Form finding (Búsqueda de la forma para la estructura)

5/28/2018 Form finding (Bsqueda de la forma para la estructura)

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FORM FINDING Y FABRICACIN DIGITAL EN

HORMIGN ARMADOMSTER UNIVERSITARIO DE TECNOLOGA EN LA ARQUITECTURA. UNIVERSITAT POLITCNICA DE CATALUNYA.

JORDI SOLER SOL. BARCELONA, SEPTIEMBRE DE 2013.


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Form Findingy Fabricacin Digital en Hormign Armado

Jordi Soler Sol

Mster Universitario de Tecnologa en la Arquitectura(UPC) [email protected]

Jaume Avellaneda i Daz Grande

Mster Universitario de Tecnologa en la Arquitectura(UPC) [email protected]

RESUMEN

Este trabajo parte de la obra de actores como Antoni Gaud,Eduardo Torroja, Flix Candela o Frei Otto que, desde la buenacomprensin de la relacin que existe entre Forma y comporta-miento ptimo, forjaron la base terica de lo que ahora conoce-mos como el Form-Finding.

El hormign armado, al que por su condicin liquida se le recono-ci la capacidad de construir Formas Libres, ha sido un material

protagonista en sta aventura. Sin embargo, la necesidad del enco-frado ha supuesto tal lastre, que hoy en da, todava no superadoeste hndicap, se tiende a otras tecnologas para la construccin deestructuras ligeras. Aun as, hemos seguido confiando en suscapacidades para la construccin de algunos de los edificios msaltos hasta ahora levantados, por lo que todo apunta a que ste noes ni mucho menos un material ya obsoleto para las estructuras dealto rendimiento.

El presente documento pretende explorar, centrando la atencin enel hormign armado, cmo la aventura de encontrar la Forma ha

evolucionado hasta nuestros das, y cmo hoy, con las tecnologasde las que disponemos, podemos construir segn stos mismos

principios.

En un primer bloque se expondrn y se pondrn en relacin losmtodos para obtener la Forma ptima, desde los primeros apara-tos analgicos hasta las ya ms avanzadas tcnicas computaciona-

les, dirigidos o no a la construccin en hormign armado, pero quepuedan ser de aplicacin en ste material.

En un segundo bloque, se pretende establecer, a partir del anlisisde casos prcticos que estn relacionados o no con el Form Fin-ding, un estado del arte de las tecnologas de construccin enhormign armado, desde los mtodos CAD-CAM aplicados a laconfeccin del encofrado, hasta las propuestas ms experimentalesde impresin 3D a gran escala, que puedan ser de aplicacin parala ejecucin industrializada y eficiente de las Formas Libres atravs de las cuales se expresa lo ptimo.

PALABRAS CLAVE

3D Concrete Printing, CAD-CAM, CNC, Diseo Paramtrico,Encofrado, Fabricacin Digital, Forma Libre, Form-Finding,Hormign Armado, Modelo Industrial, Optimizacin.


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NDICECAPTULO 1. INTRODUCCIN................................................................................................................................... 5

CAPTULO 2. ENCONTRAR LA FORMA.................................................................................................................... 9

2.1. ELGAUDPARAMTRICO.................................................... ...................................................... ........................... 11

2.2. GOMETRADESDEELANLISIS......................................................................................................................... 12

2.3. FREIOTTO.SINERGIAYFORMA................................................. ....................................................... ................. 13

2.4. DELANALGICOALDIGITAL............................................................................................................................. 16

2.5. ARQUITECTURADELASENVOLVENTES......................................................................................... ................ 18

2.6. PARAMETRICISMO.................................................................................. ....................................................... ........ 19

2.7. SINERGIAYFORMA2.0........................................................................... ....................................................... ........ 21

2.8. ALGORITMOGENTICOYMACHINELEARNING....................................................................................... 23

2.9. OPTIMIZACINEVOLUTIVAESTRUCTURAL................................................................................................. 25

CAPTULO 3. FABRICACIN DIGITAL Y HORMIGN ARMADO........................................................................... 29

3.1. LACADENADIGITAL.............................................................................................................................................. 30

3.2. C.A.M.YFORMASLIBRESENHORMIGNARMADO.......................................................... .......................... 31

3.3. ESTRATEGIA#1. AYUDASCAD-CAMALENCOFRADOCONVENCIONAL............................................... 32

3.4. ESTRATEGIA#2. ELENCOFRADOTEXTIL.......................................................... ............................................ 36

3.5. ESTRATEGIA#3. IMPRESION3DDEGRANESCALA...................................................................................... 39

CAPTULO 4. CONCLUSIONES FINALES................................................................................................................ 43

4.1. ELARMADO............................................................................................................................................................... 43

4.2. CUALESSERANLOSRETOSDELFUTURO?....................................................... ............................................ 44

4.3. FORMFOLLOWSWHAT?....................................................................................................................................... 46

CAPTULO 5. REFERENCIAS................................................................................................................................... . 49


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CAPTULO 1.

INTRODUCCINEste trabajo parte de mi admiracin hacia la obra del arqui-tecto mexicano Flix Candela. He tenido la suerte de poderviajar algunas veces a Mxico y conocer de la mano deldoctor arquitecto y apreciado amigo Jess de Len (profe-sor en la Universidad Autnoma de Mxico UNAM), algu-

nas de las obras que Candela dej en este pas. Es imposibleno sentir admiracin al contemplar la elegancia y la simpli-cidad de estas estructuras de hormign armado, finas losascurvas que con escasos 15 centmetros de espesor cubren deforma extraordinaria luces imposibles. Son estructuraslmite que expresan, desde la buena comprensin del mate-rial, la Forma de lo mnimo necesario. Y la prueba de que laForma no es fortuita est en que la gran mayora de estasestructuras han sobrevivido a los ah tan comunes terremo-tos -el ms devastador, el de 1985, lleg a 8.1 grados Rich-ter hundiendo gran parte de las construcciones del DistritoFederal-.

El xito de Candela y de su empresaCubiertas Ala se

debi, como lo expresaba el mismo arquitecto, a que con sutecnologa conseguan hacer ms que su competencia perocon mucho menos.

Efectivamente el uso de cubiertas ligeras de hormign,tecnologa que hered del que fue su profesor en Madridantes de su exilio, Eduardo Torroja, aplicadas a geometrasestructuralmente seguras como hizo de forma intensivacon el Paraboloide Hiperblico, le dieron a la empresa unaclara ventaja respecto a sus competidores permitindolerealizar durante los 20 aos de actividad una extenssimaobra que roza el millar de estructuras realizadas.

Eduardo Torroja y Flix Candela fueron actores clave en lacomprensin de un material relativamente joven, cuya pri-mera patente se atribuye a William Wilkinson en 1854 y alque en un principio no se le confiaba mayor capacidadestructural que a la madera.

[fig.01] Capilla de Nuestra Seora de la Soledad. Coyoacn,Mxico. Flix Candela, 1955.

[fig.02] Candela y veinticuatro obreros se balancean sobre unaestructura de Paraboloide Hiperblico, 1953.


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Igual que no es hasta mediados del XIX que el Palacio deCristal para la Gran Exposicin de Londres nos descubre lasposibilidades de unos materiales ya muy propios de una EraIndustrial como son el hierro y del vidrio -hasta ahora,recordemos la Biblioteca de Santa Genoveva, solo se haban

incorporado a la Arquitectura subordinados a las tecnolo-gas y al lenguaje anteriores a la Revolucin Industrial-, elhormign armado ser objeto de ensayo e evolucin hastaencontrar la Forma propia en la que el nuevo material seexpresa.

El Expresionismo vio en ste material que en su estadolquido es fcilmente manipulable la ventaja de poderle darcasi cualquier forma imaginada. No obstante, a esta granductilidad y libertad formal que el material ofreca le acom-paaba la necesidad de conformar un encofrado. La mayorde las veces, esta era la parte ms laboriosa de todo el pro-ceso por lo que en algunos casos -como lo fue la torre Eins-tein (Erich Mendelsohn. 1921. Potsdam, Alemania)- lacoherencia entre un nuevo lenguaje y la tcnica que le espropia se vio frustrada habiendo que recurrir a falsas estruc-turas de hormign a base de mampostera y revoco de ce-mento.

Pero no es desde la Arquitectura sino desde la Ingenieraque se establece un compromiso ms ntimo entre la nuevatecnologa y la Forma ptima en que esta se expresa. As escomo un siglo despus los ingenieros Erich Schelling yUlrich Finsterwalder incorporan a una arquitectura raciona-lista una cubierta suspendida de hormign mostrando consus 15cm. de espesor las posibilidades reales de este mate-rial y abriendo de esta manera una etapa de exploracin y

explotacin intensiva del hormign armado desde este ma-trimonio encontrado entre Forma y comportamiento estruc-tural.

Esta aventura parece encontrar su lmite escasos veinte aosms tarde con la pera de Sdney, en la que Utzon preten-de trasladar a la gran escala el potencial demostrado por elsistema de cscara de hormign armado, pero el proyecto se

ve paralizado durante ms de una dcada al juzgarse eco-nmicamente inviable realizar el encofrado de la estructuracon mtodos tradicionales. Finalmente es el equipo de OveArup que desbloquea la situacin. Se resuelve abandonar laforma libre de la cubierta original y buscar una nueva geo-

metra a base se secciones de esfera que se le aproxime.Solucin sta ms racional, permitiendo de este modo redu-cir su ejecucin a un nmero limitado de piezas prefabrica-das de hormign armado, ensambladas mecnicamente enla obra.

As pues lo que en un principio se le atribuyo al hormignarmado como una ventaja, el hecho de poder verter un ma-terial lquido en molde para lograr Formas Libres, se descu-bri al final como un gran hndicap respecto a otras tecno-logas.

De aqu surge pues la pregunta que intenta responder estetrabajo: Cmo, con las tecnologas de las que hoy dispo-nemos, podemos trabajar el hormign armado a partir deestos mismos principios de Forma ptima que la obra deFlix Candela nos sugera?

[fig.03] Goetheanum. Dornach, Suiza.Rudolf Steiner, 1923.


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[fig.04] Schwarzwaldhalle. Karlsruhe, Alemania.Erich Schelling; Ulrich Finsterwalder, 1953.

[fig.05] Casa de la pera de Sdney. Sdney, Australia.Jrn Utzon; Ove Arup, 1958-1973.


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CAPTULO 2.

ENCONTRAR LA FORMA

La imagen abajo [fig.06] es ilustrativa de como el buenentender de una tecnologa deriva, cuando sta trabaja allmite, en unas formas y no en otras. La catedral gtica tienela Forma que les corresponde. Nada falta y nada sobra.

