho componentes de membrana, sus posibilidades de conexión y sus posilbidades de proliferación.

ADRIAAN BEUKERS “Lightness. The inevitable renaissance of minimum energy” 010 publisher, Rotterdam 2005

Toda construcción optimizada tiene dos componentes: ligereza y economía. Los criterios más importantes en los países industrializados son el uso de material y energía para la producción y el transporte, así como los costes salariales. Mediante el estudio de Ed Van Hinte, en Lightness, se propone una nuevo acercamiento interdisciplinario a la arquitectura, más concretamente, a las estructuras de mínimo uso de energía.

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Dibujo ilustrativo de los primeros experimentos realizados para intentar volar.

Ligero es un objeto que pesa poco, que tiene, por tanto, escasa masa. La masa de un objeto es equivalente a la cantidad de material que se encierra en él. Cada objeto existente materialmente está expuesto a fuerzas internas o externas y tiene la capacidad de aceptar estas exigencias o de transmitirlas. Así cada objeto es, en el sentido técnico más amplio, una construcción. Si se comparan objetos diferentes en situación de transmitir fuerzas iguales sobre distancias iguales, el que cumple este trabajo con la masa mínima es más ligero que los demás. Los objetos que pueden transmitir fuerzas con una masa más pequeña se denominan construcciones ligeras. El libro escrito por Adriaan Beukers, jefe del laboratorio de materiales y estructuras de la facultad de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Delft, y Ed van Hinte, aborda el estudio de la ligereza desde dos puntos de vista: el estudio del comportamiento estructural de las cosas que construimos “artificialmente” y aquellas que crecen de forma natural. La ligereza se aborda como una necesidad para el presente y el futuro. Es mas sostenible generar estructuras ligeras que estructuras pesadas ya que conllevan un menor gasto energético. En la naturaleza esto es un principio básico: las estructuras naturales son el máximo de eficientes. Las estructuras siempre tienden a tener el peso mínimo según sus necesidades. El punto de inicio del libro es simple y claro: “tenemos que buscar nuevas formas de hacer las cosas ligeras. Esto es inevitable, si no lo hacemos la raza humana será incapaz de transportar bienes y personas según las nuevas necesidades. Los tiempos cada vez son más rápidos y tenemos que evolucionar a la misma velocidad.” La clave de una estructura ligera consiste en la relación entre materia, forma y proceso. Hacer estructuras ligeras no es utilizar materiales ligeros. Una estructura compleja, consiste en una jerarquía de elementos. LA NECESIDAD DEL CAMBIO periodo de cambios Todas las construcciones están relacionadas con el transporte de una forma u otra. De hecho, algunas construcciones son directamente el propio transporte. La construcción y el cambio en la relativa importancia de los materiales de construcción a lo largo de la historia es remarcable. Un hecho sin precedentes en la historia es el desarrollo en nuevas aplicaciones y el descubrimiento de nuevos materiales en los últimos 150 años;

hierro, aluminio, titanio y polímeros sintéticos y cerámicas artificiales. Según los gráficos de Ashley* los metales alcanzaron su máxima aplicación en la segunda guerra mundial. A partir de entonces, las cerámicas sintéticas, los polímeros y los composites comenzaron a ganar importancia hasta hoy en día. Todavía se prevee un auge en este tipo de materiales. La razón de la decadencia de los metales no se debe al agotamiento de los mismo, sino su precio y su poca performatibilidad. Paralelamente, el auge de los polímeros y composites, se debe a su ligereza y consecuentemente, a la reducción de costos.

Gráficos de Ashley, representado la evolución y la importancia de los materiales a lo largo de la historia.

esencia tecnológica Cada objeto funcional que construimos proviene de un proceso en el que convertimos la materia prima, en una forma funcional, la inevitable verdad de la tecnología. No hay forma/objeto sin materia y esfuerzo. Cuanto más valoremos la ligereza y el consumo mínimo de energía, más importante se convierte la balanza entre materia y proceso. La aplicación de la fórmula de la trinidad tecnológica, no consiste en el consumo de los materiales más ligeros. Sino por el contrario, consiste en estudiar la balanza entre mínima energía, performatibilidad y uso.

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Además de la elección de materiales, las estructuras tienen que ser eficientes para ser ligeras. Por razones económicas, la mayoría de los sistemas está fabricados con piezas prefabricadas y estándar. Como estos sistemas, tienen medidas y cualidades estándar, están generalmente sobredimensionados para el uso que necesitamos. Por ejemplo, un avión de aluminio sería más ligero si usáramos revestimientos con el espesor justo que necesitamos para cumplir las exigencias de fuerza y estabilidad. Sin embargo, usamos piezas standard según las necesidades generales del mercado. Eficiencia, por supuesto, también significa hacer que los materiales, trabajen como mejor sepan hacerlo: la madera, por ejemplo, no es un buen material para soportar presión. El hormigón, por el contrario sí. El metal y las fibras compuestas de vidrio, aramida, polietileno y carbón, son extremadamente buenas par soportar tensión. Los huesos y la cerámica, son buenos resistentes de la compresión. Lo más inteligente que puedes hacer, si quieres construirlo de manera ligera, es tener en cuenta en la construcción la distinción entre esfuerzos de tensión pura y compresión pura, y elegir los materiales según presenten las mejores características para soportar estos esfuerzos. Por supuesto, distinguir entre tensión pura o compresión pura no es sólo una cuestión de material, sino también de CONSTRUCCIÓN. La mejor forma de transmitir tensiones unidireccionales es a través de pequeñas fibras trenzadas, cuerdas y cables. Incluso los puentes más modernos, están sustentados por cables hechos normalmente de acero. Como la tensión suele ir guiada por materiales ligeros, el énfasis es las estructuras ligeras se pone en la tensión olvidando que la estructura siempre tiene que estar compensada tanto en los esfuerzos de compresión como en los de tensión.

N AT U R A L E Z A Y E J E M P LO S sabios por naturaleza Hay una dualidad entre la ingeniería y la naturaleza basada en el principio de mínimo uso de energía. Esto se debe a que animales y plantas, para sobrevivir en la competición con otras especies, han evolucionado hacia modos de vida y de reproducción usando los mínimos recursos posibles. Esto significa eficiencia tanto en el metabolismo como en el aporte óptimo de energía Una situación similar ocurre en el campo de la ingeniería donde el coste suele ser un parámetro decisivo en cualquier proyecto. La interpretación de la naturaleza, con una visión correctamente interpretada e implementada, puede mejorar la eficiencia energética en mucho niveles. Por ejemplo, en la naturaleza la forma es más barata que el material. Esto se ha comprobado muchas veces y se manifiesta en la alta performatibilidad de los materiales biológicos (la madera es uno de los materiales más eficientes y las astas son más resistentes que cualquier material compuesto creado por el hombre). La forma de un árbol es la historia de las fuerzas que estuvieron actuando sobre él durante su crecimiento. Este mecanismo es muy útil en estructuras aparentemente ligeras y frágiles, pero que por el contrario son capaces de adaptar su

forma y su estructura a los cambios de carga. Esta propiedad adaptativa no sólo reduce el aporte de energía en la generación de la estructura, sino que permite su adaptación formal a los cambios de esfuerzos y circunstancias durante el periodo de vida. También se llama a esta propiedad adaptativa, comportamiento inteligente. Los materiales, sistemas o estructuras inteligentes son objetivo de la mayoría de investigaciones en el campo arquitectónico actual. Estos sistemas interactúan con su medio, respondiendo a los cambios de maneras diversas. La Inteligencia puede ser una simple respuesta seguida de un estímulo; o puede ser el resultado de un compendio de informaciones, generando la respuesta más óptima globalmente; o el sistema puede aprender del medio generando la respuesta más inteligente, basándose en patrones de comportamiento y siendo capaz de predecir resultados. Un edificio capaz de adaptarse a su medio, estaría inicialmente pretensado, convirtiendo las cargas a compresión en cargas a tensión, respondiendo a los cambios de esfuerzos internos y externos, cambiando su estado inicial y reconfigurándose en la forma más estable. La estructura más inteligentes sería aquella capaz de construirse a sí misma. Rellenándose de material en los puntos sometidos a un sobresfuerzo.

la naturaleza como modelo Energía y materia se igualan en la naturaleza. Las estructuras tienen que compensar las fuerzas omnipresentes: las fuerzas moleculares intrínsecas , los esfuerzos derivados de la construcción y también las fuerzas exteriores debidos a las influencias medioambientales, como la gravedad, los cambios de Temperatura, etc. Todas las estructuras naturales están basadas en los sistemas de fuerzas que tienen que soportar. Incluso las más complejas estructuras de energía mínima al final están basadas en el sistema de equilibrio de fuerzas y en la geometría del triángulo. Los poliedros también están basados en triángulos, excepto el tetraedro, el octaedro y el icosaedro. Si ponemos circulos unos junto a otros desde todos los lados, dará lugar a que se aplanen poco a poco las curvas tangentes: al final los círculos se convertirán en hexágonos. Este comportamiento está omnipresente en la naturaleza. la radiolaria Radiolaria es un grupo de protozoos ameboides que producen intrincados esqueletos minerales (únicamente de silice), típicamente con una cápsula central que divide la célula en secciones internas y externas, llamadas endoplasma y ectoplasma. Se encuentran como zooplacton en el océano, y debido a la rápida evolución de sus especies son importantes como fósiles guía a partir del Cámbrico. Entre otros, el arquitecto alemán Frei Otto, estudio en profundidad la estrctura de la radiolario y se basó en ella para algunos diseños.

