RILABLABORATORIO DE REPRESENTACION E IDEACION 2012

PROCESOS CAD/CAM y ARQUITECTURA

Prototipado Rápido, Ingeniería Inversa y Diseño Paramétrico en la configuración de Geometrías Complejas

Introducción

Los diferentes avances en el campo de la representación geométrica han definido las características del espacio arquitectónico que han ido configurándose: desde la rigurosidad modular del Clasicismo y el nacimiento de la geometría euclidiana; hacia un informalismo contemporáneo a través de la incorporación del cálculo matemático digital y una fuerte revisión del espacio cartesiano tradicional.

La incorporación de los medios informáticos y la utilización del cálculo matemático tanto en las definiciones espaciales y geométricas basadas en la Simulación Gráfica Directa como en el Modelado Analítico Paramétrico, han sido determinantes de las espacialidades y morfologías contemporáneas que se observan ya no solo en las propuestas desafiantes de los concursos de arquitectura internacionales, sino en el paisaje cotidiano de las metrópolis del primer mundo. Una manipulación geométrica más generalizada de superficies NURBS, polisuperficies isomórficas e hipersuperficies (Greg Lynn, Marcos Novak, Kas Oosterhuis, Mark Goulthorpe, Bernard Cache, Francoise Roche, NOX Architecture) han concentrado los esfuerzos ya no solo por concebir y controlar estas espacialidades sino por permitir una construcción coherente y con criterios racionalizados de las mismas. La ancestral inercia de la materia arquitectónica y la incapacidad de los materiales tradicionalmente empleados en construcción para asumir y manifestar las exigencias que plantean las búsquedas espaciales y conceptuales del presente, aparece como uno de los desafíos de la convivencia de estas tecnologías de simulación e ideación post-mecánicas con las tecnologías constructivas industriales y pre-industriales usuales en Latinoamerica.

Es así como observamos, como los sistemas de ideación digitales desafían a los sistemas de producción análogos en poder concretar y materializar muchas de la ideas que se generan virtualmente. Los sistemas CAD-CAM redefinen las instancias de pre-figuración y representación de las disciplinas vinculadas al diseño. Condicionan y transforman procesos de fabricación y construcción, modifican su metodología operacional obligando a salir de lo estrictamente gráfico, ampliando horizontes. Intentar trabajar sobre una redefinición positiva de estas instancias de pre-figuración y representación al repensar las posibilidades de una transformación progresiva de algunos procesos de fabricación y construcción en arquitectura, nos obliga a salir precisamente de la autonomía y cierto determinismo histórico de la gráfica, la que ha estado durante años orientada a un obsesivo control casi estilístico del objeto diseñado y estructurada mayormente bajo los cánones heredados de la geometría clásica.

Composiciones Plegadas (propiedades materiales)

El espacio plegado de volúmenes de sección variable propone el desarrollo de estructuras flexibles que van desde los cerramientos apoyados en nervaduras y estructuras geodésicas a diferentes pieles estructurales como ser: láminas de hormigón armado; sistemas prefabricados; semifabricados colaborantes y encofrados neumáticos. La base estructural de estas formas ha definido en la práctica dos modelos estratégicos de construcción: la primera está basada en el apoyo de los cerramientos sobre nervaduras como si fueran huesos estructurales y piel independiente (pabellón H2O-NOX, mercado SantaCaterina-EMBT, Kunsthaus Graz-Peter Cook) y en la segunda se aprovecha la rigidez estructural de las superficies envolventes como una construcción en dónde las piezas mismas (componentes) son estructurales (pabellón japonés Expo 2000-Sigeru Ban). El desarrollo de polímeros, resinas de poliéster y de epoxi o PMMA (metacrilato) permiten gran ligereza, flexibilidad y adaptación geométrica por moldeado. Las máquinas de control numérico (CNC), ampliamente utilizadas en diseño industrial e ingeniería, se incorporan lentamente a la arquitectura prometiendo una fabricación sin intermediarios al ejecutar el corte de cada pieza estructural desde el ordenador con márgenes mecanizados previstos para el ensamble y montaje final. Las composiciones plegadas en arquitectura han sido inspiradoras en el trabajo creativo, pero se han enfrentado largamente al dilema del cambio de escala entre la ideación y la construcción al revelar limitaciones de magnitud, materialidad y restricciones constructivas que condicionan los modelos ejecutados. Aún así, la expresión material de estas configuraciones establece una importante vinculación entre la conceptualización formal, la operación geométrica digital, su elaboración material y revisión sensible, de manera análoga al proceso de diseño utilizado.

