Tarea 2: Frei Otto / Buckminster Fuller

De Casiopea
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TítuloFrei Otto / Buckminster Fuller
Tipo de ProyectoProyecto de Curso
AsignaturaCasos Constructivos y Estructurales
CarrerasArquitectura
Alumno(s)Paul Baumann

Frei Otto - Estructuras Colgantes

Introducción

Frei Otto alcanzó a estudiar arquitectura en la Universidad Técnica de Berlín antes de ser enrolado en la Luftwaffe como piloto de guerra en los últimos años de la Segunda Guerra Mundial. Por lo mismo tenía estudios de aviación y aerodinámica, por lo que se comprende su capacidad e interés en proyectar estructuras y modelos, su curiosidad y ganas de experimentar con diferentes elementos de la naturaleza es lo que lo lleva al diseño estructural. Se muestra en su tesis "Das hängende Dach" (el techo suspendido). No solo crea estructuras de tensión sino que también sus estudios lo llevan a diseños de compresión, como el paso de la burbuja al domo.


Materialidad y Elementos para Estructuras de Tensión

Los materiales de construcción para estas estructuras son materiales que no poseen una gran densidad y que tengan la capacidad de no partirse ante un esfuerzo de tracción. Por ejemplo el algodón no es un material fuerte a la compresión, sin embargo su baja densidad y su límite de deofrmación a la tracción es proporcionalmente alto, eso hace que sea útil su uso en estructuras de este tipo (a menor escala). El material es escogido según magnitud y uso de la obra.


Membranas y Sistemas de Redes

La membrana es un material-estructura isotrópico. Se debe hacer una distinción entre la membrana continua, la cual actua como cubierta para llenar un vano y además como estructura funcional; y los sistemas de redes abiertos, los cuales son solo la estructura primaria y deben ser cubiertos por membranas o proveerlas de paneles que cubran. Las membranas puras se ocupan para estructuras y superficies pequeñas, cuando se refuerzan con alambre o cables, tensores, etc, es para poder cubrir mayores superficies, evitando el uso de postes o pilares.


Burbujas de Jabón

Vista aérea de burbujas (semi-esferas) sobre una mesa, adhirieéndose entre si y a la superficie, creando diferentes estructuras

El estudio de las burbujas sirve para una mayor comprensión de las estructuras neumáticas. En una burbuja o concentración de burbujas los esfuerzos de la membrana son de igual magnitud en cualquier punto o cualquier dirección de la superficie, es un material isotrópico. No pueden ocurrie concentraciones de esfuerzos pues son inmediatamente equilibrados por el flujo. Una burbuja siempre adopta la forma correspondiente al mínimo de superficie para el volumen de aire que encierra. La burbuja es una estructura mínima. Como la película de una burbuja es capaz de resistir solo esfuerzos mínimo, su tamaño es necesariamente limitado. Cualquier forma que hace una burbuja puede ser reproducida en una estructura. Estas estructuras son aplicables al principio fundamental de los esfuerzos, debido a que las membranas tienden a desarrollar un flujo bajo esfuerzos permanentes, y mantienen su forma solo si los esfuerzos son iguales en cualquier punto y dirección.






Olympiastadion München

Estadio Olímpico de Múnich, Alemania
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Introducción

La obra se inaugura en el año 1971 para los Juegos Olímpicos del año siguiente. Además en él se jugaron partidos para el mundial de fútbol de 1974. El proyecto consiste en un parque completo, Olympiapark, el cual cuenta con el estadio olímpico, gimnasios, piscina, la plaza Coubertin (es un area de recreación donde se realizan eventos), anfiteatro Theatron, Torre de las comunicaciones, lago, canchas de tenis,salón de eventos. Frei otto es el encargado de diseñar las cubiertas ligeras (en partes del parque), y el estadio olímpico con sus cubiertas.

Fotografía tomada desde la Torre de Comunicaciones
Paseo con cubiertas de Frei Otto en parte del Parque


El principio es el mismo de las burbujas, "una burbuja adoptara siempre una estructura mínima debido a la debilidad de su película; e isotrópica debido al flujo, y a que si la fuerza se concentrara en un punto, ésta se rompe". En este caso Frei Otto trabaja con una película de burbuja enmarcada y con otro marco más delgado la estira hacia arriba.