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CONSTRUCCIÓN Y LIGEREZA tiendas y redes Las membranas presentadas son tiendas de campaña y construcciones tipo tienda. Una membrana o película fina, la mayoría de veces curvada en forma de silla de montar, se estabiliza a través del tensado producido mecánicamente. La membrana sólo se somete a tracción, de entre todas las cargas exteriores. Estas membranas tienen casi siempre la típica forma de tienda puntiaguda. Pero también pueden estar apoyadas en de arcos o tener una forma curvada a modo de esfera. Además existen otros tipos que consisten en membranas planas (carpas de circo, tiendas de campaña y puestos ambulantes en los cuales el pretensado de la membrana juega un papel menos importante).

1. Estructura de redes pretensadas de Frei Otto

Redes pretensadas de cable o cuerda. En general, las redes de malla homogénea son de punto cuadrado y tienen normalmente, por razón de su montaje constructivo, un peso mayor que las membranas, y son apropiadas sobre todo para extensiones mayores o bien para obras de construcción mayores, como cubiertas de pabellones deportivos. Las redes espaciales se estabilizan también a través del tensado, aunque también son posibles como estructuras colgantes o estabilizadas por el propio peso. Las cuerdas de la red configuran superficies planas o curvadas parcialmente que describen distintos cuerpos como por ejemplo pirámides, dados, prismas rectangulares y otros poliedros (dependiendo en cada caso de la forma de la malla). Las estructuras colgantes son construcciones que constan de cuerdas u otros elementos de tracción, como cadenas o varillas, y se estabilizan gracias a su propio peso, a cargas o a elementos rígidos complementarios. membranas neumáticas Las construcciones de membranas neumáticas son, seguramente, las construcciones más ligeras y toleran extensiones extremas. Las estructuras neumáticas son construcciones antiquísimas del ser humano. El desarrollo de las estructuras neumáticas como construcciones ha estado condicionado por la capacidad técnica de hacer los tejidos textiles herméticos con adhesivos de caucho y con materiales sintéticos.

2. Estructura neumática realizada por OIAB estudio de Londres.

En las estructuras neumáticas en construcción sobre tierra una membrana recubre un espacio cerrado en el que a través de ventiladores domina una sobre-presión tan insignificantemente superior a la presión de aire normal, que prácticamente no es perceptible . El interior de la nave es accesible a hombres y mercancías a través de esclusas. Cuando se cubren grandes extensiones sin apoyo alguno, con cubiertas grandes que son al mismo tiempo protección contra los agentes atmosféricos y cubiertas climáticas, la membrana debe ser reforzada con redes de cuerda de malla holgada. Algunas formas especiales de construcciones neumáticas son cojines llenos de aire y tubos que, bien aisladamente o bien como complementos, pueden servir como paredes o cubiertas para naves.

cubiertas de malla Constan de piezas de varilla rectas, sometidas a presión o a tracción, que, en disposición espacial variada y en diversas formas planas, se montan en un entramado plano o curvado espacialmente. La construcción final puede también adquirir forma esférica.

3. Cubierta de malla (shell-structure) realizada por Frei Otto para el proyecto de Manheim.

4. Estructura ramificada.

Una cubierta de malla consta de pocos y sencillos elementos de construcción. Las varillas de la reja son rectas y tienen la misma sección transversal. Todos los nudos son iguales. El borde se forma con varias varillas colocadas una junto a otra, o bien es una pieza especial de construcción. Todas las piezas se pueden prefabricar y transportar empaquetadas o dobladas en secciones o en su totalidad. El margen tecnológico va desde ramas grandes o cañas de bambú como varillas, con nudos atados sencillamente sobre varillas de madera aserradas, o perfiles de acero de uso corriente en el mercado con tornillos para el ensamblaje, hasta piezas acabadas, con las cuales se componen las varillas de la malla, con piezas de metal o plástico como nudos. Las cubiertas de malla se pueden erigir rápidamente y sin grandes gastos, ya que la reja se monta y los nudos son rotatorios. estructuras ramificadas Los soportes ramificados son un sistema estructural plano o espacial que consiste en ramas separadas, cada una de las cuales se bifurca en un punto determinado (nudo) en, como mínimo, otras dos ramas. Tales estructuras pueden ser sometidas a tensión, a compresión, a flexión y a torsión. Normalmente las cargas exteriores actúan sólo en los extremos de las varas. No existen las cargas sobre nudos. Las columnas ramificadas normalmente se usan como soportes para cualquier tipo de estructura envolvente o de techado. El aspecto arquitectónico y la eficiencia económica dependen decisivamente de la forma, según los parámetros geométricos tales como el tipo de nudos, la longitud de las ramas, el ángulo de ramificación, etc. Toda optimización de un diseño, orientada a un menor gasto de material, debe empezar por la forma.

diseño y forma Las estructuras portantes ligeras y amplias tienen un proceso de planificación que se distingue de la obra de construcción convencional. Su parte esencial es la determinación de la forma. En este caso, la elección subjetiva de una forma arquitectónica se sustituye por una determinación objetiva de la forma. La determinación de la forma es una operación empírica que descansa sobre leyes físicas sencillas y está determinada por las leyes de generación de la forma. Esta operación se puede llevar a cabo experimentalmente con maquetas o con programas matemáticos en ordenador. Forma y construcción se condicionan recíprocamente y forman una unidad no separable. Cada cambio de la forma tiene consecuencias inmediatas sobre la construcción y su comportamiento portante. La determinación de la forma es un proceso integral de optimización progresiva.

tecnologĂas materiales

La historia de la construcción es la historia de la búsqueda de sistemas que permitan a los hombres fabricar su “hogar” de la forma más eficiente según las necesidades de cada época. Hoy en día, la arquitectura se encuentra en un proceso de crisis y necesidad de renovar sus métodos. Otras disciplinas como el diseño y la ingeniería utilizan nuevas tecnologías de producción y exploran para crear materiales de última generación, como los composites, que abren nuevas posibilidades de uso y comportamiento. En el mundo del diseño de producto, diseño de automoción, incluso la aeronáutica, se trabaja con formas complejas, componentes variadas y producciones industrializadas de gran tiraje, produciendo objetos de una perfección y precisión formal incuestionable. Estos procesos de fabricación numérica nos permiten obtener variación donde la producción por molde queda obsoleta. A través del estudio de técnicas de fabricación no estándar para arquitectura (“big fabrication”) se buscan nuevas formas de expresión arquitectónica, más rápidas en el proceso de fabricación y más tecnológicas. Se trata de generar una arquitectura acorde con el tiempo en el que vivimos con el mínimo gasto energético. También, a través del estudio de las estructuras de la naturaleza, se buscará la optimización de la forma y la minimización de los esfuerzos. La premisa del diseño natural es el ahorro y su estrategia la eficiencia. En lugar de resolver los problemas con aportaciones de energía la naturaleza lo resuelve optimizando formas y materiales, con estructuras adaptativas y con disposiciones idóneas.

BIG FABRICATION Hacia un modo de producción no estándar

“ Es posible que la segunda mitad del siglo XX y el siglo XXI sean considerados como la época de los productos sintéticos, es decir, de los plásticos, las fibras artificiales, los cauchos sintéticos, los materiales compuestos y los adhesivos sintéticos. Desde hace aproximadamente 100 años se ha ido creando una industria masiva que simboliza al siglo XX del mismo modo que el hierro y el acero caracterizaron al siglo XIX “ Antonio Miravete di Marco, Los nuevos materiales en la construcción.

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el material compuesto 1. Diseño de bicicletas del futuro de Scott Robertson. Este diseño se realizó para el libro de “Robertson Start Your Engines” y todavía no se ha construido en formal real.

