CIE / ITKE Investigación Pabellón de la Universidad de Stuttgart

El proyecto explora la transferencia arquitectónica de principios biológicos de la morfología de la placa del erizo de mar, por medio del diseño de computadora y métodos de simulación, junto con los métodos de fabricación controlada por computadora para su ejecutar su construcción. Una innovación particular consiste en la posibilidad de extender efectivamente los principios reconocidos en biónica y el rendimiento en relación de geometrías diferentes a través de procesos computacionales, lo que se demuestra por el hecho de la morfología compleja del pabellón que podría ser construido exclusivamente con hojas extremadamente delgadas de madera contrachapada (6.5mm).



El proyecto tiene como objetivo principal la integración de la capacidad performativa de las estructuras biológicas en el diseño arquitectónico y probando los resultados espaciales de los sistemas estructurales del material a gran escala. El foco se estableció en el desarrollo de un sistema modular que permite un alto grado de adaptabilidad y rendimiento, debido a la diferenciación geométrica de sus componentes y la fabricación robótica de sus articulaciones.



Durante el análisis de las diferentes estructuras biológicas, la morfología del esqueleto de la placa del “dólar de arena”, una sub-especie del erizo de mar Echinoidea, se convirtió en un interés partículas y, subsecuentemente proveyó los principios básicos de la estructura biónica que se realizó.



La cáscara del “dólar de arena”, es un sistema modular de placas poligonales, que están unidas entre sí, en los bordes por las articulaciones, como protuberancias de calcita. Una gran capacidad de carga se logra por la particular disposición geométrica de las placas y su sistema de unión. Por lo tanto, el “dólar de arena” sirve como modelo más apropiado para depósitos que estén construidos con elementos prefabricados. Del mismo modo, las articulaciones tradicionales típicas usadas en carpintería como elementos de conexión, pueden ser vistas como el equivalente de las protuberancias de calcita del “dólar de arena”.



Siguiendo el análisis del “dólar de arena”, la morfología de la estructura de su placa fue integrada en el diseño del pabellón. Tres placas antiguas se encuentran en un solo punto, un principio que permite la transmisión de fuerzas normales y compartidas, pero no de momentos de flexión entre las juntas, resultando así en una estructura flexiblemente resistente pero no en una estructura deformable.



A diferencia de la construcción tradicional ligera, que sólo puede aplicarse a las formas de carga optimizadas, este nuevo principio de diseño puede aplicarse a un amplio rango de la geometría a medida. El alto potencial de peso ligero de este enfoque es evidente, ya que el pabellón podría construirse a partir de hojas de madera con 6.5mm de grosor, a pesar de su considerable tamaño. Por lo que aún es necesario anclarse al suelo para resistir las cargas de succión del viento.
Además de los principios constructivos y organizacionales, otras propiedades fundamentales de las estructuras biológicas se aplican en el proceso de diseño computacional del objeto:



Heterogeneidad: El tamaño de la célula no es constante, pero se adapta a la curvatura local y sus discontinuidades. En las áreas de pequeña curvatura las células centrales miden más de 2m de alto, mientras que en el extremo estas sólo llegan a medio metro.
Anisotropía: El pabellón es una estructura direccional, las células se extienden y se orientan de acuerdo a las tensiones mecánicas.



Jerarquía: El pabellón está organizado como una estructura jerárquica de dos niveles. En el primer nivel las articulaciones de las hojas de madera están pegadas entre sí para formar una célula. En el segundo nivel jerárquico, una conexión simple con tornillos une las células en conjunto, permitiendo el montaje y desmontaje del pabellón. Dentro de cada nivel jerárquico sólo 3 placas (de 3 cantos respectivamente) cumplen exclusivamente en un punto, por lo tanto, aseguran los bordes flexibles para ambos niveles.



Un requisito para el diseño, desarrollo y realización de la compleja morfología del pabellón, es un circuito cerrado, la información digital entre el modelo del proyecto, las simulaciones de elementos finitos y el control de la computadora mecánica numérica. Encontrar la forma y el diseño estructural está estrechamente interrelacionado. Un programa de intercambio de datos optimizados, hizo posible leer varias veces la compleja geometría en un programa de elementos finitos para analizar y modificar puntos críticos del modelo. Al mismo tiempo, las juntas pegadas y atornilladas fueron probadas experimentalmente y los resultados incluyeron los cálculos estructurales.



Las placas y articulaciones de cada célula fueron producidas con un sistema de fabricación robótica de la universidad. El empleo de las rutinas programadas personalizando el modelo computacional, sirvió de base para la generación automática del código d máquina (NC-Code) para el control de un robot industrial de 7 ejes. Esto permitió la producción económica de más de 850 componentes diferentes, así como de más de 100,000 articulaciones libremente dispuestas en el espacio. Siguiendo la producción robótica, los paneles de contrachapado se unieron para formar las células.



El ensamble de los módulos prefabricados se llevó a cabo en el campus de la ciudad de la Universidad de Stuttgart. Todo el diseño, investigación, fabricación y trabajo de construcción se llevó a cabo conjuntamente por los estudiantes e investigadores de la facultad.







Proyecto: Pabellón de Investigación de la Universidad de Stuttgart
Arquitecto: Institute for Computational Design (ICD) / Institute of Building Structures and Structural Design (ITKE)
Ubicación: Stutgart, Alemania

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