Nuestro colaborador y arquitecto Carlos José García Mora ha presentado, con éxito, su trabajo Fin de Máster (MIATD) titulado “Sistema constructivo neumático/hidráulico transformable”, “Prototipo de módulo para permutar espacios arquitectónicos”. Le pedimos a Carlos que nos contase las líneas generales de su trabajo y nos ha atendido amablemente.
Como introducción cabe destacar que este proyecto pertenece a la rama de la Arquitectura Transformable, concepto que fue consolidado con Emilio Pérez Piñero y sus estructuras desplegables y desde entonces se ha ido aplicando a escalas mayores: Regulación de la iluminación en fachadas de rascacielos, edificios que cambian de forma para adaptarse a las condiciones climáticas externas, etc…
Los principales motivos que respaldan la justificación de la realización de este proyecto son:
1º) La existencia en la Arquitectura de un conjunto de elementos cuya presencia visual es susceptible de ser eliminada, es decir, que desaparezcan de forma puntual, como son: Aires acondicionados, etc…
2º) El hecho de que gran parte de la Arquitectura Transformable se basa en la energía eléctrica, la cual presenta numerosos inconvenientes como son grandes secciones de cálculo o riesgo de incendios, frente a ella se propone reemplazar dicha energía eléctrica por energía neumática o hidráulica.
3º) La posibilidad de combinar mis conocimientos en Ingeniería Mecánica, Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica e Ingeniería Informática así como en Arquitectura, lo que permitiría realizar tanto un modelo fiable y realista como aplicar el sistema a un entorno arquitectónico.
Los objetivos de este Trabajo Fin de Máster se detallan a continuación (Ampliar imagen).
Como se ha citado en los objetivos, este Trabajo Fin de Máster tiene sus orígenes en una línea de investigación que comenzó en el año 2011 en la asignatura de Composición impartida por los Doctores Antonio Sáseta Velázquez y Jose Pérez de Lama Halcón y que posteriormente fue dirigida por el Catedrático Félix Escrig Pallarés y el Doctor Jose Sánchez Sánchez. Durante este proceso de investigación se desarrollaron diferentes propuestas con el objetivo de que el siguiente modelo fuera cada vez más eficiente mecánicamente y más útil arquitectónicamente. Algunas de las propuestas más destacables son las siguientes.
Propuesta I:
Propuesta II:
Propuesta III:
Propuesta IV:
Propuesta V:
Propuesta VI:
Finalmente y para este Trabajo Fin de Máster se desarrolló un sistema basado en las patentes de los triedros giratorios de los carteles publicitario, de tal manera que en función de la posición de dichos triedros se pudiese crear un espacio arquitectónico diferente y utilizando energía neumática o hidráulica para activarlos. Asimismo el mecanismo utilizado para activar el sistema es un accionamiento empleado en la antigua relojería de precisión llamada Rueda de Ginebra o Cruz de Malta. En la imagen siguiente se muestra tanto dicho mecanismo como una secuencia de las capas del sistema desarrollado.
Este prototipo tiene la ventaja de que se puede reparar fácilmente mediante la extracción manual del módulo de todos los triedros y por lo tanto del mecanismo completo.
En lo que se refiere a la metodología, se comienza en primer lugar con las aplicaciones desarrolladas. Se han realizado un total de 7 posibles usos en función de los tratamientos en las diferentes caras de los triedros, aunque las posibilidades de combinación son casi infinitas. Dichos usos desarrollados han sido:
1º) Aplicación para cambio de materiales.
2º) Aplicación para tratamiento de imágenes.
3º) Aplicación para iluminación artificial.
4º) Aplicación para reproducir imágenes y videos con tecnología led.
5º) Aplicación para el control acústico de salas.
6º) Aplicación para la evacuación de humos.
7º) Aplicación para climatización y ventilación de espacios.
A continuación se mostrará de manera superficial algunas de dichas aplicaciones desarrolladas en esta obra.