La innovación de los materiales ha revolucionado, y continuará revolucionando, tanto los métodos de construcción como el diseño industrial, y prácticamente afectará a todos los aspectos de nuestra vida: a finales del siglo XIX, el hierro y el acero de alta resistencia sustituyeron al ladrillo y al cemento como componentes estructurales y permitieron a arquitectos e ingenieros erigir los edificios más altos construidos hasta entonces. Recientemente, se está investigando en la construcción con fibra de carbono. El arquitecto Peter Testa en colaboración con la sede de la ingeniería Arup & Partners de New York y la empresa especializada en la ingeniería y desarrollo de materiales compuestos CTEK, ha propuesto la construcción de un edificio de 40 plantas erigido únicamente con fibra de carbono. Si se llega a construir será el edificio más ligero y resistente que exista. Este es sólo un ejemplo de la potencialidad que tiene el uso de materiales compuestos en arquitectura. Un material compuesto es aquél constituido por dos, o más, componentes cuyas propiedades son superiores a las que tienen cada uno por separado, permaneciendo todos fácilmente identificables en la masa del elemento. El material compuesto, no es una invención humana, ya que existe en la propia naturaleza, así la madera es un ejemplo bastante típico puesto que está constituido por armaduras de fibra de celulosa envueltas en una matriz de fibras naturales; las fibras dan, en algunas direcciones, la resistencia necesaria al vegetal. También en el cuerpo humano existen materiales compuestos, como los huesos, formados por una especie de cemento cálcico y fibras de colágeno. En edificación, el primer material compuesto debido al hombre es el adobe, formado por barro y una armadura a base de paja. Sin embargo, es el hormigón el material compuesto más famoso y más utilizado en la construcción y en la ingeniería civil. A partir de los 70, dentro de los denominados nuevos materiales han aparecido “ los composites “, que hoy en día son los nuevos materiales de mayor aplicación y producción. Se denomina composites, a los materiales compuestos de matriz polimérica para distinguirlos de los de matriz cementicia o de yeso. También han aparecido los materiales compuestos de matriz metálica y cerámica, aunque los mismos todavía no tienen aplicaciones dentro del campo de la construcción arquitectónica.

LOS COMPOSITES Los composites de fibra son sistemas de materiales que constan de dos fases: una fase continua denominada matriz o resina, y una fase discontinua denominada fibras o material de refuerzo. Las fibras son los constituyentes principales que soportan la carga, debido a sus excelentes valores de resistencia y rigidez; mientras que la matriz se responsabiliza de la tolerancia al daño (golpes) y del comportamiento a fatiga. Los composites formados por fibras cortas (12 a 80 mm) son adecuados para procesos de producción de bajo coste. Sin embargo, muestran una baja resistencia, fundamentalmente debido a la orientación aleatoria de las fibras, y, por tanto, están limitados a aplicaciones no estructurales. Todas las aplicaciones estructurales de los composites se basan en refuerzos con fibras continuas. Las fibras se sitúan en capas o láminas superpuestas en la dirección del espesor obteniendo estructuras que se llaman laminados. Las láminas nunca se superponen con la misma orientación. Se deberá estudiar a fondo la secuencia de apilación y orientación adecuada para cada caso. La secuencia de apilación y orientación tiene más importancia incluso que las características físicas de las fibras y la matriz y es quien va a dar la propiedades finales al laminado. Jugando con estos parámetros se pueden conseguir comportamientos radicalmente diferentes en resistencia , rigidez , tolerancia al daño , estabilidad dimensional o delaminación. ventajas de la utilización de composites: _ Poseen altas características mecánicas específicas _ Diseño a medida: Pueden diseñarse estructuras a medida, combinando la proporción y orientación de las capas en una determinada dirección en función de los requerimientos específicos de la estructura que se trate. _ Reducción del número de componentes y elementos de unión: Es posible diseñar y finalizar en un sólo ciclo estructuras complejas. _ Buen comportamiento a fatiga. _ No existen problemas de corrosión. _ Gran estabilidad dimensional (bajo coeficiente de dilatación). _ Ahorro en peso. inconvenientes de la utilización de composites: _ Costosos programas de evaluación, calificación y certificación de estructuras. _ Desarrollo de nuevas tecnologías de fabricación e inspección. _ Realización de costosas inversiones en instalaciones y equipos. _ Coste de los materiales elevado. En general, podríamos decir que el gran inconveniente de los composites es todavía su elevado coste, pese a sus excelentes características. función de los componentes dentro del composite: Fibras: _ Proporcionan la resistencia y rigidez al material.

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_ Dirigen el comportamiento mecánico de los materiales compuestos, dependiendo del tipo de fibra utilizado y la orientación. Resinas: _ Proporcionan la cohesión entre las fibras _ Transmiten las cargas aplicadas al material compuesto _ Protección de las fibras del daño mecánico y del medio ambiente _ Separación de las fibras impidiendo la propagación de grietas de unas fibras a otras. _ Determinan la temperatura de servicio del material compuesto y controlan la resistencia del composite frente al medio ambiente y agentes externos.

las uniones de materiales compuestos En las estructuras de materiales compuestos, normalmente, es necesario realizar uniones entre los distintos componentes, subestructuras o partes fabricadas. El tipo de unión seleccionada va a depender de un gran número de factores en función de la estructura concreta, requerimientos mecánicos, tipos de materiales a unir, consideraciones económicas, etc. Los tipos de uniones utilizadas en la fabricación de estructuras con materiales compuestos son: > Uniones Mecánicas: La unión se realiza mediante remaches, tornillos, bulones, etc > Uniones Encoladas: Los elementos a unir se encolan mediante el uso de adhesivos, polimerizando posteriormente en condiciones controla das.

2. Escalera de Ross Lovegrove. Realizada en fibra de vidrio moldeado y fibra de carbono. 3. Realizada como un diseño modular, a base de peldaños que se acoplan, a modo de las aspas de un ventilador, y que es lo que va dando forma para crear las escaleras.

Las ventajas de la unión mecánica son: no requieren preparación especial de las superficies a unir, no necesitan técnicas de inspección complicadas, y dependiendo del tipo de elemento de unión (remache, tornillo) puede ser desmontada sin daño en las estructuras originales. Las desventajas son las siguientes: requieren la realización de agujeros, se produce una concentración de esfuerzos en la zona de taladros, y se pueden provocar problemas de corrosión galvánica dependiendo de los materiales a unir y del material del remache. La unión encolada, posee como pro el que no tiene penalización por peso, posee una buena distribución de esfuerzos a través del adhesivo, no presenta problemas de corrosión galvánica. Sin embargo, requiere que la superficie se prepare previamente, son uniones permanentes, hay que inspeccionarlas bien y se ven afectadas por las condiciones ambientales (temperatura, humedad,…).

tipos de fibras y resinas

4. Tejido de fibras de carbono y resina epoxi

>Fibras de carbono y resinas epoxi La fibra de carbono es un material compuesto, constituido principalmente por carbono. Tiene propiedades mecánicas similares al acero y es tan ligera como la madera o el plástico. Al tratarse de un material compuesto, en la mayoría de los casos aproximadamente un 75% se utilizan polímeros termoestables. El polímero es habitualmente resina epoxi, de tipo termoestable aunque otros polímeros, como el poliéster o el viniléster también se usan. Comparadas con las fibras de vidrio, las fibras de carbono son más resistentes y tenaces, pesan menos, resisten mejor la corrosión y pueden aplicarse a temperaturas más elevadas. Por el contrario son mucho más caros y normalmente sólo se preparan en fibra corta. >FIbras de vidrio y resinas poliéster La fibra de vidrio (del inglés fiberglass) es un material fibroso obtenido al hacer fluir vidrio fundido a través de una pieza de agujeros muy finos (espinerette) y al solidificarse tiene suficiente flexibilidad para ser usado como fibra. Sus principales propiedades son: buen aislamiento térmico, inerte ante ácidos, soporta altas temperaturas. Estas propiedades y el bajo precio de sus materias primas, le han dado popularidad en muchas aplicaciones industriales. >Fibras Kevlar Las fibras de aramida son orgánicas y sintéticas y se obtienen mediante un proceso de extrusión e hilado a partir de poliamidas . Existen distintos tipos de fibras siendo el Kevlar la que ha tenido el mayor éxito en el mercado. Sus principales características son: muy bajo peso, gran resistencia al impacto, gran resistencia a Ttracción, pero muy baja resistencia a la compresión, escasa adherencia a matrices termoplásticas y buena resistencia a agentes químicos. procesado de composites La fabricación de composites reforzados por fibras puede llevarse a cabo mediante diferentes métodos, que dependen de la composición y futuras aplicaciones del material. Para la fabricación de composites de fibra larga (para aplicaciones estructurales) se usan métodos especiales de procesado : >La pultrusión, se utiliza para preparar materiales de forma alargada y sección constante: tubos, vigas, raíles. >El preimpregnado consiste en la fabricación de cintas con las fibras recubiertas de una matriz polimérica parcialmente curada. De esta manera se fabrican componentes estructurales de gran tamaño. >El bobinado de filamentos es un proceso mediante el cual las fibras se enrollan sobre un molde generalmente cilíndrico, para dar lugar a un entramado sólido de hasta 1m. de grosor. Se emplea en la fabricación de muchos componentes estructurales.

