Grupo 13 Informe final

De Casiopea


Estructura.jpg


TítuloInforme mecanismo Theo Jansen
AsignaturaEstructura II 1º Semestre 2018
Del CursoEstructuras II 1º Semestre 2018
CarrerasArquitectura, Diseño Industrial
3
Alumno(s)Josefa Contreras, Nicolas Olguin, Stefania Jara

PRIMER PROTOTIPO

RELATO TÉCNICO


El encargo consiste en la construcción de un mecanismo a base de papel que al aplicar una fuerza desplace. Para dicho objetivo se investigó al artista neerlandés: Theo Jansen, conocido por sus esculturas cinéticas que a raíz de la fuerza del viento de desplazan por las playas de Holanda. La creación de dicho mecanismo es en base al algoritmo que logra la imitación al desplazamiento de un animal. Las medidas aplicadas para la proyección de las patas fue en proporción a los números trabajados por Theo Jansen a los cuales denomina “algoritmos del viento”.

Escogimos el uso de estructuras trianguladas basándonos nétamente en su principio de indeformabilidad, ya que no cubrimos sus caras laterales lo cual sería trabajar desde el marco rígido debido a que el triángulo resiste a los esfuerzos axiales.

El Cigüeñal es la pieza fundamental en la coordinación del movimiento que imita el desplazamiento de los animales, es el que garantiza el equilibrio basado en cantidad de patas que avanzan y patas que sostienen el cuerpo, alternando estas dos para lograr el andar de la estructura.

La primera parte del armado del total implica el encuentro de los grosores coincidentes, es decir el “encaje” lo que limita los movimiento coplanares de las extremidades respecto del cigüeñal que acoge las primeras, mediante vínculos que si bien deben unir, también deben permitir el movimiento.


HIPÓTESIS

Tomando en cuenta que seguimos el modelo a uno ya probado en internet, creímos en un comienzo que iba a funcionar, sin embargo el cambio de materiales más rígidos (del ejemplo) por unos más flexibles como el cartón forrado y el alambre delgado sentimos que no posee el rigor necesario para la coordinación que gatille un desplazamiento fluido, por lo tanto somos categóricos en que si bien puede tal vez logra un movimiento leve, no lograra el desplazamiento prolijo que nos propusimos lograr.


PROCESO CONSTRUCTIVO


Extremidades

A. Dibujo de la “malla” sobre el cartón forrado, B. Cubrimiento del cartón con cartulina (para mayor firmeza). C. Corte de las piezas D. Armado de las patas E. Instalación de dos tubos (carga de tinta vacía cortada) E.1. Uno que funcionara como eje para permitir el movimiento del par de extremidades (ubicado en el vínculo)

E.2. Un segundo que asegura la deformación de los cuadriláteros para lograr el desplazo.

(ver figura 1)


De los Ejes

A. Tensado del alambre B. Dimensionado en piezas de 30 cms

Del cigüeñal

A. Tensado del alambre B. Dimensionado en una pieza de 40 cms C. Medida y marca cada dos cms (ancho de las patas). D. Introducir 6 vínculos (carga de tinta) e ir ubicando según esquema a medida del doblez. (ver figura 2) E. Doblado según el esquema con alicate y transportador F. Giro de los segmentos verticalmente 120º respecto del adyacente

UNIÓN

Adherir las extremidades en los puntos “e.1” con los vínculos (carga de lápiz vacía) con silicona caliente.

INCLUSIÓN DE LOS EJES

introducir ambos alambres laterales por cada unos de los tubos “E.2” extremos posicionar el elemento que da rigor, doblar el alambre central en un extremo y crear la ”manivela” y así al girar provocar el movimiento. ( ver figura 3, 4 y 5)

1) VÍNCULOS Al girar la manivela los tubos no soportaban la fuerza necesaria para girar cada par de extremidades, para solucionar esto se requiere algo con más rigidez que no se quebrara con facilidad, así los tubos de papel fueron reemplazados por trozos del interior de un lápiz pasta con un diámetro los suficientemente grande para que el alambre se introdujera en él y tuviera su libertad de movimiento.

2) AGOREX Cada tubo de papel fue pegado con agorex a las extremidades, al ser estos cambiados por plástico, se volvieron difíciles de pegar, viéndonos obligados a cambiar el pegamento.