El doctor arquitecto Jos Luis Gonzlez Moreno-Navarro(profesor de Historia de la Tecnologa en la UPC) suelejugar con sus alumnos plantendoles que tal vez estas cate-drales que hoy contemplamos con admiracin y a las queles reconocemos el mrito de haber sobreviviendo al pasodel tiempo, son stas y no las que han cado objeto de nues-tro elogio por el simple hecho de seguir ah.

Pero lo cierto es que el buen diseo de estas estructuras noes en absoluto aleatorio. Aunque la versin estndar es queestos maestros gticos se amparaban en la tradicin y en laexperiencia acumulada, defiende el doctor arquitecto San-tiago Huerta Fernndez (profesor de Historia de la Cons-truccin en la UPM), y as es aceptado entre la comunidadexperta, la hiptesis de que aunque no existan entoncesmtodos de clculo documentados los primeros manuscri-tos que se conservan pertenecen al Gtico tardo, s. XV yXVI -, s que existan reglas geomtricas para dimensionarlos muros, pilares y estribos de sus construcciones -elementos que concentraban el 85-90 % de la fbrica , con-sumiendo las bvedas slo el 10-15 % restante-.

Entendiendo la tecnologa como el esfuerzo que se hacepara evitar el esfuerzo por desgracia no recuerdo el autorde a mi parecer tan acertada definicin- , y considerandoque el esfuerzo repercute en un coste sino humano cuandola mano de obra es barata, por lo menos s en un coste mate-

rial, sin duda que en algunos casos la economa deba sertambin, junto a la esttica, un imperativo de suficientepeso como para merecer de recursos tecnolgicos ms es-crupulosos que la tradicin y la mera suerte a la hora deasegurar la buena construccin de stas estructuras.

[fig.06] Seccin Transversal de la Catedral de Chartres (Francia,11941260).Extracto de La Catedral Gtica. Otto Von Simson, 1982.


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La Revolucin Cientfica y despus la Revolucin Indus-trial representan un cambio importante de paradigma. Lainvencin de la imprenta y de la mquina de vapor se supo-ne como un gran catalizador hacia un mundo globalizado,donde las personas y la informacin viajan con rapidez y en

el que la tecnologa rompe las barreras de lo local y tras-ciende a un nivel mundial.

Un cada vez mayor control de la energa -del calor y de laelectricidad- repercute en un cada vez mayor control sobrela fuerza y sobre la materia.

Aparecen nuevos materiales, el hierro, el vidrio y ms ade-lante el hormign, que se imponen rpidamente a los mstradicionales. Las tecnologas cambian, evolucionan y sevuelven obsoletas antes incluso de verificarse despus queagotada su vida til.

As como en la era pre-industrial fue en la Arquitecturadonde se exhiba el poder tecnolgico -y por consiguiente lafuerza- de una civilizacin, en la Era Industrial raramente laArquitectura es protagonista en el desarrollo tecnolgico.Las construcciones emblemticas de la era industrial sonahora un expositor de los logros alcanzados por las estructu-ras de produccin industrial.

Sin embargo, en nuestro campo, el de la Arquitectura, de-bemos destacar el papel de ciertos agentes especialmenteactivos en el ejercicio de la investigacin tecnolgica -Gaud, Torroja, Candela, Fuller, Frei Otto, et al.- que reali-zaron un esfuerzo extraordinario para trasladar a la Arqui-tectura los avances tecnolgicos de la poca, que desde una

visin holstica asumieron nuevos retos y desde un prismacientficoque no puramente expresionista- dieron Forma alas que deban de ser las arquitecturas de los nuevos tiem-pos.

Las catedrales ceden el trono a los estadios, a los aeropuer-tos y a los rascacielos pero el espritu de traspasar el lmitede lo posible permanece. Es en estas nuevas arquitecturas

singulares donde entran en crisis algunos de mtodos anal-ticos conocidos la esttica tradicional- teniendo que recu-rrir a nuevos modelos de clculo Anlisis de ElementosFinitos, Sistemas de Partculas, etc.- desarrollados en otroscamposla industria nabal, la aeronutica, y la automovils-

tica principalmente- y abrir de esta manera nuevas vas deensayo dentro de la Arquitectura.

Este trabajo pretende recoger algunas de las mltiples estra-tegias exploradas por estos autores para encontrar la Formaen que una tecnologa funciona de manera ptima. Desdelos arriba mencionados Gaud y Frei Otto, padres del ahoraconocido como Form Finding, -tambin OptimizacinTopolgica- hasta la adaptacin de los principios en los questos se basaban a los procesos tpicos de nuestra Era Digi-tal.

La invencin del bit de informacin ha sido el otro graninvento de la Revolucin Industrial. As como motor elc-trico marca el inicio de la Segunda Revolucin Industrial, lainvencin del chip supone la entrada a la Tercera Revolu-cin Industrial o Revolucin Digital. La cada vez mayorcapacidad de gestionar la informacin nos ha permitidosimular y anticipar con facilidad el comportamiento de lasconstrucciones que proyectamos. El chip ha cambiado lamanera como interactuamos Internet, el 2.0, la EconomaGlobal, etc.-, la manera como diseamosel CAD, la info-grafa, el Diseo Generativo, etc.- y la manera como produ-cimos Fabricacin Digital, Lean Manufacturing, MassCostumization, Open Source Hardware, etc-.

En este mundo cada vez ms digital, tecnologas como la

del acero, el vidrio o la madera se han adaptado al cambiocon notable xito. Parece que no es as con la tecnologa delhormign armado. Es por eso que vamos a centrar la aten-cin en este material, un peso pesado en el mundo de laconstruccin pero que parece que se est quedando atrs enla carrera de la Fabricacin Digital.


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2.1.EL GAUD PARAMTRICO Antoni Gaud fue quizs el primer arquitecto paramtricode la historia. El inters que demostr tener por la tecnolo-ga est presente en toda su obra, pero es sobre todo en suetapa ms tarda desde la Colonia Gell en adelante- queparece derivar su creacin hacia un enfoque menos expre-

sionista y asumir un mayor compromiso con la tcnicaconstructiva.

Frecuentemente, en su obra tarda podemos encontrar for-mas complejas, que aseguraban por geometra el buen com-portamiento de sus estructuras generalmente buscandoinscrito en ellas el arco y el trabajo a compresin-. Aspodemos encontrar arcos parablicos (Casa Batll, Pedre-ra), paraboloides hiperblicos (Cripta de colonia Gell)[fig.08], helicoides (escalera en la Sagrada Familia), hiper-boloides (Lucernarios SF), conoides sinusoidales (escuelasSF), etc. La mayora de ellas superficies complejas de doblecurvatura pero de relativa sencillez de ejecucin al ser todasellas superficies regladas.

Uno de los recursos ms llamativos de los que se sirvi fueel uso de modelos catenarios [fig.07]. Ya era conocido quela forma cercana a la parbola que adapta una cadena traba-jando a traccin pura, cuando invertida, permite el trabajo acompresin pura. Podemos encontrar aplicaciones de esteprincipio en algunas iglesias del alemn Heinrich Hbschpoco anteriores a la obra de Gaud, sin embargo, ste apliceste principio a modelos invertidos, combinados en las dosdirecciones de la horizontal, y que le permitieron adivinaren sistemas de gran complejidad cul era la Forma ptimapara alcanzar la mayor luz posible con un material a com-presin como es la piedra.

A pesar de la actitud mostrada por Gaud a la hora de incor-porar los ltimos avances tcnicos a sus arquitecturas, resul-ta curioso cmo, a pesar de ser un gran amigo de la familiaGell, ste no mostr el mismo inters por el hormignarmado, tecnologa a la que solo le reconoci la capacidadpara ejecutar formas libres con facilidad y que solo le con-fi la realizacin de los pinculos de la Sagrada Familia.

[fig.07] Maqueta Funicular pera la Iglesia de la Colonia Gell.Barcelona. Antoni Gaud; Joan Bertrn, 1898-1908.

[fig.08] Cripta de la Colonia Gell. Santa Coloma de Cervell.Barcelona. Antoni Gaud, 1898-1908.


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2.2.GOMETRA DESDE EL ANLISIS

Es de a mano de la Ingeniera donde se produce un mayorentendimiento de la tecnologa y un mayor avance en laexploracin de la Forma a partir de los nuevos materiales.

El suizo Robert Maillart y su concepcin de las estructurascomo un sistema integrado marcaron un camino que mu-chos ingenieros seguiran. Sus puentes rompieron la visinde las estructuras como un sistema que combinaba de mane-ra yuxtapuesta por un lado las cargas tiles la carretera y elpeso propio- y por otro lado la estructura para sostenerlas,sino que entendiendo estas dos partes como un todo inte-grado. Esto se traduca en puentes de extrema elegancia,lneas muy puras y gran economa de material.

Le siguieron de cerca otros ingenieros como Eduardo To-rroja o Pier Luigi Nervi, Candela, Eladio Dieste, que tam-

bin desde una visin analtica y de gran intuicin estructu-ral alcanzaron un dominio excepcional del hormign de-mostrndose el compromiso necesario entre material yForma.

R. Buckminster Fuller, aunque con una aproximacin msgeomtrica, centrndose en el acero y los sistemas de ba-rras, introduce al trabajo de los anteriores nuevos conceptoscomo Reciprocidad y Sinergia. Sistemas como el Tense-grity [fig.12] en los que la resolucin de la estructura no eslineal y jerrquica losa, biga, pilar- sino que los compo-nentes de la estructura actan todos sobre todos aaden alproblema una gran complejidad. Como la tensegridad, las

estrategias que Fuller bautiz como Energetic SynergeticGeometry(E.S.G.) usaban la geometra para crear sistemasestructurales que conseguan el mximo trabajo con el m-nimo material.

Frei Otto profundizar en la exploracin de las estructurasrecprocas recurriendo al uso de aparejos analgicos dise-ados con el fin de poder reproducir de manera controlada

procesos ya existentes en la naturaleza que implican siner-gias entre gran nmero de componentes. Aparejos que de-vuelven de manera casi inmediata una Forma ptima quede modo analtico seria infinitamente ms laborioso obte-ner.

[fig.09] Puente Salginatobel. Schiers, Suiza.Robert Maillart, 1930.

[fig.10] Hipdromo De La Zarzuela. Madrid.Eduardo Torroja, 1934-1941.

[fig.11] Fbrica Gatti. Roma, Italia.Pier Luigi Nervi; Carlo Cestelli Guidi, 1951.

[fig.12] Modelo de S.T.A.R.S. (Spherical Tensegrity AtmosphericResearch Station). Richard Buckminster Fuller, 1979.


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2.3.FREI OTTO. SINERGIA Y FORMA

Ya desde el principio de su carrera, a finales de los aoscuarenta, Frei Otto empieza a experimentar con modelos decadena suspendida para el anlisis y realizacin de estruc-

turas de bveda, extremamente extensas y ligeras.