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aplicaciones en la edificación En los años 40 comienzan a utilizarse los composites en diversas industrias, teniendo un amplio desarrollo en el campo de la aeronáutica y en diversas aplicaciones bélicas. Con la industralización y el abaratamiento, se inicia la utilización de los composites en otros campos de la industria. Sin embargo, las aplicaciones de los composites en el campo de la edificación, aunque ha habido alguna aplicación puntual con anterioridad, no empieza a interesar hasta hace unos pocos años. La introducción de los composites en una industria tan conservadora como la construcción no es nada fácil. Sin embargo, desde su aparición, los composites de fibra de vidrio-resina, conocidos con el nombre de plásticos reforzados, han revelado la flexibilidad de uso que estos materiales pueden tener. Al entusiasmo del descubrimiento de unos nuevos materiales de unas características muy singulares se oponía el problema de durabilidad de los mismos y de su resistencia al fuego. Estos problemas están casi resueltos actualmente y asistimos a un nuevo desarrollo de los composites en la industria de la construcción. También hay que destacar el reciente uso de las resinas epoxi reforzadas con fibra de carbono, en la generación de estructuras con unas propiedades mecánicas y de resistencia excelentes.

ejemplos arquitectónicos Proyecto para PS1 Moma, Mark Foster Gage y Marc Clemenceau

Travelling Exhibition Pavilion designed for Chanel. Hong Kong, Tokyo, New York, and Paris, Zaha Hadid Materiales: Fachada de Fibra Reforzada de Vidrio,  Cubierta: PVC, ETFE Estructura principal: Acero, Estructura secundaria: Perfiles de Aluminio Extruído Dimensiones: 29 x 45 m, área total de 700 m² Se trata de un pabellón itinerante que celebra el trabajo de la firma de Chanel. Es el resultado de un trabajo de gran complejidad espacial y constructiva, el cual sólo es posible a través de nuevos materiales como en este caso la fibra de vidrio. Se organiza mediante unos arcos que van rotando y creando un anillo central que se abre al cielo.

MATERIALES INTELIGENTES

“ Materiales fotoluminiscentes, electroluminiscentes, quimioluminiscentes, termoluminiscentes y diodos de emisión de luz. Materiales fotovoltaicos, piezoeléctricos, piroeléctricos, memoria de forma, electro y magnetorestrictivos. Todos ellos materiales con capacidad de transformar la energía, y todos ellos materiales con capacidad de participar activamente en la eficacia energética de un edificio a través de sistemas pasivos.” Javier Peña. Doctor en Ciencias Químicas por la UPC, Jefe de Estudios del Grado en Ingeniería en Diseño Industrial de Elisava.

material technologies! materiales inteligentes

D E L A N AT U R A L E Z A A L A I N G E N I E R Í A Los materiales inteligentes, activos, multifuncionales o adaptativos son materiales capaces de modificar de un modo reversible y controlable alguna de sus peculiares propiedades cuando sobre ellos actúan estímulos físicos o químicos externos. Estos materiales tienen la capacidad de cambiar su color, forma o viscosidad, de generar electricidad, etc., en respuesta a cambios o alteraciones del medio (luz, sonido, temperatura, voltaje). Estos materiales podrían tener atributos muy potentes, como la autorreparación. La clasificación más usual de este tipo de materiales es: Materiales con memoria de forma >Aleaciones con memoria de forma >Polímeros con memoria de forma >Cerámicas con memoria de forma >Aleaciones ferromagnéticas con memoria de forma Materiales electro y magnetoactivos >Materiales electro y magnetoreológicos >Materiales piezoeléctricos >Materiales electro y magnetostrictivos Materiales fotoactivos >Electroluminiscentes >Fluorescentes >Fosforescentes Materiales cromoactivos >Fotocrómicos >Termocrómicos >Electrocrómicos

Estos materiales pueden ser utilizados para el diseño y desarrollo de sensores, actuadores, y productos multifuncionales, y pueden también llegar a configurar estructuras y sistemas inteligentes que, gracias a la combinación de materiales, son capaces de autodiagnosticarse y modificarse para adaptarse a las condiciones que se les han marcado como óptimas o correctas. Los materiales adaptativos representan la última generación de mecanismos y la disolución de la linde entre material y máquina, ya que la propia materia ejerce actividad después de un proceso de adiestramiento (educación: enseñanza): de alguna manera, se acercan un poco más a las leyes de la vida.

M AT E R I A L E S C O N M E M O R I A D E F O R M A Materiales que reaccionan bajo cambios físicos o químicos, variaciones de campos magnéticos o eléctricos, y que al volver a las condiciones iniciales recuperan su forma original, son capaces de repetir este proceso infinidad de veces sin deteriorase. Aleaciones con memoria de forma Las aleaciones con memoria de forma AMF son los materiales más comunes de esta familia. Pueden presentar las siguientes propiedades: el efecto memoria de forma (simple y doble), el efecto superelástico. el efecto goma y una capacidad de amortiguamiento elevada. El material que podemos encontrar en el mercado es una aleación equiatómica de NiTi, también conocida como Nitinol. El efecto de memoria de forma se basa en la transición que se produce entre dos fases sólidas, una de baja temperatura o martensítica y otra de alta temperatura o austensítica. Después de ser deformado el material en fase martensítica, mediante la aplicación de una carga, puede recuperar su forma original cuando se somete a un pequeño cambio de Temperatura que provoca la transformación de fase. Polímeros con memoria de forma Los polímeros con memoria de forma poseen las ventajas de tener un escaso peso, un pequeño coste y un fácil control de la temperatura de recuperación y variación del color. El cambio de forma puede ser controlado no solo por temperatura, sino también por luz y por reacción química. El problema que tienen los polímeros es que no proporcionan una tensión de recuperación similar a los metales. Los polímeros son procesados por medio de técnicas comunes, como la inyección, la extrusión o el termoconformado a una temperatura a la cual el polímero funde, obteniéndose una forma final que se llama forma permanente. Al siguiente paso se le llama programación del sistema e incluye el calentamiento de la muestra hasta una temperatura de transición. A esa temperatura, la muestra es deformada, alcanzando una forma llamada temporal, e inmediatamente se hace descender la temperatura de la muestra. El paso final del efecto, incluye la recuperación de la forma permanente. En este paso, se calienta la muestra hasta la temperatura de transición y, en poco tiempo, se observa la recuperación de la forma permanente. Los polímeros pueden modificar su forma con elongaciones de hasta el 200% Cerámicas con memoria de forma Las cerámicas inteligentes son normalmente cerámicas basadas en Zr02, pero existen otros ejemplos basados en niobato de magnesio o cerámicas perovskitas. En estos materiales el cambio de deformación elástica asociado con transformaciones de fase inducidas por campos eléctricos es utilizado en lugar del asociado

1. Lámpara Hanabi diseñada por el Nendo. Cuando se ilumina la bombilla las aleaciones de metal sensible al calor que la rodean se abren como una flor.

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a las transformaciones de fase inducidas por tensión o térmicamente. Comparando las cerámicas con las aleaciones con memoria de forma se puede establecer que las cerámicas poseen una velocidad de respuesta mayor (milisegundos) que las aleaciones con memoria de forma (segundos o minutos). Además, poseen una excelente controlabilidad mediante campos eléctricos a la hora de cambiar de forma, sin generar calor. Otro aspecto a tener en cuenta es que realizan un consumo de energía cien veces menor que las aleaciones metálicas. Aleaciones ferromagnéticas con memoria de forma El caso de las aleciones ferromagnéticas es muy similar al de las AMF, lo que varía es el estímulo al que responden. Al tener un origen magnético, estas responden al campo magnético que se les aplica cambiando de forma y de estructura interna.

M AT E R I A L E S E L E C T R O Y M AG N E T OAC T I V O S Los materiales electro y magnetoactivos actúan o reaccionan ante cambios eléctricos o magnéticos. Se trata de materiales ampliamente utilizados en el desarrollo de sensores y actuadores. Además, los nuevos desarrollos en base a materiales poliméricos conductores han dado paso a los EAP (Electro Active Polymers), cuyo desarrollo abre paso a los músculos y mecanismos orgánicos artificiales.

