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SIMBIOSIS �ARQUITECTURA DIGITAL - ARQUITECTURA MATERIAL

Ing. Pedro Jesús Villanueva Ramírez

Arq. Alfredo Flores Pérez

D.C.G. Armando Suárez Salazar

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA – XOCHIMILCO. México D.F.

16 CONVENCIÓN CIENTÍFICA DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

La Habana, Cuba

Departamento de Tecnología y Producción

27/11/2012

Buenos días, mi nombre es Pedro Jesús Villanueva Ramírez. Profesor de la Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Xochimilco, en la Ciudad de México.

En esta presentación expondré una breve visión sobre los avances que ha tenido la arquitectura digital en el mundo de la arquitectura material, principalmente aquellos relacionados con el proceso de proyecto arquitectónico y la búsqueda de la forma.

También cabe decir que este trabajo forma parte del proyecto de investigación “La composición estructural y su interacción con el espacio arquitectónico (análisis a través de sus formas)”, cuyos coparticipantes son el Arq. Alfredo Flores Pérez y el D.C.G. Armando Suárez Salazar. Precisamente en los dos estudios de caso que se muestran al final de la presentación se obtienen las tipologías de dos cubiertas, cuya morfología, por su naturaleza, son más que interesantes y estan relacionadas a dicha investigación.

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ANTECEDENTE HISTÓRICO

Arquitectura virtual (digital)

Blobs de Greg Lynn. Embriological House. Basados en procesos de teoría fractal para la generación de formas orgánicas.

Filum maquínicos y algoritmos genéticos de Karl Chu

Transarquitectura de Marcos Novak (la arquitectura mas allá de la arquitectura). “…intenta comprender un complejo fenómeno cultural que se mueve en un campo electrónico de dominio publico concebido algorítmicamente, que es modelado y simulado numéricamente”.

Arquitectura interactiva de la firma holandesa NOX. Sus estudios se basan en actividades virtuales y/o electrónicas

Arquitectura interactiva y dinámica del Arq. Kas Oosterhuis .

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Arquitectura Material (Real-Física) – Corriente decostructivista

Biblioteca Central de Seattle. Rem Koolhass

UFA-Plast. Dresden, Alemania. Coop Himmelbau

Pabellón en la Serpentine Gallery. Londres. UK. Toyo Ito y Cecil Balmond

Centro de Post-Graduados, Universidad Metropolitana. Londres. UK. Daniel Libeskind

Museo Guggenheim de Bilbao, España, inaugurado en 2007. Arq. Frank Gehry. Es considerado un ícono de la Arquitectura decostructivista ya que fue el primer edificio formalmente complejo de la era tecnológica, cuya factibilidad constructiva habría sido casi imposible de concebir sin la existencia de la tecnología adecuada de aquel entonces.

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ANTECEDENTE HISTÓRICO

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SIMBIOSIS. ARQUITECTURA DIGITAL – ARQUITECTURA MATERIAL

Real‐Físico	Abstracto‐Virtual
Material	Inmaterial
Sólido	Líquido
Volumen	Envoltura
Tectónico	Electrónico
Local‐territorial	Global‐Red
Tangible	Intangible
Fachada	Interface
Estático‐fijo	Dinámico‐Flujo
Permanencia	Reconfigurabilidad
Espacio euclidiano	Espacio lógico
Realización material	Realización electrónica

Listado, de acuerdo a su autor, Helmuy Tichy, en el cual se detalla los antagonismos conceptuales entre el espacio físico (real) y el ciberespacio (abstracto)

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Hoy día, estas dos arquitecturas, consideradas por diversos especialistas como dos mundos antagónicos que se desarrollaron de manera paralela pero concéntrica, han coexistido y evolucionado en una simbiosis que, a pesar de sus respectivos génesis opuestos, se han unido para enriquecerse mutuamente. De estas, la arquitectura digital, perteneciente a un mundo inmaterial, intangible, líquida, que habita en el ciberespacio ha contribuido a enriquecer la arquitectura material a tal grado que ha permitido que ésta sea percibida de manera diferente, dando origen a nuevas formas de pensarla, concebirla, diseñarla y producirla.