Vincular los procesos CAD/CAM y las propiedades materiales que surgen de las composiciones plegadas en Arquitectura mediante las técnicas de diseño paramétrico, nos posibilita repensar con creatividad algunos procesos de fabricación y construcción disponibles en los medios locales en Latinoamérica, a traves de una vinculación matemática y operativa entre condiciones productivas y perceptuales. La caracterización conceptual y operativa de las composiciones plegadas, con nuevas tecnologías de trabajo, potencian sus valores. Sin embargo reflejan así mismo la disparidad con los procedimientos tradicionales de diseño y construcción, en la representación cartesiana y en la ejecución con tecnologías pre-industriales (mamposterías) que han predominado en siglos en el quehacer profesional y educativo. Esta ampliación y potencialidad de capacidades proyectuales y constructivas requiere una actitud de desarrollo cultural, y posibilita una nueva vivencia arquitectónica, con la fluidez del acontecer y la sujeción de formas continuas y geometrías delicadamente intrincadas.

Geometrías Paramétricas y Fabricación Digital

El Diseño Paramétrico introduce la geometría desde una visión matemática-algorítmica. Propone la generación de geometría a partir de la definición de una familia de parámetros iniciales y la programación de relaciones formales entre ellos. En estos procesos de diseño, la utilización de algoritmos y recursos computacionales avanzados no se utilizan simplemente para representar formas y controlar geometrías complejas, sino fundamentalmente para crear posibilidades proyectuales dinámicas y variables. No produce una única solución, sino una familia de posibles soluciones. A través de variables y algoritmos construye un árbol de relaciones matemáticas y geométricas calculando el rango de las posibles soluciones que la variabilidad de los parámetros y componentes iniciales elegidos lo permitan.

La incorporación estratégica del cálculo matemático en las definiciones espaciales y geométricas basadas en el Modelado Paramétrico, ha sido determinante para la configuración espacial y morfológica de los proyectos arquitectónicos experimentales contemporáneos. Una manipulación geométrica generalizada de superficies NURBS, polisuperficies isomórficas, hipersuperficies, algoritmos genéticos, han concentrado los esfuerzos ya no solo por concebir y controlar estas espacialidades sino por avanzar sobre una construcción coherente y con criterios racionalizados de las mismas. La ancestral inercia de la materia arquitectónica y la incapacidad de los materiales tradicionalmente empleados en construcción para asumir y manifestar las exigencias que plantean estas búsquedas espaciales, aparece como uno de los desafíos de la convivencia de estas tecnologías de simulación e ideación post-mecánicas con las tecnologías constructivas industriales y pre-industriales heredadas. Es así como las nuevas producciones arquitectónicas se enfrentan al desafío de acompañar la complejidad de estos proyectos, integrando técnicas y procedimientos de fabricación digital CAD/CAM para evitar que lo complejo sea solo la geometría resultante y no la ejecución de la misma.