Materiales electro y magnetoreológicos La reacción de estos materiales se debe al cambio reversible de las propiedades reológicas de un material debido a la aplicación de un campo electro o magnético. La respuesta electroreológica es debida a la agregación de las partículas en suspensión provocada por la polarización de los materiales o la orientación de los mismos. Materiales piezoeléctricos La piezoelectricidad es una propiedad que presentan determinados cristales que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, adquieren una polarización eléctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. Este fenómeno también se presenta a la inversa, esto es, se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico. El efecto piezoeléctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo eléctrico, recuperarán su forma. Materiales electro y magnetoestrictivos El funcionamiento de los materiales magnetoestrictivos se basa en que al aplicar un campo magnético a un material de este tipo, los dipolos magnéticos presentes se orientan y hacen variar la longitud del material. Recíprocamente, una barra magnetizada puede modificar su campo magnético si se hace variar su tamaño mediante acciones mecánicas; esto hace que varíe el flujo magnético, induciéndose un voltaje.

1. Baldosa de suelo formado por unos pistones piezoeléctricos, que permiten generar electricidad cada vez que se produce un moviento sobre la baldosa.

M AT E R I A L E S F O T OAC T I V O S Son aquellos en los que se producen cambios de diferente naturaleza como consecuencia de la acción de la luz, o que, por otro lado, son capaces de emitir luz como consecuencia de algún otro fenómeno externo. Materiales electroluminiscentes Los materiales electroluminiscentes son aquellos que producen luz brillante de diferentes colores cuando son estimulados electrónicamente, por ejemplo, con corriente AC. Mientras emiten luz no se produce calor. Materiales fluorescentes Los materiales fluorescentes emiten luz durante nanosegundos al ser excitados sus electrones a un estado superior de energía. Es decir, necesitan de iluminación para incrementar la energía y generar colores altamente llamativos ( pinturas de marcación de carreteras en construcción, demarcaciones y algunas tintas de rotuladores y pinturas). Por lo tanto, los fluorescentes, necesitan una fuente continua de excitación.

2. Lámpara Cosmos diseñada por Naoto Fukisawa. Esta lámpara está diseñada con polímeros electroluminiscentes.

Materiales fosforescentes Los materiales fosforescentes o resplandecientes, producen luz visible o invisible como resultado de una luz incidente de pequeña longitud de onda, detectable después de que la fuente de excitación ha sido eliminada, esta es su principal diferencia frente a los materiales fluorescentes. Materiales reflectantes Aunque teóricamente no es muy correcto, se puede englobar dentro de este grupo a los materiales reflectantes. Los materiales reflectantes difieren de fosforescentes, en que nesecitan estar iluminados constantemente para generar reflexión.

M AT E R I A L E S C R O M OAC T I V O S Son aquellos en los que se producen cambios de color como consecuencia de algún fenómeno externo como pueda ser la corriente eléctrica, la radiación ultravioleta, los rayos X, la temperatura o la presión. Materiales fotocrómicos Los materiales fotocrómicos son aquellos que cambian reversiblemente de color, al cambiar el tipo de iluminante. Este tipo de materiales no se ven en la oscuridad. Cuando la luz solar, o la radiación UV se aplica sobre la estructura molecular del material, éste cambia y aparece un color, que desaparece cuando cesa esa fuente. Materiales termocrómicos Los materiales termocrómicos son aquellos que cambian de color con la temperatura. Este cambio puede ser reversible ó irreversible. En cambio de color ocurre dentro de un rango específico de temperaturas. Habitualmente son compuestos semiconductores. Materiales electrocrómicos Los materiales electrocrómicos presentan la propiedad de cambiar de espectro de absorción y, generalmente, de color, al cambiar su estado de oxidación por la aplicación de una diferencia de potencial externa.

3. La défense de Almere, UnStudio

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ARQUITECTURA INTELIGENTE -arquitectura adaptativaLa arquitectura puede cambiar o mutar de específicas formas. No se trata de tolerar cambios incontrolables en los edificios, sino de hacer el cambio una propiedad formal y funcional. En los últimos años estamos comenzando a ver arquitecturas capaces de reaccionar a su entorno. Dependiendo de sus diseños, sus sistemas de sensorización, y sus componentes estructurales pasivos o activos, estas arquitecturas pueden reaccionar reversiblemente ante su entorno, durante periodo largos de tiempo. Para ello, necesitamos materiales inteligentes en su construcción, con capacidad de variar sus propiedades de :forma, color/apariencia. sonido, olor o energía. Cambios en la forma En algunos edificios el hecho de que una parte del edificio o incluso la totalidad del mismo, tenga la capacidad de modificar su forma supone una optimización energética (control de la climatización) o la posibilidad de un uso multifuncional del edificio. Los llamados “techos convertibles” son un recurso muy utilizado en la arquitectura , sobre todo en estadios y piscinas. Cambios en la apariencia El precio relativamente alto, y la escasa durabilidad de estos materiales en el exterior, hacen que el cambio de apariencia en los edificios sea una práctica poco usada. Sin embargo, la situación es diferente para proyectos de interior donde se usan bastante estos materiales. Materiales sensibles, que cambian su opacidad a ciertas temperaturas o cuando se aplica electricidad sobre las superficies. Un ejemplo de uso de este tipo de materiales es en la piel exterior de efte del CycleBowl, realizado por los arquitectos Atelier Bruckner en Sttutgart, Alemania para la Expo2000 de Hannover. Cambios en el sonido Hay intentos de hacer que los elementos de construcción tales como paredes y ventanas sean aislantes al sonido por la superposición de ondas de sonido activas. Una onda de sonido que llegase analiza y neutraliza por el de envío de una onda sonora contraria. Por ejemplo, puede usarse un convertidor de sonido piezoeléctrico (cerámicas piezoeléctricas). Cambios en el olor Los fabricantes en China están teniendo éxito en el desarrollo de materiales con olores incorporados, que, cuando se utilizan como revestimientos para el suelo y se camina sobre ellos, son capaces de liberar moléculas de olor en el ambiente.

Open Columns, a CO2 actuated responsive architecture Director del proyecto Omar khan “Open Columns” es un sistema de columnas no estructurales, a partir de elastómeros de poliuretano compuestos. Se despliega en diferentes patrones reconfigurando el espacio libre debajo de ellos. El sistema es una arquitectura mutable que responde a sus habitantes, cambiando su forma dependiendo del nivel de dióxido de carbono (CO2) contenido en el aire. La génesis de esta investigación y el diseño responde al interés en los sistemas de auto-organización, que muestran fenómenos de no linealidad, inestabilidad y la adaptabilidad.

SpaceShift, superficie electroactiva Dino Rossi, Edyta Augustynowicz, Sofia Georgakopoulou, Stefanie Sixt y Manuel Kretzer SpaceShift es una superficie electroactiva, que cambia de forma al recibir impulsos eléctricos. Las investigaciones se centraron en el desarrollo dinámico de los principios estructurales. Estas estructuras dinámicas no son estructuras de apoyo estático, sino que los componentes individuales se conectan entre sí para producir la auto-adaptación global de la estructura. Al igual que con los componentes dinámicos, las estructuras dinámicas alcanzan su forma en relación con la pretensión de las superficies electroactivas. La complejidad de estos componentes radica en su relación con los demás. Cada componente genera una influencia en la forma y el movimiento de cada uno de los demás componentes, y por lo tanto, la estructura tiene un comportamiento global. En un corto plazo las tecnologías de superficies delgadas revolucionarán la forma de pensar y de interactuar con los materiales. Ya existe un enorme interés en el desarrollo de células fotovoltaicas flexibles, delgadas OLED o materiales de aislamiento. En el campo de la arquitectura, los aplicación de construcciones ligeras y pieles flexibles tienen gran importancia ya que permite una reducción en los costos de transporte, y una simplificación de los métodos de construcción.

