MORFLEX: SISTEMA LAMINAR - LAMINAS TEJIDAS DE BAMBÚ by RED DE LABORATORIOS DE TENSOESTRUCTURAS PERU

MORFLEX: SISTEMA ESTRUCTURAL LAMINAR LAMINAS TEJIDAS DE BAMBU

Roxana GARRIDO

Jesús PEÑA

Karel CARPIO

Marco FUENTES

Bachiller Arquitecta

Arquitecto

Bachiller Arquitecta

Bachiller Arquitecto

Universidad Ricardo Palma

Lima, Perú

Resumen Morflex es un mecanismo estructural cuyo principio teleológico es la tensegridad. Ha sido creado a partir de la necesidad de lograr una eficiente configuración morfo-estructural. Las cualidades del mecanismo permiten una diversa adaptabilidad formal (configuraciones simples y complejas) y funcional (abarca áreas como: educación, entretenimiento, arte, diseño de modas, diseño industrial, etc.) En el campo de la arquitectura e ingeniería, como sistema estructural laminar, se vienen construyendo prototipos de columnas, membranas verticales, domos; utilizando materiales como: cartón, plástico, aluminio y actualmente bambú. Inspirados en la confección de cubiertas precolombinas y el conocimiento vigente del tejido con fibras vegetales en nuestro país; presentamos un prototipo experimental, de modulación poliédrica básica a partir de la elaboración de láminas de bambú tejidas. Puesto que el bambú es un recurso natural presente en nuestro medio, una de las finalidades de esta contribución es darle vigencia y continuidad como material de construcción; otorgándole un nuevo uso morfo-estructural mediante el sistema morflex, de manera que pueda ser aplicado inicialmente en arquitectura de emergencia, vivienda temporal, así como crear otras alternativas de espacialización arquitectónica para usos múltiples. Palabras Clave: estructuras de innovación, modelador analógico, adaptabilidad formal y funcional, tensegridad laminar, tejido flexible, estructuras de forma libre, optimización estructural.

1. MORFLEX: MECANISMO DE INNOVACION ESTRUCTURAL Autores: Roxana Garrido Sánchez, Jesús Peña Chávez 1.1 Antecedentes Morflex sistema estructural tiene como contexto de investigación el Taller de Escultura de nuestra universidad, donde a partir de diferentes experiencias de modelación, interiorizamos aproximaciones conceptuales sobre la forma, como organización de la materia en el espacio; siempre inspirados en la naturaleza, fuente de modelos bellos y eficientes. El soporte teórico del estudio sistemático de la forma se sustenta en una matriz morfológica, resultado de una investigación permanente comprometida a la integración del arte, la arquitectura y las estructuras ligeras.

1.2. Definición y Morfogénesis estructural Morflex: Sistema Estructural consiste en la articulación de láminas poligonales regulares e independientes, dispuestas unas contra otras, para configurar dos grupos laminares de ubicación (concava y convexa) y función opuestas. La articulación conjunta de láminas de ambos grupos se logra mediante un ensamblaje con conectores que varían de acuerdo a la escala, proporción y utilidad del objeto a diseñarse. El sistema trabaja con el principio de tensegridad laminar o complementariedad de los opuestos, a partir de la interacción de dos fuerzas: la tracción y compresión, las que generan un equilibrio dialéctico tracto–compresivo que otorga al sistema una alta y eficiente estabilidad morfo-estructural. 1.3. Adaptabilidad Formal El continuo desarrollo de softwares de modelación digital para la concepción de diseños en arquitectura, ha traído consecuentemente la factibilidad de modelar morfologías complejas. Esta demanda requiere la exploración de mecanismos de modelación analógica, que sean capaces de estructurar y construir tales morfologías en la realidad arquitectónica. Morflex como modelador analógico tridimensional, logra desde su eficiente adaptabilidad formal, abarcar el amplio espectro en el desarrollo de configuraciones morfológicas que van desde: poliédricas, bifurcadas, de simple curvatura, dobles curvaturas sinclásticas y anticlásticas, hasta las dobles curvaturas compuestas; derivadas de patrones topológicos como el toro, la banda de Moebius y la botella de Klein. Actualmente se viene experimentando, precisando y consolidando ensayos, como sistema estructural laminar para su aplicación constructiva a escala arquitectónica.