Desde entonces, conjuntamente con el Instituto de Estructu-ras Ligeras de la Universidad de Stuttgart Trabajar en lareconstruccin de estructuras histricas de bveda para suanlisis y reparacin. Esta experiencia sentar las bases parala definicin de futuras construcciones de Grid Shells.

Estos experimentos incluyen una gran variedad de materia-les. Telas impregnadas de escayola, redes de cadena, mem-branas de goma, telas elsticas y soluciones de agua yjabn.

En 1996, junto a Bodo Rasch, arquitecto con el que trabajen el Instituto de Estructuras Ligeras, publicar FindingForm: Towards an Architecture of the Minimal , libro querecoge gran parte de lo explorado en esta aventura y desvelalos principios de la Forma ptima.

Aunque su obra se centra sobre todo en las estructuras tesa-das, estructuras en las que el elemento activo es el tensor ola membrana, trabajando a traccin pura, tambin explorarsistemas a flexo-compresin o a compresin pura.

A continuacin describimos algunos de ellos.

Superficies mnimas

Este es el mtodo que Frei Otto ms explotar para su obra.Para obtener la superficie mnima - aquella que cierra uncontorno dado con el menor rea posible- un modelo conuna estructura perimetral de hilo o de alambre rgido sesumerge en una solucin de agua y jabn. Al extraer el

aparejo del lquido, cerrando el contorno aparece la superfi-cie deseada [fig.13]. Las partculas de jabn se desplazanlibremente a travs de la membrana que ellas mismas for-man de manera que las tensiones a lo largo de toda ella sonconstantes.

Esto es especialmente til para la correcta definicin geo-mtrica de las estructuras tesadas. Cuando el permetro departida no es regular, resulta muy difcil adivinar cul debeser la Forma de la tienda para que la tela trabaje con ten-siones homogneas. Cuando no es as, la estructura se dela-ta mostrando pliegues y arrugas indeseadas en la lona.

Sistemas de catenaria invertida.

Como buen conocedor de la obra de Gaud, Frei Otto recu-perar algunos de los experimentos de cadena suspendidarealizados por el arquitecto cataln. En 1982, desde el Insti-

tuto de Estructuras Ligeras, trabajan en la reconstruccindel modelo para la Iglesia de la colonia Gell, ahora ex-puesto en el museo de la Sagrada Familia [fig.42].

En el Multihalle de Mannheim aplicara estos principiospara el que ser hasta el momento la mayor construccinexistente a compresin. Una Grid Shell cscara en celo-sa- de barras de madera que funciona a flexo-compresindurante el montaje y la manipulacin de estas correas y quetiende a funcionar a compresin pura cuando la estructuraest consolidada y la madera seca.

Aunque para el desarrollo de este proyecto ya pudieron

contar con la ayuda de ordenadores para el clculo estructu-ral, stos no disponan por el momento de la suficientepotencia de computacin para resolver tan complexos sis-temas estructurales por lo que se tuvo que volver al modeloanalgico para encontrar la Forma a construir [fig.15].

Realizar tambinaunque de forma excepcional- modelossuspendidos para hormign armado [fig.17]. Uno de stos

se desarrolla junto al grupo de arquitectos Christoph Ingen-hoven and Partner y en calidad de consultor para el proyec-to de ampliacin de la estacin de trenes de Stuttgart -por elmomento el proyecto est paralizado-.

[fig.13] Modelo de Superficie Mnima en Jabn para elTanzbrunnen. Frei Otto, 1957.

[fig.14] Tanzbrunnen. Colonia, Alemania.Frei Otto, 1957.


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Estructuras neumticas

Se recorta el permetro deseado en una plancha de maderacontrachapada o metacrilato, por ejemplo- y se sita pegadaa su cara inferior o atrapada entre esta y otra igualmenterecortada una membrana elstica, se vierte encima pasta deyeso y se espera a que sta solidifique. La forma obtenidaser muy parecida a la obtenida por el sistema de catenaria.Aunque podemos considerar vlido el procedimiento comoalternativa a la catenaria si esta no es posible. Hay que teneren cuenta que la forma obtenida no obedece al principio dela cadena suspendida, la forma es el resultado del equilibrioentre el empuje en todas direcciones del lquido y la tensinde la membrana por lo que el resultado debe de ser interpre-tado a conciencia. Un empuje excesivo puede provocarnosresultados indeseables efecto globo- que invertidos y so-metidos ahora a gravedad fuerza de componente nica-mente vertical- probablemente no trabajen como previsto.

[fig.15] Modelo Catenario para Multihalle de Mannheim.Frei Otto, 1973-1975.

[fig.16] Multihalle de Mannheim. Mannheim, Alemania.Frei Otto, 1973-1975.

[fig.17] Modelo Suspendido para la Nueva Estacin de Trenes deStuttgart. Stuttgart, Alemania.Christoph Ingenhoven and Partner; Frei Otto, 2000.

Estructuras ramificadas

Otra de las exploraciones que Frei Otto realiz -que aunqueprincipalmente dirigidas a estructura metlica, tambin deposible aplicacin al hormign armado- son las estructurasramificadas basadas en Sistemas de Trayectoria Mnima ode Mnimo Desviamiento (OptimizedPath Systems).

Como alternativa al sistema tpico de pilares en el que cadapunto de carga conecta directamente a un punto de descargasiguiendo el camino directo la vertical-, podemos estable-cer un sistema en que permitiendo una cierta desviacin,cierto conjunto de puntos compartan una va de descarga aun nico punto. Con esto conseguimos, aumentando lige-ramente la desviacin de la descarga de cada punto, reducirenormemente el circuito para el total de los puntos del gru-po y por consiguiente reducir enormemente el materialnecesario para construir la estructura que resuelva el pro-blema.

Para obtener este sistema de ramificacin, Frei Otto nospropone algunos mtodos.

Si clavamos en un cristal o metacrilato- un conjunto dealfileres [fig.18] a modo de puntos de carga y sumergimossus puntas en una solucin de agua y jabn hasta hacercontacto la superficie transparente de modo que no existaaire atrapado- al separarlos de nuevo el jabn describir elcamino mnimo que conecta estos puntos. El modo comocoloquemos estos puntos nos establecer una jerarqua uotra -debemos buscar la analoga con el sistema de puntosde carga y descarga del sistema que buscamos resolver-.

Otro modo de obtener una forma vlida es mediante hilosempapados [fig.19, 20]. Si colocamos entre dos planosencarados un conjunto de hilos a los que conferimos ciertacapacidad de tensin superficial, stos tendern a agruparsepara formar un conjunto ramificado. Dependiendo de sucapacidad elstica, de cuanta holgura les demos y de latensin propia del lquido que los empapa, el equilibrio de


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fuerzas nos dar un u otro resultado. El ptimo ser comodescribamos al principio- el que en su conjunto describa lamenor longitud del total de las ramas resultantes.

[fig.18,19,20] Optimized Path Systems y EstructurasRamificadas. Frei Otto; University Stuttgart, 1958-1964.

Frei Otto centr su atencin sobre todo en el desarrollo deestructuras ligeras y aunque muchos de sus procedimientosson tambin vlidos para el hormign armado, no existe ensu obra realizada ningn ejemplo de aplicacin directa coneste material.

Sin embargo algunos de estosprincipios de Form Findingexplicados, fueron explorados en paralelo por otros ingenie-ros como el italiano Sergio Musmeciquien haba trabajadocon Pier Luigi Nervi- o el suizo Heinz Isler.Musmeci experiment en varias ocasiones con telas flexi-bles como el neopreno [fig.21, 22] para el diseo de suspuentes. Una de sus obras ms significativas y un buenejemplo de aplicacin de stas tcnicas al hormign armadoes el Viaducto de Basento (Potenza, Italia, 1969).

Isler explor un gran nmero de variantes geomtricas deConcrete Shells obtenidas por la inversin de tejidos pe-sados endurecidos [fig.23, 24]. Uno de ellos fue reproduci-do intensivamente y a partir de un mismo encofrado- parala construccin de cubiertas para pistas deportivas.

[fig.21,22] Modelo Catenario y en Neopreno. Sergio Musmeci,1960s.

[fig.23,24] Modelos Catenarios en Tela y Hielo. Heinz Isler,1960s- 1980s.


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2.4.DEL ANALGICO AL DIGITAL

Explica la ley de Moore que el nmero de transistores capazde albergar un chip se duplica y su coste se divide a lamitad- cada dos aos.

Desde el primer ordenador de tarjetas perforadas el Atana-soff Berry Computer, en 1942-, pasando por la invencindel PCentre 1980 y 1984 los ordenadores IBM y Macin-tosh dieron el salto a los hogares-, hasta hoy, la ciencia dela computacin ha gozado de un ritmo de desarrollo vertigi-noso y sin precedentes en otros campos. La misma potenciade computacin utilizada en 1967 para la primera operacinApollo -sumando los recursos de computacin del MIT y dela NASA-, la llevamos muchos ahora en el bolsillo hacien-do funcionar nuestros Smartphone.

No obstante la computacin que ahora entendemos como

tradicionalla basada en el silicio- parece estar cerca de suslmites. La corriente elctrica, a escala nano, ya no es tandomesticable, el espacio hasta ahora continuo se comportacomo discreto y el electrn escapa de las paredes que loencierran por efecto tnel.

Ante ste panorama, la cienciay la industria- de la compu-tacin ya hace tiempo que estn haciendo sus deberes y noshablan de la computacin quntica como la tecnologa quejubilar al silicio. El chip cuntico promete un salto enormeen la potencia de computacin respecto a la computacintradicional pero, pronostica el Max-Planck Institute forQuantum Optics que, aunque ya tienen un dominio acepta-

ble del tomo, todava podemos esperar unos quince aoshasta poder hablar de ordenadores que funcionen con tecno-loga quntica real. Hasta el momento parece que el nano-tubo de carbono nos regala algo de tiempopues se trata deuna tecnologa compatible con la del silicio-.

Igual que el ordenador ha sido desde sus principios unaherramienta que se ha adivinado crucial para el desarrollo

de muchas ingenieras la aeroespacial, aeronutica, naval,automovilstica- , la Arquitectura aunque mucho por de-trs- ha visto en la computacin un buen aliado. Primerocomo herramienta de clculo estructural recordemos queen la pera de Sdney el uso de ordenadores fue decisivopara la resolucin de tan compleja estructura que, aunquede manera computarizada, sta consuma alrededor de 18horas de clculo- y luego progresivamente para incorporaral diseo geometras que de modo analgico seran muydifciles de gestionar.

SketchPad, proyecto del MIT al que podemos considerarcomo el primer sistema de CAD, fue la primera mquinaque permita introducir geometra de forma interactiva[fig.26]. Rpidamente, a estos modelos digitales les hemospodido asociar propiedades fsicas y simular su comporta-miento.