ARQUITECTURA interactiva

“La arquitectura puede ser un organismo cibernético o cyborg, que no debe ser abordado independientemente de su entorno” Mireia Ferraté. Arquitecta, filósofa y miembro de Ro-botica.com

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La arquitectura interactiva surge de la convergencia entre diseño computacional y cinemático aplicado a la arquitectura, con la intención de generar respuestas ambientales y humanas en estos espacios. Como señala Usman Haque, la interactividad se basa en procesos circulares de retroalimentación, ya que si solamente hay una respuesta estos procesos se denominarían simplemente reactivos. Podemos definir entonces, la arquitectura interactiva como un sistema de multiples loops en el que se produce un intercambio constante de información. Las personas que interactúan con la arquitectura no son usuarios sino participantes.

antecedentes: los entornos inteligentes Hasta hace poco la noción de inteligencia en el contexto de entornos interactivos giraba en torno a un sistema de control central de todo, estos sistemas fueron llamados “entornos inteligentes.” En los años 1980 y 1990, comenzó a tener lugar un gran desarrollo en el campo de la informática. Fuera de esto, los campos, tales como “entornos inteligentes” (IE) se formaron para estudiar la integración de las tecnologías de comunicación y computación en los espacios, creando espacios de encuentro entre el mundo físico y el mundo digital. Los entornos inteligentes se definen como espacios en los que el cálculo está perfectamente utilizado para mejorar la actividad ordinaria. Michael Mozer, quien dirigió el pionero desarrollo de “la Casa adaptativa” a fines de 1990 habla de la “inteligencia” de la casa como la que surge de la capacidad de ésta para predecir el comportamiento y las necesidades de los habitantes mediante la observación de ellos durante un periodo de tiempo. En lugar de programarse para realizar determinadas acciones, la casa esencialmente se programaba por el control del medio ambiente y la detección de las acciones realizadas por los habitantes, observando los patrones de ocupación y el comportamiento de los habitantes, y aprendiendo a predecir los estados futuros de la casa. Otro enfoque es el de proyecto de habitación inteligente del MIT dirigido por Michael Coen, que fue creado para experimentar con diferentes formas de interacción, multimodal entre persona y ordenador (HCI) mediante la incorporación de inteligencia computacional en todo aquello con lo que los usuarios entren en contacto. El objetivo era permitir a las personas interactuar con los sistemas computacionales de la manera que lo harían con otras personas. Los desarrollos en IE fueron impulsados fundamentalmente por el concepto de “computación ubicua” (un término acuñado en 1988 por Mark Weiser, como un modelo post-desktop de interacción persona-ordenador). La computación ubicua se puede definir como la computación completamente integrada en los objetos y actividades cotidianas, y es a menudo considerado como la intersección de las ciencias de la computación, ciencias de la conducta, y el diseño. De la intersección entre esta ciencia de la computación y la arquitectura creció el trabajo pionero del Grupo de Arquitectura del MIT que desarrolló una serie de proyectos influyentes durante la década de 1970 y 80 en los medios de comunicación y diseño de interfaces y entornos de computación mejorada.

historia de la arquitectura interactiva La arquitectura Interactiva comenzó con la descripción de la obra teórica de una serie de personas que trabajarón en la cibernética en la década de 1960 e implantaron las bases de la arquitectura interactiva. Estas ideas fueron recogidas por algunos arquitectos que las tradujeron al ámbito de la arquitectura, aunque los medios computacionales no se desarrollaron totalmente en la medida en que la proliferación de estas ideas en la realidad podría tener una fuerte posición. Sin embargo, a partir de los años 80 el mundo informático comenzó a evolucionar muy rápidamente, tangencialmente al campo de la arquitectura y de una manera mucho más pragmática y orientada al mercado. Los intereses culturales y corporativos desempeñaron un papel importante para influir en la arquitectura interactiva a través del de desarrollo de numerosos productos y sistemas que impulsados por el mercado directamente involucraron a los usuarios en la interacción. En la década de 1990, la arquitectura interactiva comenzó a estudiarse en profundidad ya que comenzó a ser tecnológica y económicamente factible. También fue un momento de desarrollo de la arquitectura cinética bajo la premisa de optimizar el rendimiento de las estructuras utilizando sistemas de cálculo informático y de procesamiento para el control de la adaptación física. Los acontecimientos más recientes han comenzado a señalar un cambio, de un paradigma mecánico de adaptación a un paradigma biológico. La prevalencia del paradigma orgánico está empezando a cambiar el modelo conceptual aplicado con el fin de comprender el medio ambiente y, en consecuencia, el diseño en el medio ambiente. La teoría orgánica emerge de la naturaleza, y posee patrones evolutivos que producen formas de crecimiento y estrategias de comportamiento, optimizando cada patrón en particular a una situación contextual. En consecuencia, el paradigma de la adaptación orgánica cinética ha impulsado un profundo desarrollo de los materiales, de la robótica autónoma, de la biomimética y de los sistemas evolutivos mediante los cuales la adaptación es mucho más integral.

los cibernéticos gordon pask y otros cibernéticos En la década de 1960, Gordon Pask y otros cibernéticos lograron avances en la comprensión y la identificación de la arquitectura interactiva mediante la formulación de teorías propias. Pask, quien más tarde colaboró con una serie de arquitectos en los años 70 y 80 años, desarrolló una “teoría de la conversación”, que sirvió como base de gran parte del desarrollo arquitectónico de la arquitectura interactiva del momento. En lugar de un ambiente que interpreta estrictamente los deseos de la gente, proponía, un ambiente que permitiese a los usuarios tomar un papel “bottom-up” en la configuración de su entorno, de una forma maleable, sin objetivos específicos.

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Usman Haque señala que tales fundamentos teóricos primeros, tuvieron dificultad en introducirse en el mercado debido a la falta de de comercialización de prototipos físicos. El ámbito de estos conceptos fue impulsado esencialmente por los avances en la computación digital. A mediados de 1960, de hecho, la financiación fue aumentando en la arquitectura interactiva y la cibernética, así como en el estudio de redes neuronales, programación evolutiva, computación biológica, biónica, y así sucesivamente.

1. Musicolour, Gordon Park,1953, Creó la máquina bajo el concepto de sinestesia, quería investigar la interacción entre iluminación y música. La maquina realizaba “conversaciones” con el músico. El músico respondía a circuitos visuales, la máquina a su vez, desarrollaba un entendimiento de lo que el músico estaba tocando, y, cuando detectaba una repetición de una misma secuencia con frecuencia, el sistema llegaba al “aburrimiento” y desafiaba al músico a generar nuevas ritmos para volver a participar en el sistema.

Por la misma época, el arquitecto William Brody publicó un artículo bastante visionario en 1967, proponiendo enseñar a los entornos primero complejidad, y luego autoorganización, para permitir la evolución de los sistemas. Charles Eastman desarrolló el modelo de adaptación-condicional de Arquitectura en 1972 por expansión en las ideas anteriormente exploradas en la cibernética de Norbert Weiner y Pask, en la que los arquitectos interpretaron los espacios y los usuarios (los participantes) como sistemas de retroalimentación completa. Eastman propuso utilizar la retroalimentación para controlar una arquitectura que se ajusta automáticamente para adaptarse a las necesidades de los usuarios. Estas ideas cibernéticas esencialmente describen tales acciones de respuesta de los usuarios y la arquitectura como “estabilidad dinámica”, que puede visualizarse con la analogía frecuentemente citada de una embarcación en el mar constantemente manipulando su timón en contra de las condiciones variables del medio ambiente del viento y la corriente para mantener su trayectoria . Sin embargo, es importante tener en cuenta que el modelo de Eastman fue esencialmente el de un enfoque controlado del sistema. Andrew Rabeneck hizo una interpretación muy pragmática, en 1969, al proponer el uso de las tecnologías cibernéticas para producir una arquitectura adaptable que aumentaría la vida útil de un edificio a través de la adaptación. Tristan d’Estrée Sterk propone un enfoque híbrido de la combinación de los dos. Esta noción de hibridación ha prevalecido hasta hoy en la robótica moderna, un sistema de retroalimentación simple automático se une a un mayor nivel de procesamiento deliberativa (de larga duración). cedric price Cedric Price fue quizás el más influyente de los primeros arquitectos que adoptaron los trabajos teóricos de la cibernética y los ampliaron a un concepto arquitectónico de “la arquitectura de anticipación” Muchos de sus proyectos no-construidos como el Fun Palace en 1961 influyeron en la generación de una arquitectura de procesos indeterminada, flexible y sensible a las necesidades cambiantes de los usuarios y sus tiempos. Su proyecto fue un importante impulsor de las primeras investigaciones en la arquitectura de inteligencia artificial diseñada sin un programa específico, pero sólo un final con efecto deseado (en los usuarios/participantes). Para que algo sea considerado “inteligente” en este contexto, debe ser capaz de aprender sobre su entorno y desarrollar su propia capacidad para interactuar con él. John Frazer, que era un consultor de sistemas en el proyecto postula que la arquitectura debe ser un “algo vivo, con capacidad de evolucionar”. Esta teoría se resume en el libro “An evolu-

2. Fun Palace de Cedric Price propuso un edificio que, en cada una de sus partes, respondía adecuadamente a las necesidades de sus visitantes. Esencialmente “re-programable”, el Fun Palace se adelantó a su tiempo al mostrar un gran interés y apoyarse ampliamente en las nuevas tecnologías.

tionay architecture” y muestra ejemplos de la obra que durante casi 30 años realizaron los estudiantes en colaboración con Pask. Estos proyectos incluyen muchos edificios construidos y prototipos de trabajo en la Architectural Association de Londres. Todo el trabajo se basa en las analogías biológicas, científicas y de las ciencias de la cibernética, la complejidad y el caos. John Frazer describe ocho aspectos de la evolución en los que los sistemas cambian de escala, en base a la información. Él afirma: “Los ecosistemas naturales tienen estructuras biológicas complejas: se reciclan sus materiales, permiten el cambio y la adaptación, y hacen un uso eficiente de la energía del ambiente.” En ese momento, estas ideas fueron un interesante contrapunto a la arquitectura estática, ahora, sin embargo, se han convertido en palabras clave de la responsabilidad ambiental de la arquitectura.

