El pabellón de fibra de lino biomimética LivMatS abre al público

Completado y abierto al público, el liv Se dice que el Pabellón MatS, una estructura biomimética ubicada en el Jardín Botánico de la Universidad de Friburgo (Alemania), ofrece una alternativa viable y eficiente en el uso de recursos a los métodos de construcción convencionales y, por lo tanto, representa un paso importante hacia la sostenibilidad en la arquitectura. Además, constituye lo que su equipo de proyecto afirma es el primer edificio con una estructura de carga que está completamente hecha de fibra de lino enrollada robóticamente, un material naturalmente renovable, biodegradable y disponible regionalmente en Europa Central.

Habilitado por una combinación novedosa de materiales naturales y tecnologías digitales avanzadas, este pabellón surge de la exitosa colaboración de un equipo interdisciplinario de arquitectos e ingenieros del programa de maestría ITECH en el Clúster de Excelencia “Diseño y Construcción Computacional Integrativa para Arquitectura (IntCDC)” en la Universidad de Stuttgart (Alemania) y biólogos del Cluster of Excellence “Living, Adaptive and Energy-Autonomous Material Systems ( liv MatS) ”en la Universidad de Friburgo (Alemania).

Según el equipo, el pabellón bioinspirado muestra cómo los procesos de codiseño novedosos que tienen en cuenta simultáneamente los requisitos geométricos, materiales, estructurales, de producción, ambientales y estéticos, junto con técnicas avanzadas de fabricación robótica aplicadas a materiales naturales, son capaces de generar un arquitectura que es, al mismo tiempo, ecológica y expresiva. El aspecto distintivo e intrincado de la superficie de los elementos estructurales de lino evoca tanto ejemplos vernáculos de celosía como de sistemas biológicos.

Durante los próximos cinco años, el liv El Pabellón MatS servirá como una sala de conferencias al aire libre en la Universidad de Friburgo, especialmente para aquellos en la Universidad de Friburgo, que usan el Jardín Botánico dentro del concepto de “aprender de la naturaleza en la naturaleza” como un sitio de investigación y enseñanza. Los científicos también presentarán su trabajo al público en visitas guiadas o talleres.

Materiales de fibra natural, biomiméticos

Durante los últimos dos años, un equipo de arquitectos e ingenieros del Instituto de Diseño y Construcción Computacional (ICD) y el Instituto de Estructuras de Edificios y Diseño Estructural (ITKE) de la Universidad de Stuttgart, han investigado el potencial de utilizar fibras naturales como material de construcción, creyendo que presentan una alternativa prometedora y sostenible a las fibras producidas sintéticamente. Han encontrado con el liv Pabellón MatS que, además de ofrecer el potencial para reducir la huella ambiental del edificio y proporcionar un material renovable para la industria de la construcción, las fibras de lino son comparables en sus propiedades mecánicas a las mechas de fibra de vidrio, proporcionando una rigidez similar por peso, pero con una energía incorporada mucho más baja.

Además, la estructura continúa la colaboración de investigación de larga data para determinar cómo los principios de la biología, como los sistemas de carga, pueden transferirse de la naturaleza a la arquitectura. El liv El pabellón MatS se inspiró en el cactus saguaro ( Carnegia gigantea ) y el nopal ( Opuntia sp.), que se caracterizan por su estructura de madera. El cactus saguaro tiene un núcleo de madera cilíndrico que es hueco por dentro y, por lo tanto, particularmente ligero. Consiste en una estructura de madera en forma de red, que le da al esqueleto una estabilidad adicional y se forma como resultado del crecimiento de sus elementos individuales de madera. El tejido de los brotes laterales aplanados del nopal también está entretejido con haces de fibras de madera en forma de red, que están dispuestos en capas e interconectados. Como resultado, el tejido del nopal se caracteriza por una capacidad de carga particularmente alta. Al abstraer estas estructuras de red, los científicos pudieron transferir las propiedades mecánicas de las estructuras de fibras reticuladas a los elementos estructurales ligeros del pabellón.

Diseño y fabricación integradores

El proyecto se extiende a más de 10 años de investigación en la construcción de fibras. La investigación anterior se centró en el uso de compuestos de fibra producidos sintéticamente en la construcción, como el vidrio y las fibras de carbono, en combinación con métodos avanzados de diseño, simulación y fabricación computacionales. El liv El pabellón MatS amplía esta investigación hacia un método de construcción más sostenible con fibras de lino naturales e investiga el uso de estas fibras naturales en una aplicación a gran escala.

Los elementos de construcción que soportan carga se producen con un proceso de bobinado de filamentos sin núcleo desarrollado por el equipo del proyecto. En este enfoque de fabricación aditiva (AM), un robot coloca con precisión haces de fibras en un marco de bobinado. Según se informa, esto permite la calibración dirigida y la articulación arquitectónica de la orientación, alineación y densidad de las fibras para ajustarse exactamente a los requisitos estructurales en el componente, como en su inspiración biológica. Según los investigadores, la forma predefinida de los componentes solo surge a través de la interacción de las fibras dentro del marco de enrollamiento, eliminando la necesidad de un molde o núcleo adicional. Además, este método de fabricación no produce desperdicios ni recortes. Además, el mismo bastidor de enrollamiento modular se puede utilizar para todos los elementos que varían geométricamente. Esto conduce a una excelente eficiencia del material cuando se compara con materiales de construcción convencionales y da como resultado una alta capacidad de carga.