Se antoja casi premonitorio cmo el pabelln itinerante de

IBM nos anticipaba ya la relacin que desde entonces exis-tira entre Computacin y Arquitecturacomo tambin conel resto de nuestras actividades diarias-. Tan es as que en lafase de diseo del proyecto se incorpor el uso de compu-tacin para la simulacin de las condiciones lumnicasdentro del cuerpo transparente del pabelln [fig.27].

[fig.25] Trazado de una Spline en el Boeing Engineering Depart-ment antes de la definicin matemtica de De Casteljau (paraCitron) y de Pierre Bzier (para Renault) en 1959.

[fig.26] Programa SketchPad funcionando en el Ordenador Lin-coln TX-2. MIT, 1958.

[fig.27] Simulacin de las condiciones lumnicas para el PabellnItinerante de IBM. Renzo Piano, 1982-1984.


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Frei Otto no tardar en incorporar el CAD a su metodolo-ga. Los modelos analgicos para el Form Finding , aun-que nos proporcionan informacin fiable y no requieran detecnologas sofisticadas para su ensayo, s requieren demtodos muy sofisticados para su transcripcin geomtricaal papel.

Para capturar las formas realizadas en jabn, el equipo deOtto tuvo que recurrir a representaciones ortogonales de susmodelos mediante cmaras fotogrficas especiales [fig.28]o a instrumental propio como la que bautizaron como Cajade Luz. sta, una cmara estanca y con una atmosfera con-trolada aseguraba poder estabilizar la membrana de jabn eltiempo necesario para ser medida. Para lograr la representa-cin plana de esta estructura de jabn, y mediante una lenteespecial, se lograba con iluminacin artificial un haz de luzparalela y as proyectar el objeto contra un cristal para sucalco.

El clculo computacional permita definir matemticamenteestas mismas superficies mnimas obtenidas hasta entoncesde manera analgica adems de facilitar enormemente lagestin de la geometra obtenida. No obstante, Frei Otto noabandonara el modelo analgico como mtodo de partida,base para el modelo digital, e instrumento de verificacinde los resultados obtenidos por la va analtica.

[fig.28] Fotografiado de modelo estructural para el Estadio Olm-pico de Mnich. Frei Otto, 1972.

Un agente especialmente relevante -aunque con un enfoquecreativo totalmente distinto, tpico del deconstructivismo-es el arquitecto Frank Gehry. En el museo que proyectapara Vitra se da cuenta de la dificultad de representar lasformas que l imaginaba mediante el sistema tradicional derepresentacin en secciones ortogonales. A partir de estemomento incorpora a su trabajo instrumentos propios de laIngeniera aeronutica como el software CATIA, aplicacinCAD desarrollada desde 1977 por la constructora aeronu-tica francesa Avions Marcel Dassault y adquirido pocodespus por la americana Boeing para gestionar de manerantegra todo el diseo y construccin de sus aviones. Esto lepermite no tan solo poder gestionar de manera eficiente sutan compleja arquitectura [fig.31] sino poder ensayar sucomportamiento ante mltiples situaciones ambientales.

Bilbao fue especialmente relevante en la medida que esta-bleci un precedente importante en la incorporacin alejercicio de la Arquitectura de simulaciones complejas. La

atmsfera de la ciudad se advirti especialmente agresivacon la arquitectura propuesta del arquitecto por lo que fuenecesario comprobar la envolvente frente efectos de turbu-lencia por la accin de viento, frente al riesgo especial deerosin por impacto de partculas y frente a la oxidacin yalteracin del aspecto de la fachada metlica ante una at-mosfera tan hostil [fig.30].

[fig.29] Infografa para el Star-Wave Tent. Thuwal, Arabia Saud.Bodo Rasch; Frei Otto, 1991.

En esta lnea de accin, junto a Frank Gehry, tambin des-taca el trabajo de arquitectos como Norman Foster y msadelante Toyo Ito, que siempre de la mano de la ingenieray abalados por nombres tan notables como Ove Arup oMutsuro Sasaki- han establecido un referente en el uso delas tecnologas CAD-CAM y la incorporacin del que sernlas futuras herramientas BIM (Building Information Mode-ling) a la prctica comn de nuestro oficio.

[fig.30] Simulacin por CFD (Computational Fluid Dynamics) dela erosin por impacto de arena para el Museo Guggenheim deBilbao. Frank Gehry, 1997.

[fig.31] Modelo en CATIA para el Walt Disney Concert Hall, LosAngeles, EEUU. Frank Gehry, 2003.


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2.5.ARQUITECTURA DE LAS ENVOLVENTES

[fig.32] Ensayo de la respuesta aerodinmica de un avin en untnel de viento.

La cada vez mayor capacidad de clculo de los ordenadoresque ya hemos incorporado al oficio de la Arquitectura nosest permitiendo cargar a la geometra del modelo digital uncada vez mayor nmero de capas de informacin y de pro-piedades.

El banco de pruebas analgico desaparece en beneficio dela simulacin digital repercutiendo directamente en unahorro importante de medios y aumentando exponencial-mente las posibilidades de diseo respecto al proyectarsobre modelos fsicos.

Tanto el City Hall de Londres como la torre Swiss Re,ambas obras de Foster and Partners, son ejemplos muyilustrativos del potencial que implican estos mtodos para eldiseo de las envolventes. Ms all de poder anticipar confiabilidad las condiciones de asoleamiento y comportamien-to trmico del edificio proyectado, una cada vez mayorcapacidad de clculo nos permite integrar y as se hizo en

el City Hall [fig.33]- estos procesos en la fase de diseo ypoder ensayar cuantas veces se desee la Forma como ele-mento generador de proyecto.

La envolvente del auditorio del mismo proyecto se disepor el mismo proceso de aproximacin a la Forma ptimamediante el reiterado ensayo y anlisis [fig.34], con el finde controlar la buena dispersin del sonido reflejado y portanto conseguir la mejor acstica.

Por el mismo procedimiento, la torre Swiss Re fue objeto deconsecutivos ensayos para alcanzar la Forma que garantiza-ra el mejor comportamiento frente al empuje del viento.

Con el fin de evitar las tensiones que aparecen en las esqui-nas cuando un prisma es sometido a una presin de viento,Foster and Partners parti de varias geometra fusiformes[fig.35] que tras consecutivos ensayos fueron derivando a laque ser la forma final del edificio. Este proceso que demanera digital resulta razonablemente gil, hubiera impli-cado un esfuerzo enormemente mayor si se hubiera hechode manera analgica en un tnel de viento.

[fig.33] Simulacin del comportamiento trmico para el City Hallde Londres. Norman Foster, 1998-2002.

[fig.34] Simulacin acstica para el City Hall de Londres.Norman Foster, 1998-2002.

[fig.35] Ensayo de varios modelos digitales de partida para la torreSwiss Re. Norman Foster, 2001-2003.


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2.6.PARAMETRICISMO

[fig.36] Formaciones Hexagonales de Basalto en el GiantsCau-seway, Irlanda.

El uso del trmino paramtrico dentro del contexto deldiseo computacional surge y se populariza en la dcada delos setenta referido a la manera como poder representarcurvas complejas splines, NURBS- a travs de definicio-nes matemticas y variables manipulables denominadasparmetros.

El uso del trmino puede parecer desafortunado para algu-nos. A menudo se ha renegado del concepto ArquitecturaParamtrica alegando a que, entendiendo como as lo definela RAE que Parmetro es un Dato o factor que se tomacomo necesario para analizar o valorar una situacin. todaarquitectura es paramtrica en el sentido que parte de par-metrosambientales, geogrficos, de programa, etc.-.

Por supuesto que el uso del trmino no se refiere a que setengan en cuenta o no estos parmetros sino ms bien a quelo que lo distingue es que el actor no interviene directamen-te sobre la geometra sino sobre estos parmetros iniciales,

a travs de reglas geomtricas o algoritmos.

No es la mano alzada sino el conjunto de parmetros yreglas que genera la Forma. Y si se modifica alguno de losparmetros o alguna de las stas reglas, de manera autom-tica se regenera el objeto final.

As resulta que el proceso de diseo no es destructivoen elsentido de ejercicio lineal en que cada accin destruye elestado anterior de diseo- sino que permite revisar -o sim-plemente intervenir en- cualquier punto del proceso dediseo sin romper la cadena entera.

En ste sentido, si se quiere y se considera menos ambiguo,podemos sustituir el trmino paramtrico por generativo.

Los ejemplos ms tempranos que podemos encontrar sobrela aplicacin de stos procesos de definicin paramtrica enArquitectura son seguramente el Olympic Fish de FrankGhery y la ampliacin de la terminal de trenes de Waterloode Nicholas Grimshaw.

Ambos casos son ilustrativos de como mediante programa-cin, el diseo computacional nos permite realizar procesosgeomtricos de manera automatizada sobre un gran nmerode elementos diferentes pero de igual topologa como puntode partida.

El Olympic Fish consiste en una estructura formada pordos partes bien diferenciadas. La primera, el elemento re-presentativo, la abstraccin de un pez en forma de una pielen celosa siguiendo una superficie de doble curvatura. Lasegunda, una estructura ligera de elementos lineales que lasustenta.

Se trata de la primera obra en la que el equipo de FrankGehry recurre a un software con capacidad de trabajo para-mtrico como es CATIA [fig.37], en ste caso buscando lamanera de trabajar de manera gil e integrada la definiciny manipulacin de la superficie representativa del pez y ladefinicin paramtrica de su detalle constructivo.

La propuesta de Grimshaw para el proyecto de ampliacinde la estacin terminal de Waterloo tena como elementocaracterstico una cubierta ligera que encerraba en bvedalas cinco nuevas vas formando una superficie de FormaLibre y seccin irregular.

[fig.37] Modelo en CATIA para el Olympic Fish de Barcelona.Frank Gehry, 1992


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La planta estaba condicionada por el trazado de un patio devas existente en uno de los costados y el vial de la ciudadya consolidada del otro, representados ambos por curvasspliney por tanto de curvatura diferencial- .

Con el fin de resolver de manera conjunta y de forma para-

mtrica cada uno de los prticos que conforman la estructu-racada uno con una luz distinta- se estableci para todo elsistema la misma regla [fig.38]. Esto es para cada seccin,un prtico tri-articulado formado por la combinacin de dosarcos de circunferencia -uno por cada orientacin, el ladoeste ntegramente de vidrio- unidos en la cumbrera tangen-tes con el plano horizontal, y con radio y altura en funcinde la luz que se cubre en su seccin.

El conjunto de estos perfiles conforman una superficiecontinua en su definicin matemtica que para su construc-cin se resolvi de manera semidiscreta es decir por sec-ciones de curvatura simple- en su parte opaca y de manera

discreta es decir mediante el teselado de la superficie ori-ginal en elementos planos- en su parte vidriada.