arquitectura adaptativa y arquitectura interactiva

Normalmente, sule hablarse de arquitectura responsiva (adaptativa) y arquitectura interactiva indiscriminadamente. Aunque estos dos conceptos implican la variación formal de un sistema arquitectónico para generar respuestas al medio, pueden encontrarse diferencias en su significado esencial. Podemos definir la arquitecutra adaptativa, la formada por sistemas que miden las condiciones ambientales reales con el fin de producir edificios que cambian su forma y su carácter, en respuesta a condiciones ambientales reales. El objetivo es la producción de edificios y elementos de construcción que mejoren la eficiencia energética de un edificio en tiempo real, reflejando al mismo tiempo las condiciones tecnológicas de nuestro tiempo. Recientemente Tristan d’Estrée Sterk de la Oficina de Arquitectura Responsiva (Orambra) y Robert Skelton de UCSD en San Diego han estado trabajando en la tensegridad accionada, experimentando con actuadores neumáticos y cables tensionados para cambiar la forma de un edificio en respuesta a sensores, tanto fuera como dentro de la estructura. Su objetivo es limitar y reducir el impacto de los edificios en el entorno natural, o dicho de otro modo, generar una arquitectura con capacidad de respuesta eficiente a su entorno. La arquitectura interactiva, en cambio, facilita la interacción entre las personas y el propio espacio. Estos espacios son capaces de reconfigurarse en respuesta a estímulos humanos, cambiando nuestra percepción de la materia y el espacio, evolucionando hacia necesidades individuales, sociales y ambientales. La arquitectura interactiva es una ciencia multidisciplinar en campos de la arquitectura, el diseño industrial, la programación computacional, la ingeniería de materiales y la ingeniería robótica. Entre los proyectos de arquitectura interactiva más destacados se encuentra una casa en Colorado que dependiendo de los patrones de movimiento y actuación de sus habitantes se comporta de diferentes maneras, anticipándose y acomodándose a sus necesidades.

3. “The Universal Constructor”, John Frazer, 1980. El proyecto consiste en unos cubos con capacidad de aprender acerca de su configuración. Mediante mensajes de luz, se transfiere información al observador.

material technologies! arquitectura interactiva

Digital Media Class, Universidad de Artes de Berlín. Aperture Descripción: Aperture es una fachada interactiva y de visualización de narraciones. Consiste en una matriz de diafragmas/iris, con aperturas de diferentes diámetros que generan diferentes modos de transparencia en el interior del espacio. Estas nuevas aperturas permiten una nuevo modo de comunicación entre el interior y el exterior. Los diafragmas reaccionan a la luz, abriéndose y contrayéndose dependiendo de la intensidad de la luz en cada momento. También, cuando no hay actividad humana en el interior del espacio, se refleja en la fachada escenas que han sucedido durante el día.

Usman Haque Sky Ear Descripción: “Sky Ear” es el proyecto más conocido del británico Usman Haque, supone una de las primeras intervenciones arquitectónicas efímeras que existen simultáneamente en el espacio electromagnético y en el urbano. “Sky Ear” es una “nube” formada por mil globos de helio que contienen sensores que responden a las alteraciones que se producen en los campos hertzianos que la instalación encuentra a su paso, especialmente las causadas por los teléfonos móviles. Al activarse, los sensores producen cambios de color en los LEDs que contienen los globos y los iluminan. Los espectadores pueden “llamar por teléfono” a la nube y escuchar por el auricular los sonidos producidos por fenómenos naturales que también afectan al espectro.

Philip Beesley Hylozoic Soil Descripción: El Terreno hilozoico, Hylozoic Soil, utiliza una red de sensores distribuidos, activados por docenas de microprocesadores que generan oleadas de respuestas reflexivas hacia los visitantes que se adentran en esta red de estalagmitas de helechos acrílicos. Diferentes niveles de actividad programada fomentan la emergencia de una conducta espacial coordinada: treinta y ocho placas responden con acciones específicas ante las acciones locales, mientras un controlador en bus utiliza la actividad de sensor conjunta proveniente de todas las placas para inducir un nivel de conducta adicional de tipo global. El bosque se revela entonces como un organismo latente, inquietante, cuando se agita para envolver y fascinar a los humanos que se adentran para explorarlo.

Michael Fox, Scott Franklin, Axel Kilian, Miao Miao, Juintow Lin Bubbles, instalación interactiva del centro de Materiales & Tecnología, Los Angeles Descripción: Bubbles es una instalación adaptable de arquitectura neumática. La instalación consiste en un conjunto de volúmenes neumáticos que se inflan y desinflan en reacción a la cantidad de visitantes que hay en el espacio. Cuando no hay ocupantes en el interior, los volúmenes se llenan poco a poco generando una apariencia translúcida de su interior. Conforme van llegando personas al espacio, se comienzan a deshinchar dejando espacio para las personas. El concepto de la instalación radica en una arquitectura volumétricamente adaptativa según las necesidades. Existen unos conectores entre las burbujas. Cuando un sensor detecta presencia, automáticamente una burbuja se deshincha cediendo su aire a otra de las burbujas.

Daan Roosegaarde Proyecto DUNE. Iluminación Interactiva Descripción: Paisaje que interacciona con el sonido y la presencia de gente, en relación con el espacio urbano en el que está inmerso. Los paisajes en los que el prototipo se ha instalado son interiores (pasillo de una vivienda y un pasaje subterráneo en Rotterdam) y exteriores (a las orillas del río Maas en Rotterdam). En esta interacción, se crea una situación de “tactile-high-tech” donde el visitante y el espacio llegan a ser uno. Este híbrido de la naturaleza y la tecnología existe y se modifica según los sonidos y el movimiento de los visitantes. Inspirado por las novelas de J.G. Ballard, “Duna” mira al futuro como una oportunidad de expandir los límites humanos del cuerpo a los mundos digitales. La “duna” funciona como un mediador que acerca la arquitectura a sus visitantes en un espacio compuesto por una realidad física y digital; una nueva realidad de lo sobrenatural.

laboratorio de biodiseño La totalidad del proyecto de investigación aquí presentado, ha sido realizado en colaboración con Carlos E. Castro. La tutorización del proyecto ha sido realizada por: Marcel Bilurbina, Luis Fraguada, Jordi Truco

El objetivo del estudio es crear un sistema material adaptativo y reactivo mediante procesos de diseño basados en la experimentación. En la primera parte del taller se investigará el desarrollo de un sistema paramétrico; basado en la definición de un componente básico, su lógica de fabricación y su lógica de ensamble con otros componentes. El componente original se despliega y prolifera hacia un sistema de componentes mucho más complejo, con diferentes densidades y porosidades. Esta capacidad de crear zonas con diferentes características en un mismo sistema, probará también la capacidad del sistema para recibir y distribuir cargas de forma irregular e interaccionar con diferentes intensidades de luz y de transpiración. En la segunda parte del taller, se investiga la aplicación de los conceptos de adaptación y reacción a nuestro sistema material. Se estudia en profundidad la mecánica del movimiento del componente base integrando sistemas de actuación automáticos y mecanismos de sensorización. El objetivo es aprender a pensar en aquello que diseñamos como un sistema vivo, con capacidad para reaccionar a un entorno también vivo y adaptándose a él. De esta forma se podrá pensar en diseños que sienten, observan, escuchan, reaccionan, proponen, aprenden o interactúan. Este proceso de diseño implica aprender a comunicar sistemas físicos. Se usan sensores para tomar datos del entorno, éstos se procesan mediante microcontroladores, y a través de la programación, se trasladan a los actuadores, que se integran para formar parte de nuestro diseño activo. El proyecto culmina con la realización de un prototipo Re-activo. Jordi Truco, Introducción al laboratorio de biodiseño

PERFORMATIVE PROLIFERATIONS WORKSHOP

El objetivo de este workshop fue iniciarnos en los estudios de los Sistemas Materiales investigando la forma como expresión real de los procesos dinámicos de auto-organización y adaptación de la materia, de acuerdo a sus características intrínsecas y a las influencias extrínsecas. Esta técnica de diseño se denomina Form Finding. Jordi Truco & Marco Verde

biodesign laboratory! performative proliferations workshop

10.0000

14.1421

10.0000

1L 2

L 1.0000

6.9057 10.0000

tipos de sistemas auto - organizados 1.PROLIFERATED COMPONENT SYSTEMS Elaborado a través de producto semifinal en forma de componentes, el componente es constituyente y parte de un sistema global, del que forma parte. La manipulación local de componentes genera efectos a nivel global de todo el sistema. La conexión entre componentes es fundamental para articular variación formal del sistema.