Las tecnologías de fabricación digital se clasifican según los procedimientos empleados sobre las propiedades físicas y/o químicas de los materiales utilizados: Procedimientos Generativos; Substractivos; Transformativos y de Unión de Componentes. En los sistemas CAD/CAM de procedimientos Generativos (pre-forma) los componentes están fabricados a partir de material amorfo (pequeñas partículas). Procesos químicos y físicos crean cuerpos sólidos con las cualidades materiales del producto a partir de bases de materias amorfas tales como líquidos, polvos, gases, fibras o virutas. Ej.: CNC para elementos prefabricados de hormigón; Robot-aided para montaje de elementos individuales e Impresoras 3D de gran escala. Los Procedimientos Substractivos se caracterizan por romper la cohesión material de la parte componente en el punto en que se procesa. Las partículas se separan de la materia prima reduciendo el volumen final de la pieza de construcción. Se diferencian entre procedimientos de corte, mecanizado y eliminación. Ej. CNC laser cutting/CNC jet cutting/CNC hot wire cutting/CNC milling/Jointed-arm robotics. Los Procedimientos de Transformación conservan la cohesión del material y generan partes componentes a través de una alteración formal duradera de las piezas originales permitiendo la optimización de su condición inicial (mejora de rigidez o adaptación a una geometría deseada sin variar el volúmen del mismo). Se pueden distinguir entre procesos de conformado fríos o calientes. Ej. CNC bending edges/CNC punching and nibbling/Pressure forming.

2010/2012. Postdoctorado FONDECYT Nº 3110025 (CONICYT-Chile). Composiciones Plegadas. Propiedades espaciales y materiales (envolventes y componentes). M. Chiarella; R. Garcia Alvarado. SIGraDi2012. Fortaleza, Brasil. Colaboradores: Grupo URDIR.LAB: Arq. Martin Veizaga, Arq. Luciana Gronda, Arq. Matías Dalla Costa (FADU-UNL); Doctorando Arq. Luis García (UBB; ETSAB-UPC). Profesores: Flavio Celis (UAH-España), Giuseppe Amoruso (POLIMI-Italia), Luis Felipe González y Pablo Silva (UTFSM-Chile). Alumnos: Braulio Gatica Y Alexis Salinas (FACyD-UBB). Becarios, ayudantes y alumnos de: CAI+D09-Chiarella 12/A002-PACT: Nuevas Tecnologías. Diseño, Proyectación y Cultura Virtual (CID-FADU), Maestría en Arquitectura (RI.LAB), URDIR.LAB, TGD (Taller de Gráfica Digital) FADU-UNL, Santa Fe, Argentina. TME 030 (Taller de Modelado Espacial) UTFSM, Valparaiso-Chile. MADPRO (Magíster en Didáctica Proyectual) FACyD-UBB, Concepción-Chile.

COMPOSICIONES PLEGADAS (componentes)DISEÑO PARAMÉTRICO + UNFOLDING + PROTOTIPADO RÁPIDO

Objetivos Generales:

· REFLEXIONAR sobre las implicaciones conceptuales y técnicas de los procesos CAD/CAM en la ideación Arquitectónica a través de un ejercicio práctico de distribución geométrica de componentes en espacios y superficies complejas.

· EXPLORAR las vinculaciones constructivas-geométricas por sistemas de montaje que surgen de una exploración basada en la aplicación de Diseño Paramétrico y Prototipado Rápido como simulación de procesos CAD/CAM.

· PROPONER soluciones tecnológicas por componentes plegados para cubrir la envolvente espacial desarrollada en la etapa anterior, utilizando procesos de fabr icación y construcción disponibles localmente (aprovechando potencialidades de la vinculación matemática y operativa entre condiciones productivas y perceptuales).1

Consigna Ejercicio B (Propiedades Materiales): a) Distribuir componentes sobre la envolvente plegada propuesta en la Etapa A (a

través de fórmulas paramétricas ya desarrolladas) a fin de encontrar una solución tecnológica posible con máquinas de fabricación digital disponibles localmente.

b) Construir una maqueta parcial o total de estudio (a definir en clase por grupo) escala 1:10, que verifique la solución tecnológica por componentes plegados propuesta.

c) Comunicar a través de una presentación powerpoint (2-5 slides), las características de la propuesta tecnológica elaborada conjuntamente a los procesos de generación experimentados (capturar imágenes de pantalla del proceso, anexando el registro gráfico fotográfico de la maqueta de estudio desarrollada).

