Yeni Kompozit Yapı Malzemeleri Exhibit Columbus’ta Modernizmi Yeniden Tanımlıyor

Mimarlar, modernizmin ortaya çıkışından bu yana, yapıyı ve yüzeyi bütün haline getirecek o mükemmel malzemenin hayalini kurdular. 20. yüzyılın çözümü çelik kirişler ve cam pencerelerdi; bunlar, binaları bir arada tutan elemanlarla, binaları kaplayan elemanları derli toplu bir ikili haline getirdiler. Bu yüzyılda akademik araştırmacılar, hem muhafaza edeni hem de muhafaza edileni oluşturacak ideal malzemeyi ararken, bu ikiliği ortadan kaldırıyorlar.

İki araştırmacı bu alanda muazzam adımlar atıyor. Tennessee Üniversitesinden mimarlık profesörü Marshall Prado, kompozit yapı malzemeleriyle, özellikle karbon ve fiberglastan oluşan son derece dayanıklı bir fiber sistemiyle deneyler gerçekleştiriyor. Ball Eyalet Üniversitesinden Tasarımda Yenilik Araştırma Görevlisi Christopher Battaglia’nın geliştirdiği, 3D baskıyla oluşturulmuş beton kalıplı panellerse, yeni malzeme imalatı konusunda benzer potansiyele sahip.

Her iki malzemenin de taşıyıcılık yapabilecek sağlamlığı ve yeni formlar oluşturmaya yarayacak dinamik eklemlenme özelliği bulunuyor. Ayrıca her iki akademisyen, Indiana eyaletinin Columbus şehrinde her yıl düzenlenen ve bu küçük şehrin dünya standartlarındaki yüzyıl ortası modern mimari koleksiyonunu onurlandıran Exhibit Columbus adlı sergi açılmaya başladığından bu yana, sergide Üniversite Tasarım Araştırma Kurulu Üyesidir.

Prado ve Battaglia, Ağustos ayında, J. Irwin Miller ve Xenia Miller’ın inşa ettiği mimari bir saygı duruşunda bulunan enstalasyonlarının yanı sıra, araştırmalarını vitrine çıkaracak pavyonlar da açacaklar. Irwin, 100 yıllık bir dizel motor üreticisi olan Cummins’in müdürü olarak görev yaptığı sırada şirket, çok sayıda kamu binasının ve özel binanın tasarımı için dönemin en iyi mimarlarını (Eliel ve Eero Saarinen, I. M. Pei, Harry Weese) finanse etmişti. Exhibit Columbus’taki sergilerin yöneticisi Anne Surak, “Columbus ve modern akım her zaman teknoloji ve malzemelerin geliştirilmesiyle ilgilenmiştir,” diyor.

Karbon Dayanıklılığı + Cam Şeffaflığı

Prado’nun yüksek dayanıklılık-ağırlık oranıyla tanınan enstalasyonu Filament Tower, karbon ve fiberglastan yapılmış dokuz metrelik bir yapıdır. Kulenin bileşenlerini inşa etmek için, yeniden yapılandırılabilir bir çelik çerçeve, bir döner şişine benzeyen iki eksenli bir döner tabla üzerinde döndürülürken, robotik bir kol, yapı boyunca epoksi reçinesi emdirilmiş karbon ve fiberglas telleri sarma işini yerine getirir. Kuruyan reçine sertleştikten sonra parça tavlama fırınına yerleştirilir ve böylece daha da dayanıklı hale getirilir. Yapı soğuduktan sonra, çelik kalıp sökülür. Elde edilen kompozit mukavemet, hem çekme hem de basınç etkisinde kullanılmaya uygundur. Kulenin 27 parçasının dikey bölümleri birbirine kolayca vidalanır. Prado, “Geride kalan tek şey yalnızca kompozit malzeme,” diyor. “Bütün yapı bu.”

Dokuz metrelik kule, Columbus’un modern kiliselerini süsleyen simgesel çan kulelerinin bir çeşitlemesi; tıpkı Eero Saarinen’in Kuzey Hıristiyan Kilisesindekiler gibi. Filament Tower kilisenin altıgen tasarımını yansıtıyor ama sonuç keskin, matematiksel geometrik değildir; Filament Tower daha ziyade kıvrımlı ve organiktir. Biyomimikri örneği olan yapı, birçok organik yapıyı şekillendiren protein matrislerindeki sıkıca sarılmış lifleri hatırlatır. Örneğin, ağaçlar ve bitkiler selüloz liflerinden oluşur, kolajen lif yaygın bir biyolojik bağ dokusudur; böcek kabuklarıysa, kitin lifinden oluşur.

Bu liflere benzer öğelerin yanı sıra, kompozit malzemenin en şaşırtıcı özelliği şeffaflığıdır. Kuleyi kurarken Autodesk PowerMill‘i kullanan Prado, “Fiberglas gibi malzemeler yarı saydam oldukları için, bir yapı deyince aklınıza gelen şeyi gerçekten zorluyor,” diyor.

Prado, mimarlıkta genel olarak “yapı, kaplama ya da havalandırma için ayrı birer sisteminiz vardır,” şeklinde bir ifade kullanıyor ve ekliyor: “Biyolojide genellikle her şey, işlevsel olarak entegre haldedir. Yapınız, kaplamanızdır. Isı düzenleme sisteminizdir. Her şeyinizdir.”