Aplicación para cambio de materiales:
Aplicación para reproducir imágenes y videos con tecnología led:
Aplicación para el control acústico de salas:
Aplicación para climatización y ventilación de espacios:
De la misma forma se han representado de manera esquemática aquellas decisiones que corresponderían al cliente, cuales a fabricante y aquellas que serían de mutuo acuerdo entre ambos en lo que se refiere al diseño, fabricación y producción del sistema.
En el siguiente apartado nos encontramos con el estudio de la aplicación para control acústico de salas empleando para ello herramientas informáticas basadas en la acústica geométrica (Programa Catt – Acoustic). Se ha optado por aplicar el sistema al auditorio del Centro de Artes Escénicas de Níjar del Estudio de Arquitectura MGM y observar como se modifica su acústica comparando su calidad acústica actual con la que poseería tras aplicar el sistema constructivo.
Imágenes del interior del auditorio (Izquierda) y del modelo de cálculo (Derecha).
Para evaluar los resultados obtenidos del programa de cálculo se utilizará como referencia la publicación titulada ”Acústica y Rehabilitación en Teatro de Andalucía”, obra de 4 profesores de la Universidad de Sevilla.
Tras terminar el proceso de cálculo se obtienen valores de numerosos parámetros. Desde el punto de vista arquitectónico interesan fundamentalmente 3 de estos parámetros:
1º) C-80 ó Claridad: En el auditorio actual se poseen valores en torno a -2 y +2. Tras aplicar el sistema constructivo su valor se sitúa en torno a +8, valor muy recomendado para representaciones de palabra hablada y obras teatrales.
2º) D-50 ó Definición: En el auditorio actual se poseen valores en torno al 50%. Tras aplicar el sistema constructivo su valor se sitúa en torno a 90%, por lo que la definición del sonido se eleva de manera considerable.
3º) Parámetro RASTI: Desde el punto de vista arquitectónico es el más interesante ya que se mide por receptor (En el cálculo se han colocado 24 receptores diana). Así, en el auditorio actual cada receptor posee un RASTI “Medio-Bueno”, tras aplicar el sistema constructivo su valor para todos los oyentes se eleva a “Excelente”.
El siguiente apartado consiste en realizar varios diseños paramétricos y plasmarlos sobre cada una de las superficies de los triedro. Dicho proceso se ha realizado empleando una teselación de Voronoi basándose en el algoritmo de Delaunay y utilizando el programa Grasshopper enlazándose con Ecotect.
Como se puede apreciar en la siguiente imagen, se ha realizado un total de 3 diseños paramétricos con el criterio añadido de que el más superior además se ha desarrollado con el objetivo de que la iluminación en el plano de trabajo fuese lo más homogénea posible y con valores en torno a los 400 lux, mientras que el diseño central y el inferior no han seguido ningún criterio restrictivo.
A continuación se introducen estos diseños en el programa de evaluación energética Ecotect y, como se puede apreciar en el modelo creado, con el criterio de la iluminación homogénea se obtiene un plano de trabajo con una radiación solar con condiciones ideales mientras que en los otros dos restantes aparecen numerosas zonas de sombras y de iluminación excesiva.
Una vez terminado el estudio paramétrico y ambiental, pasamos al estudio aerodinámico. Para ello se ha introducido el modelo de cálculo en un túnel de viento virtual (Programa Flow – Design) con el objetivo de observar la reacción del sistema cuando los flujos de aire penetran en el prototipo estando los triedros en movimiento. Como se puede apreciar en las siguientes imágenes, cuando los triedros están coplanarios las presiones y succiones en el módulo son nulas, sin embargo durante la transición de los triedros con rachas de viento superiores a los 30 m/s los valores de estas presiones se disparan en el interior del sistema provocando la aparición de remolinos y pudiendo llegar a romper el sistema constructivo.
Asimismo para esta situación límite se obtienen unas presiones medias de 0.50 kN/m2, valor que se utilizará posteriormente en el cálculo estructural del sistema.
En lo que se refiere al cálculo estructural, se ha comprobado el cumplimiento de este prototipo con la normativa vigente del Documento Básico en Seguridad Estructural centrándonos en la restricción frente a deformada horizontal de H/500, obteniéndose así una deformación máxima de 0.50 cm.
