SHADOW FLUX SQ
TALLER EXPERIMENTAL III MsC. Arch. Carlos Arzate Renato Lemus
| Vladimir Soto
CONTENT
01 Site Planning / 3D Modeling 02 Mapping / Simulation / Urban Shadows Data 03 Logic Definition (RGB Shadow Intensity) 04 Data Cloud 05 Modules Physical Exploration 06 Algorithmic Proliferations 07 Digital Tectonics / Form Finding 08 Prototype Fabrication 09 Architectural Spaces Proposal 10 Final Development
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Site Planning / 3D Modeling
En pleno Centro Histórico de la ciudad de Morelia, la Plaza de Armas formaba parte de la Plaza Mayor que quedó seccionada al construirse la Catedral, conformando dos espacios, al oriente la Plaza de San Juan de Dios o de La Paz, hoy denominada Plaza Melchor Ocampo y poniente la Plaza de Armas o de Los Mártires. Aunque el origen de la plaza se remonta a 1540, en el siglo XIX se realizaron distintas reformas que incluyeron las fuentes, los árboles y los andadores que en la actualidad definen su configuración arquitectónica. A lo largo de 84 años que tardó la edificación de la Catedral sirvió como espacio para talleres y bodegas. Posteriormente, las actividades de la plaza cambiaron y se incrementó el comercio de los tianguis semanales sirviendo también para el aprovisionamiento de agua. Este espacio sirvió además como patíbulo en varias ocasiones -de aquí deriva su denominación como “Plaza de los Mártires”-, para realizar el castigo público de personajes insurgentes.
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La Plaza de Armas está conformada por espacios jardinados en torno a un kiosco central, con senderos al centro de cada uno de los lados y en las diagonales, confluyendo todos al centro de la plaza; en la parte media de cada una de estas diagonales se localiza una fuente de cantería. Cuenta también con pilastras con faroles y bancas también de cantera. Un cambio significativo ocurrió al cerrarse la circulación vehicular de la calle Hidalgo, lo que permitió anexar a la plaza ese espacio, así como la explanada ubicada al poniente de la Catedral, donde ahora se encuentra la estatua de Benito Juárez, en el lado sur; en tanto que en el extremo norte se localiza una fuente y la placa conmemorativa de la inclusión del Centro Histórico de Morelia en la lista del Patrimonio Mundial de la UNESCO. Este es el sitio donde el proyecto Experimental Shadow Flux SQ interviene en una escala urbana. Mediante la definición de una lógica de diseño, la información generada por el propio contexto y lugar, ofrece rutas heurísticas de búsqueda formal para configurar un nuevo espacio de convivencia urbana.
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El estudio inicia con el modelado tridimensional de la zona de estudio con referencia a un levantamiento arquitectรณnico detallado del espacio urbano.
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El modelo serรก utilizado para generar una maqueta virtual que permita la inserciรณn de los desarrollos digitales generados en estapas posteriores.
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Mapping / Simulation / Urban / Shadows / Data
El argumento general versa sobre el concepto de entender la evolución y desplazamiento de las sombras urbanas en el transcurso del año y encontrar las zonas de mayor incidencia. Para ello se han seleccionado 4 fechas relevantes: los 2 Equinoccios y los 2 Solsticios en el año como puntos críticos máximos de la inclinación planetaria. El estudio se apoyará en estrategias digitales para emular las diversas fechas en 4 horarios representativos que permitan generar las variaciones más representativas.
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8:00 am
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Diagramas de Asoleamiento en Equinoccio de Primavera: 20 de Marzo 2015. 4 horarios: 8am; 11am; 2pm y 5pm. Vectorizaciรณn de las sombras de hitos urbanos principales indicando los centroides para general nube de puntos tridimensional.
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Diagramas de Asoleamiento en Solsticio de Verano. 4 horarios: 8am; 11am; 2pm; y 5pm.
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Equinoccio de Otoño
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Solsticio de Invierno
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Render acumulativo de las 4 capas de análisis en modo RGB para determinación de intensidades de sombras bajo la lógica establecida en el capítulo respectivo.
