[2015] - Estructura Celular Microclimática by TECTONICA DIGITAL - UTDT

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Estructura Celular Microclimatica Membrana autoportante optimizadora de condiciones ambientales interiores

Universidad Torcuato Di Tella Escuela de Arquitectura y Estudios Urbanos Carrera de Arquitectura Tectónica Digital Profesor: Matías Imbern Ayudante: Marcos Dana Alumnos: Milagros Caputo, Agustín Llobera, Lucía Rush, Susana Posse. 2015

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0_ Problema Proyectual - Sistema complejo adaptativo 1_ Casos de Estudio Huyghe + Le Corbusier Puppet Theatre - MOS Hexigloo Pavillion - Tudor Cosmatu, Irina Bogdan, Andrei Raducanu Dragonfly - Tom Wiscombe, EMERGENT Dragon Shell Pavilion - Alan Cation, Dennis Huang, and Leah Zaldumbide Conclusiones 2_Sistema Tectónico Concepto de Diseño Definición Geométrica Definición Material / Estructural 3_Desarrollo Generación/Genealogía Definición de Variables Variaciones/Tablas de Variación 4_Proliferaciones 5_Fabricacion de modelos Comportamiento Material 6_Prototipo Prueba de concepto Fabricación Interpolada Digital/Analogica 7_Especulaciones

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0_ Problema Proyectual - Sistema complejo adaptativo Filtración solar

La intención proyectual es desarrollar un sistema adaptable, a partir de una pieza que logre optimizar su ductilidad en base a las condiciones exteriores (viento, sonido, luz, lluvia, etc.), haciendo un conjunto diferenciado para cada entorno en particular. A través de una lógica tectónica que conforme una pieza global, adaptable a su entorno y capaz de construirse a manera diferenciada, la idea es poder captar y canalizar las cualidades ambientales exteriores y traducirlas en las condiciones óptimas espaciales dentro de un recinto conformado. El mismo, debido a la lógica de las piezas que lo conforman, logra un comportamiento colectivo en base al de sus componentes. Para esto último, se trabaja constantemente en términos de optimización geométrica, material y constructiva y con la inteligencia de sistemas de variación, interacción y selección.

- Luz

+ Luz - Apertura

+ Apertura

+ Filtración

- Filtración

Filtración sonora

Sonido ﬁltrado/reducido hacia el interior

Sonido exterior

Capas ﬁltradoras de sonido

“Un Sistema Complejo Adaptable es un sistema en el cual grandes redes de componentes sin control central y con reglas simples de operación origina un comportamiento colectivo complejo, procesamiento sofisticado de intormación y adaptación mediante aprendizaje o evolución” M.Mitchell,“Complexity”, 2009

Filtración de vientos

Exterior

Interior

Detención de vientos

Succión

Exterior

Interior

Entrada Directa del viento

Entrada indirecta del viento

EAEU. Carrera de Arquitectura. Materia: Tectónica Digital. Profesor: Matías Imbern. Ayudante: Marcos Dana. Alumnos: Milagros María Caputo, Agustín Llobera, Susana Posse y Lucía Rush. Imágenes: Diagramas del problema proyectual. 2015.

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1_ Casos de Estudio - Huyghe + Le Corbusier Puppet Theatre Huyghe + Le Corbusier Puppet Theatre El proyecto fue elegido como caso de estudio por su capacidad de adaptacion a una forma compleja a partir de una pieza simple y diferenciada, que logra generar variaciones dentro de su homogeneidad como pieza repetida. Concepto de Diseño El teatro temporal para títeres de 4,5 m de desarrollo lineal se contruyó en 2004 en el Centro de Artes Visuales de Harvard, con quinientas piezas plegadas diferenciadas en forma de diamante de 7,5 cm de espesor, materializadas en policarbonato blanco. La triangulación de la superficie permite que los triangulos se vinculen entre si a través de sus tres aristas, para luego intertrabarse y generar un recinto autoportante, donde las mismas piezas conforman la cubierta y los cerramientos. Cada panel funciona como una piedra clave, aunque aún asi pueden cambiar de dirección para vaciarse hacia el exterior (y luego ser rellenadas) o hacia el interior (generan tragaluces).

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Definición Estructural

Superficie

Piezas triangulares con anclajes hacia sus lados, toman la curvatura de la superficie tiangulada.