2.GLOBALLY MANIPULATED SYSTEMS Elaborado a través de componentes continuos. Se trata de configuraciones estables de sistemas materiales que se verán afectadas por fuerzas de tipo internas o externas. Un número definido de puntos de control gobernará las modificaciones en la forma de estos. MEMBRANAS.

3.AGGREGATE SYSTEMS Está compuesto por una combinación de componentes o unidades que se agrupan sin una conexión fija. El sistema se define por la especificación de cada una de las unidades, el proceso de agregación y las restricciones externas. Pudiendo cambiar su organización dependiendo de cada uno de estos parámetros.

POSICIÓN MÁXIMA

7.8050

10.9845

POSICIÓN MEDIA

3.7124

8.0000

10.2712

5.4614

8.2900

10.2615

5.7901

5.5103

6.2123

punto de aplicación de esfuerzos 1

4.4682

POSICIÓN MÍNIMA

5.0778

punto de aplicación de esfuerzos 3

punto de aplicación de esfuerzos 2

4.1279

3.4472

desarrollo y evolución del componente estudio de posiciones máximas y mínimas El punto de partida del workshop es la exploración de técnicas de Form Finding basadas en las capacidades de auto organización de los materiales en relación a las fuerzas intrínsecas e extrínsecas. En primer lugar, se pide que se escoja un sistema material básico, en nuestro caso, escogimos el llamado “proliferated component system”. Empezamos a investigar con materiales básicos como el papel, la cartulina y el plástico polipropileno, para desarrollar un componente con capacidad de conectarse

con otros componentes, y de esta forma, generar sistemas más complejos. Nuestro componente evolucionó desde la forma de un cuadrado (de 10 x 10 cm) hasta una forma más compleja con variabilidad formal dependiendo del punto de aplicación de los esfuerzos. De esta forma, estudiamos los límites que nos proporcionaba el sistema que estábamos desarrollando, entendiendolos como las posiciones máximas y mínimas de un componente simple.

biodesign laboratory! performative proliferations workshop

DESCRIPCIร N DE CONEXIONES

conexiones con la pieza superior M.S. P.I.

P.D.

conexiones con la pieza inferior

M.I.

CONEXIONES Media Superior e Inferior

eje X

CONEXIONES Izquierda y Derecha

eje X

eje Y

CONEXIONES Pata Izquierda

eje X

eje Y

CONEXIONES Pata Derecha

eje X

eje Y

Deformaciรณn planoXZ Rotaciรณn planoXY

Rotaciรณn planoYZ

Rotaciรณn planoXY

vista en planta del sistema lineal

estudio de conexión del componente siguiendo un sistema lineal

vista en axonometría del sistema lineal

vista en planta del sistema en matriz

estudio de conexión del componente siguiendo un sistema en matriz

vista en axonometría del sistema en matriz

conexiones principales del componente Una vez estudiado un componente simple, comenzamos a estudiar las posibilidades de proliferación del sistema. Es decir, estudiamos en profundidad la conexión de un

componente con otros en forma de sistema lineal y en forma de sistema matricial. Mediante la conexión con otros componentes y el estudio de los puntos de overlapping

(puntos de aplicación de esfuerzos) averiguamos las posibilidades de variación formal que nos ofrecía. De esta forma, podíamos controlar movimientos en los planos XY y XZ.

SISTEMA ALGORÍTMICo “Coralium project”

En matemáticas, un algoritmo es un conjunto prescrito de instrucciones o reglas bien definidas, ordenadas y finitas que permite realizar una actividad mediante pasos sucesivos. A partir de un conjunto de reglas sencillas, vamos a generar sistemas más complejos basados en la interrelación de componentes. La manipulación de cada componente generará efectos a nivel global en todo el sistema. La conexión entre componentes será fundamental para articular la variación formal del sistema.

biodesign laboratory! sistema algorítmico

P1 P3 P4

Ax3

Ax9

Ax3 P9

Ax3 Plegado de la banda en 6 movimientos

Paso 04

Paso 05

Paso 06

68.86°

134.65° 127.99°

105.18° 119.01°

28.78°

207.18°

104.73° 104.73°

141.50°

59.12°

50.16°

34.37°

36.36°

Características geométricas del componente: ángulos principales y ángulos secundarios

Paso 01

Paso 02

Paso 03

definición del componente generación y plegado El componente que generamos consistía en el plegado de una cinta de proporciones geométricas según un múltiplo de 3: Ancho de banda: A Longitud de banda: A x 9 Longitud de plegado: A x 3 Número de caras: 9 Mediante el plegado de esta cinta, inicialmente en tres partes, y posteriormente, el plegado de cada parte en tres nuevas caras, definimos las características geométricas del componente. Todas las caras tienen un grado de libertad, excepto las dos últimas caras que se unen mediante una conexión fija para rigidizar el componente.

El resultado final es un componente con ocho caras y seis grados de libertad. Esto hace que el componente se caracterice por tener una gran movilidad. Consideramos la posición inicial del componente, aquella que adopta tras el plegado final de todas sus caras. Esta posición inicial es la que vamos a usar para definir las características geométricas del componente. Esta geometría se define por la relación de ángulos entre las caras del componente: Los ángulos principales, son aquellos definidos entre las caras del componente y los ejes x, y, z de referencia. Los ángulos secundarios son

aquellos que relacionan las caras internas del componente. Es importante destacar que los án gulos obtenidos son aquellos que definen la geometría del componente para su posición inicial. Debido a que el componente tiene seis grados de libertad, al cambiar la posición del componente, también cambiamos los ángulos entre sus caras. La relación en la variación de los ángulos es lo que más adelante, definiremos como relación paramétrica característica del componente. Si variamos el tamaño de la banda pero conservando las proporciones iniciales, observaremos que la relación entre los ángulos se mantiene constante.

biodesign laboratory! sistema algor铆tmico

uni贸n fija

bisagra1

bisagra6

bisagra2

bisagra5

bisagra3

Cara A

bisagra4

Cara B

Cara C

Cara D

Cara B*

Cara C*

Cara D*

Cara E

mov. asimétrico a1

mov. asimétrico b1

mov. asimétrico a2

mov. asimétrico b2

Superposición de movimientos simétricos y asimétricos.

mov. simétrico c1

mov. simétrico c2

La deformabilidad del componente es debido a la variación entre los ángulos de sus caras. Pero siempre permance un triángulo indeformable.

características principales Las principales características del componente son su movilidad, su simetría y su triángulo indeformable. Su movilidad está generada por las seis bisagras que definen al componente. Estas seis bisagras permiten movimientos simétricos y asimétricos. Existiendo todo un rango de movimientos desde la posición

mínima hasta la posición máxima que permite el componente. Al superponer en una imagen, toda la serie de movimientos posibles, observamos la existencia de una cara indeformable. Esta cara va a ser la cara de referencia para todos los trabajos posteriores. La simetría en una dirección, también es una de las características

más determinantes del componente. Esta simetría va a generar un comportamiento simétrico en las proliferaciones de componentes, y también en el movimiento del sistema. Definimos esta simetría con el símbolo “*”. De esta manera las caras simétricas del componente se denominan B-B*, C-C* y D-D*. Las caras no simétricas del componente son la cara A y la cara E.

biodesign laboratory! sistema algorítmico

sistema de crecimiento geométrico lógica de crecimiento

curvaturas

CONEXIÓN AA planta

79.72° 77.35°

102.65°

8.29°

vista lateral

69.05°

79.72°

vista frontal

77.35°

102.65°

R305.49

CONEXIÓN BB 120.67° 59.33° 182.00°

planta

166.65°

10.15°

vista lateral

10.15° 136.93°

120.67° 59.33° 182.00° 243.33°

R113.89

vista frontal

CONEXIÓN BB´ planta

166.65°

117.77°

vista lateral

52.77° 156.90° 23.10°

vista frontal R112.35

R173.49

CONEXIÓN CC planta 38.75°

38.75° 141.25°

vista lateral

vista frontal

R118.84

R61.35

lógica de crecimiento

curvaturas

CONEXIÓN DD 59.35°

planta

59.96°

R912 185.65°

vista lateral

120°

120° 120°

vista frontal

CONEXIÓN EE

141.33°

planta

69.05° 8.29°

vista lateral

141.33°

79.72°

vista frontal

69.05°

77.35°

R305.49

149.05°

CONEXIÓN CD planta

vista lateral

R171.91

vista frontal

CONEXIÓN BE planta 117.85°

vista lateral

vista frontal

biodesign laboratory! sistema algorítmico

estudio de conexiones entre dos componentes

CONEXIÓN AA

vista axonométrica

vista caras indeformables