Filament Tower’ın yapımında kullanılan malzemeler güçlü, hafif ve şeffaf olduğu için, yapısal uygulamalarda ya da cephe uygulamalarında eşit derecede iyi iş görebilir. Malzemenin modüler yapısı, mobil ve hızla konuşlandırılabilir altyapı ihtiyaçlarına da uygundur. Köprüler gibi uzun açıklıklı yapılar, kumaş gibi birbirine dokunabilir.

Bu uygulamalar yeni olmalarına rağmen, karbon fiberin yaklaşık yüz yıldır var olduğunu söyleyen Prado sözlerine şöyle devam ediyor: “Bu malzemeleri kullanmaya başladığımız 1930’lardan beri süreç aslında değişmedi. İnsanlar kalıp yapıyor, fiberleri döşüyor, sonra aynı parçayı tekrar tekrar kullanıyor. Bu mimarlığın iyi olduğu alanlardan birisi değil. Bizler aynı binayı tekrar tekrar inşa etmeyiz. Bir binanın tamamının kalıbını almayız.” Oysa ki bu süreç, mimarlıkta kompozit malzemelerin tasarımının ve imalatının yeni yöntemlerini mümkün kılacak.

Beton + Avangart

Cornell Üniversitesi, Antistatik Mimarlığı bölümünden Martin Miller’ın işbirliğiyle tasarlanan, Battaglia’nın DE|stress adındaki enstalasyonu, geleneksel kalıp imalat yöntemlerinin ötesine geçiyor. Battaglia’nın pavyonunda, her biri eşsiz olan ve aynı malzemeden dökülmüş 110 kavisli beton panel yer alıyor. Buradaki temel nokta kullanılan yaş kum dökme yöntemi; bu yöntemle paneller, ıslak ve bitmemiş bir halde yapılıyor. (“Yaş kum” ismi, kum kalıbının henüz tamamlanmamış olmasından geliyor; yani kum, henüz “ham” ya da işlem görmemiş bir haldedir.)

Önce, silisli kum ve bentonit kili suyla karıştırılır. Su ve kil kumu bağlayarak, kolay işlenebilir hale getirir. Kum sıkıştırılır, ardından bir CNC robot kavisli panel geometrisini frezeler. Daha sonra, ince agrega beton, 3B baskı yöntemiyle katmanlar halinde kalıba basılır. Sertleştikten sonra, kalıp ayrıştırılabilir ve malzeme geri dönüştürülebilir. Bu, son derece verimli bir süreçtir. (Proje, sponsor Laticrete Concrete‘in desteğiyle hazırlandı.)

Battaglia, “Malzemeyi basan robot, aynı zamanda malzeme için kalıp oluşturuyor,” diyor. “Form yapım sürecinde hiçbir malzeme israf edilmiyor.” Sonuçta ortaya çıkan paneller, doğal sıkıştırma kuvvetleriyle yerine oturan, oluklu papyon şeklinde çerçeveler olarak, 10 metre uzunluğunda ve 2,9 metre yüksekliğinde bir pavyonu meydana getiriyor.

Karışımda doğru miktarda su kullanılırsa, yaş kum haftalarca sert kalabilir. Battaglia, “Bu hassas kalıplara betonu 3B baskıyla vererek, gerçekten keskin kenar koşulları elde ediyorsunuz, bu yüzden şimdi iç kısım baskı olarak yapılmış olsa bile, dökümle üretilmiş bir kenar hassasiyeti elde ediyorsunuz,” diyor.

Battaglia DE|stress ile belirli bir inşaat sektörünü hedefliyor. “Bu, hazır beton sektörüne yönelik bir eleştiri,” diyor Battaglia. Beton paneller, özellikle büyük ölçeklerde, geometri ve formdan ziyade, dayanıklılıkları için tercih edilen ruhsuz desteklerdir. Yaş kum kalıplamanın 3B baskıyla birleştirilmesi, betonun dayanıklılığını korurken, malzemeyi yapısal sistemler ve cephe sistemleri arasında ideal bir geçiş haline getirerek, çok daha geniş bir biçimsel çeşitlilik ve esneklik sunuyor. Battaglia, bu sistemin en nihayetinde cephe sistemleri ve çatı yapılarında kullanılacağını öngörüyor.

Geçtiğimiz birkaç on yılda, Frank Gehry ve bazı başka mimarlar, Zahner ve diğerlerinin imal ettiği zarif bir şekilde bükülmüş çelik panel şekillerine çılgınca bağlanmışlardı. Battaglia’nın keşfettiği sürecin beton için aynı kapıları açtığını hayal etmek kolay.

Ancak, Battaglia ve Prado’nun Columbus’taki deneyleri, bu genişleyen ufkun hem işlevsel yapıyı hem de estetik yüzeyi ifade etmek için kullanıldığı, malzemelere şekilsel açıdan daha geniş özgürlüklerin tanındığı bir geleceğe işaret ediyor. Yapı ve yüzeyi bir araya getirirken, her birinin kendi amaçlarını (işlev ve estetik) bir araya getirmeyi öngörmek de mümkündür. Elbette bu da gerek Columbus’taki gerek dünyanın başka yerlerindeki modernist öncülerin öteden beri süregelen rüyalarından bir tanesi.