[fig.38] Estacin de Waterloo. Londres, Reino Unido.Nicholas Grimshaw, 1993.

Lo que en un principio se utiliz como mtodo para resol-ver problemas geomtricos de manera automatizada todava vigente hoy, en el Aeropuerto Internacional deShenzen Bao'anpor, se recurre al mismo tipo de procedi-miento para resolver una estructura de aproximadamente400 mil elementos distintos [fig.39]- en una segunda etapa

se empieza a entender ya no nicamente como una manerade generar Forma desde la propia Forma sino una manerade generar Forma a partir de capas de informacin no rela-cionadas directamente con la geometra.

El Pabelln Dynaform, para BMW pretenda ser un espacioque comunicara al visitante la sensacin de dinamismo yvelocidad propios de sus automviles. La forma del pabe-lln surge de la solidificacin de la turbulencia obtenidamediante simulacin [fig.40]- que origina un automvil alcruzar el espacio del recinto de exposicin.

En la Bienal de Arquitectura de Venecia de 2008, Patrick

Schumacher, socio de Zaha Hadid Architects, defiende ensu Manifiesto Parametricista, el Parametricismo comoestilo, el parametricismo como un movimiento arquitect-nico ya consolidado y capaz de organizar y articular lacreciente complejidad de la sociedad post-fordista.

Aade que la sociedad de masas caracterizada por unossencillos y casi universales estndares de consumo ha evo-lucionado hacia la heterognea sociedad de la multitud ypropone el Parametricismo como estiloentendiendo comoestilo un programa de diseo e investigacin colectivo ycoherente con una estructura teortica comn- desde el quepoder dar respuesta al nuevo paradigma mediante una heu-

rstica ntegramente paramtrica.

En la base del parametricismo existe una manera de actuarinversa a la tradicional. Nuevos conceptos como script,down-up, emerger, iteracin, mutacin, evolucin, geno-tipo, fenotipo, se convierten en herramientas habituales enun estilo que ve en los procesos naturales de generar Formay al que hace constantes alusiones- la mejor referencia

para resolver los problemas de una sociedad cada vez msorgnica.

[fig.39] Aeropuerto Internacional de Shenzen Bao'anpor. China.Massimiliano and Doriana Fuksas, 2008-2015.

[fig.40] BMW Dynaform Pavilion. Frankfurt, Alemania.Bernhard Franken , 2001.

[fig.41] Extracto del Parametricist ManifestoPatrik Schumacher, 2008


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2.7.SINERGIA Y FORMA 2.0

[fig.42] Reconstruccin de la Maqueta Funicular de Antoni Gaudy Joan Bertrn para la Iglesia de la Colonia Gell.

[fig.43,44] ICD/ITKE Research Pavilion. Sttutgart, Alemania.Universidad de Sttutgart, 2011.

La geometra programada nos permite recrear, ahora en unmodelo digital, estos mismos procesos de Form Findingque desde Gaud hasta Frei Otto se realizaron de maneraanalgica. Sistemas geomtricos en los que a cada elemen-to se le puede atribuir un comportamiento fsico, en los quepodemos asignar a cada punto un conjunto de fuerzas y

vectores que nos desplacen la geometra, recalculando lanueva situacin en cada iteracin, hasta alcanzar el estadode equilibrio y reposo.

La capacidad de los mtodos analgicos para gestionar lascomplejas sinergias derivadas de la combinacin de fuerzasnaturales, ahora se nos ampla con la posibilidad de inventarnuevas fuerzas como igualar longitud, igualar rea, hacerplano, etc. -que extraamente podramos encontrar de mo-do literal en el mundo real, pero que en el mundo digitalpodemos definir con facilidad dando al parmetro deseadouna energa potencial que entre en sinergia con el sistema.

En este sentido, podemos existen algunas primeras expe-riencias como el ICD/ITKE 2011 Research Pavilion en losque se ha trasladado de manera casi literal [fig.43] los prin-cipios de Form Findingpropios de la generacin analgi-ca. En muchos de los casos se trata de ejercicios acadmi-cos de relativa sencillez en la estrategia pero de un indiscu-tible valor pedaggico.


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En una segunda etapa, y a otra escala mucho ms exigenteexisten otras experiencias en las que la estrategia definidacontempla estos mismos principios de equilibrio pero a unnivel mucho ms abstracto y sofisticado.

Vale la pena conocer el trabajo de la Ingeniera Ramboll

Computational Design para la resolucin de la fachada de laBiblioteca Presidencial de Astana. sta se plantea como unaestructura de malla triangular que define una superficiecontinua plegada alrededor del cuerpo principal de la Bi-blioteca en forma de cinta de Moebius.

Una malla regular implica un comportamiento no uniformea nivel estructural y eso implica o bien un sistema de sec-ciones variables o bien un sistema sobredimensionado. Lamalla deseada deba de ser la que permitiera mediante ele-mentos de igual seccin trabajar de la manera ms uniformeposible [fig.45].

La estrategia utilizada tiene que ver con algunas de lasexperiencias para resolver sistemas de ocupacin ya explo-radas anteriormente por Frei Otto en las que se utilizabancomo nodos boyas flotantes cargadas magnticamente.Ahora, sin embargo podemos curvar digitalmente la super-ficie de agua [fig.46] de manera que la tensin superficialque mantiene la partcula unida a la superficie ya no selimita al plano horizontal sino que se extiende a mltipleselementos -superficies o lneas curvas- que se combinan yse resuelven conjuntamente.

[fig.45,46] Estrategia de Optimizacin Estructural para la Biblio-teca Presidencial de Astana. Astana, Kazajistn.

BIG Architects; Ramboll Computational Design, 2009.


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2.8.ALGORITMO GENTICO Y MACHINELEARNING

[fig.47] Ejemplos de Endoesqueletos de diversos animales.

En los aos 70 surgi, de la mano de John Henry Holland,doctor en ciencias de la computacin de la Universidad deMichigan, la que sera una de las lneas ms prometedorasde la Inteligencia Artificial, la de los Algoritmo Genticos(GE). El mtodo, inspirado en los procesos evolutivosnaturales, se basa en la mutacin y seleccin de una pobla-

cin de individuos con el fin de resolver un problema espe-cfico.

El programa crea a partir de un genotipo inicial un conjuntode variantes que, segn un criterio establecido, se analiza-ran con el fin de encontrar a la que mejor se adapta. Segnla clase de algoritmo, el proceso puede ser ms o menoscomplejo. Desde el simple uso de la fuerza bruta de

computacin para la generacin y anlisis de un gran nme-ro de variantes hasta procesos en los cuales al anlisis yseleccin se les aades cierta intencin a modo de cmo secree que funciona la seleccin natural.

Explica Greg Lynn (profesor en la Universidad de ArtesAplicadas de Viena), uno de los padres del diseo generati-vo, el concepto de Algoritmo Gentico, a partir del ejemplodel pez martillo. ste, igual que muchas otras especies, noapareci fruto de la progresiva diferenciacin de sus prede-cesores, mutacin tras mutacin, hasta reconocerse comouna especie diferente. La versin ms aceptada dentro de labiologa evolutiva es que el pez martillo surgi de una solamutacin que le diferencio de sus antecesores por tener unamorfologa diferente a ellos. ste sobrevivi ya a partir del, se considera, se produjeron pequeas variacionesa basede consecutivas nuevas mutaciones- que permitieron a lanueva especie una cada vez mejor adaptacin al entorno.

El trabajo de Milos Dimcic para la optimizacin de mallasestructurales es ilustrativo de cmo estos mtodos nos pue-den ser tiles para encontrar geometras ms eficientes. Sutesis Structural Optimization and Design of Free FormGrid Shells Based On Genetic Algorithms demuestra comomediante el uso de Algoritmos Genticos, combinados conmtodos de anlisis estructural basados en Elementos Fini-

tos (FEM), podemos optimizar nuestras estructuras en unaparte muy significativapara la malla expuesta [fig.48], unadisminucin de los esfuerzos de hasta tres cuartas partes, obien del desplazamiento en la misma proporcin-.

[fig.48] Extracto de Structural Optimization and Design of FreeForm Grid Shells Based On Genetic Algorithms.Milos Dimcic, ITKE (Universidad de Stuttgart), 2011.


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Cuenta Ludger Hovestadt (profesor de Computer AidedArchitectural Design (CAAD) del Swiss Federal Institute ofTechnology) como se aplicaron tcnicas similares pararesolver la estructura de Herzog & De Meuron para elEstadio Olmpico de Pekn. sta, tal y como representadaen la imagen ganadora del concurso, no era una estructura

construible. Con el tipo de retcula propuesta, cuando ladistribucin de barras y agujeros era satisfactoria desde unode los frentes de la estructura (el mostrado en el render),desde el frente opuesto no lo era. Para encontrar la combi-nacin aleatoria de barras satisfactoria y que permitiera a lavez ser construible, se escribi un programa definiendoalgebraicamente las condiciones de diseo y composicin[fig.49] de manera de poder descartar todos los resultadosno vlidos obtenidos iteracin a iteracin durante variosdas de clculo y as obtener un conjunto de resultadosvlidos y construibles.

El trabajo de SANAA para la Zollverein School of Mana-

gement and Design en Alemania, nos demuestra como lacomputacin evolutiva puede aplicarse tambin en Arqui-tectura para la resolucin de problemas ms all del mbitoestructural. Los huecos de fachada se distribuyen libremen-te por la envolvente del edificio con el fin de lograr unascondiciones lumnicas especficas en su interior [fig.50].Como en el caso anterior el programa gestiona el total deresultados validos e invlidos dentro de los parmetrosestablecidos, en ambos casos asumiendo un amplio rangode aleatoriedad en el diseo.

[fig.49] Estadio Nacional de Pekn. Pekn, Repblica PopularChina. Herzog & De Meuron; Ove Arup and Partners, 2008.

[fig.50] Escuela de Gestin Empresarial y Diseo de Zollverein.Essen, Alemania. SANAA, 2006.

Extracto de Animated Building Performance SimulationK. Lagios, J. Niemasz & C.F. Reinhart (Universidad de Harvard),2010.


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2.9.OPTIMIZACIN EVOLUTIVA ESTRUC-TURAL

[fig.51] Ejemplo de Auto-Organizacin e Inteligencia Colectiva enun Enjambre de Hormigas.

Una de las aplicaciones de la computacin evolutiva y queha derivado en una disciplina muy especfica es la de laOptimizacin Evolutiva Estructural tambin conocidacomo Optimizacin Topolgica para no ser confundida conotras aplicaciones del mtodo descrito en el captulo tam-bin dentro del campo de las estructuras- . La tcnica desa-

rrollada en el RMIT durante la dcada de los 90 por losProfesores Mike Xie and Grant Steven, persigue la condi-cin de que para un estado de cargas, unas propiedadesmecnicas determinadas y unas condiciones de espacio yde galibo dadas, el material ineficiente se elimina resultan-do la Forma ptima [fig.52].