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Materialidad

Mástiles de acero de más de 80 metros de alto. Hay de dos tipos: primero, los soportes externos con cables suspendidos que se encuentran hacia el centro; y los soportes internos. En vez que ser una membrana autosoportante, debido a la magnitud de la obra, Frei Otto construye como estructura primaria una red de cables de acero, la cual se compone por nudos de acero de fundición con un sistema de anclajes mediante tornillados y tensados. Para la parte de la membrana (cubierta de los vanos) se ocupan paneles de acrílico.

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Stuttgart 21 Hauptbahnhof

Estación de Trenes Stuttgart 21

Andenes Estación Stuttgart 21 con lucarnas y Pilares como elementos arquitetónicos y estructurales
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El proyecto Stuttgart 21, consiste en una nueva urbanización ferroviaria que pasa por la ciudad de Stuttgart, uniendo otras ciudades europeas grandes. El proyecto correspondiente a Frei Otto es la estación de trenes.

La nueva estación para Stuttgart 21 consiste en un gran subterraneo donde se emplazan los nuevos andenes. Mientras la cubierta, es un espacio amplio habitable, como un parque o una plaza, de esta manera se logra habilitar un espacio público sobre una estación ferroviaria donde no parecen estorbarse entre si.

Se observa el mismo principio de la burbuja, pero a diferencia de la mayoría de sus proyectos de estructuras colgantes estructuras ligeras, en este caso Frei Otto inivierte el sistema de tracción, a un sistema de compresión. Consiste en pilares de hormigón con la forma de la burbuja estirada, que se van ensanchando hacia arriba, así en un solo pilar se apoya una gran superficie de la cubierta, evitando el uso de mayor número de pilares y dejando un espacio más holgado. La cubierta también es de hormigón y tiene un espesor de 35 cm, y una superficie total de 420x80 metros cuadrados. Dentro de los elementos arquitectónicos aparecen unas aberturas con forma de ojo, como lucarnas, que permiten el paso de la luz solar que otorgan una iluminación natural eficiente, y una climatización adecuada, logrando un gran ahorro de energía

GALERÍA DE MODELO Y MAQUETA







Uniones y Materialidad en Proyectos de Frei Otto

Haces de alambres paralelos

Los haces de alambres paralelos constan de gran número de alambres yuxtapuestos paralelamente que llevan ligaduras a trechos o están recubiertos por un arroyamiento continuo, para mantenerse unidos en haz. En los haces de alambres paralelos se estiran todos los alambres medianteun hierro agujereado.

Los haces de alambres paralelos se usan para elementos constructivos primarios y para la formación de cables principales de los puentes colgantes. Los cables de atirantado de los mástiles de celosía, muy altos y cargados, de los mayores puentes colgantes americanos son de hilos paralelos. Esta experiencia con mástiles y puentes colgantes ha conducido a aplicarlos en redes de cuerdas de las cubiertas colgantes.


Cuerda de Alambre de Acero

Las clases más importantes de cuerdas de alambres de acero son las cuerdas en espiral. Entre ellos se encuentran las cuerdas cerradas (o semicerradas), en las que, alrededor del nucleo de cordones propiamente dichos, hay una capa de alambre, deun perfil especial que "cierran" la cuerda.


Fijación de los extremos de las cuerdas

Sección y vista lateral de un acoplamiento fundido
Disposición del extremo de la cuerda antes de meterlo en el manguito
Acoplamiento fundido en forma de dedal


Los esfuerzos que las cuerdas ejercen sobre los puntos de reacción, deben ser transmitidos a los extremos de las cuerdas. Por esta razón, los extremos de las cuerdas deben ofrecer un ensanchamiento de su sección (cabeza de la cuerda), que lleve un tornillo o una oreja por la que pueda pasar un perno.

Los acoplamientos fundidos tienen especial interés para las cuerdas que han de soportar grandes esfuerzos y para los haces paralelos de alambres. La cuerda, por su extremo, se deshace en sus alambres, los cuales se cortan de manera, que queden de igual longitud, y se unen en sus extremos con un alambre. Para la fundación se quitan las ataduras de alambres y se abre, a manera de escoba, el extremo de la cuerda, después de pasar el manguito cónico de acero de la pieza de unión. En el manguito se vierte luego la masa fundida, que lo rellena. Un doblado, hacia dentro, de los alambres de la cuerda, solo es necesario si se emplea el hormigón como masa fundida, con masas de fundición metálica puede resultar perjudicial, pues se forman huecos en el metal. Los alambres no deben ser enderezados, pues la forma helicoidal que le da el torcido a la cuerda, facilita notablemente la adherencia del metal fundido. Antes del fundido, el trozo de cuerda deshilada debe desengrasarse a fondo y limpiarse con lejía sódica caliente. Los acoplamientos fundidos constituyen, pues, el mejor modo de fijar los extremos de la cuerda, ya que perjudican su resistencia en manera insignificante o nula.