3) CANTIDAD DE SILICONA EN BARRA La silicona caliente reemplazo al agorex pero aun asi se necesitaba gran cantidad de esta para soportar la carga del mecanismo. Al tener propiedades elásticas, la silicona proporciona libertad de movimiento, aunque solo por un corto periodo de tiempo.

4) GROSOR DE ALAMBRE El mayor factor contribuyente al fracaso del mecanismo fue el grosor del alambre, al ser este muy delgado no resistió a la fuerza aplicada, resultando en su torsión en distintos puntos sin poner en movimiento las extremidades. Al forzar el movimiento las uniones comenzaron a despegarse y así la estructura se desmorono.

ESCALA DE RESULTADOS

-Se mantiene en pie, está en una posición en el espacio, la estructura permite soportar el peso propio: SI -Hay una voluntad de movimiento inicial, aunque finalmente no logre el desplazamiento: SI -Hay desplazamiento con interacción de varias fuerzas- vectores: NO -Desplazamiento con indicación inicial de un único empuje: NO

RESULTADOS; posibles mejoras para futuros mecanismos

Para lograr que el mecanismo se desplace exitosamente se debería de cambiar el alambre por uno de mayor grosor, pero, eso significa cambiar cada unión para poder acoger el nuevo alambre. Existe la posibilidad que si el material principal de cada extremidad fuera papel delgado, entonces, el alambre con menor grosor fuera capaz de resistir la carga de la estructura.

SEGUNDO PROTOTIPO

RELATO TÉCNICO

La tarea que se llevó a cabo consistió en construir un mecanismo, de materialidad libre, que al serle aplicada una fuerza de tiro, este se desplaza. Investigando sobre el artista neerlandes, Theo Jansen, nos encontramos con sus esculturas cinéticas; creadas base a un algoritmo o “números mágicos” para conseguir simular el movimiento de una extremidad animal en el proceso de su desplazamiento.


Siguiendo el modelo de sus esculturas, nos propusimos construir un mecanismo con doce extremidades, en el cual el cigüeñal se deformaba al aplicar la forma, limitando el movimiento en las extremidades, este prototipo con el uso se fue desmoronando. A causa de esto en este segundo intento usamos como guía un modelo distinto con solo dos pares de extremidades y un diferente cigüeñal a base de un cilindro rotatorio con una cuerda que permitiría la aplicación de la fuerza en forma de tiro. Estas extremidades están unidas por un cuerpo central que resembla el de un animal cuadripedo. Nuestra hipótesis respecto a esto se basa en el diferente cigueñal, ya que este no depende de alambres, sino de un elemento rotatorio indeformable.


PROCESO CONSTRUCTIVO

Los materiales empleados para la construcción de esta criatura fueron los siguientes:

Hardboard Blanco ( Cigüeñal y patas) Bisagras (Patas) Cartón Panal (cuerpo) Alambre Galvanizado Palos de Maqueta Pitilla Agorex Duct Tape

Con los anteriores números mágicos, dividimos y cortamos cada extremidad con sus componentes de ancho 5cm, en la sierra circular de mesa. Usando los diagramas comenzamos a unir cada pieza con bisagras, la movilidad obtenida en cada pata sobrepasa aquella del primer prototipo.

Paralelamente, usando un tubo de pvc y dos círculos perfectos de cholguán como base a cada lado, se crea un cigüeñal en forma de carrete, atado y enrollado al centro de este esta la pitilla que al tirar de ella, el cigüeñal comienza a girar, resultando en el desplazamiento.

Se comenzó a crear un cuerpo base a cartón panal para dar acojo a cada extremidad y al cigüeñal, este cuerpo comple el rol de poner en su lugar cada pieza y a la vez limitarlas a sus puestos ya que sin este actuando como restricción, estas fallaran al momento de desplazarse, debido al peso de cada extremidad.

Cada extremidad está conectada al cigüeñal en sus círculos base mediante un pequeño palo de maqueta ajustados con el alambre galvanizado; a la vez cada extremidad está unida con su paralela con un palo de maqueta más largo para mantener la rigidez.


