Cómo los materiales granulares autoensamblables están cambiando el futuro de la arquitectura

La arquitectura es una disciplina conservadora, sobre todo por los exigentes estándares de estabilidad y seguridad a los que deben adherirse todas las estructuras hechas por el hombre. Las fuerzas que actúan sobre y dentro de cualquier estructura deben calcularse cuidadosamente y el diseño debe modificarse en consecuencia. Poco se puede dejar al azar.

Al menos, esa es la visión tradicional. Pero algunos diseñadores están jugando con otra idea: que hay una forma diferente de construir que explota la aleatoriedad en lugar de evitarla. Este tipo de edificio se basará en nuevos tipos de materiales granulares que, cuando se colocan en su lugar, se unen de manera que brindan estabilidad estructural. De esta manera, las paredes, las columnas e incluso las cúpulas podrían colocarse en su lugar, formando estructuras complejas pero estables.

Puede parecer ciencia ficción, pero hoy, Sean Keller, del Instituto de Tecnología de Illinois en Chicago, y Heinrich Jaeger, de la Universidad de Chicago, explican cómo este tipo de arquitectura aleatoria finalmente se está volviendo posible. Estos muchachos dicen que ya se están construyendo las primeras estructuras aleatorias y que el enfoque está introduciendo nuevas formas de pensar sobre la arquitectura y el diseño en general.

Primero algunos antecedentes. Los humanos han utilizado materiales granulares como piedras, arena o tierra para construir estructuras durante miles de años. Incluso hoy en día, la técnica es común para construir presas, rompeolas portuarios y lechos de grava para vías férreas.

Estas estructuras se benefician de las propiedades especiales de los materiales granulares: su naturaleza porosa que permite un drenaje rápido y el hecho de que se pueden verter en su lugar rápidamente y a bajo costo.

Más interesante es la forma en que soportan las cargas. Las estructuras convencionales requieren columnas o arcos especialmente diseñados. Pero los materiales granulares se basan en cadenas de fuerza entre partículas adyacentes dentro de los materiales que se configuran cuando el material se atasca. Al mismo tiempo, el material puede fluir cuando se libera el atasco.

Sin embargo, hay un inconveniente. La forma de estas estructuras está severamente limitada por el ángulo natural de reposo del material. Y eso también limita las aplicaciones.

Gran parte de las propiedades de los materiales granulares están determinadas por la forma de las partículas de las que están hechos. Esto es aproximadamente esférico en muchos casos.

Pero en los últimos años, los científicos de materiales han comenzado a experimentar con partículas con formas más exóticas, como formas de estrellas tridimensionales, formas de X, formas de gancho y otras. Cuando se vierten, estos se atascan más fácilmente y forman estructuras estables.

Eso ha llevado a una forma completamente nueva de pensar sobre el diseño. Tradicionalmente, los arquitectos comenzaron con los componentes estructurales más pequeños, como columnas, arcos, paredes, etc., y los unieron para formar estructuras más grandes, como puentes, casas y rascacielos.

Pero las propiedades de estos nuevos materiales granulares dan la vuelta a este enfoque. Con este material, los arquitectos pueden pensar en la forma general y luego descubrir cómo se puede lograr vertiendo el material granular en su lugar.

Un método consiste en verter el material en un recipiente de tela hermético que se pueda envasar al vacío. Esto genera la presión que hace que el material se atasque en más o menos cualquier forma deseada. Hace unos años, los ingenieros de la Universidad Técnica de Delft construyeron un puente utilizando esta idea desinflable (abajo).

Un objetivo más ambicioso es idear la estructura general y luego trabajar hacia atrás para determinar la forma de las partículas que la producirían cuando se vierta. Estos gránulos podrían luego imprimirse en 3D y verterse en su lugar, donde se autoensamblarían o se ensamblarían con un robot.

Eso tendrá un profundo efecto en el proceso de diseño. Como resultado, la planificación previa se libera de considerar los detalles estructurales locales, dicen Keller y Jaeger. En cambio, la tarea principal ahora se convierte en generar las formas de partículas adecuadas, así como las condiciones generales de contorno y procesamiento para garantizar que la estructura objetivo deseada sea mecánicamente estable cuando se realice.

Ya se están dando los primeros pasos tentativos hacia este tipo de construcción con resultados fascinantes. ¿Podría ser que la próxima casa a la que te mudes haya sido vertida en lugar de construida? Probablemente no, pero no descartes el siguiente.

Ref: arxiv.org/abs/1510.05721 : Arquitecturas aleatorias

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