Los guardacabos en cables empalmados son muy conocidos como elementos de enlace de las cuerdas. Deben ser ejecutados por personal especializado. La cuerda se dobla alrededor del guardacabos, y el extremo corto se empalma con la cuerda de origen. El empalme consiste en un trenzado tejido entre los alambres de ambas cuerdas, y la longitud de empalme es de unas 25 veces el diámetro. La unión se recubre en alambre. En el ensayo de tracción, la rotura se produce en el paso de la parte empalmada a la cuerda. En las cuerdas delgadas da buen resultado empalmar guarda cabos; en las gruesas, no. Los guardacabos provistos de empalmes con bridas de presión tienen ventajas por su facilidad de montaje. Con buenas bridas se logra una carga de un 80% de la carga de la cuerda. Los guardacabos con bridas deberían ser un recurso en casos de necesidad, pero muchas veces se emplean en construcciones permanentes. En las bolsas acuñadas, la cuerda se dobla alrededor de una pieza en cuña,la cual, con la carga de la cuerda, se atasca en una pieza con forma de bolsa, también en cuña. Las bolsas acuñadas son poco manejables. En ellas debe contarse con una pérdida de carga de hasta un 30%.


Manguito de Tracción
Cuña de muelle anular en su manguito

El acoplamiento con manguitos de tracción tiene hoy empleo adecuado para cuerdas de hasta unos 16 mm. El extremo de la cuerda se hace entrar en el taladro del manguito, y éste, con una máquina de tracción hidráulica, se estira a través de una hilera, que lo aprieta. La capacidad de adherencia de los manguitos de tracción crece con la longitud de la cuerda aprisionada, que en cuerdas en espiral debe ser, cuando menos, de seis veces el diámetro. (En las cuerdas de cordones, el alma o núcleo debe ser sustituído por una clavija de acero). La pérdida de carga es hasta 9% de la resistencia de la cuerda. Los manguitos de tracción son adecuados para la construcción de redes de cuerdas ligeras, tienen una forma ideal y simple. Van provistos, en su extremo, de una rosca o un ojo.

Existe otro medio para la fijación de los extremos de las cuerda, que pueden unirse a otras cuerdas en el centro de un tramo. Se trata de una cuña anular de muelle, que lleva en su interior una capa de de acero blando, el cual entra en un manguito cónico. El cable queda aprisionado al acuñarse al manguito la pieza cónica en la que está metido. Las cuñas anulares de muelle son particularmente eficaces en cuerdas de 7 a 19 alambres. Éstas pueden aflojarse luego y soltar la cuerda, sustituyéndolas por acoplamientos fundidos, los cuales pueden fundirse en el mismo manguito.




Comparación Antoni Gaudí / Frei Otto

Se puede concluir, tras ver y comparar el trabajo de ambos arquitectos, al igual que parte de sus obras, que ambos trabajan principios presentes en la naturaleza, otra similitud es el uso de modelos y/o prototipos al diseñar o pensar la estructura de una edificación. Ambos responden a este orden de trabajo: observar un fenómeno de la naturaleza, experimentación, crear un prototipo estructural, pensar la edificación. Sin embargo, la manera en que pasan de la experimentación a la creación de un modelo varía.

En el caso de Gaudí, el observa la gravedad, y como ésta da una forma simétrica a un cuerpo alargado, al sostenerlo por sus extremos sin tensarlo. El siguiente paso de Gaudí es experimentar con esta forma: la catenaria. Esto lo lleva a la confección de un sistema de cuerdas traccionadas por sacos de arena que cuelgan de un techo y ve mediante un espejo, como podría ser este modelo al traspasarlo a un sistema de compresión. Gaudí mediante esto expone que la catenaria descrita por la gravedad es equivalente al esfuerzo de compresión al invertir ese sistema. Un aspecto que Gaudí no considera es que la catenaria es un elemento de 2 dimensiones, traspasarlo a una torre involucra que esta se repita en todas sus direcciones, entonces una torre estaría mejor precisada si la cuerda que la traza se repitiese, pasando por el mismo eje, pero con otra dirección.

