ESTRUCTURAS PARAMÉTRICAS MEDIANTE TEJIDO TENSADO

En esta entrada al blog de diseño Parameterizing, se investigará las posibilidades que ofrece el tejido tensado para generar estructuras en base paramétrica. Se hablará del concepto del cual parten este tipo de estructuras, de cuales son los materiales óptimos de trabajo y los procesos que a estos acompañan. Para hacer más tangente la información que se está tratando , se incluirán tres casos de estudio, tres construcciones arquitectónicas que se han ideado con tejido tensado, utilizando las tecnologías de última generación más adecuadas para su ejecución, a nivel de software y producción.

El uso de estructuras tensadas está cada vez más extendido dada su ligereza y simplicidad. Ofrece múltiples posibilidades de crear formas complejas de acuerdo a las propuestas del diseño.

El término en inglés es tensile architecture y como  su nombre indica en su construcción se parte de membranas textiles formadas por una serie de fibras entrecruzadas  en las dos direcciones principales, que aportan las características mecánicas a la tela, y se recubren con resinas para protegerlas. Generalmente son estructuras ligeras que al ser tensadas adquieren rigidez y forma al ser sometidas a tracción.

7

Por regla general, se utilizan en superficies con grandes luces mediante el uso de elementos estructurales sencillos, en los que se sustenta la tela tensada como elemento de cierre.

Estas estructuras ya se empleaban en la antigüedad para construir pequeñas viviendas provisionales. Pero con el avance tecnológico en la elaboración de textiles, a partir de los años cincuenta del siglo XX el uso de estructuras arquitectónicas de tejido tensado empezó a concebirse para aplicaciones de mayor magnitud. Así mismo, existen diferentes tipos de estructuras tensadas empleadas en diversos tipos de edificios: aeropuertos (como el aeropuerto de Jeddah, ubicado en Arabia Saudita), estadios de fútbol, ruedos, plazas de toros, espacios de celebración de grandes eventos, circos y grandes almacenes.

Uno de los primeros en servirse de estos principios fue el arquitecto alemán Frei Otto, quien con sus estructuras tensadas  marcó un punto de inflexión en la historia de la arquitectura moderna, especialmente en el campo de la arquitectura textil.

3

4

MATERIALES

Las fibras utilizadas pueden ser de algodón, poliamida, poliéster, fibra de vidrio, aramida, PTFE (Politetrafluoroetileno o Teflón) o fibras de carbono. Las más utilizadas en
arquitectura textil son la fibra de poliéster y la fibra de vidrio.

Estas fibras se encuentran recubiertas por diferentes capas de resinas poliméricas cuya función es: proteger las fibras interiores contra posibles daños (UV, abrasión, atmosféricos), estabilizar la geometría de las fibras, permitir el sellado térmico entre diferentes telas y pintar la tela si fuese necesario. Las fibras utilizadas comúnmente son PVC, PTFE (teflón) y silicona.

A continuación se enumeran las diferentes características de las fibras más adecuados para trabajar con este tipo de estructuras:

Poliéster de PVC : es la opción de tela por defecto.

Vidrio de silicona: se trata de una tela translúcida que puede usarse en estructuras externas, para techos y para pantallas.

Vidrio PTFE: tiene mayor durabilidad. Se conoce como paño de vidrio y es un tejido fuerte para estructuras de mayor tamaño.

Hoja de ETFE: Es una tela inteligente que permite crear espacios ligeros, luminosos y aireados. Tiene el 1% del peso del vidrio y hasta un 95% de transmisión de la luz.

Tenara: este se usa para estructuras permanentes o retráctiles.

Vidrio de PVC: pensado para interiores y con excelentes propiedades acústicas. Idóneo para pantallas, persianas, velas o elementos de tela.

Tela elástica: se trata de una tela liviana para uso interno, por ello es perfecta para proyectos escultóricos o aquellos en lo que se requiera difusión de luz y reflejos.

PROCESOS DE DISEÑO

Actualmente junto a las nuevas tecnologías  en la ideación de este tipo de estructuras se deja de lado lápiz y papel, y se trabaja con softwares muy específicos que permiten visualizar al momento las diferentes posibilidades formales obtenidas a partir de determinados parámetros.