Debido a que el material utilizado para la fabricación del sistema es aluminio extrusionado, se introducen las características mecánicas de este material, sus vínculos y el valor de las presiones calculadas anteriormente en el estudio aerodinámico. Tras ello se realiza una gráfica en función de las deformadas horizontales obtenidas para cada espesor comercial de aluminio y logrando como resultado viable que a partir de un espesor comercial de 0.80 mm o superior el sistema cumpliría frente a deformada horizontal. Para espesores comerciales inferiores el modelo se deformaría excesivamente y para espesores comerciales superiores se estaría desaprovechando material y por lo tanto perdiendo dinero.
Entrando ya en el aspecto del cumplimiento térmico, cabe citar que todo lo expuesto hasta ahora es referente a la ubicación de triedros solo en el interior del paramento, solo en el exterior o bien para paramentos que no estén en contacto con fachadas. En cualquiera de estos tres casos el cumplimiento térmico y de salubridad con la normativa es fácilmente solventable ya que se puede colocar una capa de aislamiento térmico y en función de su espesor se garantiza la habitabilidad del espacio interior.
Sin embargo, el problema surge con aquellas aplicaciones que tengan triedros tanto en el interior como en el exterior del paramento, en este caso por motivos constructivos no resulta tan sencillo colocar una capa de aislamiento térmico. Debido a que esta solución constructiva no está recogida en la normativa actual, se han propuesto dos posible métodos de cálculo a modo de introducción de este apartado, dejando su desarrollo profundo para futuras líneas de investigación debido a que todavía quedaría aspectos por resolver como sería la impermeabilización, la recogida de aguas, etc...
1º) Cálculo basado en una discretización lineal:
2º) Cálculo basado en una discretización diferencial:
En la siguiente imagen se recogen aquellos parámetros acústicos de carácter más avanzado que no se habían mostrado directamente en la aplicación para el control acústico de salas. Desde el punto de vista físico poseen relativa importancia, sin embargo desde la perspectiva arquitectónica no son muy relevantes (Exceptuando el RT ó Tiempo de Reverberación).
De esa manera, dichos valores acústicos serán propios de cada uno de los 24 receptores diana, obteniéndose para cada uno de ellos unas tablas resumen que se muestran a continuación (la siguiente imagen correspondería a los parámetros acústicos del receptor número 1).
Del mismo modo se representa en la siguiente imagen el proceso que habría que seguir para reproducir una imagen o un vídeo en la aplicación mediante tecnología de iluminación led. En primer lugar se obtiene esa imagen o video, a continuación se le somete a un proceso similar al de una señal (Una imagen o video se comporta de la misma manera que una señal analógica) que sería: Muestrearlo, discretizarlo y cuantificarlo (Tener cuidado con la frecuencia de Nyquist) y finalmente reproducir dicho archivo.
Asimismo se ha diseñado el circuito necesario para la construcción de una porción de esta aplicación con tecnología de iluminación led, empleando para ello una sucesión de biestables y transistores para controlar las etapas de potencia.
De la misma manera se han realizado las plantillas necesarias para fabricar un modelo de pequeñas dimensiones (25 cm x 25 cm) en una máquina CNC por corte láser, chorro de agua o plasma.
Finalmente nos encontramos con las conclusiones, representándose las principales en la siguiente imagen (Ampliar imagen).
Igualmente se han recogido las futuras líneas de investigación, es decir, aquellos aspectos que por motivos fundamentalmente de tiempo no ha dado tiempo a realizarlos (Ampliar imagen).
Para terminar se presenta la bibliografía divida por campos del conocimiento.
Espero que el lector haya disfrutado leyendo este artículo tanto o más como mi tutor y yo hemos disfrutado haciendo esta labor de investigación.
Para cualquier duda o consulta acerca del contenido de este Trabajo Fin de Máster, procedimiento seguido, etc… no dude en consultar con su autor: Carlos José García Mora a través de su cuenta de Facebook o de su dirección de correo electrónico.
Cuenta de Facebook: Carlos José García Mora
Dirección de correo electrónico: Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.