Esta contribución de la Arquitectura digital a la Arquitectura material la podemos clasificar en tres vertientes: La relacionada con la Vinculación del trabajo proyectual: la ejecución de la obra y la intercomunicación de la información mediante la Web, la referente a la Búsqueda de la forma y la que tiene que ver con la fabricación digital.

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PANORAMA EVOLUTIVO, EN LOS ÚLTIMOS AÑOS, DE LA ARQ. DIGITAL

1. Vinculación del trabajo proyectual con la ejecución de la obra y la intercomunicación de la información mediante la Web

Tecnología BIM (Modelado con Información para la Construcción)

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PANORAMA EVOLUTIVO, EN LOS ÚLTIMOS AÑOS, DE LA ARQ. DIGITAL

Tecnología BIM (Modelado con Información para la Construcción)

Simulación de la secuencia de construcción de un edificio mediante el Software NavisWork

Espacio de trabajo de AutoDesk Revit

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Estas tecnologías permiten, no solo generar el modelo tridimensional, sino que (y en esto estriba su génesis) permiten incorporar, mediante una o varias bases de datos, toda la información necesaria, de manera coordinada, lógica, computable y continua con el fin de facilitar la comunicación y coordinación entre los actores del proceso constructivo, lo que repercute en toma de decisiones con mayor coherencia, garantizando un análisis y materialización más precisos.

Existen en el mercado una gran variedad de aplicaciones BIM. Éstas van desde las que cumplen al 100% con las características de esta tecnología, hasta aquellas que no se les puede considerar como tales pero que están preparadas para conectarse con éstas y extraer de sus modelos aquella información que les sea más útil.

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2. Búsqueda de la forma (Form Finding)

a. Complejidad formal, derivada de la interacción de configuraciones espaciales, estructurales y bioclimáticas específicas (Ingeniería del diseño)

Posturas de generación (búsqueda) de la forma

b. Las deformaciones morfológicas continuas y polimorfismos a partir de fuerzas dinámicas (Metamorfosis)

c. Morfo-ecologías y diseño morfogénetico

PANORAMA EVOLUTIVO, EN LOS ÚLTIMOS AÑOS, DE LA ARQ. DIGITAL

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La vertiente que se refiere a la Búsqueda de la Forma ha sido un punto central de discusión y controversia en las teorías y prácticas de la arquitectura a lo largo de la historia. Por ejemplo la frase enunciada por Louis Sullivan en 1896 “La forma sigue la función” fue motivo de constantes discusiones entre arquitectos y diseñadores. Con el tiempo y gracias al impresionante avance de la tecnología digital aplicada a la arquitectura, la idea de la funcionalidad es reconsiderada por una arquitectura genética cuya forma híbrida permite no subordinar la forma a la función sino, por el contrario, crea una simbiosis en la que ambas coexisten y se redefinen mutuamente.

Se puede clasificar la búsqueda de la forma en 3 posturas: Complejidad formal, derivada de la interacción de configuraciones espaciales, estructurales y bioclimáticas específicas, Las deformaciones morfológicas continuas y polimorfismos a partir de fuerzas dinámicas y Morfo-ecologías y diseño morfogénetico. Todas ellas desarrolladas mediante algoritmos generativos paramétricos.

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PANORAMA EVOLUTIVO, EN LOS ÚLTIMOS AÑOS, DE LA ARQ. DIGITAL

Estudios de caso

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a. Complejidad formal, derivada de la interacción de configuraciones espaciales, estructurales y bioclimáticas específicas (Ingeniería del diseño)

2. Búsqueda de la forma (Form Finding)

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2. Búsqueda de la forma (Form Finding)

Sede de la Televisión Central de China (CCTV) . 2004-2008. Pekín, China

Para garantizar la estabilidad frente a las acciones horizontales de viento y sismo, así como la tendencia al vuelco, debido a la inclinación de las torres y al gran vuelo del cuerpo superior, se buscó una morfología en la que toda la fachada estructural constituyera un potente “tubo” rígido, haciendo que los forjados actuarán como rigidizadores horizontales, impidiendo que el “tubo” exterior se deformará.

Malla inicial uniforme y malla optimizada

La malla estructural que determina la composición de la fachada se genero

a través de un sistema iterativo y aleatorio que ajusta su configuración en función de su respuesta resistente.