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Generacion Geometrica

Generacion de la forma global

Subdivision de superﬁcie

Triangulacion de superﬁcie (union de puntos paso 2)

Costillas extruidas de triangulación

Tapas interiores y exteriores del trinangulado

Espesores de Piezas

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Generacion Geometrica Proceso de modelos fisicos. Plegado y ensamble de pieza triangular. Planchas de corte laser

Corte Marca de plegado

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Generacion Geometrica

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Conclusion Ventajas/Potencialidades - Optimización estructural por triangulación. La triangulacion de una superficie permite planalizar y fragmentarla. - Rigidez Estructural por intertrabado. - Vinculación por superficies. Al extruir los lados de los triángulos, la vinculación de las costillas de da entre superficies, lo que permite una fácil vinculación, con capacidad de ser desmontada y vuelta a montar sin desperdicio de material. - Construcción y vinculación por celdas. Cada triángulo tiene su propia extrusion en cada uno de sus lados, por lo que cada lado está repetido. De esta manera, la construcción y el seguimiento de la curvatura se consigue sin ninguna necesidad de andamios de guía auxiliares. - Construcción a partir de técnicas digitales. Permiten diferenciación entre piezas y fácil armado. Desventajas/Limitaciones - Su montaje necesita andamiaje constante hasta que la superficie este construida en su totalidad. - Debido a que su montaje necesita estar en su totalidad, no se permiten aberturas, ósea no se pueden sacar piezas de su superficie.

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Modelos Fisicos

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1_ Casos de Estudio - Hexigloo Pavillion El proyecto fue elegido como caso de estudio debido a su capacidad de reaccion a su entorno inmediato; repondiendo al paso de la luz, el proyecto diferencia su sistema, generando mayores y menores aperturas para producir un interior responsivo y adaptable. Concepto de Diseño Con el objetivo de construir una instalación espacial de escala humana se construye un pabellón basado en la estructura celular de un panal aplicada a una superficie de tipología igloo. El foco se pone en el interior del pabellón, el cual se articula con embudos en forma de cono que actuan como filtros de luz hacia el espacio interior. Esto genera contraste entre la suavidad y continuidad del exterior y la tosquedad del interior.

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Definición Estructural

La superficie funciona como una cáscara, es decir, como estructura laminar de poco espesor que gana resistencia por forma. Se construye con cartón de 6mm de espesor y representa una superficie de doble curvatura. Este material cuenta con un espesor sufiecientemente delgado para no generar esfuerzos de flexión pero suficientemente grueso para poder trabajar a compresión.

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Generacion Geométrica

La generación geométrica consiste en el mapeado de una grilla hexagonal de 14x14 sobre una superficie pre-modelada (dandole la forma de un igloo que funciona como una cáscara), la extrusión de los hexágonos mapeados verticalmente para crear la unión de los componentes interiores y exteriores y, por último, la rigidización de la estructura total dandole un ancho a los hexágonos. Los hexágonos se diferencian, en primer lugar, por la ubicación que ocupan en la superficie, en segundo lugar por la proporción de las aberturas, dando lugar a ventanas para niños donde ésta es mayor, y, en tercer lugar, por la generación de embudos para filtrar la luz en sectores específicos. Es por eso que la capa exterior presenta una continuidad entre los hexágonos, manteniendo la superficie original y tan solo ahuecándola, mientras que la continuidad de la superficie interior se interrumpe en las zonas donde hay conos.

Detalle pieza A

Detalle pieza B

Capa superior

Unión entre capas

Capa inferior

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Generacion Geométrica

EAEU. Carrera de Arquitectura. Materia: Tectónica Digital. Profesor: Matías Imbern. Ayudante: Marcos Dana. Alumnos: Milagros María Caputo, Agustín Llobera, Susana Posse y Lucía Rush. 2015.

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Conclusion Ventajas/Potencialidades - A partir del horadado de las piezas, se permiten aberturas que no afectan la estructura total. - Construcción a partir de técnicas digitales. Permiten diferenciación entre piezas y fácil armado. Desventajas/Limitaciones - Debido a que las uniones entre piezas no son solidas, la estructura en su totalidad tiene que trabajar a compresión. - Su montaje necesita andamiaje constante hasta que la superficie este construida en su totalidad.