Si bien el programa en cuestión al que hacemos referencia es Rhinoceros. Para obtener estas formas paramétricas se trabaja con un sub-plugin llamado Kangaroo que se descarga posteriormente a tener instalado el plugin Grasshopper.

 

23

En la siguiente imágen vemos a groso modo la interfaz del programa, las herramientas, y como trabaja desde una visión global.

En internet podemos encontrar diversos videotutoriales explicativos sobre cómo trabajan estos programas, así como ejemplos prácticos para que nosotros mismos podamos experimentar con ellos.

Grasshopper + Kangaroo Tensile Membran Structure


CASO DE ESTUDIO #1

Nombre: Mathematics Gallery

Autor: Zaha Hadid Architects

Ubicación: Kensington, Londres SW7, Reino Unido

Año: 2016

Arquitectos a cargo: Zaha Hadid & Patrik Schumacher

Área:  913 m2

portada

Desde joven Zaha Hadid fue una apasionada de las matemáticas. Su interés por estas le condujo hasta la arquitectura y toda su obra está fuertemente influencia por ideas geométricas. Así pues el diseño de la galería explora “las muchas influencias de las matemáticas en nuestra vida cotidiana”. La exposición recoge más de 100 piezas procedentes del ámbito científico, de la ingeniería y de la tecnología, que cuentan la historia de las matemáticas desde el siglo XVII hasta la actualidad.

El conjunto de curvas crean un sinuoso espacio que queda potenciado por una suave iluminación púrpura.

El diseño está directamente inspirado en las ecuaciones de flujo de aire utilizado en la industria de la aviación. Por ello la pieza central de la galería es un avión de Handley Page, un avión experimental británico de 1929 con una envergadura de 12 metros, que se encuentra suspendido del techo.

ANIMACIÓN

2

2

Estudio de las variaciones de superficie 3D producidas por ecuación singular.

5

La estructura superior y el diseño curvo de la galería representan el flujo de aire alrededor del avión de Handley Page suspendido en su centro. Las ecuaciones de flujo de aire utilizadas en la industria de la aviación siguen siendo un área importante de la investigación matemática. De está manera cada curva, cada posición, queda justificada.

Desde el posicionamiento de las vitrinas, hasta los bancos “en su esencia, esta galería revela una rica historia cultural de la actividad humana que ha ayudado a transformar el mundo en los últimos cuatrocientos años”, comenta el Dr.David Rooney. 

‘’Apuntala muchos aspectos de nuestras vidas y nuestro trabajo, y esperamos que al reunir estas notables historias, personas y exposiciones, inspiré a los visitantes a pensar sobre el papel de las matemáticas bajo una nueva luz‘’.

8

54

En el siguiente vídeo además se observan como ponen a trabajar los parámetros que generan las formas curvas de la exposición.

ANIMACIÓN

El parametricismo se encuentra presente en una gran cantidad de obras del estudio de Zaha Hadid y prueba de ello es el siguiente video de Patrick Schumacher, actual director de la compañía, hablando sobre éste.

VÍDEO

La exposición se ha realizado con tejido plástico tensado sobre varillas de acero. La forma curva que adquieren las membranas la genera la tracción que sufre el material al ser tensado sobre el acero previamente curvado.

9

 

 

CASO DE ESTUDIO #2

Nombre: Pabellón de Investigación

Autor: ICD-ITKE Univeristy of Stuttgart

Ubicación: Univeristy of Stuttgart, Alemania

Año: 2014

Área: 50 m2

El proyecto forma parte de una serie de pabellones de investigación, diseñadas y construidas por alumnos e investigadores del Instituto de Diseño Computacional (ICD)  y del Instituto de Estructuras de la edificación y Diseño estructural (ITKE) de la Universidad de Stuttgart. En los diferentes pabellones se pretende mostrar al usuario los nuevos procesos tecnológicos: diseño e impresión 3D, construcción robótica, automatización,etc.. En todos los diseños de los pabellones intervienen bases paramétricas que dan resultado a estos espacios tan característicos en cuanto a su experiencia espacial.

1

El objetivo del proyecto fue desarrollar nuevos métodos de fabricación robótica para estructuras poliméricas de fibra reforzada para su posterior aplicación en un prototipo arquitectónico.