En cambio Frei Otto, no traspasa ni invierte sistemas, sus estudios sobre las membranas tensadas, apuntan hacia sus modelos de techumbres colgantes, y en el caso de las burbujas no tensadas, esas se convierten en domos que se soportan a si mismos, al igual que la burbuja que se soporta sin reventarse. Al observar este tipo de fenómeno Frei Otto tiene una geometría mas simétrica y con menos margen de error que Gaudí, porque la burbuja por ejemplo es un cuerpo en 3 dimensiones, ya que cualquier esfuerzo vectorial en cualquier dirección puede romperla, por lo mismo toma una forma perfecta de esfera (no círculo, a no ser que esté enmarcada, pero al estar libre, siempre opta por la forma esférica). Esta experimentación lo lleva a poder desarrollar estructuras (sin importar la materialidad aun) mucho mas resistentes, por lo que pueden ser llevados a edificaciones ligeras.




Buckminster Fuller

Introducción

Richard Buckminster Fuller

Richard Buckminster "Bucky" Fuller fue diseñador, ingeniero, visionario e inventor estadounidense, nacido en 1895, y muere en el año 1983. Durante su vida, Fuller buscó respuesta a la pregunta "¿Tiene la humanidad una posibilidad de sobrevivir final y exitosamente en el planeta Tierra y, sí es así, cómo?". Considerándose a sí mismo un individuo medio sin especiales medios económicos o título académico, eligió dedicar su vida a esta cuestión, intentando descubrir si un individuo podía mejorar la condición humana de una forma que no podían hacer los gobiernos, las grandes organizaciones o las empresas privadas. También realizó muchas invenciones, especialmente en los campos de la arquitectura, campo en el que su trabajo más conocido es la cúpula geodésica. Las moléculas de carbono conocidas como fulerenos tomaron su nombre de su parecido con las esferas geodésicas.


Tensegridad

Trama triangular en la estructura de un domo, debido a la no deformación por uniones sueltas en este polígono

La Tensegridad es un principio estructural basado en el empleo de componentes aislados comprimidos que se encuentran dentro de una red tensada continua, de tal modo que los miembros comprimidos (generalmente barras) no se tocan entre sí y están unidos únicamente por medio de componentes traccionados (habitualmente cables) que son los que delimitan espacialmente dicho sistema. El término Tensegridad, proveniente del inglés Tensegrity es un término arquitectónico acuñado por Buckminster Fuller como contracción de tensional integrity (integridad tensional).

Una estructura constituye un sistema de tensegridad si se encuentra en un estado de autoequilibrio estable, formado por elementos que soportan compresión y elementos que soportan tracción. En las estructuras de tensegridad, los elementos sometidos a compresión suelen ser barras, mientras que los elementos sometidos a tracción están formados por cables. El equilibrio entre esfuerzos de ambos tipos de elementos dotan de forma y rigidez a la estructura. Esta clase de construcciones combina amplias posibilidades de diseño junto a gran resistencia, así como ligereza y economía de materiales.


Estructura de Cúpula Geodésica

Pabellón Americano diseñado por Fuller para la Expo 67, en Montreal, Canadá

En 1949 erigió la primera cúpula geodésica del mundo que podía sostener su propio peso sin límite. Era una cúpula de 14 pies (4.2 metros) de diámetro construida con tubos de aluminio y una cubierta de vinilo en forma de tetraedro. Para probar su diseño, Buckminster y muchos estudiantes que habían ayudado en su construcción se colgaron de la estructura ante los atónitos espectadores. El rasgo principal, es una esfera, o en este caso, la mitad de una. La estructura y trama de los fierros es otro punto interesante. Son estructuras compuestas por tramas de figuras geométricas regulares (cuyos lados y angulos son iguales) para cumplir con el princio de tensegridad e isotropía. Además estas figuras tienden a ser triángulos o círculos por ser formas indeformables.





BIBLIOGRAFÍA

Frei Otto: Tension Structures ; de Conrad Roland ; Editorial Praegers Publishers

Frei Otto, Cubiertas Colgantes ; de Francisco Folguera ; Editoral Labor

www.olympiapark.de

www.wikipedia.org