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Modelos Fisicos

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1_ Casos de Estudio - Dragonfly Se seleccionó el proyecto como caso de estudio por su inteligencia para, a partir de una estructura celular nervurada, conseguir formas complejas, con un desarrollado metodo de construcción. Concepto de Diseño El caso de estudio está inspirado en la morfología, sintaxis y en las logicas de comportamiento estructural por sobre la estética de las alas de la libélula. Además, intenta replicar los procesos de evolución, aerodinamismo, ligereza y propiedades mecánicas, pero por sobre todo, la forma. Ambos objetos de estudio se describen con desarrollos como panel de abejas, o voronoi, con el fin de optimizar la estructura de forma recíproca. Esto hace que, utilizando planchuelas metálicas abulonadas entre si, de manera inter-celular, se pueda construir un voladizo triangular de semejante porte.

Obra en exposición

Axonometría

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Concepto de diseño

Ala de Libélula

+ Espesor Anclaje

- Espesor Voladizo

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Definición Estructural

Anclaje

Vista : Espesor

Planta : Densidad de tejido

- Espesor + Densidad de tejido Voladizo

+ Espesor - Densidad de tejido Anclaje

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Definición Estructural

- Espesor + Densidad de tejido Voladizo

+ Espesor - Densidad de tejido Anclaje

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Generación Geométrica

Sistema de armado por celdas

Sistema de armado por optimizacion de bordes

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Conclusión Ventajas/Potencialidades - Montaje y desarrollo en dos dimensiones, mediante técnicas digitales. - Optimiza las vinculaciones, en vez de trabajar en celdas. - Capacidad de adaptarse a cualquier superficie. Desventajas/Limitaciones - Se limita a ser estructural, su conformación no tiene capacidad de ser un cerramiento.

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Modelos Fisicos

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1_ Casos de Estudio - Dragon shell Pavillion El siguientre proyecto fue objeto de caso de estudio, debido a su capacidad de responder a un entorno con la utilizacion de una membrana variable no estructural, que le otrorgan propiedades de reaccion al viento y a la luz. Por otro lado, tambien es interesante la doble capa que se genera al darle un espesor a su fachada. Concepto de Diseño El pabellón se ha generado utilizando una fuerza unitaria en conjunción con una fuerza de resorte, a continuación, se utilizó un script sencillo para facetar la piel y generar las aberturas, que permitían una mayor visibilidad desde el interior. Las fuerzas se aplicaron hacia arriba en el modelo y se creó una estructura de cubierta que funciona completamente a compresión con curvas catenáricas. La idea detrás de las aberturas es que estén teseladas para crear un recinto privado de un lado del pabellón que se encuentra en una zona más poblada, pero mientras que los ocupantes están en el interior crea vistas hacia el exterior y permite la entrada de luz. Con el fin de fabricar el pabellón, se utilizó un guión para diseñar todos los componentes, desde la estructura a la piel, eso fue entonces cortado con láser.

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Definición Estructural

Deﬁnición de puntos que generaran la forma básico.

Deﬁnición de puntos que generaran la forma

Creación de un mesh a partir de los puntos y un oﬀset de las lineas

Subdivisión deL mesh con cuadriláteros

Formación de una cáscara de origen catenario.

Generación de aberturas con forma triagular, para permitir una mayor circulacion y visibilidad.

Deﬁnición de sistema estructural costillas raidales al oﬀset del perímetro.

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Generación Geométrica

Renderizado de la estructura

Desarmado de piezas

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Generación Geométrica

Diagonales de rectangulo base

Se le otorga espesor a las costillas, con aberturas para optimizar el uso del material y aligerar la estructura.

El remanente entre los bordes del rectangulo y las costillas se materializa mediante placas triangulares para el control de los factores externos

Altura a la interseccion entre diagonales. Se Conforman dos piramides espejadas

Materializacion de las costillas

Union de piramides espejadas en costillas cruzadas.

Unión material entre costillas medtiante triangulos de encastre

La posicion de las placas esta sujeto a su necesidad de adaptación.

