CDT El último proyecto del Pabellón de Investigación ITECH plantea la pregunta: «¿Cómo puede la tecnología impulsar una integración equilibrada de los recursos naturales para avanzar en los sistemas arquitectónicos regenerativos?».
Fuente: Archello
La forma única del pabellón demuestra un enfoque novedoso de la arquitectura híbrida de base biológica: combinando materiales de construcción tradicionales con materiales de base biológica, el Pabellón de Investigación ITECH 2024 presenta la amalgama de madera y fibras naturales en una forma imaginativa.
El proyecto considera las posibilidades arquitectónicas que se derivan de las características complementarias de la madera y la fibra natural: la resistencia a la compresión y la flexibilidad de la madera se integran con las cualidades tensoras y la versatilidad de la fibra natural, lo que permite un enfoque original del diseño y la fabricación de estructuras híbridas ligeras y performativas.
El Pabellón de Investigación ITECH 2024 se realizó mediante el diseño conjunto de nuevos métodos de diseño computacional y procesos de fabricación multirobot. El enfoque híbrido madera-fibra amplía los límites de la innovación material y ofrece una vía regenerativa en términos de técnicas de construcción positivas para el clima.
Esta última investigación se basa en una serie de pabellones innovadores (por ejemplo, el Pabellón Híbrido de Lino) desarrollados en el Instituto de Diseño Computacional y Construcción (ICD) y el Instituto de Estructuras de Edificación y Diseño Estructural (ITKE) de la Universidad de Stuttgart.
El Pabellón de Investigación ITECH 2024 fue diseñado y desarrollado por estudiantes e investigadores del programa interdisciplinar ITECH MSc Program (Integrative Technologies & Architectural Design Research) del Cluster of Excellence Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC) de la Universidad de Stuttgart.
El Pabellón de Investigación ITECH está situado en el campus de Stadtgarten de la universidad.
Híbrido regenerativo de madera y fibra
«En el contexto de [una] crisis medioambiental y de agotamiento de los recursos, los arquitectos no sólo deben esforzarse por mitigar los impactos de sus diseños, sino también aspirar a enfoques más holísticos que ayuden a restaurar y mejorar el entorno natural», afirma ITECH/ICD/ITKE. «Es esencial pasar de los materiales sintéticos y la fabricación de alto consumo energético a los recursos renovables y métodos de fabricación más eficientes».
La madera ha desempeñado un papel fundamental en la construcción durante milenios. Hoy en día, este material natural es cada vez más reconocido por su capacidad para secuestrar carbono y reducir la huella de carbono del sector de la construcción. La madera es un recurso renovable, pero factores clave como la tasa de crecimiento y la calidad se ven afectados por el cambio climático, lo que subraya la necesidad de una gama de biomateriales en el sector de la construcción.
«Mientras que la madera blanda típica necesita entre 30 y 60 años para alcanzar una sección transversal cosechable adecuada para uso industrial, los cultivos de fibra pueden crecer en cantidades significativas en aproximadamente 120 días», afirma ITECH/ICD/ITKE.
Las investigaciones demuestran que los compuestos de fibra natural y polímero (NFPC) pueden utilizarse para estructuras portantes. Las fibras de lino (procedentes de Europa) tienen varias propiedades notables en comparación con otras fibras naturales, entre ellas: alta resistencia a la tracción, ligereza, capacidad para absorber la humedad y buena conductividad térmica.
El uso en el Pabellón de Investigación ITECH de un compuesto de fibra de lino y polímero combinado con madera muestra las ventajas de estos dos materiales en un sistema híbrido. El proyecto también utiliza una resina parcialmente biológica como alternativa ecológica a los polímeros derivados del petróleo más convencionales: «Se eligió una resina epoxi que contiene un 56% de material de origen biológico. Este paso representa un avance hacia la construcción a escala arquitectónica con un NFPC totalmente biológico», afirma ITECH/ICD/ITKE.
Co-diseño de un sistema híbrido performativo
El sistema híbrido del pabellón demuestra el potencial morfológico que resulta de combinar madera y NFPC. La naturaleza volumétrica de la madera se explora en forma de placas de cubierta; el fresado de los bordes de cada placa proporciona una interfaz con las fibras. Mediante un proceso de bobinado de filamentos sin núcleo, las fibras se colocan alrededor de anclajes mecánicos fijados a un armazón de madera.