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Logic Definition(RGB Shadows Intensity)
La tabla anexa resume la lógica establecida para la interpretación de los puntos bidimensionales obtenidos en el análisis ya descrito con anterioridad. Dependiendo de su intensidad de valor RGB en escala de grises, las zonas geométricas definidas en trazo vectorial valores se convierten en valores Z aplicando un porcentaje de sombra y multiplicando por un factor de conversión que es la cota de 17mts. referida al edificio más alto del contexto (excluyendo la Catedral). Con este procedimiento, todos los puntos obtienen diferentes valores an altura con una escala urbana congruente a su entorno.
Trazo vectorial en CAD de uno de los patrones de sombras proyectados en la plaza indicando la posiciรณn XY del centroide.
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Centroides obtenidos a partir de una subdivisiรณn Voronoi en Rhino con Grasshopper. Representaciรณn tridimensional de la nube de puntos de 1 fecha seleccionada con Grasshoper.
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Importaciรณn en Rhino de los centroides trazados en CAD.
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Importaciรณn en Rhino de los centroides trazados en CAD. Texto
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Detalle de las coordenadas para cada centroide en la zona Texto de mayor densidad. Obtenciรณn de lista de datos y propiedades de cada punto generado mediante localizaciรณn de centroides.
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Parametrizaciรณn en Rhino y Grasshopper de los valores XYZ de la nube de puntos obtenida con las 4 fechas seleccionadas como representativas del flujo de las sombras urbanas en el sitio de estudio.
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La definición generada permite vincular los puntos obtenidos, proyectarlos en el plano XY y generar un buffer o zona de influencia por proximidad, así como incrementar su valor Z dependiendo de la relación matemática o proporción seleccionada por razones de diseño y antropometría.
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Point Cloud Data
Una nube de puntos es un conjunto de puntos de datos en algún sistema de coordenadas. En un sistema de coordenadas tridimensional, estos puntos se definen generalmente por X, Y, y Z, y con frecuencia están destinadas a representar la superficie externa de un objeto. Por lo general las nubes de puntos a sí mismos por lo general no son directamente utilizables en la mayoría de las aplicaciones 3D, y por lo tanto por lo general se convierten en modelos de mallas poligonales o de malla de triángulo, modelos de superficies NURBS o modelos CAD a través de un proceso de comúnmente conocida como reconstrucción de la superficie. Hay muchas técnicas para la conversión de una nube de puntos a una superficie 3D. En el sistema de información geográfica, las nubes de puntos son una de las fuentes para hacer que el modelo digital de elevación del terreno. Las nubes de puntos también se emplean para generar el modelo 3D del entorno urbano, y en este caso particular, dar origen a un argumento diseño para generar propuestas heurísticas en una búsqueda formal de interrelaciones en el espacio.
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Diagrama Tridimensional del buffer de influencia a partir de la nube de puntos generada con los centroides para el Equinoccio de Primavera.
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Solsticio de Verano
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Equinoccio de OtoĂąo
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Solsticio de Invierno
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All Points
All Points Wire Diagramas Tridimensionales acumulativos del buffer de influencia a partir de la nube de puntos total generada con los centroides de cada sector geomĂŠtrico analizado con valores Z asignados mediante la lĂłgica RGB en relaciĂłn a la densidad tonal de grises en los
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All Points. Bigger influence Threshold
cruces de sombras multiplicadas por el factor de conversiรณn del edificio mรกs alto del contexto urbano (excluyendo la Catedral). Nรณtese la densificaciรณn de puntos en la zona correspondiente al Kiosco en la zona central de la plaza.
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All Points
All Points Wire
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All Points
All Points Wire
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Diagrama Tridimensional acumulativos mediante Metaballs del buffer de influencia a partir de la nube de puntos total generada con los centroides de cada sector geomĂŠtrico analizado con valores Z asignados mediante la lĂłgica RGB ya descrita.
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Diagrama tridimensional indicando las secciones geométricas, la posición de los centroides y su altura relativa en el eje Z, además de una zona de influencia en las áreas más densas.
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EQ 20 Marzo D i a g r a m a s tridimensionales aditivos como buffer espacial de los puntos generados en cada fecha seleccionada
SO 21 Junio
4 Fechas Integradas Diagramas generado a partir de Metaballs que representan la intensidad de sombras urbanas en la zona de estudio.