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Conclusión Ventajas/Potencialidades - Capacidad de cerramiento y aberturas, dentro de la misma pieza. - Adaptabilidad a su entorno - Capacidad de controlar variables como por ejemplo, luz y aire. Desventajas/Limitaciones - No estructural, necesita de costillas para su sostén. - Poca eficiencia material, desperdicio en su construcción.

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Modelos Fisicos

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1_ Casos de Estudio - Conclusiones

Huyghe + Le Corbusier Puppet Theatre - Optimización estructural por triangulación. - Vinculación por superficies. - Construcción y vinculación por celdas.

Hexigloo - Horadado de las piezas, se permiten aberturas que no afectan la estructura total. - Adaptabilidad al exterior por aperturas.

Dragonfly - Montaje y desarrollo en dos dimensiones, mediante técnicas digitales. . - Capacidad de adaptarse a cualquier superficie, estructuralmente.

Dragon Shell- Capacidad de cerramiento y aberturas, dentro de la misma pieza. - Adaptabilidad a su entorno, controlando variables como por ejemplo, luz y aire.

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2_Sistema Tectónico - Concepto de Diseño

Se propone, bajo la idea de una fachada compleja, tabajar una doble fachada fragmentada. Se genera una pieza de caracter adaptable, con forma de dos prismas de base traingular, de acuerdo a la logica de la triangulacion y panelizacion de una superficie. La pieza se compone por un lado, de celdas triangulares que toman los esfuerzos estructurales y de vinculacion. Por otro lado, la misma produce una triangulacion en tres dimensiones, capaz de conformar una doble piel con un espacio interno: Tres lados del prisma estan en el interior del edificio, mientras que otros tres se encuentran por afuera. A partir del problema proyectual y los casos de estudio, se enfoca la investigacion sobre la problematica de la luz y el viento. De esta manera, cada pieza del sistema logra diferenciarse para adaptarse a sus requerimientos segun su orientacion solar y posicion de acuerdo al viento, trabajando al mismo tiempo de manera global con el resto para generar el mircocila deseado en el interior de la estructura. Cada pieza, si bien diferenciada, se caracteriza por: - Delimitar y proteger el recinto - Ser una barrera selectivamente permeable, impidiendo el libre traspaso de factores climáticos, pero regulandolos siguiendo un gradiente de concentracion deseada. - Ser receptiva a su entorno inmediato, por ejemplo, inhibiendo o permitiendo el paso de la luz y/o el viento hacia el interior.

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2_Sistema Tectónico - Concepto de Diseño Concepto de fachada fragmentada

Doble fachada simple con estructura interior

Plegado de fachada (+ superﬁcie)

Doble fachada plegada en ambos sentidos (tringulada)

Pieza de doble espesor, mediadora entre exterior e interior

Fragmentacion de fachada en piezas de doble espesor

Lados de fachada exterior

Prismas de base triangular

Planta

Corte

Exterior

Interior

Lados de fachada interior

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2_Sistema Tectónico - Concepto de Diseño viento ortogonal

viento ortogonal

viento tangente

Exterior Interior Ingreso directo

Ingreso indirecto

Ingreso directo

Ingreso indirecto viento sur

viento sur

viento este

viento NO deseado

viento a captar

viento este

Las placas expuestas al viento no deseado (sea cual fuere su orientacion) se cierran, mientras que las orientadas hacia los vientos que se quieren captar se dejan abiertas viento sur (su rango de apertura dependerá de la luz solar)

viento a captar

viento sur

viento este viento este

viento no deseado

viento no deseado cara viento sur

viento a captar

tapa cara interiror

viento a captar

cara viento no deseado Ingreso indirecto

tapa cara interiror

Ingreso indirecto

Ingreso directo

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2_Sistema Tectónico - Concepto de Diseño

Viento a captar Aumenta la altura de las placas y se producen torres de viento para dirigir el viento hacia el interior

Viento a evitar La altura se mantiene lo mas baja posible y se cierran las placas para evitar el paso del viento haca el interior.

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2_Sistema Tectónico - Concepto de Diseño

Cada lado de los prismas, placas triangulares, tiene la capacidad de abrirse de manera escalar, generando una perforación para el traspaso de la luz. Dependiendo de las condiciones deseadas, se tratará de captar o de evitar la luz (ya sea por la orientacion o el tipo de entorno en el que de encuentre la estructura. La apertura o cierre de las caras no se da por orientacion solamente sino que se analiza la intensidad solar que recibe cada pieza a lo largo del dia, para decidir si se cierra o se abre.