(Cecil Balmond)

Arquitectos: Rem Koolhaas y Ole Scheeren de OMA

Ingeniería estructural: Cecil Balmond y la Firma Ove Arup and Partners

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Menor densidad

Mayor densidad

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The new City Hall.2002. Londres, Inglaterra

2. Busqueda de la forma (Form Finding)

Arquitectos: Foster and Partners

Ingeniería estructural y estudio bioclimático: Firma Ove Arup and Partners

Modelos paramétricos desarrollados para estudiar la ganancia de calor y los patrones de acristalamiento, sobre la base de una pila de conos cortados

Concepto energético. Se muestran las técnicas pasivas de ahorro energético, tales como: ventanas que se pueden abrir, circulación de aire fresco, paneles fotovoltaicos que atraen la energía del sol y el uso de pozos para extraer agua subterránea fría para ayudar a enfriar el edificio. Todos analizados mediante algoritmos paramétricos (Firma Ove Arup and Partners)

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Forma obtenida de una sección de un toroide vertical

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2. Busqueda de la forma (Form Finding)

PANORAMA EVOLUTIVO, EN LOS ÚLTIMOS AÑOS, DE LA ARQ. DIGITAL

EJEMPLOS DE APLICACIÓN.

Polimorfismo mediante morfología animada de ecuaciones matemáticas

b. deformaciones morfológicas continuas y polimorfismos dinámicos

(morfología animada)

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Otra postura referente a la búsqueda de la forma es la relacionada a las deformaciones morfológicas continuas y polimorfismos dinámicos.

Esta cualidad se puede utilizar en la tecnología digital dentro del proceso de diseño arquitectónico para generar múltiples estados de la forma de manera dinámica, a partir de uno o más procesos ejecutados dentro de un software, ya sea considerando la deformación debido a las solicitaciones estructurales que se le presentan o a otras condicionantes como las bioclimáticas. Además, el empleo de técnicas de animación tridimensional basadas en simulación de sistemas de partículas o de cinemática inversa (inverse Kinematics) permite generar distintas posibilidades formales a partir del movimiento y deformación de objetos, lo que se conoce como Morphing, permitiendo, si se emplea en ecuaciones matemáticas, buscar formas que solo dependen de los parámetros manejados por dichas ecuaciones.

A continuación mostrare dos ejemplos de aplicación de lo anterior

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2. Búsqueda de la forma (Form Finding). Ecuación matemática: z=(y²/a²) – (x²/b²)

Pabellón de Rayos Cósmicos. 1951. México D.F. (Cubierta anticlástica de Concreto armado de 1.5 a 4 cm de espesor).

Arquitectos: Francisco González Reyna y Félix Candela. Ingeniería estructural: Félix Candela y Carlos Graeff Hernández

Deformación total: 0.56313 mm σ_tracción=362,380 Pa = 36,952.4 Kg/m²σ_compresión= 2351.1 Pa = 239.75 Kg/m²

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a= amplitud de la curva en dirección del eje Y

b=amplitud de la curva en dirección del eje X

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En este primer ejemplo se creo el polimorfismo, esto es la obtención de distintas formas, de la superficie de un paraboloide hiperbólico del tipo silla de montar.

Los parámetros de amplitud de curva, tanto en la dirección del eje x, como del eje y, así como los parámetros de altura, longitud y ancho de la superficie, se definen en un rango dinámico, lo que da como resultado una gama amplia de superficies alabeadas, de doble curvatura o no desarrollables.

Como ejemplo de aplicación del polimorfismo obtenido con la ecuación animada fue la superficie de la cubierta del pabellón de rayos cósmicos, ubicada en la ciudad de México.

El resultado obtenido a través de la aplicación de la ecuación matemática del paraboloide hiperbólico a la empleada por Félix Candela mediante el método de generatrices y planos directores.

Lo interesante de esta cubierta de concreto armado es el espesor, de 15 mm en su cresta, que se tuvo que emplear para poder cumplir con la condicionante de dejar pasar los rayos cósmicos a través de esta.