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SS 22 Diciembre
EQ 23 Septiembre
La representación mediante Metaballs resulta particularmente útil para visualizar gráficamente y volumétricamente las zonas de mayor acumulación y densificación de las sombras.
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Diagramas 2D y 3D de la nube de puntos integrada total.
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Point Cloud Original
Point Cloud Projected
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Metaballs 2d Buffers
Metaballs 2d Buffers areas
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Metaballs 2d Buffers areas Plaza
Buffer Selection
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Blob definition
Blobs
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Patch option
Metaballs option
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Metaballs option
Metaballs option
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Metaballs option
Metaballs option
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Metaballs option
En estas fases preliminares de exploraciones se probaron diversas correlaciones entre los puntos generados, proximidad, geometrĂas Voronoi, radios tridimensionales de influencia con Metaballs y otros. Los acercamientos son todavĂa inciertos y analĂticos, pero permiten comprender las formas de interactuar para la nube de puntos generada. Las formas resultantes son entendidas como diagramas 3D mĂĄs que acercamientos formales.
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Voronoi diagramm
Voronoi diagramm
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Points patch
Points patch
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Voronoi 3D diagramm
Voronoi 3D diagramm
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Full point cloud patch
Full point cloud patch
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05
Modules Physical Exploration
En esta fase se exploraron varios módulos físicos con la idea de aplicarlos como proliferaciones sobre las geometrías de superficie resultantes. Las sencillas proporciones y relaciones matemáticas que dan origen a las formas siguientes se complejizan conforme se aplican tensiones y fracturas a los materiales maquetados, siempre teniendo en mente la posibilidad de llevarlo a la fabricación a escala 1:1. Las variaciones exploradas permiten visualizar los módulos al límite de torsión y posibilidades de conexión, así como de factibilidad de ser permutados para obtener variaciones y desviaciones geométricas de un sistema. En las páginas que siguen se visualiza la geometría base, sus relaciones proporcionales y la construcción física y virtual para aplicarse a los modelos experimentales relacionados en la nube de puntos.
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Mรณdulo A
Mรณdulo A texto
Mรณdulo A
Mรณdulo B
Mรณdulo B
Mรณdulo B texto
Mรณdulo C
Mรณdulo C texto
Mรณdulo C
Mรณdulo D
Mรณdulo D
Mรณdulo D texto
Algunas variaciones y posibilidades de conexiones en sistema auto organizado.
Conceptos de módulos geométricos y fabricación manual de las pruebas físicas.
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07
Digital Tectonics / Form Finding
El proceso de evolución del proyecto pasó por una serie de experimentaciones con diferentes técnicas digitales, de herramientas paramétricas y de visualización. Inicialmente, se obtuvieron las mediciones de las sombras de la plaza por medio de la localización exacta y zona horaria del lugar con sistema solar de 3ds max. Al obtener las sombras requeridas por medio de renderizados de alta calidad en escala de grises, éstos se escalaron para hacerlos corresponder con el archivo del trazo de la plaza en AutoCad y se dibujaron sobre la imagen las áreas resultantes. Posteriormente se obtuvieron los centroides de cada área. Las áreas y centroides obtenidos se importaron en Rhino y Grasshopper para poderles asignar el valor Z y un factor de escala paramétrico. Con la nube de puntos obtenida se procedió a realizar en Grasshopper una serie de análisis de densidades por medio de diagramas Voronoi, proximidades con Metaballs, análisis de distancias y otros recursos matemáticos. Se buscó establecer correspondencias entre los puntos y las alturas de cada equinoccio y solsticio por medio de curvas interpoladas, interconectando dichas curvas con un valor de subdivisión. Se obtuvieron una serie de curvas base correspondientes a los equinoccios y los solsticios, con las que se generaron una serie de superficies y geometrías. Se decidió utilizar panelizaciones con las superficies obtenidas y conexiones entre los elementos, por medio de Grasshopper.
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VERSIÓN 1
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Esta exploraciรณn conecta los puntos de cada estaciรณn, en orden de acuerdo a su valor z, e interconecta las cuatro estaciones en subdivisiones regulares.