Bibliografía General

AGKATHIDIS, A. 2009. Modular Structures in Design and Architecture. BIS Publishers. Amsterdam.AGKATHIDIS, A. 2010. Digital Manufacturing in Design and Architecture. BIS Publishers. Amsterdam.CHIARELLA, M. 2009. Unfolding Architecture. Laboratorio de Representación e Ideación. Tesis Doctoral: EGAI-ETSAB-UPC. CHIARELLA, M. TOSELLO, M. E. (Editores). 2011. Cultura Aumentada. Proceedings of the 15th Iberoamerican Congress of Digital Graphics (SIGraDi2011). FADU-UNL. Santa Fe.CHIARELLA, M; GARCÍA ALVARADO, R; BRUSCATO, U. Geometría y Arquitectura. De la Rigurosidad Modular al Informalismo. XIII Congreso SIGraDi: Do Moderno ao Digital. 2009. Sao Paulo. Brasil.GARCIA ALVARADO, R; LAGOS, R; SALCEDO, P; RAMOS, M; LABARCA, C; BRUSCATO, U. 2009. Emociones precisas: fabricación digital en la enseñanza de la arquitectura. arquiteturarevista - Vol. 5, n° 2:122-136. Sao Leopoldo. BrasilGARCÍA ALVARADO, R; LYON, A. 2011. Interlocking, Ribbing & Folding: Explorations in Parametric Constructions, Nexus Network Journal –Vol.13,No. 1, 2011 pp. 221-234HAUSCHILD, M.; KARZEL, R. 2011. Practice. Digital Processes: Planning, Designing, Production. Birkhäuser. BaselIWAMOTO, L. 2009. Digital Fabrications: Architectural and Material Techniques (Architecture Briefs). Princeton Archit. Press.KOHLER, M; GRAMAZIO, F. Digital Materiality in Architecture. Lars Müller Publishers. 2008KOLAREVIC, B, MALKAWI, A. 2005. Performative Architecture: Beyond Instrumentality”. 2005. UK, NY.KOLAREVIC, B; KLINGER, K. 2008. Manufacturing Material Effects: Rethinking Design and Making in Architecture. LABARCA, C. 2008. MARQ 04. Fabricación y Tecnología Digital. Programa de Magister en Arquitectura. Facultad de Arquitectura, Diseño y Estudios Urbanos. Pontificia Universidad Católica de Chile.SantiagoLEGENDRE, G. 2011. Mathematics of Space: Architectural Design. Vol 81, nº4. AD. WileyMENGES, A. 2011. Computational Design Thinking: Computation Design Thinking. AD Reader. WileyMEREDITH, M. 2008. From Control to Design. Parametric/Algorithmic Architecture. ACTAR. Barcelona.POTTMANN, H; ASPERL, A; HOFER, M; KILLAN, A. 2007. Architectural Geometry. Bentley Institute Press. 2007. Viena.SCHODEK, D. 2005. Digital Design and Manufacturing: CAD/CAM Applications in Architecture and Design. Wiley & Sons.TERZIDIS, K. 2006. Algorithmic Architecture. Architectural Press. Oxford.WESTON, R. 2003. Materials, forma and Architecture. Laurence King Publishing, London

1 Antecedentes: CAI+D09 FADU/UNL: Experiencias didácticas de integración de los sistemas CAD/CAM a las prácticas proyectuales (Director: M. Chiarella) 2009. MDPI (Maestría en Procesos Innovativos: C.Naselli; I.Moisset de Espanes)/UCC. Workshop: Arquitectura y Proyecto Digital R. García Alvarado (Cl); U. Bruscato (Br); M. Chiarella (Ar). 2010. RILab. Laboratorio de Representación e Ideación. Maestría en Arquitectura. FADU/UNL 2011. Universidad Técnica Federico Santa María. Arquitectura. Taller ARQ030 (Valparaiso, Chile) 2010/2012. Postdoctorado FONDECYT Nº 3110025 (CONICYT-Chile)