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02 abril 2019

LA ESTRUCTURA DE WEAIRE - PHELAN, LA ESPUMA PERFECTA REALIZADA EN LABORATORIO



Un grupo de Investigadores del Trinity College de Dublín han anunciado la fabricación de la primera “espuma de Weaire-Phelan”, un concepto teórico de distribución optimizado de burbujas que hasta ahora no podía haber sido reproducido en el laboratorio.

Se trata de un hallazgo que haría saltar de alegría en su tumba al mismísimo Lord Kelvin (William Thomson, el famoso físico irlandés) cuando allá por 1887 se sentó sobre su cama y se preguntó “¿Cuál es la estructura ideal (de menor energía) que puede adoptar una espuma?”.

Lord Kelvin se preguntó cómo podría partirse el espacio en celdas de igual volumen con el área más pequeña de contacto entre las burbujas, la forma de la espuma de pompas de jabón más eficaz posible.Durante más de un siglo, los teóricos han estado intrigados con esta pregunta (que se conoce como la “conjetura de Kelvin”) y ahora la historia ha dado un nuevo giro.




La respuesta de Lord Kelvin por entonces fue que la estructura ideal sería la formada por burbujas del mismo tamaño organizadas con forma de panal cúbico bitruncado, lo que entonces se conoció como la “estructura de Kelvin”, un poliedro que llena el espacio con 14 lados: seis lados cuadrados y ocho caras hexagonales, a condición de que las caras sean un poco curvada para adaptarse mejor a las Leyes de Plateau, que gobiernan las estructuras de las burbujas de jabón en las espumas.

Aquello fue sólo una conjetura de un gran hombre, pero que ha estado más de 100 años sin contra-ejemplos que la soplen. Hasta que su espíritu generoso fue gratificado a mediados de los 90 por el descubrimiento realizado por los también irlandeses Denis Weaire y Robert Phelan, que plantearon otra estructura de menor energía que la suya.

Esta estructura se calculó en 1994 en el Trinity College de Dublín, con la ayuda de un software. La estructura de Weaire-Phelan utiliza dos tipos de celdas de igual volumen: un dodecaedro pentagonal irregular y un tetracaidecaedro con dos hexágonos y doce pentágonos, otra vez con caras ligeramente curvadas.




El área de superficie es 0.3% menor que la de la estructura de Kelvin, lo que en este contexto supone una diferencia considerable. Pero los físicos irlandeses no pudieron hacerla realidad más allá de la pantalla de un ordenador.

Sin embargo, su hipotética espuma alcanzó el estátus de verdadero icono cuando se la copiaron los chinos para utilizarla en el diseño del recubrimiento exterior de “El Cubo de Agua” del Centro Acuático de los Juegos Olímpicos de Beijing. Muchos millones de personas han admirado desde entonces su elegante marco de vigas de acero y plástico, que sigue el patrón superficial de la espuma ideal de Weaire-Phelan.


Ahora por fin esta espuma existe en la realidad en todo su volumen, gracias al trabajo de un equipo dirigido por Ruggero Gabbrielli de la Universidad de Trento. Ruggero, reconociendo que los fracasos anteriores podrían atribuirse a la forma de los envases usados para contener las burbujas, diseñó un recipiente cuyas paredes podían dar cabida a las burbujas Weaire-Phelan.




Los contenedores normales tienen paredes planas, entre las cuales la espuma de Weaire-Phelan no se asentarán muy cómodamente, así que supuso que un recipiente con paredes más flexibles en las que pudiera encajar la espuma WP (como una pequeña “caja mágica” de Beijing) podría alentar a que ésta se formara y fuera estable.

Lo hizo en el centro de nanotecnologia del Trinity College junto con la ayuda del norteamericano Stefan Hutzler y demostró ser un éxito instantáneo cuando las burbujas del tamaño adecuado se introdujeron en el “envase”. Cuando se lleno este recipiente con las burbujas, 1500 burbujas en seis capas, estas se ordenaron automáticamente con la estructura de Weaire-Phelan. Lo habían conseguido.

A continuación un video  que  explica detalladamente como se pude construir esta estructura que  ocupa el espacio de mejor manera que el poliedro de Lord Kelvin, y la cual se puede aplicar  al desarrollo de espacios y edificios diversos, tanto en espacios públicos como privados.



VIDEO




Fuente de Información:




31 marzo 2015

El Arquitecto Frei Otto, reconocido por su aporte a la arquitectura y las estructuras con el Premio Pritzker 2015



Frei Otto nació en Siegmar, Alemania, el 31 de mayo de 1925, y creció en Berlín. "Frei" en alemán significa "libre"; su madre pensó en el nombre después de asistir a una conferencia sobre la libertad. El padre y abuelo de Otto eran ambos escultores, y siendo  joven estudiante, trabajó como aprendiz en cantería durante las vacaciones escolares. 

Tenía por  hobby  el aeromodelismo - esta actividad despertó su interés en cómo membranas estiradas sobre marcos de muy delgados podrían responder a las fuerzas aerodinámicas y estructurales.

Cuando ingresó a la Universidad en 1943, Otto se inscribió a la vez para estudiar arquitectura, pero no se le permitió. En su lugar, fue reclutado a la fuerza laboral. En septiembre de 1943, Otto fue llamado para el servicio militar y se entrenó como piloto. Este entrenamiento  fue detenido a finales de 1944 y Otto se convirtió en un soldado de a pie. 










En abril de 1945, fue capturado cerca de Nuremberg y se convirtió en un prisionero de guerra. Permaneció durante dos años en un campo de prisioneros de guerra cerca de Chartres en Francia. Allí trabajó como arquitecto de campamento; y aprendió a construir muchos tipos de estructuras con tan poco material como sea posible.

Después de la guerra, en 1948, Frei Otto regresó a estudiar arquitectura en la Universidad Técnica de Berlín. Su arquitectura siempre sería una reacción a los edificios pesados, con columnas construidas por una supuesta eternidad bajo el Tercer Reich en Alemania. La obra de Otto, en cambio, era ligera, abierta a la naturaleza,  de bajo costo, accesible a todos   y a veces temporal.

En el año 1950, con los fondos de una  beca, se embarcó en un viaje de estudios a través de los Estados Unidos, donde visitó la obra de Frank Lloyd Wright, Erich Mendelsohn, Eero Saarinen, Ludwig Mies van der Rohe, Richard Neutra, Charles y Ray Eames, entre otros . Durante este tiempo también estudió sociología y el urbanismo en la Universidad de Virginia.

En 1952, Frei Otto se convirtió en un arquitecto independiente y fundó su propio estudio de arquitectura en Berlín. Obtuvo un doctorado en ingeniería civil en la Universidad Técnica de Berlín en 1954. Su tesis Das Hangende Dach, Gestalt und Struktur (" forma y estructura suspendida") fue publicado en alemán, polaco, español y ruso. También en 1954  comenzó a trabajar con "el fabricante de tiendas" Peter Stromeyer en L. Stromeyer & Co. 

En 1955, diseñó y construyó (con Peter Stromeyer) tres estructuras temporales mínimas ligeras hechas de tela de algodón para el Bundesgartenschau (Jardín Exposición Federal) en Kassel, Alemania. Estas fueron sus primeras obras para lograr el reconocimiento nacional, en parte por la forma en que armonizarse con la naturaleza.

Frei Otto fue pionero en el uso de estructuras como tiendas de campaña modernas y ligeras para muchos usos. Se sintió atraído por este tipo de estructuras, en parte por sus valores económicos y ecológicos. Ya en la década de 1950, construyó modelos complejos para probar las formas a tracción . 







A lo largo de su carrera, Otto siempre fué construyendo modelos físicos para determinar la forma óptima de una estructura y para probar su comportamiento. Los Ingenieros de su estudio fueron los primeros usuarios de computadoras para el análisis estructural de los proyectos de Frei Otto,  los datos de entrada básicos para estos cálculos provienen de los modelos de formularios de investigación físicas.

En 1958, Otto fundó la primera de varias instituciones que establecería que se dedicaban a estructuras ligeras - Instituto para el Desarrollo de Materiales Ligeros, un pequeño instituto privado - y abrió un nuevo estudio en el distrito de Zehlendorf de Berlín. Durante los próximos cinco años enseñó periódicamente en los Estados Unidos, teniendo en profesor visitante en la Universidad de Washington, St. Louis; La Universidad de Yale; Universidad de California en Berkeley; el Instituto de Tecnología de Massachusetts; y la Universidad de Harvard.

El estudio de la Biología y el grupo de investigación del edificio de la Universidad Técnica de Berlín en 1961 marcó el inicio de su trabajo de cooperación entre arquitectos, ingenieros y biólogos. Ellos aplicaron sus conocimientos de tiendas de campaña, conchas de rejilla, y otras estructuras ligeras para comprender mejor los diseños de las estructuras biológicas y las formas.

En 1962, Otto publicó el primer volumen de sus principales Tensoestructuras opus: Diseño, Estructura y Cálculo de edificios de Cables, Nets y membranas (el segundo volumen se publicó en 1966). En 1964, fue nombrado director del recién fundado Instituto de Estructuras Ligeras (Institut für Leichte Flächentragwerke o IL) en la Universidad de Stuttgart. IL fue encargado por el gobierno alemán para llevar a cabo la investigación en relación con la planificación del pabellón alemán para el 1967 Internacional y Exposición Universal de Montreal, Canadá, más conocido como Expo 67. 





 Los líderes de Alemania eligieron la arquitectura de Otto para demostrar despúes de la Segunda Guerra Mundial, su experiencia industrial y la ingeniería y las tecnologías innovadoras. El pabellón alemán resultante de la Expo 67, creado en colaboración con Rolf Gutbrod y Fritz Leonhardt, dio Frei Otto su lanzamiento internacional como arquitecto y un ingeniero de diseño. Es un ejemplo temprano de una gran escala, edificio solar pasivo ..

Al año siguiente, en 1968, Otto fue nombrado miembro honorario del Instituto Americano de Arquitectos, y se le  encargó por en Munich desarrollar modelos de medición de la construcción para el techo proyectado del estadio principal de los deportes en el Parque Olímpico de Múnich. 

El proyecto, realizado en mayo de 1972 por Günter Behnisch, Frei Otto y Fritz Leonhardt, para los Juegos Olímpicos de ese año, compuesto por una membrana grande como para cubrir las gradas del estadio Olímpico, una estructura de tracción , un techo de tela sobre la piscina olímpica y marquesinas de membrana hiperbólicas para conectar los edificios y proteger a los visitantes de la lluvia y el sol.

En 1969, Otto estableció el Atelier (Frei Otto) Warmbronn estudio de arquitectura, cerca de Stuttgart. Hay Otto y sus equipos investigaron los métodos de construcción que podrían ser muy eficaz con muy poco material. Sucedió que las formas de los edificios de Otto menudo se encuentran soluciones similares a las de la naturaleza y por lo tanto se parecían a las formas naturales tales como cráneos de aves y telas de araña.

Otto escribió extensamente a lo largo de su carrera. Su libro sobre biología  y construcción se publicó en 1972 con un segundo volumen el próximo año. La investigación posterior condujo Otto escribir sobre las propiedades estructurales y de construcción de las burbujas de bambú, crustáceos y jabón. En 1994, publicó  un libro sobre las  antiguas en invenciones estructurales desde los primeros días de la construcción. De 1964 a 1991, Otto fue un profesor de tiempo completo en la Universidad de Stuttgart, y en 1991, fue nombrado profesor emérito.

Con los años, los equipos de investigación de Otto incluirían filósofos, historiadores, naturalistas y ecologistas. Él se convirtió en  un innovador de renombre mundial en la arquitectura y la ingeniería,siendo el pionero en techos tensionados ligeros y también trabajó con otros materiales y sistemas de construcción tales como conchas de rejilla, bambú y celosías de madera. 

Hizo importantes avances en el uso de aire como un material estructural y a la teoría de las estructuras neumáticas, Otto puso  los resultados de sus investigaciónes a disposición de otros arquitectos. Él siempre favoreció la colaboración en la arquitectura.

Frei Otto fue reconocido con su primera gran exposición monográfica en 1971 en el Museo de Arte Moderno (MoMA) de Nueva York. (Un rediseño de la exposición más tarde viajó en 1975 y 1977 a los lugares en América del Norte, Europa, Asia y Australia). La exposición "Construcciones Naturales", que presenta su obra, fue organizado por el Instituto de Relaciones Internacionales en Stuttgart en 1982 y se muestra en los Institutos Goethe en aproximadamente 80 países.

En 1984, se convirtió en miembro fundador del Proyecto de Investigación Especial 230 "construcciones naturales - la construcción ligera en la arquitectura y la naturaleza" de la Fundación Alemana de Investigación, que contó con la participación de cuatro universidades importantes en Alemania. Como el mayor proyecto interdisciplinario de investigación alemán, se trataba de arquitectos, ingenieros, biólogos, científicos de la conducta, paleontólogos, morfólogos, físicos, teóricos del caos, médicos, historiadores y filósofos. Este proyecto se completó en 1995.



 Entre los numerosos galardones, Frei Otto fue galardonado con :
  • Premio Jefferson Thomas y Medalla en Arquitectura por la Universidad de Virginia en 1974
  • Medaille de la Recherche et de la técnica por la Academie d'Architecture de París, en 1982
  • Gran Premio y Medalla de Oro de la Asociación de Arquitectos de Alemania, también en 1982. 
  • Premio Aga Khan de Arquitectura 1980 (junto con Rolf Gutbrod) para el centro de conferencias en La Meca, Arabia Saudita,
  • Premio Aga Khan de Arquitectura 1998 (junto con Omrania y Happold) para el Club Diplomático en Riad, Arabia Saudita. 
  • Fue nombrado miembro honorario del Instituto Real de Arquitectos Británicos, Londres, en 1982 y Miembro Honorario de la Institución de Ingenieros Estructurales, Londres, en 1986. 
  • En 1996, recibió el Gran Premio de la Asociación Alemana de Arquitectos e Ingenieros, Berlín . 
  • En 2005, fue galardonado con la Medalla de Oro del Instituto Real de Arquitectos Británicos (RIBA). 
  • En 2006, la Asociación de Arte de Japón le otorgó el Praemium Imperiale de Arquitectura.
  • Finalmente se le otorgó el máximo galardón  que se dá a un arquitecto el Premio Pritzker 2015, un día después de su fallecimiento, en reconocimiento a su gran aporte a la arquitectura y la ingeniería.



15 julio 2009

Las Burbujas del Cava (II) Arq. Carlos Ancon y Bujama (desde España)


Todo indica que asistiremos al fenómeno de la rebaja inmobiliaria impensada hasta hace poco española. Algunos bancos ofrecen viviendas destinadas a sus
empleados con un precio reducido de hasta 25% y pretenden extender dicha fórmula a sus familiares, otros han comenzado con subastas públicas a la baja obteniendo
descuentos de hasta 30% sobre el precio de salida, algunas promotoras incluso están dispuestas ha realizar rebajas de 40% y hasta 55% del precio original, sin
embargo el sector se comporta como un enfermo Terminal que no reacciona ante el estímulo, probablemente porque como se dice por estos lares “se les ve el plumero”, o lo que es lo mismo: se han puesto en evidencia, hoy rebajan cuando hasta hace poco subían descontroladamente según la “oferta media del mercado”, si calculamos el índice de precios al consumidor acumulado en el período que va de 1998 al 2008 este no supera el 35% lo que situaría a un apartamento de 100m2 a estrenar que en el 98 valía 80,000 € en 108,000 € indexados. Hoy nos ofrecen hasta 55% de descuento en el mejor de los casos, el juego especulativo que se generó en esta década como hemos visto triplicó los precios de origen, es decir acumuló un 300% de incremento en gran medida de manera artificial.