Comportamiento, apertura y cierre, de una sola pieza

Intencion de captar la mayor cantidad de luz posible + Intensidad solar + Apertura / - Intensidad solar - Apertura

Intencion evitar el paso de la luz + Intensidad solar - Apertura / - Intensidad solar + Apertura

+ Intensidad solar

- Intensidad solar

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2_Sistema Tectónico - Definición Geométrica Triangulacion se superficie. Mediatrices y baricentro de los triángulos.

Se le otorga espesor a las costillas, con aberturas para optimizar el uso del material y aligerar la estructura.

El remanente entre los bordes del triangulo y las costillas se materializa mediante placas triangulares para el control de los factores externos

Altura al baricentro, al que se le usen las mediatrices.

Materializacion de las costillas

La posicion de las placas esta sujeto a su necesidad de adaptación.

Union de piramides espejadas en costillas cruzadas.

Unión material entre costillas medtiante triangulos de encastre

Pieza genérica

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2_Sistema Tectónico - Definición Material / Estructural

Placas

Costillas

Placas

Pieza completa

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3_Desarrollo - Generación/Genealogía 1. Posicionamiento en planta, forma, orientación y selección de apoyos.

2. Generación de superﬁcie base (forma a 3. Extrusión de los bordes de triangulación para generar los pliegues estructurales. compresión).

4. Desplazamiento de centros hacia el exterior en respuesta a la orientación del viento a captar.

6. Generación de costillas entre vértices de 5. Desplazamiento de centros hacia el interior en respuesta a las zonas donde se triángulos y puntos desplazados. requiere luz indirecta.

7. Caras exteriores: cerramiento de caras orientadas hacia el sur (rojo) y grado de exposición de caras a abrir.

8. Caras interiores: cerramiento de caras 9. Apertura de caras en relación a la expopara orientar viento este (rojo) y grado de sición solar. exposición de caras a abrir.

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3_Desarrollo - Definición de Variables

Tamaño de los triangulos de la superﬁcie Varian en base a la deformación de la superﬁcie

Proporción de los triangulos de la superﬁcie Varian en base a la deformación de la superﬁcie

Altura de las placas triangulares Las exteriores (superiores) varian en base al viento, subiendo para captarlo. Las interiores (inferiores) varian en base al interior.

Placas cerradas Varian en base a la relacion con el viento. Las que reciben el viento de manera perpendicular se cierran, dejando las demás abiertas.

Apertura de placas triangulares Varian en base a la exposicion solar que reciben en un periodo de 24hs.

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3_Desarrollo - Variaciones/Tablas de Variación

Variacion de altura de vertices interiores

Variacion de altura de vertices exteriores

Exterior: +1 / Interior: +1

Exterior: +2 / Interior: +1

Exterior: +3/ Interior: +1

Exterior: +4/ Interior: +1

Exterior: +1 / Interior: +2

Exterior: +2 / Interior: +2

Exterior: +3 / Interior: +2

Exterior: +4 / Interior: +2

Exterior: +1 / Interior: +3

Exterior: +2/ Interior: +3

Exterior: +3 / Interior: +3

Exterior: +4 / Interior: +3

Exterior: +1 / Interior: +4

Exterior: +2/ Interior: +4

Exterior: +3 / Interior: +4

Exterior: +4 / Interior: +4

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3_Desarrollo - Variaciones/Tablas de Variación

Variacion de apertura

Variacion de llenos en placas

3 caras abiertas Rango de apertura 0,7-0,9

2 caras abiertas / 1 cerrada Rango de apertura 0,7-0,9

1 cara abierta / 2 cerradas Rango de apertura 0,7-0,9

3 caras cerradas

3 caras abiertas Rango de apertura 0,5-0,9

2 caras abiertas / 1 cerrada Rango de apertura 0,5-0,9

1 cara abierta / 2 cerradas Rango de apertura 0,5-0,9

3 caras cerradas

3 caras abiertas Rango de apertura 0,3-0,7

2 caras abiertas / 1 cerrada Rango de apertura 0,3-0,7

1 cara abierta / 2 cerradas Rango de apertura 0,3-0,7

3 caras cerradas

3 caras abiertas Rango de apertura 0,3-0,5

2 caras abiertas / 1 cerrada Rango de apertura 0,3-0,5

1 cara abierta / 2 cerradas

3 caras cerradas

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3_Desarrollo - Variaciones de altura superior de la pieza

