Fractales y arquitectura

Geometría fractal y bioestructura

Bio-Estructura Sostenible: Ciudad Jardín Vertical

 

por Javier G. Pioz y María Rosa Cervera

[La primera parte de este artículo es «Geometría fractal y forma óptima»]
[La segunda parte de este artículo es «Materia, forma y estructura»]

Un caso de clara y directa aplicación del modelo de bio-estructura aprendido de la naturaleza es el de la Bio-Estructura Sostenible Ciudad Jardín Vertical desarrollado por Cervera y Pioz como resultado de un largo y extenso trabajo de investigación de más de diez años sobre las estructuras de diversas especies animales y vegetales.

00

Su aplicación al campo de la construcción ha permitido un salto cualitativo en el modelo de rascacielos mediante la concepción de un novedoso sistema estructural capaz de superar ampliamente las fronteras que actualmente parece tener la construcción en altura.

Sin embargo, no es el batir asombrosos records lo que se ha buscado, sino el abrir una puerta a una diferente manera de ver y entender la naturaleza. La Bio-Estructura Vertical alcanza unas dimensiones tales que nos permite concebirla no como un mega-edificio, sino como la infraestructura de una ciudad de desarrollo vertical. Con una altura superior a un kilómetro, en su límite máximo, y “flotando” en un complejo lacustre de diámetro próximo a los mil metros, en su interior se organizan 12 barrios verticales independientes en los que se alojan diversos usos destinados a viviendas, oficinas y hoteles, así como espacios comerciales y dotacionales a moderada escala y donde los jardines suspendidos tienen un gran protagonismo. Una potente y fragmentada red de ascensores conecta las 300 plantas con capacidad para 100.000 usuarios que disponen de 2.000.000 m2 dispuestos entre la ciudad vertical y el complejo de desarrollo horizontal.

Fig. 1: Geometría fractal de apoyo de la bio-estuctura

Fig. 1: Geometría fractal de apoyo de la bio-estuctura

Dado el concepto de Bio-Estructura y dada la magnitud del proyecto difícilmente podemos hablar de diseño, como es habitual en un edificio convencional, sino más bien de planificación, organización y estructura como si de un urbanismo de desarrollo vertical se tratara.

Fig. 2: Geometría fractal de apoyo de la estructura del complejo

Fig. 2: Geometría fractal de apoyo de la estructura del complejo

Los primeros cálculos realizados de la estructura de una edificación de más de 500 metros de altura pusieron de manifiesto las limitaciones de los sistemas actuales, y mucho más si pensábamos en mega-estructuras que superaran claramente dicha envergadura. La aplicación de los estudios de las estructuras de las especies naturales y el modo en el que afrontan los esfuerzos y plantean soluciones fue una iniciativa fundamental para desarrollar el concepto de Bio-Estructura. La hiper-estructura Ciudad Jardín Vertical parte de un sistema de colaboración de múltiples elementos y se apoya en un desarrollo de geometría fractal, al igual que lo hace la naturaleza. Así, está generada a partir de una base elíptica de dimensión variable, que alcanza su máximo en 210 m. x 169 m., y que se organiza en una serie de coronas concéntricas, tres interiores más una exterior, constituidas por “columnas-calle”. Estas “columnas-calle” están proyectadas con el concepto de vacío, es decir no masivas sino estructuradas en su interior, de tal modo que están concebidas como láminas plegadas de hormigón de altas prestaciones, lo que aumenta su estabilidad y resistencia y disminuye su peso. Estas columnas no sólo constituyen el sistema primario estructural del conjunto, sino que además, y gracias al concepto de vacío interior, son las vías de comunicación vertical. Por ello el nombre de “columnas-calles”, dado que son las “autopistas” de comunicación del complejo, por donde circula la amplia red de ascensores, comunicaciones e instalaciones, adoptando una función muy similar a la que tienen las carreteras y calles en un desarrollo horizontal de la ciudad, es decir forman el sistema de infraestructuras primario.

Fig. 3: Complejo urbano

Fig. 3: Complejo urbano

Una de las principales novedades frente a las tipologías habituales de rascacielos es la disolución del núcleo o núcleos rígidos en las tres coronas interiores de “columnas-calle” más la “coronapiel” exterior resistente. A partir de ahí, y para garantizar la colaboración estructural de las coronas primarias, era necesario generar un tejido estructural que tramara el conjunto. La geometría fractal, de ley simple y capacidad de multiplicación según se requiriera por los esfuerzos a soportar, fue la apoyatura para construir un “todo estructural”, dispuesto a modo de gran malla tridimensional, ligera, flexible, capaz de soportar deformaciones y, a la par, extremadamente resistente y estable.
Una cualidad extra de la apoyatura en la geometría fractal es la capacidad de implementación de la estructura en el caso de nuevas contingencias o en el caso, muy frecuente en las hiper-estructuras, dado que son prototipos experimentales, de que el modelo de cálculo no se corresponda con la realidad construida.

