En el verano de 2011, el Instituto de Diseño Computacional (ICD) y el Instituto de Estructuras de Construcción y Diseño Estructural (ITKE), junto con los estudiantes de la Universidad de Stuttgart han realizado un pabellón temporal de investigación biónica construido con madera.

El proyecto explora la transferencia de la arquitectura de los principios biológicos de la morfología del esqueleto del erizo de mar, por medio de métodos de diseño y simulación controlado por ordenador para la ejecución de su construcción. Una innovación particular consiste en la posibilidad de extender efectivamente los principios reconocidos en biónica y el rendimiento en relación con una gama de diferentes geometrías a través de procesos de cálculo, que se demuestra por el hecho de que la compleja morfología del pabellón podría ser construido exclusivamente con hojas muy delgadas de madera contrachapada (6,5 mm).

Sistema Biológico

El proyecto tiene como objetivo integrar la capacidad formativa de las estructuras biológicas en el diseño arquitectónico y en las pruebas de la resultante espacial y el sistema estructural de los materiales a gran escala. El foco se estableció en el desarrollo de un sistema modular que permita un alto grado de adaptabilidad y rendimiento. Durante el análisis de diferentes estructuras biológicas, la morfología del esqueleto de una sub-especie de erizo de mar (Echinoidea), se convirtió en un interés particular y proporcionó los principios básicos de la estructura biónica que se realizó.

Transferencia de Morfología

Continuando el análisis del esqueleto del erizo de mar, su morfología de la estructura de sus placas se han integrado en el diseño del pabellón. Tres bordes de la placa siempre se reúnen en un solo punto, un principio que permite la transmisión de las fuerzas normal y cortante, pero no entre los momentos de flexión de las articulaciones, lo que resulta en una estructura con capacidad de flexión y deformable.

A diferencia de la construcción ligera tradicional, que sólo se puede aplicar a la carga formas optimizadas, este nuevo principio diseño se puede aplicar a una amplia gama de la geometría a medida. El alto potencial de ligereza en su masa de este enfoque es evidente ya que el pabellón podría construirse sólo a partir de hojas de 6,5 mm de grosor de madera, a pesar de su considerable tamaño. Dada su ligereza, ha sido necesaria su anclaje al suelo para resistir las cargas de succión del viento.

Aparte de estos principios de construcción y de organización, otras propiedades fundamentales de las estructuras biológicas se aplican en el proceso de diseño computacional del proyecto:

Heterogeneidad: El tamaño de las celdas no son constantes, pero se adaptan a la curvatura local y a sus discontinuidades. En las áreas de pequeña curvatura de las células centrales son de más de dos metros de altura, mientras que en los extremo sólo llegan a medio metro.

Anisotropía: El pabellón es de estructura direccional. Las células se extienden y se orientan de acuerdo a las tensiones mecánicas.

Jerarquía: El pabellón se organiza como una estructura jerárquica de dos niveles. En el primer nivel, la articulaciones de los dedos de las hojas de madera pegadas entre sí para formar una célula. En el segundo nivel jerárquico, una conexión simple tornillo se une a las células en conjunto, permitiendo el montaje y desmontaje del pabellón.

Diseño por Ordenador y Producción Robótica

Un requisito para el diseño, desarrollo y realización de la compleja morfología del pabellón es la información digital entre el modelo del proyecto y las simulaciones de elementos finitos y su control numérico por ordenador. Forma y diseño estructural están estrechamente interrelacionados, un programa de intercambio de datos optimizado hizo posible leer varias veces la compleja geometría en un programa de elementos finitos para analizar y modificar los puntos críticos del modelo.

El pabellón de la investigación ofrece la oportunidad de investigar los métodos de construcción biónica modular y el uso de superficies de forma libre que representan diferentes características geométricas, mientras se desarrollan dos entidades espaciales distintas: un gran espacio interior con una capa porosa interior y  de una gran apertura, frente a la plaza pública entre los edificios de la Universidad, y un espacio intersticial más pequeño entre las dos capas que presenta la lógica constructiva de la cubierta de doble capa.

Equipo del Proyecto

Institute for Computational Design – Prof. AA Dipl.(Hons) Achim Menges Achim Menges
Institute of Building Structures and Structural Design – Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers
Competence Network Biomimetics Baden-Württemberg

Concepto y Desarrollo del Proyecto
Oliver David Krieg, Boyan Mihaylov

Planificación y Realización

Peter Brachat, Benjamin Busch, Solmaz Fahimian, Christin Gegenheimer, Nicola Haberbosch, Elias Kästle, Oliver David Krieg, Yong Sung Kwon, Boyan Mihaylov, Hongmei Zhai

Departamento Científico

Markus Gabler (project management), Riccardo La Magna (structural design), Steffen Reichert (detailing), Tobias Schwinn (project management), Frédéric Waimer (structural design)

Patrocinadores

Main sponsors: KUKA Roboter GmbH, Ochs GmbH
Sponsors: KST2 Systemtechnik GmbH, Landesbetrieb Forst Baden-Württemberg (ForstBW), Stiftungen LBBW, Leitz GmbH & Co. KG, MüllerBlaustein Holzbau GmbH, Hermann Rothfuss Bauunternehmung GmbH & Co., Ullrich & Schön GmbH, Holzhandlung Wider GmbH & Co. KG

Author: QUADRATURA Arquitectos

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