Pavilhão de fibra de linho biomimética LivMatS abre ao público

Concluído e aberto ao público, o liv MatS Pavilion, uma estrutura biomimética localizada no Jardim Botânico da Universidade de Freiburg (Alemanha), é considerada uma alternativa viável e eficiente em termos de recursos aos métodos convencionais de construção e, portanto, representa um passo importante para a sustentabilidade na arquitetura. Além disso, constitui o que sua equipe de projeto afirma ser o primeiro edifício com uma estrutura de suporte de carga inteiramente feita de fibra de linho enrolada roboticamente, um material naturalmente renovável, biodegradável e disponível regionalmente na Europa Central.

Habilitado por uma nova combinação de materiais naturais e tecnologias digitais avançadas, este pavilhão resulta da colaboração bem-sucedida de uma equipe interdisciplinar de arquitetos e engenheiros do programa de mestrado ITECH no Cluster de Excelência "Design Computacional Integrado e Construção para Arquitetura (IntCDC)" na Universidade de Stuttgart (Alemanha) e biólogos do Cluster of Excellence “Living, Adaptive and Energy-autonomous Material Systems ( liv MatS) ”na Universidade de Freiburg (Alemanha).

De acordo com a equipe, o pavilhão bioinspirado mostra como novos processos de co-design que respondem simultaneamente por requisitos geométricos, materiais, estruturais, produtivos, ambientais e estéticos, juntamente com técnicas avançadas de fabricação robótica aplicadas a materiais naturais, são capazes de gerar um arquitetura que é, ao mesmo tempo, ecológica e expressiva. A aparência distinta e intrincada da superfície dos elementos estruturais do linho evoca exemplos vernaculares de treliça e sistemas biológicos.

Pelos próximos cinco anos, o liv O Pavilhão MatS servirá como sala de aula ao ar livre na Universidade de Friburgo, especialmente para os da Universidade de Friburgo, que utilizam o Jardim Botânico dentro do conceito de “aprender com a natureza na natureza” como local de pesquisa e ensino. Os cientistas também apresentarão seu trabalho ao público em visitas guiadas ou workshops.

Materiais de fibra natural, biomiméticos

Nos últimos dois anos, uma equipe de arquitetos e engenheiros do Instituto de Design e Construção Computacional (ICD) e do Instituto de Estruturas de Edifícios e Projeto Estrutural (ITKE) da Universidade de Stuttgart investigou o potencial do uso de fibras naturais como um materiais de construção, acreditando que representam uma alternativa promissora e sustentável às fibras produzidas sinteticamente. Eles encontraram com o liv Pavilhão MatS que, além de oferecer potencial para reduzir o impacto ambiental da edificação e fornecer um material renovável para a construção civil, as fibras de linho são comparáveis ​​em suas propriedades mecânicas às mechas de fibra de vidro, proporcionando rigidez por peso semelhante, mas com uma energia incorporada muito inferior.

Além disso, a estrutura continua a colaboração de pesquisa de longa data para determinar como os princípios da biologia - como sistemas de suporte de carga - podem ser transferidos da natureza para a arquitetura. O liv O pavilhão MatS foi inspirado no cacto saguaro ( Carnegia gigantea ) e o cacto pera espinhoso ( Opuntia sp.), que se caracterizam pela sua estrutura de madeira. O cacto saguaro tem um núcleo de madeira cilíndrico oco por dentro e, portanto, particularmente leve. Consiste em uma estrutura de madeira em forma de rede, que dá estabilidade adicional ao esqueleto e é formada como resultado do intercrescimento de seus elementos de madeira individuais. O tecido dos rebentos laterais achatados do cacto espinhoso também é entrelaçado com feixes de fibras de madeira semelhantes a redes, que são dispostos em camadas e interconectados. Como resultado, o tecido do cacto espinhoso é caracterizado por uma capacidade de carga particularmente alta. Ao abstrair essas estruturas de rede, os cientistas foram capazes de transferir as propriedades mecânicas das estruturas de fibra reticulada para os elementos estruturais leves do pavilhão.

Design e fabricação integrativos

O projeto se expande em mais de 10 anos de pesquisa em construção de fibra. Pesquisas anteriores focaram no uso de compostos de fibra produzidos sinteticamente na construção, como fibras de vidro e carbono, em combinação com métodos avançados de design computacional, simulação e fabricação. O liv O pavilhão MatS estende sua pesquisa em direção a um método de construção mais sustentável com fibras naturais de linho e investiga o uso dessas fibras naturais em uma aplicação em larga escala.

Os elementos de construção de suporte de carga são produzidos com um processo de enrolamento de filamento sem núcleo desenvolvido pela equipe do projeto. Nesta abordagem de manufatura aditiva (AM), um robô coloca com precisão os feixes de fibras em uma estrutura de enrolamento. Isso permite a calibração direcionada e a articulação arquitetônica da orientação, alinhamento e densidade das fibras para se adequar exatamente aos requisitos estruturais do componente, como em sua inspiração biológica. Segundo os pesquisadores, a forma pré-definida do componente só surge por meio da interação das fibras dentro da moldura do enrolamento, eliminando a necessidade de um molde ou núcleo adicional. Além disso, este método de fabricação não produz resíduos ou sobras. Além disso, a mesma estrutura de enrolamento modular pode ser usada para todos os elementos geometricamente variáveis. Isso leva a uma excelente eficiência do material quando comparado a materiais de construção convencionais e resulta em uma alta capacidade de carga.