Fig. 4: Esquema de sección vertical con barrios independientes y paso de aire natura

Fig. 4: Esquema de sección vertical con barrios independientes y paso de aire natura

Esta a modo de malla tridimensional se plasma tanto en la traza horizontal como en la sección vertical, de tal modo que una serie de elementos lineales y de moderada dimensión generan las estructuras de los diferentes estratos verticales, que llamamos barrios, conformado unas “cúpulas” y unas “cúpulas invertidas” que aunadas de dos en dos liberan espacio al interior y generan la trama resistente de la “corona-piel” periférica. Varios grupos de estas cúpulas, que en ningún caso son masivas, sino “alámbricas”, conforman el barrio vertical.
La edificación se inserta en la estructura existente con absoluta libertad, siempre dentro de la planificación global que marcará los usos y las dotaciones de cada zona. Por ello no tiene mucho sentido hablar de diseño en este proyecto ya que éste dependerá del propio proceso de culminación, de sus etapas y de los promotores y diseñadores puntuales. De algún modo, y por ejemplificar con un símil, podríamos decir que la edificación, una vez construida la estructura, se ejecutará con libertad siempre dentro de los parámetros, planificación de áreas y regulaciones establecidas, al igual que lo hacemos en la ciudad de extensión horizontal, donde la libertad sólo está supeditada a la normativa urbanística y técnica correspondiente.

 Fig. 5: Barrios verticales con diferentes alternativas de distribución y su acoplamiento a la bioestructura


Fig. 5: Barrios verticales con diferentes alternativas de distribución y su acoplamiento a la bioestructura

La estructura es plenamente simétrica a partir de la planta elíptica de sección horizontal variable, sin embargo la edificación no ocupa el total del área, ya que una de las principales propuestas de este proyecto es construir una ciudad y no un edificio. Así se prevén diferentes modos de ocupación de la estructura, siempre entendiendo unas zonas-ciudad-interior y unas zonasciudad-exterior. Ambas “ciudades” no llegan a completar nunca la elipse, dejando sin edificación unos grandes “gajos” y espacios entre ambas, y de hecho ocupan posiciones contrarias a fin de garantizar la máxima penetración de luz y aire natural a los espacios más internos. Además, las coronas de ciudades rotan y se desplazan en cada barrio vertical de modo que si la estructura es plenamente simétrica la edificación no lo es. La razón de este movimiento helicoidal de masa edificatoria a lo largo de toda la altura de la Bio-Estructura es compensar la masa y el vacío en las zonas de mayor y menor exposición al sol, paliando así los esfuerzos de dilatación y contracción por la acción del mismo, que en una estructura de esta envergadura son enormes. Por otra parte, y aceptando que la estructura debe ser simétrica pues es la que nos garantiza un mejor comportamiento, debemos conseguir una fragmentación de las fuerzas del viento. Para ello es necesario evitar el concepto de fachada como superficie o lámina continua, en primer lugar, mediante la masa de distribución asimétrica a lo largo de la torre y, en segundo lugar, mediante el tejido tridimensional estructural de la corona resistente exterior que, gracias a los elementos “alámbricos” de cierre de los “platos” o “cúpulas” resistentes invertidas, diluye y fragmenta el impacto de las fuerzas del viento.

Fig. 6: Bio-estructura y jardín vertical

Fig. 6: Bio-estructura y jardín vertical

Fig. 6a: Bio-estructura y jardín vertical

Fig. 6a: Bio-estructura y jardín vertical

La organización de la Ciudad Vertical en “barrios” verticales independientes unos de otros, con distribución de la edificación de modo abierto, permite la existencia de áreas urbanas en las cuales los jardines tienen un especial protagonismo, de tal modo que un ciudadano podría disfrutar de espacios gratificantes similares a los existentes en una ciudad tradicional de desarrollo horizontal.

La importancia de estos espacios vacíos y ajardinados entre un tejido edificatorio esponjoso y la estructura que permite su existencia es lo que hace que este proyecto se conciba como una Ciudad.

Fig. 7: Bio-estructura de un barrio vertical

Fig. 7: Bio-estructura de un barrio vertical

La entrada de aire natural al interior del complejo es uno de los planteamientos base de este proyecto no sólo como garantía de humanización de este eco-hábitat, sino también como planteamiento de sostenibilidad frente al consumo energético. Se nos hace imposible pensar en este mega-edificio desde una climatización y una iluminación global únicamente artificial. La penetración del aire natural al interior contribuye a la creación de un microclima a partir del cual se puede proceder a la climatización, con uso de energía, de los diferentes recintos edificados.