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VERSIÓN 2
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VERSIÓN 3
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Con el reto de incorporar los módulos explorados físicamente, se lograron configurar algunas versiones poliédricas híbridas con estructuras de apoyos tubulares.
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VERSIÓN 4
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TEXTO
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VERSIÓN 6
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VERSIÓN 7
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VERSIÓN 8
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El proceso de análisis y búsqueda heurística nos llevó a descartar el hecho de que el software tomara el control, y se decidió generar una propuesta basada en decisiones de diseño, pero siempre ligadas a la nube de puntos y la información base previamente obtenida. De ahí surge la geometría en fase “beta”, la cual generaría una serie de discontinuidades por presentar varias direcciones en los apéndices propuestos y que dificultaban la aplicación de una panelización regular continua.
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Dicha dificultad representó uno de los retos más importantes, convirtiéndose en una solución de “flujos” de la geometría, concepto que terminó ofreciendo el nombre mismo del proyecto. Se decidió también que el objeto debía infectar toda la plaza y generar incluso topografías negativas. Las diversas evoluciones formales a manera de búsqueda aquí presentadas responden a diversas exploraciones de interconexión de los puntos generados.
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VERSIÓN 9
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VERSIÓN 10
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Adicionalmente, se extendió el apéndice del kiosco, atravesando hasta el lado opuesto del elemento principal, invadiendo la calle por medio de curvas decididas por diseño, pero tangentes a las existentes Del croquis de la propuesta de diseño, se procedió a modelar el objeto rigurosamente basado en las curvas dadas por la nube de puntos. Se decidió que la geometría obtenida debía panelizarse para hacerla factible de modelar y racionalizar.
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Sin embargo, el objeto obtenido, al presentar una columna vertebral principal con dos apéndices, generaba superficies nurbs independientes, lo que produce superficies topológicamente discontinuas y difíciles de panelizar. El reto digital se volcó en la obtención de una superficie continua que permitiera una panelización regular para no tener juntas indeseables. Eso implicaba experimentar con diferentes métodos y herramientas de modelado digital.
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Aunque la superficie puede modelarse visualmente continua, al tener diferentes elementos con diferentes direcciones de isocurvas, la posibilidad de panelización continua es imposible, implicando una solución cuidadosa de las juntas. Adicionalmente, se decidió hundir la plaza en la zona del kiosco, para generar un espacio o galería hundida, flanqueado por taludes, y siguiendo también las curvas dadas por los equinoccios y solsticios.
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El acceso al kiosco, y de la galería hundida a la plaza, sería por medio de puentes y escaleras en los andadores existentes. Después de varias pruebas e iteraciones de modelado, se decidió trazar nuevas curvas sobre el objeto discontinuo, de manera que siguieran fielmente la misma topología, pero esta vez de manera controlada y con sólo dos direcciones UV en todo el objeto. Las curvas nuevas se re parametrizaron para simplificarlas con un margen de error de 5 cms. Una vez obtenidas las curvas finales, éstas se referenciaron en Grasshopper para obtener un objeto base sobre el cual experimentar con diferentes panelizaciones.
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Architectural Space Proposal
La geometría base final se generó por medio de un meticuloso trazado de nuevas curvas sobre la geometría previamente elaborada, siguiendo la lógica de la topología existente, para obtener un elemento base de diseño sobre el cual trabajar. Se obtuvo la panelización correcta y una nueva capa de información se agregó, al modificar esta con una serie de atractores basados en dos objetos: la curva original del equinoccio de otoño y el Kiosco como centroide de todo el proyecto. Esto nos daba la posibilidad de modificar dinámicamente la geometría, variando la posición de los puntos y curvas atractoras. Se probó una panelización que iba desde un módulo cónico curvo negativo, haciendo un morphing hasta uno positivo, basado en atractores adicionales. Se decidió por una estrategia de generación de un objeto que se mostrara más compacto y orgánico, en lugar de la regularidad de una panelización modular. Así, el objeto final responde a la panelización con los atractores descritos, obteniendo una serie de puntos que interconectados generan “puentes” de dimensión variable, a manera de estructuras óseas, dadas por las distancias de interconexión entre ellos. Es decir, a mayor distancia, el “hueso” conector tiende a adelgazarse más en el centro. Una última capa de información se agregó, al aplicar un factor no-uniforme de escala al objeto, basado en las proporciones de la misma plaza y los edificios circundantes.