Fig. 1 Modelación Digital Banda de Moebius

Fig. 2 Modelación Digital Sección de Banda de Moebius

Fig. 3 Modelación Analógica Sección de Banda de Moebius- Morflex

1.4. Adaptabilidad Funcional Diseñar, privilegiando la forma y estructura como componentes intergrados, es hablar de morfo-estructura, Este concepto que subyace a la estética del diseño contemporáneo. Morflex como modelador responde a este paradigma, logrando adaptarse según escalas y materiales a una diversidad de aplicaciones dentro de las cuales resaltan: módulos educativos, rompecabezas tridimensionales, accesorios de vestir, lámparas, mobiliario, escenografías, esculturas e instalaciones urbanas de luz para finalmente derivar en la arquitectura e ingeniería como Sistema Estructural Laminar y Compuesto (Sistema Estructural Tracto – Compresivo)

Escultura

Fig. 4 Mfx. Cuerda

Fig. 5 Mfx. Atractor de Simple Complejidad

Fig. 6 Mfx. Torus

Instalaciones Urbanas de Luz

Fig. 7,8 Mfx. Timele I

Fig.9 Mfx Timele II

EscenografĂa

Fig. 11, 12, 13 Mfx. Membrana Sacro

Fig. 10 Mfx. Timele III

2. MORFLEX. LAMINAR ESTRUCTURAL SYSTEM Aplicación Arquitectónica: Pabellón de Exposición Autores: Roxana Garrido Sánchez, Jesús Peña Chávez. El bambú, como material de construcción, es cada vez más usado. La necesidad de contar no sólo con materiales renovables y sostenibles, sino versátiles, ligeros, resistentes, flexibles, de fácil manejo en la construcción, hacen de este recurso natural una alternativa real para ayudar a solucionar el déficit de vivienda rural y urbana, así como la de otros usos y aplicaciones en arquitectura. Por tanto, para la aplicación arquitectónica del sistema estructural laminar, se desarrolló un prototipo de ensayo correspondiente a uno de los componentes del diseño de lo que sería un pabellón expositivo; cuyo material de configuración base será el bambú, utilizado en perfiles para aprovechar su flexibilidad. La modulación geométrica de nuestro ensayo responde a configuraciones poliédricas, para derivar en las configuraciones de dobles curvaturas compuestas (pabellón expositivo final). Después de haber ensayado el prototipo a escala real, se mejoraron detalles, que se modelaron virtualmente para tener un mejor acercamiento con el prototipo ideal. Los conectores finales serían unos platos circulares que interrelacionarían las láminas a ensamblar, así mismo se apreciará mayor regularidad en la densidad del tejido de las láminas y finalmente una imagen de lo que sería el conjunto final apreciando la modulación geométrica (poliédricas y de doble curvatura)

Fig. 14 Unidad Básica

Fig. 17 Cubertura de configuración de dobles curvaturas compuestas

Fig. 15, 16 Componentes: columna y domo

Fig. 18 Pabellón de Exposición

2.1 Prototipo de ensayo: Sección de columna Autores: Roxana Garrido, Jesús Peña / Karel Carpio by Marco Fuentes 1. Modulación Geométrica: Responde a una modulación poliédrica básica de antiprismas regulares de base cuadrada.

Fig. 19 Antiprisma Modelo Digital

Fig. 20 Mfx. Antiprisma Modelo analógico

Fig. 21 Mfx. Antiprisma Modulo Estructural Laminar

2. Componentes 2.1 Laminas tejidas de bambú ¾ o o o

Láminas Convexas: Son las láminas triangulares regulares dispuestas exteriormente, traccionando al conjunto. Su dimensión es de 600 mm de lado y son las menos tejidas. Láminas Cóncavas: Son las láminas triangulares regulares dispuestas exteriormente, comprimiendo al conjunto. Su dimensión es de 750 mm de lado y son las más tejidas.

Fig. 22 Lamina convexa

Fig. 23 Lamina cóncava

2.2 Conexiones o

Correa de Nylon: Para la fijación del tejido de perfiles de bambú se uso correas de nylon de 200 X 3.6 mm.

Fig. 24 Correa de nylon

Fig. 25 Unión entre perfiles

Conectores metálicos: Cada vértice de las láminas lleva un perfil de acero, usándose platinas de 100 milímetros de largo, 0 18 milímetros de ancho y 2 mm de espesor, teniendo un agujero en un extremo para que pasen pernos y en parte del encuentro ranuras para fijar las correas de nylon que lo integran al tejido de la lamina.

Fig. 26 Conector de lámina

Fig.27 Conector de ensamblaje de láminas

3. Procesos de confección de láminas tejidas de bambú 3.1 Selección del bambú El bambú cambia de sección a medida que crece, para superar los efectos de la desigualdad se seleccionaron las cañas pensando en las exigencias de su empleo, en términos de separación de sus nudos y un espesor promedio para asegurar una resistencia similar a la flexión en todas los perfiles tejidos. Se utilizó bambú de 75 milímetros de diámetro, con un espesor promedio de 4 milímetros.

Fig.28 Bambú

Fig.29 Bambú seleccionado

3.2 Corte Se cortaron las cañas transversalmente a 750 y 600 milímetros, para luego ser cortadas longitudinalmente a 15 mm. También se realizaron procedimientos especiales, tales como la eliminación de nudos en las cañas ya cortadas y el lijado de las superficies disparejas.

Fig. 30 Corte longitudinal con sierra eléctrica circular

Fig.31 Perfiles de bambú cortados

3.3 Tejido de láminas Teniendo de base el patrón triangular, se procedió a tejer internamente los perfiles seleccionados de bambú. Los perfiles de mayor espesor se destinaron para los perímetros de las láminas (zona rígida) y los de menor espesor para tejido interior (zona flexible). Finalmente se fueron entrelazando los perfiles unos con otros y fijando las uniones con correas de nylon

Fig.32 Tejido de láminas

Fig.33 Entrelazado de perfiles

Fig.34 Láminas confeccionadas

3.4 Ensamblaje de sección de columna morflex Cuando todos los patrones laminares fueron terminados, se construyo siguiendo el orden de la geometría poliédrica básica de antiprismas. Usando los conectores de acero y pernos se armo la primera unidad de la columna. No fue un proceso sencillo pues se requería fuerza y precisión. Finalmente se construyó tres unidades de la columna, correspondiente a una altura de 1.85 m; suficiente para hacer pruebas de peso, vientos, flexibilidad, etc.

Fig.35 Geometría de columna

Fig.36 Sección de columna Modelo digital

Fig.37 Sección de columna Prototipo confeccionado

Conclusiones o

Potencialidad Estructural: mediante el sistema de estructuración morflex, se potencializa las propiedades físico – mecánicas del bambú.

Selección de material: Se selecciona adecuadamente la caña, puesto que las dimensiones de la caña no son standar sino variables.

Accesibilidad: Hay plantaciones de Bambú en América de Sur; principalmente en Ecuador, Colombia, Venezuela y se han iniciado en Perú.

Fabricación: Se pueden confeccionar artesanalmente, ya que sus medidas y formas lo hacen manuable, almacenable, sitematizable en forma conveniente. No se necesitan máquinas costosas, sino herramientas simples.

La ligereza: es notable, pues además de no pesar, los perfiles de caña mediante paneles, reducen aún más el peso de la estructural.

Morflex como un sistema, logra eficiencia estructural, basada en técnicas de tensegridad laminar que permiten construir de manera económica y sostenible.

Reconocimientos Authors o

First Price in the Students Tension Structures Design Contest of the 2nd Latin American Symposium on Tension Structures; with the proposal Morflex Active Structural System. Caracas – Venezuela. May 2005. Autores: R. Garrido, D. Irribarren / J. Peña

Referencias o Propuesta Morflex Active Structural System publicada en “Entre Rayas” revista de arquitectura. Caracas – Venezuela, No 25 Julio / Agosto 2005. Autores: R.Garrido, J. Peña, D. Irribarren. o

Extend publicado en el libro “Structural Membranes 2005” International Conference on Textile Composites and Inflatable Structures. Stuttgart – Germany. Octubre 2005. Authors: R. Garrido, J. Peña, D. Irribarren.

Extend publicado en el libro “Adaptables 2006” International Conference on Adaptable Building Structures. Eindhoven – The Netherlands. Julio 2006. Authors: R. Garrido, J. Peña, D. Irribarren.