La filosofía que impera en el abastecimiento y consumo de energía es tanto el aprovechar los recursos naturales en la medida que sea factible (sol, aire y humedad) como el evitar los grandes esfuerzos, de modo que se produzca de manera continua una sectorización de los servicios, generalmente vinculada a los barrios, fragmentando las instalaciones con sucesivas subcentrales por sectores. Desde allí, y siempre en un proceso continuo de minimización de los gastos energéticos, se dotará de servicios y energía a las entidades arquitectónicas concretas.

08

Fig. 8: Secuencia de generación de la estructura de un barrio vertical de geometría fractal

El proyecto de la Ciudad Torre Biónica se complementa con un complejo de desarrollo horizontal en la base de la misma que completa la superficie edificable del conjunto. Un primer anillo de unos 400 metros de diámetro mayor constituye una parte esencial del conjunto dado que es necesario como base estructural y parte del sistema de cimentación. Los enormes esfuerzos a los que se ve sometida la base de la Torre y la cimentación de la misma hicieron inviables los sistemas tradicionales de losa o pilotes. Una de las mayores preocupaciones ha sido el comportamiento antisismo del proyecto Ciudad Jardín Vertical. Para resolverlo no tuvimos más remedio que extender el área de influencia de la cimentación claramente al exterior del área de la base. A partir de ahí, y con apoyatura nuevamente de la geometría fractal, se organizó una estructura múltiple que ata a la Torre a diversos niveles de la misma conformando unas enormes “ruedas de bicicleta” donde la Bio-Estructura queda suspendida, al igual que las grandes estructuras arbóreas flotan en un nido de raíces. Así, la Torre queda enraizada en el terreno mediante numerosos “filamentos” micro-estructurados, lo que les permite, a su vez, convertirse en pasillos y corredores de interconexión entre las distintas zonas del área base y los primeros niveles de la Torre.

 Fig. 9: Estructura de un barrio vertical de geometría fractal


Fig. 9: Estructura de un barrio vertical de geometría fractal

Fig. 9a: Estructura de un barrio vertical de geometría fractal

Fig. 9a: Estructura de un barrio vertical de geometría fractal

Concéntrico al primer anillo se prevé uno exterior, y cuya dimensión vendrá marcada por las condiciones del entorno o lugar, que actuará a modo de gran intercambiador de comunicaciones y servicios entre la Torre y el resto de la ciudad o territorio. Entre ambos anillos se inserta un lago artificial, cuya función adicional es la de completar el mecanismo antisismo, al estar formado por la conjunción de agua y delgadas membranas, con una organización fractal similar a la estructura interna de un cítrico. Esta estructura mixta posee una gran capacidad para absorber vibraciones y transformar energías y es una garantía de disipación de los esfuerzos transmitidos por efectos del sismo. Adicionalmente, la gran esbeltez (1/10-1/20) de la Bio-Estructura, posible gracias a su revolucionario sistema estructural, permite un alto comportamiento de tipo “plástico” (deformación controlada) idóneo para respuestas antisismo.

Fig. 10:  Interior de un barrio vertical

Fig. 10: Interior de un barrio vertical

La Torre Biónica es una nueva interpretación del papel conjunto que deben jugar la arquitectura y el urbanismo en la formulación de un eco-hábitat que tienda al equilibrio razonable entre Naturaleza y Tecnología, y cuyos intereses son abrir una puerta al progreso sin cerrar por ello la puerta a nuestro origen y medio que es, además, un fascinante mundo de alta tecnología. La Ciudad Vertical es una propuesta de eco-hábitat capaz de racionalizar ecológicamente el uso del suelo, capaz de ahorrar energía mediante la utilización de recursos naturales como el sol, el aire, el agua y la humedad, y capaz de ajustar su altura, necesidades y uso a las distintas escalas de desarrollo urbanístico y económico de la ciudad en que se ubique.

Anuncio publicitario
Esta entrada fue publicada el julio 30, 2013 a las 12:45 am. Se guardó como Escrito y etiquetado como , , , . Añadir a marcadores el enlace permanente. Sigue todos los comentarios aquí gracias a la fuente RSS para esta entrada.

Un pensamiento en “Geometría fractal y bioestructura

  1. Pingback: Fractales y arquitectura: instrucciones para su uso | Fractales y arquitectura

Deja una respuesta

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Salir /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Salir /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Salir /  Cambiar )

Conectando a %s

A %d blogueros les gusta esto: