Las estructuras orgánicas suelen aparecer como resultado de procesos de organismos vivos. La arquitectura, pese a no ser un organismo vivo en sí mismo, puede desarrollar modelos similares a partir de las leyes por las que se rige la naturaleza.
El estudio de las burbujas, entre otros casos, sirve para una mayor comprensión de las estructuras neumáticas. En las burbujas, los esfuerzos de la membrana son de igual magnitud en cualquier punto o dirección de la superficie: es un material isotrópico. Una burbuja adopta siempre la forma correspondiente al mínimo de superficie para el volumen que encierra: la esfera. Pero como la película de una burbuja es capaz de resistir sólo esfuerzos mínimos, su tamaño es limitado.
Cualquier forma que hace una burbuja puede ser reproducida en una estructura y es aplicable al principio fundamental de los esfuerzos, debido a que las membranas tienden a desarrollar un flujo bajo esfuerzos permanentes, y mantienen su forma sólo si los esfuerzos son iguales en cualquier punto y dirección. En estas formaciones naturales, la estabilidad, la resistencia, el crecimiento, la optimización de recursos y la eficiencia del material son características determinantes, las cuales también son aplicables en la arquitectura. Un ejemplo en el que nos fijaremos es la nueva estación de Stuttgart, de Frei Otto.
Una burbuja siempre adoptará una estructura mínima debido a la debilidad de su película, e isotrópica debido al flujo, y a que si la fuerza se concentrase en un punto, ésta se rompe. De ahí que las formas que adopte la burbuja cuando es aislada sea una esfera o una semiesfera, y superficies esféricas para concentraciones de burbujas.
En el proyecto de la nueva estación de Stuttgart de Frei Otto se parte del estudio de modelos de superficies tensadas (membranas de jabón). Se observa el mismo principio de la burbuja pero, en este caso, Frei Otto invierte el sistema de tracción a un sistema de compresión (necesario al ser pilares). Consiste en pilares de hormigón con la forma de la burbuja estirada que se van ensanchando hacia arriba, apoyando así en un solo pilar una gran superficie de la cubierta, también de hormigón, y evitando el uso de mayor número de pilares que ocuparían el espacio que ahora queda libre para la circulación del usuario.
MAQUETA Y DISOLUCIÓN
Para la elaboración de esta maqueta se han utilizado los siguientes elementos:
– Recipiente de plástico circular sin tapa de 20cm de diámetro.
– Recipiente cilíndrico con tapa de 20cm de diámetro y 30cm de altura.
– Recipiente prismático formado por caras de acetato de 15x15x42.
– Recipiente que contiene el líquido para el prisma y tubo para formar las burbujas.
– Disolución formada por agua destilada, jabón, glicerina y lubricante.
– Escenario. Paneles negros para paredes, suelo y techo para observar más nítidamente las pompas de jabón.
Para la elaboración de la disolución descrita anteriormente se ha utilizado la siguiente proporción: 10 partes de agua destilada, 1 parte de jabón, 3/4 partes de glicerina y 1/4 parte de lubricante con base de agua. Este punto es muy importante para tener resultados más duraderos y visibles para su posterior estudio.
La glicerina y el lubricante añaden flexibilidad a la mezcla, de manera que podremos conseguir así burbujas resistentes, así como mayor grosor en las aristas de la estructura. Añadiendo jabón tendremos mayor cantidad y tamaño de burbujas. Es importante la relación jabón/glicerina y lubricante para conseguir burbujas grandes, pero resistentes.
La mezcla permanece estable aproximadamente 1 hora si está al aire libre, y días si permanece en un recipiente cerrado, como es el segundo caso de este experimento.
OBSERVACIÓN Y ANÁLISIS
Se procede a observar y analizar el comportamiento de las burbujas de jabón en su formación y crecimiento en tres situaciones: crecimiento libre, crecimiento en un espacio cerrado por paredes curvas y crecimiento en un espacio cerrado por paredes rectas.
Estas burbujas forman un entramado complejo de poliedros en distintas orientaciones y tamaños. En el primer caso, desde un recipiento sin tapar, se permite el crecimiento libre de la estructura. En el segundo y tercer caso, el crecimiento se ve limitado por paredes curvas y rectas, respectivamente.
La primera situación es distinta a las otras dos, ya que el crecimiento sin superficies que la limitan permite la creación de burbujas más grandes y, por tanto, menos resistentes. También hay mayor variedad de tamaños y formas. En las dos situaciones restantes, el hecho de haber superficies que limitan el crecimiento permiten un entramado más resistente y ligeramente más homogéneo, así como la mejor observación de las aristas de las burbujas, lo que permite una mejor visibilidad de la estructura.
Las esferas de aire que queda en el interior de las pompas de jabón se deslizan, chocan y oprimen las unas con las otras. Las pompas nuevas que se van formando desde abajo presionan a las formadas antes que están encima y las empujan hacia arriba. Esta solicitación, añadida al peso propio de cada burbuja, ya es determinante para la formación concreta de la estructura, forma y tamaño de los poliedros.
En el segundo y tercer caso, es importante mantener húmedas las paredes de los recipientes para permitir que las moléculas de agua se unan entre sí y evitar de esta manera gran parte del rozamiento entre burbujas y paredes.
En los tres casos se aprecia una característica que parece inherente a este proceso: aleatoriedad. Pese a que hay cierta regularidad en el tamaño y forma de los poliedros, no parece posible controlar dicho proceso, desentrañando algún tipo de patrón o copiando algún modelo.
Otra observación que podemos recoger es que la estructura sufre un gran reajuste inicial, tanto en su formación como en su destrucción, de manera muy flexible; esto es debido a la búsqueda de las posiciones más equilibradas y estables, algo intrínseco en la naturaleza. Es, en definitiva, la relajación de la estructura.
Los tamaños de los poliedros dependen de la disolución, pero se puede extraer de ellos su condición de equilibrio, estabilidad y optimización del material respecto a la relación entre tamaño y resistencia, lo cual es extrapolable a otro tipo de estructuras creadas por el ser humano.
Proyecto de estructuras singulares, Universidad de alicante, curso 12/13
*apoyado en el estudio realizado por Carlos Cuenca Solana para la Universidad de Alicante
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