Las fibras naturales y su variabilidad biológica también han presentado a los investigadores nuevos desafíos, particularmente en lo que respecta al diseño computacional y los flujos de trabajo de fabricación robótica, así como al control de la máquina. Estos flujos de trabajo de co-diseño se desarrollaron inicialmente para materiales sintéticos y, por lo tanto, homogéneos, y ahora debían adaptarse a las propiedades de los materiales de las fibras de lino. Este ajuste del modelo de diseño computacional integrador permitió que las propiedades heterogéneas del material informaran el diseño y la planificación de los componentes individuales, así como la estructura general. Las propiedades mecánicas específicas de las fibras naturales también requirieron la reconfiguración del proceso de fabricación robótica.

El liv El pabellón MatS está cubierto con una piel de policarbonato impermeable, que no solo brinda protección contra la intemperie, sino que también protege las fibras de la radiación ultravioleta directa y la humedad de la lluvia o la nieve.

Demostrador integrado para la construcción sostenible

La estructura portante del liv El pabellón MatS consta de 15 componentes de fibra de lino, prefabricados robóticamente exclusivamente a partir de fibras naturales hiladas en continuo, así como un elemento de remate fibroso en la parte superior de la estructura. Los elementos varían en longitud total de 4,50 a 5,50 metros y pesan solo 105 kilogramos en promedio. Toda la estructura de fibra pesa aproximadamente 1,5 toneladas y cubre un área de 46 metros cuadrados. El diseño final cumple con el código de construcción alemán y los requisitos de permisos estructurales relacionados y el conjunto de combinaciones de carga, incluidas las cargas de viento y nieve.

Los desarrollos de investigación relacionados con el proceso computacional, la fabricación robótica y el nuevo sistema de materiales fueron desarrollados por un equipo interdisciplinario de estudiantes de ITECH e investigadores de ICD / ITKE en la Universidad de Stuttgart y fueron validados por la fabricación de una primera serie de prototipos. de los componentes de fibras naturales. Luego, los datos de producción se generaron y se pasaron al socio industrial del proyecto, FibR GmbH (Stuttgart, Alemania) para la producción de los 15 componentes estructurales.

El proyecto continúa una serie de demostradores de edificios experimentales y altamente innovadores exitosos diseñados y realizados por el equipo interdisciplinario de investigadores y estudiantes de la Universidad ICD / ITKE de Stuttgart. También refuerza aún más la colaboración ya exitosa entre el Clúster de Excelencia liv MatS en la Universidad de Friburgo y el Cluster of Excellence IntCDC en la Universidad de Stuttgart. IntCDC tiene como objetivo repensar el diseño y la construcción a través de tecnologías digitales para abordar los desafíos ecológicos, económicos y socioculturales que enfrenta el entorno construido. La visión de liv MatS es combinar la naturaleza y la tecnología para desarrollar tecnologías ambientales y energéticas de vanguardia. Por su propia naturaleza, el pabellón ofrece puntos de contacto para resaltar similitudes y diferencias entre materiales biológicos y técnicos y para mostrar las posibilidades que ofrece la bioinspiración, por ejemplo en arquitectura pero también en otras áreas de la tecnología.

Desarrollo científico:

• Marta Gil Pérez, Serban Bodea, Niccolò Dambrosio, Bas Rongen, Christoph Zechmeister
• Gestión de proyectos:Katja Rinderspacher, Marta Gil Pérez, Monika Göbel

Desarrollo de conceptos, desarrollo de sistemas, creación de prototipos:

• 2018-2020:Talal Ammouri, Vanessa Costalonga Martins, Sacha Joseph Cutajar, Edith Anahi Gonzalez San Martin, Yanan Guo, James Hayward, Silvana Herrera, Jeongwoo Jang, Nicolas Kubail Kalousdian, Simon Jacob Lut, Eda Özdemir, Gabriel Rihaczek, Anke Kristina Schramm, Lasath Ryan Siriwardena, Vaia Tsiokou, Christo van der Hoven, Shu Chuan Yao
• 2018-2019:Karen Andrea Antorveza Paez, Okan Basnak, Guillaume Caussarieu, Zhetao Dong, Kurt Drachenberg, Roxana Firorella Guillen Hurtado, Ridvan Kahraman, Dilara Karademir, Laura Kiesewetter, Grzegorz Łochnicki, Francesco Hooman, Yue Qi Nasim Sehat, Tim Stark, Zi Jie, Jake Tan, Irina Voineag

Desarrollo de fachadas:

• Tim Stark
• Con el apoyo de:Okan Basnak, Yanan Guo, Axel Körner
• Ayuda para estudiantes:Matthew Johnson, Daniel Locatelli, Francesca Maisto, Mahdieh Hadian Rasanani, Lorin Samija, Anand Shah, Lena Strobel, Max Zorn