Segn la primera definicin del procedimiento, las partcu-las del sistema se eliminan tras consecutivas iteraciones yanlisis F.E.M. de los estados intermedios hasta lograr unsistema que funcionara uniformemente a compresin otraccin pura. Desde esta primera definicin hasta ahora, latcnica ha gozado de un notable desarrollo desde mltiples

nuevas estrategiassistemas de partculas que se desplazan,o que actan como autmatas autnomos modificando suestado segn el de sus partculas vecinas- o con la combi-nacin de los esfuerzos- pudindose trabajar ahora concompuestos de varios materiales y por lo tanto con ambosesfuerzosde traccin y compresin- combinados.

[fig.52] Ejemplo de Evolutionary Structural Optimization(ESO)para una biga biapoyada con una carga central.Professors Mike Xie; Grant Steven, 1992.

En el campo del diseo industrial, el mtodo est ya presen-te y de manera consolidada tanto para la optimizacin decomponentes mecnicos el chasis de los automviles,

fuselajes de avin- como para la definicin conceptual ypunto de partida para el diseo de nuevas piezas. Sin em-bargo, en el campo de la Arquitectura y de la Ingenieracivil, son todava muy pocos los ejemplos construidos.

Arata Isozaki, junto con el ingeniero Mutsuro Sasaki es

quizs el arquitecto que ms esfuerzos ha realizado paraincorporar y ensayar esta tecnologa en la Arquitectura. Yadesde tiempos tempranos en que el mtodo era todavarelativamente novedoso existen los primeros intentos como la propuesta para el concurso de la Nueva Estacin deFlorencia [fig.53]- de trasladarlo a la gran escala, pero no eshasta una dcada despus que el arquitecto construye suprimera estructura tal y como planteada inicialmente.

S que existe algn ejemplo realizado dentro de este pero-do, como el Akutagawa West Side Project [fig.54], un pe-queo ensayo con la participacin de la universidad deNagoia, pero realizado a una escala mucho ms modesta y

aplicado a procedimientos constructivos ya conocidos comoes un encofrado plano de hormign armado.

[fig.53] Concurso para la Nueva Estacin de Florencia. Florencia,Italia. Arata Isozaki; Mutsuro Sasaki, 2002.


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[fig.54] Akutagawa West Side Project. Osaka, Japn.Iijima Architects; Universidad de Nagoia, 2002-2005.

La estructura construida por Isozaki y Sasaki para el Centro

Nacional de Convenciones de Catar consiste en una granplataforma plana que hace de cubierta, soportada simtri-camente por dos subestructuras ramificadas idnticas[fig.55]. stas estn construidas por una doble piel metlica,la capa exterior, una representacin casi literal de la geome-tra obtenida del clculo, eso es una superficie continua,orgnica y de doble curvatura, y la interior, el alma estruc-tural, una representacin simplificada mediante elementosplanos.

En la mayora de los casos de aplicacin del mtodo porejemplo la solucin para el arranque de la estructura dehormign de la torre Burj Khalifa- existe un trabajo de

interpretacin y estilizacin del resultado obtenido paraque ste pueda ser construido. Tanto en la pequea escaladel diseo industrial como en la gran escala de la Arquitec-tura y la Ingeniera, la realizacin de las geometras librestpicas de la Optimizacin Topolgica es de difcil y costosaejecucin. El rango de variantes entre lo ptimo y lo estn-dar es amplsimo y la Forma final depender de una maneramuy ntima de las tecnologas implicadas en su fabricacin.

Aunque la propuesta formal de Isozaki parece ser la de larepresentacin literal del resultado obtenido por el mtodode Optimizacin Topolgica, en la realidad existe un es-fuerzo importante para refinar y estilizar la Forma tal comoresultado directo del clculo de optimizacin. Para poderofrecer la imagen orgnica deseada, no solo hubo que dis-

gregar la estructura en dos partes la representativa y laestructural- sino tambin hacer un esfuerzo para reducir almnimo el nmero de secciones con doble curvatura.

[fig.55,56] Centro Nacional de Convenciones de Catar. Doha,Catar. Arata Isozaki; Mutsuro Sasaki, 2011.

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[fig.57] Torre Burj Khalifa.Dubi, Emiratos rabes Unidos.SOM Architects, 2004-2010.


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CAPTULO 3.

FABRICACIN DIGITAL YHORMIGN ARMADO

Si el primer pilar de la Revolucin Digital era como se hadesarrollado en el captulo anterior- la capacidad de gestinde la informacin, el segundo es la Fabricacin Digital.

El invento del bit como sistema de lenguaje basado en lacorriente elctrica nos ha permitido no solamente controlar

con eficiencia la informacin sino tambin la fuerza. Lasmquinas de cmputo que primeramente se construyeronpara realizar operaciones de clculo, en una segunda etapanos sirvieron tambin para controlar el motor elctrico.

Uno de los primeros pasos que se dieron en esta direccinfue como proyecto de investigacin del MIT en la dcadade los 40. sta primera mquina de fresado operada porControl Numrico [fig.58] no estaba estrictamente conecta-da a un ordenador sino que funcionaba con informacinintroducida por bandas perforadas de manera que podarealizar un trabajo determinado idnticamente repetidasveces. No es hasta 1959 que la empresa Kearney & Trecker

lanza la primera mquina CNC -la Milwaukee-Matic-II[fig.59]- para uso comercial.

Aunque demostrado el gran potencial que ofrecan estasmquinas, su inclusin al sistema productivo no fue inme-diata. La necesidad de conocimientos especiales tan aleja-dos de los sistemas de fabricacin tradicionales, ms elhecho de que no existiera un lenguaje de programacinuniversal para su manipulacin se entendi en un primermomento como un hndicap importante.

Durante la dcada de los 60, la popularizacin de los micro-ordenadorespara nosotros, ahora, no tan micro- , la apari-cin del CAD y del G-Codelenguaje de Control Numricodesarrollado tambin por el MIT y reconocido como proto-colo universal-, dan a la nueva tecnologa el impulso quenecesitaba para su consolidacin.

La entrada de la tecnologa CNC ha cambiado desde enton-ces la manera como fabricamos. Empezando en la industriaaeronutica y del automvil, el uso del CAM (Computer

Aided Manufacturing) ha penetrado hasta nuestros hogaresla impresora es quizs el ejemplo ms paradigmtico deeste cambio- y puesto en crisis el viejo modelo Fordista.Como expresa Jess Anaya (Doctor Arquitecto y profesoren Universidad Politcnica de Madrid UPM), estamos enel camino en que costara lo mismo fabricar uno mil veces,

que fabricar mil veces uno

[fig.58] Recorte de Prensa sobre la 1 Mquina CNC. MIT, 1946

[fig.59] Milwaukee-Matic-II de Kearney & Trecker,1959.


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3.1.LA CADENA DIGITAL

En Arquitectura los primeros ensayos relevantes que serealizan en sta direccin proceden del mpetu innovadordel arquitecto Norman Foster.

La primera de las aventuras fue la construccin durante ladcada de los 80 del Banco de Shanghi en la que el equipode Foster asumi el reto de construir el cerramiento defachada con tecnologa CNC simplemente porque podanhacerlo. El cliente demandaba un edificio singular que fuerarepresentativo de su marca, y aunque aquello implicaba unsobrecoste en I+D, el presupuesto no fue un impedimento.

Las dos fachadas iguales que cierran la planta difana y eltecho acristalado del porche de acceso a la torre obedecan aun orden muy racional en el despiece, con prioridad en larepeticin de piezas iguales y ortogonales, de manera que lamayor dificultad no resida en la geometra sino en la adap-

tacin de las tecnologas CNC a los procesos tradicionalesde construccin.

En la construccin del London City Hall, se incorpora alensayo el factor geometra. Un proyecto desarrollado yamediante dibujo paramtrico en el que cada pieza de facha-da se repite solamente una vez puesto que el edificio essimtrico- pero que fallo como primera tentativa de estable-cer una Cadena Digital coherente es decir sin prdida deinformacin- a lo largo de todo el proyecto, desde el diseodel modelo digital al corte mecanizado de sus componentes.

El concepto de Cadena Digital se materializa por primera

vez en la construccin del Boeing 777, primer avin dise-ado y construido mediante CAD-CAM proyecto gestio-nado con CATIA- y sin la utilizacin de prototipos ni simu-laciones analgicas, demostrndose su impacto en una ma-yor productividad y menores costes.

La empresa suiza Schmidlin, responsable de la construccindel sistema de fachada, recuerda como a pesar de poderdisponer de herramientas CAD-CAM para la definicin deldetalle constructivo de cada mdulo de fachada cada unocompuesto por casi 200 elementos-, el trabajo de transcrip-cin de la geometra base, de cada uno de los 650 diferentes

paneles, desde el modelo digital hubo que realizarse demanera artesanalcon la perdida de informacin y de preci-sin que esto implica- por falta de un protocolo coherenteentre las dos partes, diseo y fabricacin.

En la construccin de la fachada para la torre Swiss Re,reparado ya el eslabn roto, se consigue establecer por finuna Cadena Digital totalmente operativa y extremamenteeficiente- para el diseo [fig.61] y construccin de formantegramente digital ya no solo de la fachada sino tambinde toda la estructura metlica del edificio [fig.62].

[fig.60] London City Hall. Londres, Regno Unido.Norman Foster, 1998-2002. [fig.61,62] Torre Swiss Re. Londres, Regno Unido.Norman Foster, 2001-2003.

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3.2.C.A.M. Y FORMAS LIBRES EN HORMI-GN ARMADO

Las tcnicas constructivas basadas en el corte son las quemejor se han adaptado a los sistemas de Fabricacin Digi-tal. Los metales y la madera, cuya manipulacin en la fabri-cacin tradicional se basa en la accin puntual de la herra-mienta de corte, fresado, doblado, etc.- sobre el material,son los que han admitido con mayor facilidad el cambio. Laherramienta que antes era gobernada por la mano humana,ahora, adaptada al cabezal de una maquina CNC, lo est porun conjunto de servos elctricos.

As tcnicas como el corte con lser, plasma, sierra radial,hilo de diamante, el fresado, el torneado, el punzonado, eldoblado de barras o de chapas metlicas, el doblado simplede vidrio, el martillado de planchas metlicas se han com-binado con facilidad con mquinas CNC que permiten consuma precisin desde el movimiento ms elemental en 2

ejes de una impresora o un plotter de corte, por ejemplo-hasta una libertad de movimiento en el espacio total en 6ejesde los tpicos brazos robticos tipo Kuka que ejecutanlas soldaduras en los chasis de nuestros coches-.