Esto sitúa a la misma vivienda del 98 en 240,000 € al que aplicado el 55% de descuento
resultan 132,000 € que como se aprecia este precio sigue siendo superior al precio
indexado es decir con la aplicación de la inflación acumulada de los últimos 10 años. Lo
peor está por venir por cuanto que el mercado ha actuado como trampa en la salida o
venta de estas viviendas ya que el COSTE de las mismas supera la REBAJA ofrecida,
dentro de este contexto cabe preguntarse ¿Quién dará un paso atrás en sus pretensiones
gananciales para favorecer la venta del producto? ¿Serán los bancos, el promotor, el
constructor, el dueño del solar? ¿O quizás el Estado, los gobiernos regionales o los
ayuntamientos?

La verdad es que nadie quiere transar y ahí están ahora los casi 1.5
millones de viviendas sin salida, simplemente porque fueron valoradas para una sociedad dos mil eurista y no para la española que apenas llega a los 1,000 euros de ingreso medio mensual per cápita. Lo peor no queda ahí por cuanto la sociedad española tiene un déficit aproximado a 3 millones de viviendas en su mayoría de carácter social o precio protegido básico cuyos umbrales no superan los 110m2 construidos y 150,000 € de precio de salida, lo que permite la constitución de hipotecas no superiores a 450 € / mensuales de cuota inicial (ya incluyen las ayudas oficiales) y un máximo de 25 años de amortización. Entonces, ¿porqué no se califican las viviendas existentes en VPP (*)?

La respuesta la encontramos en aquél que va al mercado y se compra unos zapatos sin probárselos, es decir le pueden quedar bien como no, si es esto último ya sabemos lo que pasa, en el caso de las recalificaciones de viviendas de precio libre a precio protegido se deben cumplir una serie de requisitos que en la mayoría de los casos los promotores no pueden cumplir, dentro de ellos la calificación del suelo, la relación de coste final – repercusión del coste del suelo, el precio final no superior a lo expresado, etc., etc.

Partiendo de la calificación que depende de las autoridades reguladoras de cada
región o comunidad autónoma podemos considerar -si están los actuantes comprometidos con la labor- de un compás de espera de hasta 2 años. La relación coste final-coste repercutido del suelo está sujeto a la negociación con el propietario del terreno que ha pactado tal como lo expuse en mi primer artículo con unas condiciones tan ventajosas que ahora no desea renunciar en parte a ellas, es decir no quiere renunciar al 50% de sus expectativas (yo no lo haría), en cuanto al precio, quedarse en el umbral de 1500,000 € para viviendas que hasta ayer se anunciaban dentro de un segmento de 250,000 € a 350,000 € parece impensable, salvo por el grave hecho de una descapitalización vía amortizaciones de la hipoteca de la promoción, gastos administrativos de la venta, pago de contribuciones e impuestos, y un largo etc., lo que sitúa a cualquier promotor pequeño, mediano o incluso algún “grande” ante la necesidad de reducir sus expectativas de beneficio industrial al mínimo posible muy cercano al cero absoluto. Pero aún así este muerto es tan pesado que requiere desarrollar ese mismo ejercicio por parte de los otros los agentes implicados. El estado y los gobiernos regionales no solo deben de preocuparse por agilizar la tramitación de este proceso, sino también el otorgamiento de mayores ayudas directas a los consumidores e indirectas, con la rebaja del IVA (1), los impuestos y contribuciones que gravan a las operaciones de compra-venta de viviendas y la propia generación de renta de los inmuebles susodichos, en resumen, rebajando la presión fiscal.

Los bancos deben tender al 0 en materia de reajuste de los intereses hipotecarios y reducir sus propias expectativas en la venta directa de las viviendas nuevas de su propia promoción o las provenientes de su cartera de impagados (no solo a los suyos y parientes, sino al público en general). Esto es lo que podemos decir por ahora. ¿Qué? ¿Qué se ha venido haciendo al respecto? Bueno amigos, esa… es otra historia por contar, ¡saludos desde España!

Carlos Alberto Ancón y Bujama

(*) VPP: Vivienda de Precio Protegido
(1) IVA: Impuesto al Valor Añadido (IGV), en el caso de las viviendas, en España
pasa del general de 16% al especial de 9%.

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