Descrição enviada pela equipe de projeto. O Instituto de Projeto Computacional (ICD, em sua sigla em inglês) e o Instituto de Projeto de Estruturas de Construção e Desenho Estrutural (ITKE, sigla em inglês) da Universidade de Stuttgart inauguraram um novo pavilhão de pesquisa demostrando técnicas de fabricação robótica têxtil para estruturas em concha de madeiras segmentadas. O Pavilhão é o primeiro de seu tipo a empregar o corte industrial de elementos de madeira numa escala de arquitetura. É parte de uma série exitosa de pavilhões de pesquisa que exibem o potencial do design, simulação e processos de fabricação computacionais na arquitetura. O projeto foi elaborado e realizado pelos alunos e pesquisadores com uma equipe multidisciplinar de arquitetos, engenheiros, biólogos e paleontologistas.
Pesquisa Biomimética em Estruturas de Concha
O desenvolvimento do Pavilhão de Pesquisa ICD-ITKE 2015-16 é caracterizado por uma estratégia de projeto de todo o processo baseada em pesquisa biomimética de estruturas naturais de células segmentadas e métodos de fabricação robótica para cortar finas camadas de compensado de madeira. O projeto iniciou com a análise da morfologia construtiva de uma espécie de estrela do mar. Em paralelo, uma técnica de fabricação foi desenvolvida que permitisse a produção de segmentos elasticamente dobrados e de duas camadas, feitas de compensado de madeira de Fagus roboticamente cortados. Introduzir métodos de conexões têxteis em construções de madeira permitiu segmentos de madeira extremamente leves e performáticos.
Estudos anteriores baseados em ouriços do mar já haviam levados os parceiros a transferir os princípios construtivos e o desenvolvimento de novos métodos de construção para conchas de placas de madeira. Neste projeto, estruturas de conchas naturalmente segmentadas foram analisadas posteriormente em uma cooperação interdisciplinar entre arquitetos e engenheiros da Universidade de Stuttgart e biólogos da Universidade de Tubingen para revelar aspectos relevantes extras. Dentro do filo taxonômico da Echinodermata duas espécies da classe Echinoidea (ouriço do mar) e a ordem Clypeasteroida (estrela do mar) foram identificados particularmente como promissores para a transferência de princípios morfológicos, bem como princípios processuais de crescimento para um processo de projeto integrativo.
Aliados à Universidade de Tübingen, imagens e scanners SEM (varredura de microscopia eletrônica) foram utilizados de uma série de espécies para entender sua intricada estrutura interna de ouriços e estrelas do mar. Concluiu-se que a performance destas estruturas leves segmentadas depende não apenas da disposição de suas placas individuais de calcita, mas também da morfologia geométrica de um sistema de dupla camada e da diferenciação dentro do material. Mais importante ainda, as placas de calcite de algumas espécies de ouriço do mar são conectadas através de elementos fibrosos, além das articulações no sistema macho-fêmea e, portanto, é possível concluir que esta conexão multi-material desempenha um papel importante na manutenção da integridade da casca do ouriço de mar durante o crescimento e exposição das forças externas.
Empregando a Lógica Material e Estrutural da Madeira
Baseado nos princípios biológicos e nas características dos materiais, o sistema foi desenvolvido como uma estrutura de dupla camadas similar ao crescimento secundário das estrelas do mar. Os elementos construtivos consistem de ripas de madeira extremamente finas. Instrumentalizando a anisotropia da madeira, estas tiras são laminadas sob medida de modo que a direção e a espessura do veios correspondam com a rigidez requerida para formar as peças com raios variados. Deste modo, as tiras inicialmente planas podem ser dobradas elasticamente para encontrar a forma específica pré-programada no seu laminado. Neste estado deformado, os elementos são bloqueados em suas formas por uma costura robótica. Deste modo, foram produzidos 151 elementos geometricamente diferentes, o que resulta numa estrutura de casca duplamente curvada quando montada.
Como os momentos das dobras nas ripas dos laminados deveriam ser evitados devido as cargas externas, as uniões entre os segmentos são projetados para transferir as forças normais e cisalhamento somente no plano. Enquanto esta última levou à união no sistema de macho e fêmea nas extremidades dos elementos, a outra resultou em uma distinta articulação de conexões entrelaçadas que transferem as forças de tensão entre os segmentos, com um papel similar às conexões fibrosas entre os segmentos dos ouriços do mar.
Corte Robótico para Conchas Segmentadas em Madeira
A madeira apresenta excelente comportamento mecânico e grandes potenciais de conexões têxteis e multi-materiais fora do escopo de conexões convencionais de madeira. Especialmente para camadas finas de laminado, conexões múltiplas são geralmente preferíveis àquelas maiores e únicas. No entanto, conexões que são coladas geralmente exigem grandes prensas ou trabalhos de moldagem complexos para manter a pressão necessária para a laminação.
Este projeto explora o corte robótico para não apenas unir as ripas de laminado moldadas individualmente que formam um segmento, mas também para evitar que as lâminas se separem. Um robô industrial é utilizado para auxiliar durante a montagem e moldagem das ripas que compõem um elemento, e então fixar o segmento pré montado na sua forma ao cortá-lo em uma máquina de corte industrial estacionária. Durante a fabricação, o robô primeiro move o segmento através de uma máquina de corte para que os segmentos sejam conectados. Então guia este segmento ao longo de sua extremidade para garantir a laminação e o encaixe do PVC cobertas de membranas de fibra de poliéster que formam a conexão. O robô e a máquina de corte são integrados e controlados através de um software feito sob medida.
Uma Comprovação da Intersecção de Arquitetura, Engenharia e Biologia
O pavilhão consiste de 151 segmentos pré-fabricados, cada um feito de três ripas de madeira individualmente laminadas. Variando entre 0.5 e 1.5 m de diâmetro, estas formas específicas e materiais são programados para supriras exigências locais estruturais e geométricas. Toda a estrutura pesa 780 kg, enquanto cobre uma área de 85 m² e mede 9,3 metros. Com uma razão de espessura / extensão de material na ordem de 1/1000 em média, o edifício tem um peso estrutural de apenas 7,85 Kg/m².
O projeto responde às condições específicas do campus da universidade. Estabelece um espaço semi-externo que integra a topografia do solo como uma paisagem de bancos e locais para sentar se abrindo em direção à praça pública. Ao mesmo tempo demonstra a adaptabilidade morfológica do sistema desenvolvido ao gerar disposições espaciais mais complexas que apenas uma estrutura em concha. O pavilhão de pesquisa evidencia como a síntese computacional dos princípios biológicos e as reciprocidades complexas entre o material, forma e fabricação robóticas podem levar a métodos inovadores de construção em madeira. A abordagem desta pesquisa multidisciplinar não apenas leva a uma estrutura leve eficiente em sua performance e seus materiais, mas também explora novas qualidades espaciais e expandem as possibilidades tectônicas da arquitetura em madeira.