Las tcnicas existentes para la ejecucin de Formas Libres,sin embargo, no han tenido la misma suerte [fig.63]. Larealizacin de superficies continuas y de doble curvatura, yase trate de vidrio, chapa metlica o de hormign armado,implica la mayora de las veces la necesidad una matrizespecial, un molde o encofrado hecho a partir de otro mate-rial ms dcil, que sea capaz de transmitir la forma al mate-rial final.

El hndicap que supona el encofrado en historia ms tem-prana del hormign armado [fig.64], todava hoy no ha sidosuperado. El encofrado supone todava, cuando nos aparta-mos de lo estndar para la ejecucin de estas Formas Li-bres, la parte ms laboriosa del proceso de construccin.

ste captulo pretende recoger algunos casos de estudio quenos puedan facilitar herramientas y recursos para la cons-truccin eficiente en hormign armado de la Forma ptimaobjeto de este trabajo- cuando sta se expresa y as esnormalmente- como una Forma Libre.

Agrupadas en tres estrategias o lneas de aproximacindistintas, las experiencias analizadas, contemplan desde lastcnicas ms consolidadas a las que todava forman partedel campo ms experimental, que tengan relacin directa ono con los mtodos de Form Finding y Fabricacin Digi-tal o no, puedan ser aplicados como tal.

[fig.63] Extracto de Free Forms in Concrete. The fabrication offree-form concrete segments using fabric formwork.Rob Verhaegh, Universidad de Eindhoven, 2010.

[fig.64] Encofrado para el Restaurante Los Manantiales. Xochi-milco, Mxico. Flix Candela, 1958.


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3.3.ESTRATEGIA #1.AYUDAS CAD-CAM AL ENCOFRADOCONVENCIONAL

Despus de la experiencia adquirida en el proyecto del

parque Gringrin (Fukuoka, Japn, 2003-2005), el equipo deToyo Ito con la colaboracin de la ingeniera de MutsuroSasaki consigue con xito, en el Crematorio Meiso no Mori(Kakamigahara, Japn 2004-2006), la realizacin de unacascara de hormign armado con superficie de curvaturalibre, mediante procesos constructivos y costo racionales,consiguiendo en su acabado la continuidad y la suavidaddeseada [fig.67].

Igual que en el proyecto anterior, esta estructura de formalibre, topologa a la que Sasaki se refiere como Flux Struc-ture, se obtiene de la optimizacin por Anlisis Sensitivo una especie de Algoritmo Gentico- por la cual la formapropuesta por la mano del arquitecto se modifica buscandoun mejor comportamiento [fig.65].

[fig.65] Optimizacin Estructural mediante Anlisis SensitivoyF.E.M. para la cubierta del Crematorio Meiso no Mori.

Haciendo un uso intensivo de los recursos CAD-CAM, sefabric un encofrado especial donde el entablado maderacontrachapado [fig.68] se sostena sobre una malla de bigascurvas de madera, las primeras, en una direccin, cada 25cm y las segundas, en la otra direccin, cada metro. Lospilareselementos todos iguales, donde se concentraba la

mayor curvatura y, por contener los bajantes, tambin unamayor complejidad en el detalle constructivo- se soluciona-ron con un nico encofrado a modo de encajonado de ma-dera [fig.66]. Con todo esto se consigui una superficiecontinua, con una alta definicin en su curvatura y de tansolo 20cm de espesor.

[fig.66] Encofrado de pilares para el Crematorio Meiso no Mori.

[fig.67] Crematorio Meiso no Mori. Kakamigahara, Japn.Toyo Ito; Mutsuro Sasaki, 2004-2006.

[fig.68] Encofrado para el Crematorio Meiso no Mori.

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[fig.69,70] Sistema de encofrado para el Museo Mercedes Benz.Stuttgart, Alemania. UNStudio, 2001-2006.

Cabe destacar tambin el trabajo realizado por el equipo dearquitectura UNStudio junto a la empresa alemana de enco-frados PERI para la realizacin del Museo Mercedes Benzde Stuttgart, donde se demuestra el potencial de los recursosCAD-CAM, cuando combinados con los sistemas estndary muy industrializados de encofrado y andamiaje, para la

ejecucin de estructuras libres de mayor envergadura[fig.69].

El edificio se concibe como una gran rampa, una dobleespiral entrelazada que se eleva en varias plantas confor-mando un complejo sistema estructural de hormign arma-do donde apenas existe la lnea recta. Aqu el sistema estn-dar de encofrado se combina con el sistema abierto de lamadera mecanizada [fig.70] y admite con facilidad la in-corporacin de los mdulos volumtricos fabricados me-diante CAD-CAM.

Las herramientas de corte CNC nos permiten de una manera

relativamente sencilla y mediante tecnologas ya prctica-mente universales -como pudiera ser un plotter de corte dedos ejes- construir a partir de elementos planos como lamadera estructuras de geometra compleja como las de losencofrados que nos ocupan. Vale la pena fijarnos en elesfuerzo hecho por proyectos de investigacin como el de laUniversidad de Liechtenstein con la colaboracin delfabricante de Skateparks alemn Rudolph Concrete- paradar un paso ms en la democratizacin de estas tcnicas yexplorar las posibilidades de trabajar con un material tandcil y tan reciclable- como el cartn ondulado [fig.71]como soporte geomtrico para la construccin de superfi-cies de libre curvatura en su caso de hormign armado[fig.72], pero tambin posibles existen otras lneas deinvestigacin similares, desde el Swiss Block ResearchGroup de la Universidad de Zurich o del grupo australianoSupermanoeuvre, para la ejecucin de bveda catalana- enotros mtodos constructivos.

[fig.71,72] Patrones de corte para encofrado de Formas Libres encartn ondulado. Universidad de Liechtenstein, 2008


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Pese a todas las ayudas que el mecanizado pueda ofrecer alencofrado tradicional, el ejercicio de materializar por laaproximacin de una superficie de doble curvatura terica-mente contina a una superficie semidiscreta a base deelementos de curvatura simple unidos de manera no conti-nua- como es un entarimado de madera, sigue siendo un

trabajo un tanto laborioso. Con el afn de superar las limita-ciones del encofrado tradicional, mtodos alternativos comoel fresado de espumas de poliestireno y ceras de modeladoestn dando el salto a la gran escala y le estn ganandoprotagonismo a la madera cuando sta no puede responder alos imperativos de Forma en este trabajo explorados.

El proyecto de Frank Gehry para el complejo de oficinasNeuer Zollhof (Dsseldorf, 1996-1998) es un buen ejemplode cmo conciliar con xito un proceso constructivo alta-mente industrializado como es el del hormign armadoprefabricado con el concepto One of Kind es decir pro-duccin de piezas no estndar, nicas cada una-.

Un total de 1.355 paneles curvos de hormign armado,distintos todos, de 25 cm de espesor y con capacidad decarga [fig.74, 75], cierran la fachada conformando con elresto de la estructura un conjunto monoltico para cada unode los tres edificios el ms alto de 14 plantas-. Para fabri-car el molde para cada uno de ellos, la geometra de doblecurvatura generada a travs de CATIA se volcaba a unamaquina fresadora controlada por CNC que la esculpirasobre un bloque de XPS de alta densidad [fig.76]. El equipode Gehry y, otra vez, la empresa de encofrados PERI desta-can del proceso su alta eficiencia considerados desapareci-dos los problemas de simultaneidad propios del molde re-utilizable, adems del alto grado de eficiencia del materialutilizado puesto que las mermas tanto del hormign verti-do como del Foam utilizado, pues tanto el molde ya usadocomo la viruta del fresado permiten un fcil reciclaje parala elaboracin de nuevos moldes- son mnimas.

[fig.73] Neuer Zollhof, Dsseldorf, AlemaniaFrank Gehry, 1996-1998

[fig.74,75] Ensamblaje en obra de los paneles de hormign para elNeuer Zollhof.

[fig.76] Fabricacin de los paneles de hormign para el NeuerZollhof.

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Obras ms recientes como el Spencer Dock Bridge, delequipo Future Systems Architects y la ingeniera de OveArup -reconocido con el premio al mejor diseo estructuralpor el premio LEAF de 2009- o el Unikabeton Prototypeson representativas de como el uso del modelado sustracti-vo con espumas de alta densidad nos permite la materializa-

cin de formas con unas curvaturas tales [fig.78, 80] quecon los sistemas tradicionales nos resultaran imposibles.

El Unikabeton, proyecto del arquitecto A. Sndergaard y elingeniero P. Dobernowsky con la colaboracin de la AarhusSchool of Architecture pretende demostrar las bondades dela tecnologa CNC que cuando combinada con mtodos deOptimizacin Topolgica Estructural nos permite reducirenormemente el uso de material utilizado cuantificadosentre un 60 y un 70% del hormign utilizado para la cons-truccin del prototipo comparado con una estructura deigual tipologa pero construida por mtodos tradicionales-,esfuerzo que queda justificado no tan solo por el ahorro

econmico sino tambin por una reduccin en casi la mismaproporcin de las emisiones de CO2 derivadas de todo elproceso de construccin.

La correcta manipulacin de estas espumas, mediante finaspasadas en el fresado adems de la aplicacin de pinturas deEpoxi en la superficie en contacto con el vertido, nos permi-te ahora la construccin in-situ de estas estructuras de hor-mign armado de forma libre garantizando, cuando el mate-rial queda expuestoy as se demuestra en los dos ejemplosanteriores-, una resolucin geomtrica y una calidad en elacabado excelentes.

[fig.77] Puente Spencer Dock. Dublin, Irlanda.Future Systems Architects, 2009.

[fig.78] Encofrado para el Puente Spencer Dock.

[fig.79] Unikabeton Prototype. Aarhus, Dinamarca.A. Sndergaard; P. Dobernowsky, 2011.

[fig.80] Encofrado para el Unikabeton Prototype.


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3.4.ESTRATEGIA #2.EL ENCOFRADO TEXTIL

[fig.81] Estructura neumtica usada en las Airform House. LosAngeles, EEUU. Wallace Neff, 1940s

[fig.82] Turner House. Boulder Creek, EEUU.Lloyd Turner, 1960s.

Los trabajos realizados desde los tempranos aos 40 por elarquitecto Hollywoodiense Wallace Neff alrededor del usode estructuras neumticas como soporte para la construc-cin de cascaras ligeras de hormign armado suponen unpaso ms lejos en el esfuerzo de reducir los costes deriva-dos del encofrado al mnimo posible.

