DISEÑO EN FLEXIÓN ACTIVA CON NEUMÁTICOS RECUPERADOS

Análisis de la morfología bio-inspirada en la estructura del cactus

 

Tesis doctoral:  Ludovica Rossi, arquitecto
Director:  Fernando Juan Ramos Galino, Dr. arquitecto
Programa de Doctorado de Tecnologia de l’Arquitectura, de l’Edificació i de l’Urbanisme

Escola Tècnica Superior d’Arquitectura de Barcelona - Universitat Politècnica de Catalunya

 

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Resumen

 

Esta tesis trata el estudio metodológico y el desarrollo de un caso práctico de biomímesis aplicada a procesos de diseño en arquitectura. El trabajo integra aspectos de la biología vegetal con el diseño arquitectónico en un marco teórico atento a las problemáticas medioambientales. La investigación se enfoca en el descubrimiento de mecanismos biológicos como fuente para indagar tecnología de forma creativa. El diseño en biomímesis sigue el proceso ascendente (Bottom-Up) que parte del estudio del modelo biológico para definir la abstracción del mecanismo orgánico y su implementación técnica.


La investigación mantiene la misma función del modelo biológico de referencia permaneciendo en el campo de los productos biomiméticos funcionales y biomorficos. El proceso de trabajo libera la comprensión de las dinámicas naturales de una aplicación específica en el ámbito humano. Este marco permite descubrir las morfologías en flexión activa, un principio de diseño innovador que integra los comportamientos estructurales de flexión y pandeo en alternativa a configuraciones de cuerpos rígidos y tipológicas predefinidas.
La aplicación del caso práctico estudia el sistema estructural portante de las cactáceas vivas (Capítulo 1). Se analizan ejemplares de la familia de las Cactáceas de los géneros Echinopsis y Opuntia que han perdido tejido mecánico y resistente a favor de células no especializadas para el almacenamiento de líquidos. La tesis recopila muestras, realiza estudios de campo y análisis bibliográfico para verificar las potencialidades del modelo como generador de conceptos. La abstracción de los mecanismos orgánicos de crecimiento y adaptabilidad permiten separar el modelo biológico y los principios descubiertos (Capítulo 2). Por medio de la construcción de modelos físicos a pequeña escala se definen la banda de rodadura de neumáticos como material principal y la franja como elemento morfológico de base. Las características de elasticidad del material permiten trabajar en el campo del tejido vivo de la planta. Se analizan propiedades mecánicas del material donde las elección de emplear neumáticos recuperados responde a las motivaciones medioambientales de la tesis.


Se definen y examinan tres configuraciones espaciales: la malla sinusoidal, la cúpula en franjas predeformadas en pétalos alternados y la cúpula en franjas pre-deformadas cerradas en anillos. Las morfologías generadas se incluyen en las estructuras en flexión activa (Capítulo 3), que se analizan según las deformaciones de las fibras y la resistencia geométrica obtenida por el sistema de agregación. Se obtienen sistemas auto-organizados y/o auto-portantes por equilibrio de esfuerzos internos. Paralelamente la simulación digital de los tres casos (Capítulo 4) permite verificar y sistematizar los factores que determinan las variaciones de forma por medio del diseño generativo. Se establecen las leyes de transformación que permiten diferenciar los procesos implícitos y explícitos que generan la morfología.


Las plantas son una fuente de inspiración prometedora para estructuras en campo elástico. La investigación propone la geometría de la franja como arquetipo morfológico que define la topología del sistema. La estrategia implementada sigue un diseño algorítmico que utiliza la búsqueda de patrones repetitivos para explorar procesos generativos. La iteración y deformaciones aplicadas a las franjas individúan dos grupos morfológicos y tres configuraciones espaciales. La interacción de las partes generan nuevos fenómenos como propiedades emergentes del sistema. Y el proceso de diseño bioinspirado genera morfología en flexión activa donde la deformación es una modalidad alternativa para crear formas arquitectónicas.


Palabras claves: Biomímesis, Bio-inspiración, Morfología, Flexión activa, Diseño generativo, Cactus, Reciclaje, Banda rodamiento, Neumáticos fuera de uso