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3_Desarrollo - Variaciones de altura inferior de la pieza

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3_Desarrollo - Variaciones en cerramiento superior en función a orientación y vientos

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3_Desarrollo - Variaciones en cerramiento inferior en función a orientación y vientos

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3_Desarrollo - Variacion de una superficie compleja (puntos de apoyo) Variacion de una superﬁcie compleja, a partir de la modiﬁcación de apoyos

Grilla en planta y apoyos

4 apoyos puntuales en esquinas

4 apoyos puntuales en esquinas y lineal central

Estructura triangulada de superﬁcie resultante

superﬁcie abierta simple

superﬁcie abierta de doble curvatura

Grilla en planta y apoyos

3 apoyos puntuales en esquinas y lineal central

apoyo lineal de borde y lineal central

Estructura triangulada de superﬁcie resultante

Superﬁcie abierta de doble curvatura

Superﬁcie cerrada de doble curvatura

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3_Desarrollo - Respuesta del conjunto a vientos predominantes Adaptación a los cambios de dirección del viento

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3_Desarrollo - Sombras generadas a lo largo del día

Iluminacion con sol de amanecer

Iluminacion con sol de mañana

Iluminacion con sol de tarde

Iluminacion con sol de atardecer

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3_Desarrollo - Variaciones del conjunto en respuesta a la orientación

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3_Desarrollo - Variaciones de rango de apertura de caras en conjunto

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3_Desarrollo - Variaciones de rango de altura de caras superiores en conjunto

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4_Proliferaciones - Crecimiento lineal y entramado Proliferacion de la superﬁcie a partir de una superﬁcie generica X

Proliferacion Lineal en X

Prolif. sobre un lado

Prolif. alterna sobre dif. lados

Estructura de sup. resultante

Prolif. continua sobre un lado

Proliferacion Lineal en Y

Planta Tipo

Grilla en planta y apoyos

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4_Proliferaciones - Crecimiento radial y concéntrico Proliferacion de la superﬁcie a partir de una superﬁcie generica

Grilla en planta y apoyos

Estructura de sup. resultante

Proliferacion Radial

Proliferacion Concéntrica

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5_Fabricación de modelos - Pieza genérica

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5_Fabricación de modelos - Pieza genérica

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5_Fabricación de modelos - Ubicación del prototipo

Viento Este / captar

Planta de superﬁcie generadora Viento Sur / evitar

Perspectiva de superﬁcie generadora

Perspectiva de celdas de triangulacion de la superﬁcie

Celdas con costillas reactivas al viento

Placas reactivas a la luz y el viento

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5_Fabricación de modelos - Prototipo

Vista lateral

Vista frontal

Perspectiva

Planta

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5_Fabricación de modelos - Armado de maqueta

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5_Fabricación de modelos - Armado de maqueta

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5_Fabricación de modelos - Armado de maqueta

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5_Fabricación de modelos - Maqueta final

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5_Fabricación de modelos - Maqueta final

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5_Fabricación de modelos - Maqueta final

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5_Fabricación de modelos - Maqueta final

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5_Fabricación de modelos - Maqueta final

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7_Especulaciones - Adaptaciones ambientales

Refugio en clima Frio - Mayor recepción solar - Mayor proteccion contra vientos

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7_Especulaciones - Adaptaciones ambientales

Refugio en clima Frio - Mayor recepción solar - Mayor proteccion contra vientos

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7_Especulaciones - Adaptaciones ambientales

Refugio en clima Frio - Mayor recepción solar - Mayor proteccion contra vientos

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7_Especulaciones - Adaptaciones ambientales

Refugio en clima Frio - Mayor recepción solar - Mayor proteccion contra vientos

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7_Especulaciones - Adaptaciones ambientales

Refugio Lunar - Mayor proteccion contra la luz solar directa - Captacion de luz indirecta - Mayor proteccion contra vientos de tormentas

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7_Especulaciones - Adaptaciones ambientales

Refugio desértico - Protección de tormentas de arena - Protección del sol

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