En cuanto al  concepto de diseño del pabellón, se centra en una investigación biomimética de principios funcionales de estructuras ligeras naturales y encuentra su resultado en el elitrono de un escarabajo. La morfología de los élitros se basa en una estructura de doble capa (trabéculas) fusionadas en su interior mediante fibras continuas.

2
Se han realizado estudios comparativos de varias especies de escarabajos voladores mediante la formación de modelos de alta resolución en 3D a través de una tomografía microcomputarizada para identificar los principios funcionales de las estructuras subyacentes.

Lo que se traduce en el proyecto en una técnica de enrollado para estructuras modulares compuestos de fibra de doble capa reduciendo el encofrado necesario mientras se dispone de una gran libertad geométrica para el diseño.

3

4

Los materiales elegidos para su construcción fueron los polímeros reforzados de vidrio y fibra de carbono debido a sus altas prestaciones, entre ellas la ligereza y la maleabilidad sin restricciones, que permiten poner en práctica geometrías complejas. La única desventaja de la utilización de este material en los métodos de fabricación convencionales es que actualmente no se han desarrollado procesos de fabricación eficientes con este tipo de material, ya que requieren encofrados extensivos y moldes complejos. Sin embargo, las investigaciones y los nuevos procesos de fabricación llevadas a cabo por ICD y ITKE permiten la construcción con fibra sin necesidad de moldes de superficies y encofrados costosos.

A través del desarrollo de un método de fabricación robótica a medida, de herramientas de diseño y simulación computacional, estos principios fueron integrados simultáneamente en el proceso de diseño y fueron trasladados a un pabellón de prototipo modular.

5Para la fabricación de los módulos geométricos de doble curvatura se ha desarrollado un método robótico de enrollado sin núcleo. Con la ayuda de dos robots industriales de 6 ejes se enrollan las fibras entre dos efectores de acero a medida. La geometría final emerge entre los dos marcos de los efectores mediante la interacción de las fibras tensadas linealmente y entre sí, lo que se traduce en una deformación recíproca.

9

6

El proceso de fabricación robótica incluye el enrollado de 6 capas individuales de fibra de vidrio y fibra de carbono. El orden del enrollado de la fibra en los efectores es decisivo y se consigue a través de una secuencia específica de bobinado de fibra que permite controlar la disposición de cada una de las fibras individualmente. Una primera capa de fibra de vidrio define la geometría de los elementos y sirve de encofrado para las capas posteriores de fibra de carbono que actúan como refuerzo estructural y varían individualmente por la disposición anisotrópica de las fibras.

El proceso de bobinado generado se transfiere a los robots y permite el enrollamiento automático de las 6 capas de fibra. Se trata de una parte importante del diseño computacional ya que las reciprocidades entre material, forma, estructura y fabricación se definen mediante este proceso. Hablamos de un proceso de fabricación muy eficiente ya que no hay residuos o piezas de corte.

En el siguiente vídeo podemos ver el desarrollo del diseño computacional por un integrante del equipo.

15

El pabellón de investigación cubre un área total de 50 m² y un volumen de 122 m³, con un peso de 593 kg. En total se han fabricado 36 elementos individuales. Cada uno de ellos tiene un diseño de fibra individual que se traduce en un sistema de soporte de carga eficiente. El elemento más grande tiene un diámetro de 2,6 m con un peso de sólo 24,1 kg.

Está instalado en el espacio público de la Universidad de Stuttgart y su complejidad espacial nos demuestra que los nuevos procesos tecnológicos que se desarrollan actualmente junto a un enfoque de investigación multidisciplinar pueden conducir a diseños inimaginables, construcciones ligeras, performativas y eficientes.

99

CASO DE ESTUDIO #3

Nombre: MOOM Tensegritic membrane structure

Autor: C+A coelacanth and associates

Año: 2011

Ubicación: Noda, Chiba, Japón

Director del proyecto: Kazuhiro Kojima

15338934481_a68a72ceb7_b

Kazuhiro Kojima, dirigió un equipo de 70 estudiantes de arquitectura en la Universidad de Ciencias de Tokio en el diseño y creación de una estructura experimental, liviana y portante para un pabellón temporal.

moom03

El volumen de 26 metros de largo, hasta 7,5 metros de ancho y 4,25 metros de altura es autoportante y está compuesto únicamente de dos componentes: nódulos metálicos y una piel delicada de poliéster elástico, de solo 0,7 mm de grosor.