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Final Development
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La Plaza, hoy espacio de gran confluencia y arraigo social es infectada por una estructura disruptiva que nace de su propia información intrínseca. El flujo de las sombras urbanas que definen su contexto produce un cúmulo de datos donde subyacen las formas propuestas. Una sencilla lógica que conecta las abstracciones matemáticas de las proyecciones solares, correlaciona ese entendimiento para generar un flujo tridimensional que da origen a la estructura para crear una nueva capa de sombra.
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Al proteger el monumento histórico se crean nuevas condiciones espaciales: La porosidad del nuevo componente permite seguir disfrutando de la luz y ventilación naturales, al tiempo que se incrementa la sensación de confort humano al emular un gran árbol, tal como la propia plaza ofrece cobijo al visitante.La nueva estructura conecta y dialoga en contraste radical a su contexto mediante un flujo continuo en todos sus ejes compositivos permitiendo una extensión de los portales que la flanquean con lo que la circulación peatonal se ve privilegiada. 159
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La nube de puntos que genera la intervención es girada en su eje Z para producir una incisión profunda en el nivel de suelo del espacio. Nace entonces una Galería de escala urbana que no tiene fin. Un loop de exposiciones, actividades y espacios interconectados que alojan sus servicios complementarios en un ala subterránea en el sector Nor-Poniente de la propuesta. En ese espacio, generado en la centralidad del Quiosco, se produce un cráter (que respeta la estructura pre-existente) y confiere una nueva dimensión de aprovechamiento del sitio.
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El valioso monumento hist贸rico que contribuye en gran medida a la identidad local, recibe una protecci贸n adicional contra los agentes meteorol贸gicos y el desgaste, es una especie de escudo ante el medio ambiente. Pero su mayor contribuci贸n es que convierte al espacio abierto en espacio protegido sin cubrirlo en su totalidad.
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En la piel exterior ocurren fenómenos de contraste e integración simultáneas. La geometría ondulante emula una topografía asociada a la configuración del Valle de Guayangareo que es donde anida Shadow Flux SQ.
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A la vez surgen variaciones de los jardines actuales con extensiones en talud que provocan sitios alternativos para el descanso. La sensación térmica-ópticoháptica se transforma a una experiencia diversa y enriquecedora sobre lo que hoy existe.
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El nuevo componente de la plaza enriquece sustancialmente la experiencia del recorrido arquitectĂłnico en el sitio con un tamiz cambiante de luz y sombra que proyectan los patrones geomĂŠtricos
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en la condiciรณn de permanente transformaciรณn. Un continuum de luz, textura y vida a las superficies preexistentes.
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Prototype Fabrication
En una fase de desarrollo del proceso -hacia la versión definitiva- se implementó un proceso de fabricación con CNC, mismo que se planteó debido a que el objeto resultante era esencialmente una membrana. La pieza labrada digitalmente en MDF en capas aditivas de 2”, se utilizó como molde negativo para fabricar un positivo en resina epóxica. La estrategia fue exitosa, aunque el modelo siguió evolucionando.
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Una vez decidido el diseño final, la estrategia de fabricación consistió en impresión 3d, y por la escala decidida para maquetación (1:250), la pieza resultante con dimensiones aproximadas de 50x50x10 cm se dividió el objeto en 9 secciones ensambladas (dadas las restricciones de la impresora 3d disponible), que resultaron en un total de casi 100 horas de impresión, con un costo aproximado de producción de $1,500 USD.
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Este ejercicio ofrece una visión donde la tecno ciencia se convierte en búsqueda estética y donde la integración no es necesariamente una alienación a lo pre existente. La implantación iconoclasta que se propone, nacida de los datos que subyacen en la lectura del propio entorno, permiten desvelar un conjunto de estrategias donde la forma sigue a la ficción...
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