PRUEBA

Al tratar de hacer funcionar el mecanismo, numerosos factores contribuyeron a su fallo:

Bisagras

Si bien las bisagras otorgaron una mayor flexibilidad para el movimiento, volvieron cada pata inestable, en conjunto las patas se doblaban hacia los lados resultando en una pobre posición de descanso del animal. Una solución rápida a esto fue la cinta de embalaje (duct tape) que usamos para proporcionar mayor rigidez a la estructura. Luego de varios intentos se decidió sustituir las bisagras endebles por esta cinta, el resultado inicial fue positivo, pero al sustituir más, la flexibilidad de movimiento fue perdida.

Cuerpo

Al ser de cartón panal, el cuerpo que suponía restringir movimientos no deseados, cedió ante la mayor fuerza que era aplicada para el desplazamiento, así desgarrando el cartón a medida que se le aplicaba esta. Después de cambiar algunas bisagras por cinta, la fuerza que se necesitaba ejercer era mayor y el daño en el cuerpo era directamente proporcional.


Chassis

La presencia de un chasis que se elevara por sobre el cuerpo le hubiese otorgado mayor estabilidad y un peso central que habría contribuido a la habilidad de dar un paso, ya que al tirar de la cuerda, la criatura solo se arrastraba o se estancaba.

Pegamento/uniones

Cada unión se vio perturbada por la fuerza ejercida, ya que el prototipo era constantemente probado y ajustado, las uniones se debilitaron, resultando en un caso perdido que por cada arreglo, otra falla.

ESCALA DE RESULTADOS

-Se mantiene en pie, está en una posición en el espacio, la estructura permite soportar el peso propio: SI -Hay una voluntad de movimiento inicial, aunque finalmente no logre el desplazamiento: SI -Hay desplazamiento con interacción de varias fuerzas- vectores: NO -Desplazamiento con indicación inicial de un único empuje: NO


RESULTADOS; posibles mejoras para futuros mecanismos

Reducir el ancho de las patas para que sean del ancho de cada bisagra o sustituirlas por completo. Al ser de madera las patas el peso de cada uno era mayor a lo que un cuerpo de cartón podía soportar, la solución a esto sería cambiar el cuerpo por uno más resistente y pesado o cambiar la materialidad de cada extremidad. El número de extremidades también es un factor importante, ya que mientras mayor superficie de apoyo, mayor estabilidad; en este prototipo se utilizaron dos pares de patas, como hipótesis creemos que cuatro pares de extremidades serán lo necesario para un futuro mecanismo.



TERCER PROTOTIPO; FINAL

HIPÓTESIS

Se estima como resultado el desplazar de la estructura con mayor estabilidad, usando 2 pares de pata que realizan un movimiento mientras que en el mismo tiempo otras realizan otro movimiento, produciendo el caminar de la estructura. Esto se diferencia a la primera estructura que realizamos ya que utilizamos 6 pares de pata, por lo que el movimiento no fue el indicado para el desplazar. Por este motivo se espera un resultado apropiado al caminar ya que se mantendrá una estabilidad que permita realizar el movimiento.


MEJORAS REALIZADAS

Las estructuras realizadas en los intentos anteriores constituyen diversos fallos en el que se impide el movimiento; esto debido al tipo de material empleado y al cómo se vinculan los materiales. En este tercer intento se mejoran estos detalles cambiando todos los materiales empleados y el tipo de cigüeñal para el movimiento.


PROCESO CONSTRUCTIVO

Nuevos materiales empleados:

- Cartón piedra (Patas) - Maskin tape (Uniones patas) - Alambre galvanizado (Cigüeñal y chasis)

Materiales extras:

- Taladro (Para tensar el alambre) - Cautín (Para las uniones entre los alambres)


Empezamos por cortar el cartón en anchos de 3 cm con largos variados para cada sección de las patas hasta para así formar los números mágicos de Theo Jansen. (ver figura 1). Al tener cada letra de cartón seleccionada se comienzan a unir según la figura hasta formar la estructura de la pata, uniendo cada pedazo con maskin tape (este proceso se realiza cuatro veces para formar las cuatro patas necesarias para caminar). Las uniones con maskin tape permiten una firmeza ; en el cual, al moverse la estructura de la pata, esta no se va para los lados y se desequilibra. (ver figura 2)

