Tendo em vista os aspectos da iteratividade, algumas questões de análise estrutural tornam-se necessárias, a fim de fornecer um feedback ao desenvolvimento de algoritmos, sem, contudo, pretender inquirir sobre o dimensionamento propriamente dito, de estruturas espaciais. As avaliações pretendidas neste item permitirão obter conclusões sobre a exequibilidade das estruturas, que podem orientar os estágios conceituais do processo de projeto. A concretização de estruturas de elevada complexidade são resultado da reunião de vários outros conhecimentos e, nos aspectos de dimensionamento, análises mais sofisticadas são necessárias à sua efetiva concretização.
No entanto, no recorte estrito do design estrutural, o pré-dimensionamento é capaz de fornecer informações cruciais, tanto do ponto de vista do comportamento físico-mecânico quanto da viabilidade produtiva. Sob esse ponto de vista, propõe-se avaliações e testes a partir da construção de protótipos virtuais e físicos, a fim de extrair conclusões sobre as potencialidades e limitações do sistema generativo em relação aos métodos tradicionais de projeto. Além disso, visando validar o sistema proposto enquanto ferramenta projetual, propõe-se um exercício de menor abstração, submetendo o sistema a uma situação real de projeto.
Método dos Elementos Finitos (MEF) é uma análise matemática que consiste na discretização de um meio contínuo em pequenos elementos, mantendo as mesmas propriedades do meio original. Por meio de técnicas de modelagem, os meios são divididos em malhas de elementos finitos e, cada um deles, recebe simulações de cenários possíveis de cargas e apoios. Esses elementos são descritos por equações diferenciais e resolvidos por modelos matemáticos, para que sejam obtidas conclusões sobre o comportamento global do meio. A popularização do MEF como ferramenta de análise estrutural se deu devido à sua generalidade para a avaliação de diversas tipologias de estruturas e à fácil implementação em plataformas computacionais.
Estudos estáticos: determinação de deslocamentos, forças de reação, deformações, tensões e distribuição do fator de segurança;
Estudos dinâmicos: determinação de respostas nos modelos a partir de ações aplicadas subitamente, com tempo e frequência;
Estudos de instabilidade por flambagem: determinação de deformações súbitas provocadas por solicitações axiais; estruturas delgadas sujeitas a essas solicitações pode apresentar a ruptura precoce sob cargas muito menores do que as necessárias para a ruptura do material. Tendo em vista o fato da instabilidade ocorrer de formas diferentes, sob o efeito de cargas distintas, em muitos casos, até mesmo a menor das solicitações pode ser de interesse.
Além disso, se buscarão aplicativos que permitam a definição de metas, objetivos e restrições relacionadas à otimização estrutural, como a quantidade mínima de material a ser utilizada em um determinado elemento, ou o limite de tensão admissível.
Por meio desses dois tipos de procedimentos, serão produzidos protótipos físicos com vistas às avaliações estruturais similares às efetuadas nos protótipos virtuais, com a utilização de cargas fixas e observações de condições de estabilidade. No entanto, além das relações com a prototipagem virtual, propõe-se a avaliação de aspectos ligados à exequibilidade, comparando métodos tradicionais de projeto e com as plataformas de projeto e fabricação atuais. Desse modo, poderão ser discutidas as circunstâncias em que as técnicas de fabricação digital poderão ser implementadas e em quais aspectos a prototipagem rápida pode contribuir ao design estrutural.
A fim de demonstrar a aplicabilidade do sistema generativo proposto, sugere-se um exercício projetual permeando questões que compõe um problema de arquitetura e urbanismo.
Definição de um problema de projeto definindo situações a serem resolvidas pelo método proposto;
Estabelecimento de condições de contorno a serem consideradas no design estrutural, como materiais utilizados, cargas e ações em situações de serviço, etc.;
Construção de um exercício controle, utilizando-se uma abordagem de projeto mais top- down, por meio de modelagem paramétrica, propõe- se o design de uma estrutura espacial considerando as mesmas condições de contorno.