En este proyecto se empleó una doble colaboración robótica para abordar el reto de utilizar madera como armazón empotrado. En las columnas, los delgados puntales de madera que sirven de marco a las fibras pueden romperse si se ejerce demasiada tensión: este problema se resuelve con un sistema de bobinado de doble robot, en el que ambos robots bobinan simultáneamente en lados opuestos del mismo puntal de madera.
«Durante el proceso de fabricación, la madera soporta las fibras», explica ITECH/ICD/ITKE. «Una vez curados, ambos materiales trabajan juntos, se apoyan mutuamente y son esenciales para mantener la integridad espacial de la estructura». Este enfoque amplía la funcionalidad de la madera más allá de su capacidad estructural establecida, mejora la eficiencia de la fabricación en ubicaciones externas y reduce los residuos de fabricación.
El sistema desarrollado tiene forma de columnas y placas de cubierta, lo que permite a la estructura expandirse vertical y horizontalmente. «Las columnas se forman colocando grupos de puntales de madera en una disposición espacial radial, donde la madera actúa como varillas de compresión y las fibras [actúan] como cables de tensión y arriostramiento externo, garantizando la redundancia y estabilidad estructurales», explica ITECH/ICD/ITKE. «Las placas del tejado se componen de un conjunto de puntales de madera fijados bajo una placa de madera, un cordón de fibra y una malla de fibra». La sencilla geometría de las placas del tejado hizo necesario el uso de un solo robot para la fabricación de las cinco placas.
Las variadas conexiones del pabellón están diseñadas para facilitar el desmontaje mediante juntas desmontables y una reducción de las conexiones mecánicas a través de juntas empotradas.
Las placas de madera se conectan mediante uniones solapadas atornilladas en cruz; las puntadas de fibra permiten las conexiones in situ entre los bordes de fibra mediante uniones atornilladas.
Las uniones empotradas en los extremos de los puntales y en las uniones de dedos facilitan una interfaz entre la fibra y la madera.
El proceso integrado de codiseño del proyecto combina los conceptos desarrollados en un flujo de trabajo digital iterativo. Este flujo de trabajo genera archivos de fabricación a partir de un proceso racionalizado de diseño a ensamblaje; como resultado, se aprovecha el potencial estructural de cada material, creando así una morfología compleja y de alto rendimiento.
Detalles técnicos
La marquesina de tres patas del pabellón está diseñada para soportar 1,5 veces su propio peso y 1,5 veces la carga del viento (teniendo en cuenta las fuerzas horizontales y de elevación). «La geometría final se discretizó teniendo en cuenta las direcciones óptimas de las vetas de la madera y las luces deseadas», explica ITECH/ICD/ITKE. «Esto dio como resultado tres componentes de columna, dos vanos bidireccionales y tres placas de cubierta unidireccionales». Los componentes convergen en un ángulo máximo de diez grados, facilitando así el drenaje del agua de lluvia.
El pabellón tiene una superficie de 45 metros cuadrados y pesa 966 kilogramos. Los vanos principales miden 5 metros y 7,5 metros.
La composición material de la estructura consiste en: 41,5 kilómetros (25,8 millas) de cuerdas de fibra de lino; 1,75 metros cúbicos (62 pies cúbicos) de placas de madera blanda de tres capas de 42 milímetros de grosor; 0,096 metros cúbicos (3,4 pies cúbicos) de puntales de madera dura.
La estructura principal se montó en dos días; la membrana del tejado y los cimientos se completaron en el transcurso de una semana más.
Resumen
El Pabellón de Investigación ITECH 2024 demuestra el potencial de los sistemas híbridos de base biológica en la arquitectura.
«Como demostrador de investigación, el pabellón representa un paso hacia una nueva cultura biomaterial que integra la resistencia de la madera con fibras naturales en un sistema estructural cohesivo», afirma ITECH/ICD/ITKE. «Al aprovechar las propiedades complementarias de estos dos materiales, la investigación pretende abordar soluciones de construcción sostenibles y ampliar las posibilidades de diseño de los híbridos de base biológica en la arquitectura.»
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