Luego de tener las 4 patas listas y unidas, procedimos a la forma del cigüeñal. Se tensa el alambre y se toma una medida de 5 cm de largo para formar cuadrados de 90º, 120º, 45º y 90º en ese orden, quedando el mismo ángulo en las dos extremidades; además de añadir 10 cm en cada extremidad para poder simular el movimiento al caminar en el suelo. Estos cuadrados se pegan al medio entre las patas con maskin , logrando un movimiento en el que se pueda caminar pero sin mucha estabilidad continua al ser desplazado. (ver fig 3)

El último procedimiento fue agregarle el chasís con alambre, por sobre las patas. Se forman 8 caras de 3 lados (dos por pata) de 20x30x20 cm y así se soldan en el alambre del cigüeñal, uniéndose todas estas caras en la parte de 30 cm con un alambre a lo largo para afirmar estas caras. Tras esta distribución del chasis, se logra una mayor firmeza de la estructura, funcionando como un todo. Se estabiliza el movimiento de la estructura, realizando un movimiento continuo al mover las extremidades del cigüeñal para moverlo.


PRUEBA

El resultado final de la estructura permite un desplazamiento continuo, las uniones permiten esta firmeza sin que de desequilibre ni se vaya para otro lado la forma de las patas, además de estabilizar el movimiento por la forma de cuadrados del cigüeñal y el chasis. Estas uniones permiten que la estructura funcione como una sola, dependiendo de la otra para poder desplazarse. Pese a esto, el movimiento final contribuye a un desplazar en el que es necesario mover las extremidades del cigüeñal. Si bien la estructura logra caminar, esta podría ser desplazada de forma aún mas continua y sin aplicar alguna fuerza para el movimiento. De esta forma se habría que construir un detalle que Theo Jansen aplicó a una de sus estructuras; una forma en que se localice en el punto donde la estructura de las patas toca con el suelo, para así generar este movimiento que se genere solo tras el roce del terreno. (ver figura 5). Esta forma permite que sea más fácil el poder mover la estructura sin aplicar una fuerza constantemente sobre ella, logrando un desplazar más autónomo al dirigir una fuerza para que este roce y genere otra por si sola.

Por otro lado; el material empleado de cartón piedra; tras mucho uso de la estructura, genera un desgaste del material, provocando dobleces del cartón, concurriendo a un refuerzo de ciertas partes dobladas. Por este motivo se piensa para un futuro mecanismo ocupar un cartón más grueso para evitar estos dobleces.


HIPÓTESIS DEL RESULTADO ¿CAMINA O NO CAMINA? ¿POR QUÉ? ¿QUÉ DESFAVORECIÓ UN DESPLAZAMIENTO AÚN MEJOR? ¿CÓMO CLASIFICARÍAN LOS VÍNCULOS?

El resultado final fue favorable ya que la estructura logra el movimiento esperando, pudiendo caminar, debido al proceso en que los materiales convergen entre si con las uniones, permitiendo que las matas no se doblen para un lado en algún movimiento. Junto con esto, la conexión con el suelo es más tensa, produciéndose un desplazar más fraccionado ya que no se genera un roce continuo al tocar el terreno cuando se mueve. Se clasifican los vínculos como vínculos relativos; permitiendo diversos apoyos en que se genera un grado de movimiento, donde no se restringen todos los grados de libertad.

RESULTADOS

El resultado fue positivo ya que gracias a las uniones establecidas la estructura logra caminar de forma continua y firme ante el equilibro obtenido. La estructura se mantiene de pie pudiendo soportar las fuerzas establecidas sin mayor complicación, la estructura puede ser mejorada cada vez más agregando formas para la conexión estructura-suelo.

ESCALA DE RESULTADOS

-Se mantiene en pie, está en una posición en el espacio, la estructura permite soportar el peso propio: SI -Hay una voluntad de movimiento inicial, aunque finalmente no logre el desplazamiento: SI -Hay desplazamiento con interacción de varias fuerzas- vectores: NO -Desplazamiento con indicación inicial de un único empuje: NO


CONCLUSIONES

Al armar la estructura se concluye que los vínculos son el mayor factor para poder generar un movimiento sin complicaciones de equilibrio, se necesitan vínculos firmes que no generen un movimiento involuntario al mover la estructura. Tras esto se logra exitosamente una sola estructura que depende del material empleado para el movimiento, los materiales justos y necesarios para las fuerzas que se aplican.

Video mostrando los resultados finales:

https://youtu.be/gfKHBldG8C4