Com base no recorte analítico proposto, se buscará enfocar questões relacionadas à complexidade e geometria estrutural, sem permear questões subjetivas que envolvem a prática de arquitetura. Do mesmo modo que nos estudos de caso, formularam-se três questões passíveis de investigação, que balizarão a obtenção de informações. Essas questões foram vinculadas a métodos exploratórios, que têm como objetivo delinear a abrangência dos conceitos utilizados no design estrutural do exercício proposto para outras situações de projeto.
5.
Capítulo Cinco
Estudos de caso
Como arquiteto, se projeta no presente, com
consciência do passado, para um futuro que é
essencialmente incerto.”
̶ ̶ ̶ ̶ ̶ ̶ ̶ ̶ ̶ ̶ ̶ ̶ NORMAN FOSTER, 2007
Em palestra ao TED Talks, em Munique
Os edifícios selecionados como estudos de caso possuem características similares, principalmente relacionadas às estratégias de concepção dos sistemas estruturais dentro do contexto do projeto arquitetônico. Em ambos os casos foram utilizadas definições matemáticas que permitiram elaborar um modelo capaz de expressar uma intenção arquitetônica, a partir do entendimento da estrutura como um elemento de composição da forma. Essas definições tiveram um papel crucial no delineamento de questões típicas desses projetos, determinando a flexibilidade dos modelos às constantes mudanças dos estágios criativos. Não há dúvidas de que os métodos utilizados se valeram das estruturas como um elemento a ser explorado e esta é a principal razão para a sua seleção: são edifícios nos quais a estrutura foi projetada como uma solução de arquitetura em detrimento de uma adaptação posterior à concepção da forma.
Justamente a forma foi também a outra motivação para este estudo, já que nos dois edifícios elas apresentam uma simplicidade instigante, composta de formas puras, com superfícies planas e paralelas, funcionando como um grande invólucro para as suas estruturas demasiadamente
complexas. Contudo, como se buscou identificar ao longo deste estudo, as abordagens projetuais empregadas nos dois casos possuem aspectos promissores no contexto contemporâneo da arquitetura, não somente por permitir expressar a complexidade através das estruturas, mas, sobretudo, por aproximar o projetista de questões anteriormente ignoradas nos estágios iniciais do processo de projeto.
Da mesma maneira que um arranjo molecular repetitivo, os projetos desses edifícios encontraram suas soluções em definições matemáticas que envolvem repetição e simetria, a partir de um conjunto de poucos elementos, denominados aqui blocos elementares. A associação desses blocos, combinando-os até os níveis nos quais se torna difícil reconhecer sua relação com o todo, é o denominador comum de ambas as propostas. Possivelmente, as técnicas de modelagem empregadas nos projetos dos edifícios permitem alguma generalização, mas, certamente, as motivações conceituais funcionam como uma alternativa ao pensamento sobre estruturas dentro de um contexto mais amplo.
Entender e descrever essas abordagens, esmiuçando-as até o nível desses blocos elementares, consistiu na primeira parte deste estudo de caso, em um processo que envolveu a análise de documentos de projetos dos escritórios Lab Studio e PTW, incluindo conversas com os arquitetos australianos John Bilmon e Donald Battes, respectivamente responsáveis pelos projetos do Watercube e do Fedsquare. Além disso, visitas técnicas nas cidades de Pequim e Melbourne permitiram compreender questões muito além das observadas nas plantas ou nos modelos virtuais, as quais se buscou registrar por meio de textos, desenhos e imagens.
As informações levantadas nutriram um modelo virtual de dados utilizado como um mecanismo para explorar os conceitos utilizados nos dois edifícios. Nesse processo, os principais aplicativos computacionais utilizados foram o Rhinoceros 3D (McNell & Associates, Inc., versão 5 RS5) incrementado por métodos baseados na biblioteca de classes Rhinocommon SDK, por meio de cápsulas gráficas do add-on Grasshopper 3D (versão 0.9.0076) ou manipuladas diretamente por scripts da linguagem Python (Python.org, versão 3.5.2). Eventualmente, outras ferramentas computacionais tiveram um papel secundário, auxiliando na produção de planilhas eletrônicas e desenhos vetorizados e imagens raster.