Se muestra el análisis de comportamiento estructural mediante el método de elemento finito de la cubierta considerándola como una estructura de cascarón (esto es, membrana) de concreto armado

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2. Búsqueda de la forma (Form Finding). Ecuación matemática: z=((c*sen((a*x)+b)-y²)/H)

Deformación total= 26.67 mm σ_tracción=119,500 Pa = 12,185.61 Kg/m²σ_compresión= 1,892.4 Pa = 192.97 Kg/m²

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Pabellón de Japón en la Expo 2000 de Hannover, Alemania. Malla 3D de tubos de cartón de 120 mm de Diámetro, 22 mm de espesor y Arcos de madera de 6 x 4 “. Cubierta de PVC.

Arquitecto:Shigeru Ban. Consultor: Frei Otto. Ingeniería estructural: Buro Happold

a= amplitud de la curva

b=Parámetro

de simetría del periodo (se recomienda un valor = pi/2)

c=Frecuencia

H=Altura de la curva

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En este segundo ejemplo se muestra el polimorfismo de superficie basado en la ecuación paramétrica que combina, en dirección del eje x, la función del seno y en dirección del eje y, la función de una curva cuadrática.

Al establecer un rango dinámico de los parámetros que definen la ecuación de la superficie, esto es: amplitud, frecuencia, periodo, altura y longitud en dirección x y y, respectivamente; el resultado obtenido es una serie de superficies que varían, desde una superficie de simple curvatura, del tipo cañón corrido (cuando el parámetro de amplitud es igual a cero), hasta una amplia variedad de superficies de doble curvatura.

Como ejemplo de aplicación del polimorfismo obtenido se eligió la superficie que definía adecuadamente la superficie de la cubierta del Pabellón de Japón en la Expo en Honnover, Alemania, en el año 2000. Cabe decir que el interés de estudiar dicho pabellón estribó en el hecho de que la malla tridimensional que estructura la cubierta fue elaborada con tubos de cartón.

Se muestra el análisis del comportamiento estructural mediante el método de elemento finito.

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CONCLUSIÓN

BIBLIOGRAFÍA

James, Steele. Arquitectura y Revolución digital. Gustavo Gili. 1º edición, 2001.
Bechthold, Martin. Innovative Surface Structures – Thecnology and Applications. Taylor & Francis Group. 2008. USA.
Kolarevic, Branko Architecture in the Digital Age: Design and Manufacturing. Routledge Publication. 2005. UK.
Moussavi , Farshid The Function of Form. Harvard for Business School Press 2009. USA.
Larena Bernabeu, Alejandro. Estrategias de diseño estructural en la arquitectura contemporánea. El trabajo de Cecil Balmond, tesis doctoral Universidad Politécnica de Madrid, Madrid, España. 2007.
KOLAREVIC, Branko. Designing and Manufacturing Architecture in the Digital Age. At The 19 th ECAADE-conference held in Helsinki, Finland in the end of August 2001. http://www.tkk.fi/events/ecaade/E2001presentations/05_03_kolarevic.pdf Pags. 117-123.

En México:

En varias oficinas de arquitectura, como en la mayoría de las universidades se sigue manteniendo u diseño digital lineal.
Se continua empleando el uso de herramientas CAD para generar dibujos 2D y 3D y de imágenes fotorrealistas.

Por tanto, es necesario:

Pasar a otro nivel en donde sea inevitable replantear los procesos productivos que dan origen al proyecto en su totalidad.
Concentrar esfuerzos para redefinir la producción digital integral.

Pedro Jesús Villanueva Ramírez

Alfredo Flores Pérez

Armando Suárez Salazar

Actualmente en México, en varias oficinas de arquitectura, como en la mayoría de las universidades, como la UAM-X, en general los usuarios de la nueva tecnología digital aun mantienen por lo general un proceso de diseño lineal, lo que limita la flexibilidad y la libertad del diseño arquitectónico. Es necesario pasar a otro nivel en donde sea inevitable replantear los procesos productivos que dan origen al proyecto en su totalidad, y no continuar con el manejo parcial y sistemático de herramientas CAD que solo se utilizan como generadores de dibujos 2D y 3D y de imágenes fotorrealistas, derivados de los principios euclidianos. Por lo tanto, hay que concentrar esfuerzos no solo en la producción formal-geométrica, sino en la producción de un sistema integral de construcción digital, donde forma y materialización se planteen como instancias simultáneas, permitiendo una identificación temprana de las distintas condicionantes inherentes al proyecto mismo (funcionales, estructurales, constructivos, de instalaciones, acústicos, bioclimáticas, de sustentabilidad, entre otras).