As fibras naturais e sua variabilidade biológica também apresentam aos pesquisadores novos desafios, principalmente no que diz respeito aos fluxos de trabalho de projeto computacional e fabricação robótica, bem como ao controle da máquina. Esses fluxos de trabalho de co-design foram desenvolvidos inicialmente para materiais sintéticos e, portanto, homogêneos, e agora precisam ser adaptados às propriedades dos materiais das fibras de linho. Este ajuste do modelo de design computacional integrativo permitiu que as propriedades do material heterogêneo informassem o design e o planejamento dos componentes individuais, bem como da estrutura geral. As propriedades mecânicas específicas das fibras naturais também exigiram a reconfiguração do processo de fabricação robótica.

O liv O pavilhão MatS é coberto com uma pele de policarbonato à prova d'água, que não só fornece proteção contra as intempéries, mas também protege as fibras da radiação ultravioleta direta e da umidade da chuva ou neve.

Demonstrador integrado para construção sustentável

A estrutura de suporte de carga do liv O pavilhão MatS consiste em 15 componentes de fibra de linho, roboticamente pré-fabricados exclusivamente de fibras naturais fiadas contínuas, bem como um elemento de cúpula fibroso no topo da estrutura. Os elementos variam em comprimento total de 4,50 a 5,50 metros e pesam apenas 105 quilos em média. Toda a estrutura da fibra pesa aproximadamente 1,5 toneladas, enquanto cobre uma área de 46 metros quadrados. O projeto final está em conformidade com o código de construção alemão e requisitos de licença estrutural relacionados e conjunto de combinações de carga, incluindo vento e neve.

Os desenvolvimentos de pesquisa relacionados com o processo computacional, a fabricação robótica, bem como o novo sistema de materiais, foram desenvolvidos por uma equipe interdisciplinar de alunos do ITECH e pesquisadores do ICD / ITKE na Universidade de Stuttgart e foram validados pela fabricação de uma primeira série de protótipos dos componentes da fibra natural. Os dados de produção foram então gerados e repassados ​​ao parceiro industrial do projeto FibR GmbH (Stuttgart, Alemanha) para a produção dos 15 componentes estruturais.

O projeto dá continuidade a uma série de demonstradores de edifícios experimentais e altamente inovadores bem-sucedidos, projetados e realizados pela equipe interdisciplinar de pesquisadores e estudantes da Universidade ICD / ITKE de Stuttgart. Também fortalece ainda mais a colaboração já bem-sucedida entre o Cluster de Excelência liv MatS da University of Freiburg e do Cluster of Excellence IntCDC da University of Stuttgart. IntCDC visa repensar o design e a construção por meio de tecnologias digitais para lidar com os desafios ecológicos, econômicos e socioculturais que o ambiente construído enfrenta. A visão de liv MatS é combinar natureza e tecnologia para desenvolver tecnologias ambientais e energéticas de ponta. Pela sua própria natureza, o pavilhão oferece pontos de contacto para evidenciar semelhanças e diferenças entre materiais biológicos e técnicos e mostrar as possibilidades que a bioinspiração oferece, por exemplo na arquitectura mas também noutras áreas da tecnologia.

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Desenvolvimento científico:

• Marta Gil Pérez, Serban Bodea, Niccolò Dambrosio, Bas Rongen, Christoph Zechmeister
• Gerenciamento de projetos:Katja Rinderspacher, Marta Gil Pérez, Monika Göbel

Desenvolvimento de conceito, desenvolvimento de sistema, prototipagem:

• 2018-2020:Talal Ammouri, Vanessa Costalonga Martins, Sacha Joseph Cutajar, Edith Anahi Gonzalez San Martin, Yanan Guo, James Hayward, Silvana Herrera, Jeongwoo Jang, Nicolas Kubail Kalousdian, Simon Jacob Lut, Eda Özdemir, Gabriel Rihaczek, Anke Kristina Schramm, Lasath Ryan Siriwardena, Vaia Tsiokou, Christo van der Hoven, Shu Chuan Yao
• 2018-2019:Karen Andrea Antorveza Paez, Okan Basnak, Guillaume Caussarieu, Zhetao Dong, Kurt Drachenberg, Roxana Firorella Guillen Hurtado, Ridvan Kahraman, Dilara Karademir, Laura Kiesewetter, Grzegorz Łochnicki, Francesco Qiomany, Yue Qiomany, Francesco Qi, Milano, Yue Qiomany, Iue Qi, Milano, Nasim Sehat, Tim Stark, Zi Jie, Jake Tan, Irina Voineag

Desenvolvimento de fachada:

• Tim Stark
• Com suporte de:Okan Basnak, Yanan Guo, Axel Körner
• Assistência ao aluno:Matthew Johnson, Daniel Locatelli, Francesca Maisto, Mahdieh Hadian Rasanani, Lorin Samija, Anand Shah, Lena Strobel, Max Zorn