El sistema patentado por Wallace pretenda dar respuesta ala demanda de vivienda generada por el regreso de los sol-dados terminada la segunda Guerra Mundial y por el Baby Boom que se produjo despus, ofreciendo una alternativa

de construccin rpida y de bajo coste. El sistema de lasAirform House construidas a partir de 1946 de las cualesya solo se conserva una- substituye el molde de madera poruna estructura inflable en forma de cpula de 12 pies dealturahecha a partir de una tela de goma armada Goodyearpara globos aerostticos e hinchada a baja presin- sobre lacual se proyectaba hormign sin armaduras- [fig.81], unavez endurecido se retiraba el textil, se colocaba el aislantetrmico y finalmente se ejecuta una ltima capa exterior dehormign.

Ms adelante y sobre todo en la dcada de los 60, otrosarquitectos como el tambin americano Lloyd Turner o elaustraliano Dante N. Bini se incorporarn al camino abiertopor Wallace mejorando la primera patente y amplindola entamao y complejidad topolgica.

En las casas burbuja de Turner se lee perfectamente la rela-cin que existe entre ste sistema constructivo y el Form

Finding, relacin que el arquitecto expresa manifiestamen-te subrayando en sus diseos el analogismo que existe entrelas estructuras que forman las burbujas de jabn y la forma

propia de su solucin constructiva [fig.82].

Las cpulas que Dante N. Bini bautiz como Binishells seexplotaron intensivamente durante los aos 70 bajo la pro-mocin del ministerio de educacin australiano para laconstruccin de escuelas e instalaciones deportivas. Elconjunto de sistemas desarrollados y patentados por Bini -

alguno de ellos permite el montaje en menos de 2 horas deestructuras neumticas hemisfricas que podan llegar a los40 metros de dimetro- se construan segn los mismosprincipios que sus predecesores pero incluyendo ahora unaarmadura que su monta en horizontal [fig.83], y que juntocon el hormign ya vertido y confinado todo dentro una

doble membrana textil se alza mediante bombas neumti-cas de alta presin [fig.84], adquiriendo en pocas horas ysin ms operaciones su forma final que ms all de lasformas hemisfricas o toriesfricas, el sistema amplia ahoralas posibilidades a las Formas Libres- .

[fig.83,84] Preparacin y levantamiento de una Binishell.Dante N. Bini, 1960s

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Experimentos ms recientes, como son los realizados en elDepartamento de Estructuras Ligeras de la Universidad deManitova, exploran las posibilidades de los encofradostextiles para la construccin de estructuras ramificadas conhormign armado [fig.85].

Su investigacin parte de la dificultad que manifiestan de-tectar en los sistemas constructivos estndar de seccionesrectas y regulares para la construccin de estas estructurasramificadas de geometras por naturaleza no racionalistas-y de la base terica del Form Finding para la definicingeomtrica de sistemas estructurales que tiendan a la com-presin pura [fig.86]. Centrando la atencin en el desarrollode encofrados textiles para ramificadas inscribibles en unplanopues trabajar con ramificaciones en varios planos sevuelve ms complicado-, el sistema propuesto consiste eluso de una tela geotextil de polietileno como molde flexibleque atrapado en sus contornos por un panel de contrachapa-do [fig.87], tras el vertido del hormign se utiliz unhormign autocompactante, aunque el geotextil permite uncierto vibrado manual desde el exterior, adems de permitirtambin, por ser poroso, el escape del aire y el acceso deagua atrapados- adopta por la propia tensin del lquido laForma prevista.

Tanto por el discurso sobre la obtencin de la Forma comopor el sistema de ejecucin que recuerda casi literalmente alaparejos propuesto por Otto para explorar las formas de lasestructuras neumticas -explicado en el captulo dedicado alarquitecto- est claro que el sistema constructivo propuestopor el equipo canadiense tiene una relacin muy ntima conlos procesos naturales del Form Finding. Es tanto as que

ciertos fenmenos propios de estos procesos, como pueden

ser deformaciones no deseadas debido a las diferencias depresin por la columna de agua a lo largo de la seccin, nospueden jugar en contra del objetivo perseguido cuandoestos no se tienen en cuenta. As mismo, cabe tener presentey hay que ser escrupulosos en cmo interpretar los princi-pios del Form Finding- que la forma que adquiere por smisma la pieza encofrada no tiene que ser forzosamente la

Forma ptima para el sistema estructural. La forma queobtendremos tras el hormigonado obedece -adems de lasolucin al conjunto de tensiones- al patronaje con quehayamos confeccionado nuestro molde y esto sale del dise-o estructural, sea cual sea el mtodo que usemos, que hayque hacer previamente.

[fig.85] Prototipo de Estructura Ramificada. Manitova, Canad.Universidad de Manitova, 2010.

[fig.86] Modelo Catenario para Estructura Ramificada.

[fig.87] Encofrado Textil para Estructura Ramificada. Manitova,Canad. Universidad de Manitova, 2010.


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Otro enfoque diferente acerca de las capacidades que nosproporcionan los encofrados textiles nos lo ofrecen proyec-tos como el Fabric Formwork, desarollado por R. Verhaeghdesde la Universidad de Tecnologa de Eindhoven [fig.88],o el Adaptative Mould de la empresa danesa Adapa [fig.90].Ambos exploran desde dos estrategias diferentes la manera

de generar mediante deformacin controlada de lminastextiles flexibles las superficies de curvatura libre que laArquitectura demanda y que hasta ahora solo podamosrealizar con moldes desechables.

El primero de ellos parte de dividir la Forma Libre deseadaen secciones de superficie que se puedan reproducir me-diante la deformacin por tensin de una lmina elsticasegn un contorno determinado. La lmina tender a des-cribir una superficie mnima dentro del contorno fijadoadems de la posible deformacin que pueda infligir el pesodel hormign vertido en el molde, que quedara compensadosegn se desee mediante la presin de un lquido por el ladoopuesto de la membrana.

El segundo, consiste en la deformacin de la lmina elsticamediante el desplazamiento en vertical de ciertos puntos decontrol ligados a una superficie deformable. Una matriz depistones dispuestos debajo la lmina y en todo su contornopermite controlar de forma digital la curvatura resultante yaproximarla con gran precisin ayudndose de un lectorlser- a la geometra deseada.

El molde adaptativo de Adapa, a diferencia del anterior,parece no estar limitado a un solo estado de deformacinsino que admite una mayor libertad para reproducir curvatu-ras complejas, con varios valles y montes combinados en

una misma superficie [fig.89]. Por su naturaleza, el sistemaparece no tener lmite alguno en cuanto a su extensin, porlo que promete ser un sistema muy eficiente para realizartanto secciones curvas de tamao reducido paneles deGRC y otros composites, termoformados de plstico,vidrio, etc.- como moldes de mayores dimensiones para

elementos volumtricos piezas estructurales de hormignarmado-.

Aunque algunos de los sistemas textiles vistos no han sidodesarrollados desde estrategias de fabricacin digital, todosellos tienen la ventaja de ser fcilmente susceptibles de

mecanizacin, tanto en lo que se refiere al obtener digital-mente la Forma propia de las estructuras tensiles o neumti-cas como en la manera de obtener desde stas formas, obte-nidas digitalmente, patrones de corte para ser producidosmediante CNC.

[fig.88] Fabric Formwork. Eindhoven,Pases Bajos.Rob Verhaegh; Eindhoven University of Technology, 2010.

[fig.89] Forma Libre realizada por Secciones mediante TecnologaAdaptive Mould (Adapa)

[fig.90] Adaptive Mould Machine. Aalborg, Dinamarca.Adapa, 2010.

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3.5.ESTRATEGIA #3.IMPRESION 3D DE GRAN ESCALA

La primera impresora 3D fue creada por Charles W. Hull amediados de los aos 80. sta usaba una tcnica llamadaestreo-litografa (SLA) en la cual un lser se proyectabasobre la superficie de un lquido fotopolmero sensible alUV, trazando mediante CAD-CAM secciones consecutivasdel objeto a crear que al contacto solidificaban.

Durante ms de 30 aos, esta tecnologa primitiva de im-presin 3D, que era especialmente valorada para el prototi-pado rpido y para la fabricacin de prtesis medicas amedida pero que careca de suficiente rigidez como para lafabricacin de objetos tiles, ha ido evolucionado haciaotras dos tecnologas, el Sinterizado Selectivo Lser (SLS) -que se han acabado consolidando en la produccin indus-trial- y las de extrusin o Fused Deposition Modeling(FDM)mquinas de bajo coste dirigidas a sector domsti-

co-, amplindose enormemente sus campos de aplicacin.

[fig.91] Esquema de Funcionamiento de una Impresora 3D deSinterizado Selectivo Lser (SLS).

Ahora ms all del prototipado rpido, podemos imprimirpiezas con capacidad mecnica en metales como el acero, elaluminio o el titanio; en plsticos como el PLA, el ABS,Metacrilato; podemos imprimir piezas de joyera en oro,plata; imprimir objetos comestibles en azcar, chocolate; yhasta se han conseguido imprimir tejidos vivos como vasos

sanguneos. El sector de la construccin no se ha mostradoindiferente a las posibilidades que ofrece la impresin 3D ydesde diferentes iniciativas est explorando la manera detrasladar stas tecnologas a la gran escala.

Inspirado en la impresin 3D por sinterizado [fig.91], D-Shape es la primera de stas iniciativas. Finalizado conxito en 2008, el sistema desarrollado por el italiano EnricoDini consiste en la inyeccin de una resina estructural sobresucesivas capas de arena de entre 5 y 10mm de espesor-dibujando, seccin a seccin [fig.93], de manera casi ininte-rrumpida y a un ritmo de entre 150 y 200mm en altura porda de trabajo, la estructura deseada.

Tras 24 horas de endurecido, se puede retirar la pieza[fig.92] del vaso de arena. El material resultante, segn losensayos, goza de unas propiedades mecnicas de compre-sin, traccin y flexin ligeramente superiores a las delcemento Portland. El arquitecto holands Janjaap Ruijs-senaars (Universe Architecture), que junto a la ingenieraArup pretende construir el primer edificio -la LandscapeHouse- con impresin 3D, reconoce en sta tecnologa lacapacidad de poder levantar una estructura impresa y auto-portante la cual nos puede servir de bastidor para insertarotro material resistenteunas barras de armadura o un hor-mign armado- que le confiera la capacidad estructuralnecesaria para su uso.

Una de las mayores ventajas de la impresin mediante pol-vo o arena es la de poder realizar casi cualquier geometra,con cuerpos volados por ejemplo, sin necesidad de soportesadicionales ya que es la propia arena sobrante la que man-tiene la parte impresa en su posicin. En contrapartida, elsistema tiene como hndicap la gran demanda de arena que

exige para formar todo el vaso contenedor por lo que elsistema parece quedar limitado a la fabricacin de partesinscribibles en este volumenhasta ahora de 3x3x3m- y notanto a la fabricacin de una estructura completa.

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Form finding (Búsqueda de la forma para la estructura)

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