La estructura ventilada se erigió en un día, utilizando un sistema tectónico de una membrana que se estira sobre tubos de aluminio que crean un sistema de tensegridad. Las 131 barras tienen varias longitudes y no se tocan, optando por crear una síntesis de la piel y la estructura a través de un sistema de fundas cosidas en las que se deslizan los módulos estructurales. La forma total pesa solo 600 kg, sin embargo, cubre una superficie de 146 m2. La membrana posee un factor de protección UV del 80%, pero permite que pase el 50% de la luz diurna, emitiendo una luz suavemente filtrada que crea una impresión espacial fascinante en el interior. A su vez cuando está iluminado artificialmente, el pabellón translúcido tiene la apariencia de una escultura iluminada. La relación del nódulo y la piel se invierte creando un patrón de costillas fracturadas. Las formas cóncavas y convexas creadas forman una superficie móvil, una etapa elusiva para una interacción animada de luz y sombra.

moom01

“MOOM” es un espacio experimental temporal que se realiza a partir de un nuevo tipo de estructura de membrana.
Es la primera estructura de membrana del mundo que utiliza el sistema de tensegridad, que combina miembros de compresión colocados discretamente y material de membrana extensible. Hasta ahora las estructuras de membrana siempre pertenecían a uno de los dos tipos siguientes: la estructura de bastidor autoportante o la estructura de membrana inflada con aire.

“MOOM” es diferente de aquellos sistemas. Los miembros de compresión se fijan a la membrana de forma independiente unos de otros, y al crear un arco insertando los extremos de la barra en tubos cortos en el suelo, emerge una estructura independiente.

“MOOM” tiene las siguientes características especiales:
Primero, es extremadamente liviano. En segundo lugar, cualquiera con la ayuda de alrededor de 40 personas puede crear fácilmente su propia estructura, utilizando solo tres elementos: material de membrana (con bolsillos para bastones), bastones, y cuerdas fijadas al suelo. En tercer lugar, no se dejan huellas después de la eliminación de la estructura.

El proceso de crear “MOOM” juntos crea una atmósfera festiva, que recuerda los comienzos de la arquitectura y la construcción colectiva.

PROCESO DE CONSTRUCCIÓN

moom04


Tras todo el proceso de investigación  y después de haber analizado los diferentes casos de estudio hemos llegado a la conclusión de que las nuevas tecnologías están acelerando y optimizando los procesos de diseño y construcción. Gracias al desarrollo de diferentes softwares se pueden diseñar y construir formas inimaginables, integradas en estructuras y materiales ligeras y eficientes, que están sustituyendo a las pesadas estructuras tradicionales.

Este tipo de estructuras transmiten un lenguaje matemático y paramétrico traducido en diferentes formas y dotan a cualquier diseño de fluidez y dinamismo. Las experiencias espaciales y visuales conseguidos son unicas.

Webgrafía:

Arquitectura textil

Architen Materials

Generación, manipulación y visualización de estructuras tensadas en tiempo real

Dezeen Mathematics Winton Gallery

Plataformaarquitectura Matemáticas   – La Galería Winton

Designboom Zaha Hadid Architects – Mathematics Gallery 

Sciencemuseum – Mathematics Winton Gallery

edition.cnn.com/style/article/zaha-hadid-stem-month

tensegritywiki.com/membrane

c-and-a.co

wewanttolearn.wordpress.com moom-tensegritic-membrane-structure-noda-by-kazuhiro-kojima

rethinkingbim.org

geneatcg.com icditke-research-pavilion-2015-16-development-implementation-demo

plataformaarquitectura.icd-itke-pabellon-de-investigacion-2013-14

dezeen.com.icd-itke-pavilion-beetle-shells-university-of-stuttgart

Equipo de trabajo: María Álvarez Mora |Susanna Mikaelyan |Elizabeth Carmona Sánchez

Anuncios

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s