This thesis aims to investigate the potentials of waste materials for integrating them into the design process. These materials are easily accessible furthermore they have some significant features and behaviors which allow us to use them in construction. This work presents a theoretical and practical approach to upcycling waste materials. The development of waste materials (low-technology) by using high-technology machines and facilities. Technology and its development should serve the people, solve their problems, and make the world a better place for them. In this thesis, I follow some humanitarian aims through answering the main theoretical question is what is the role of material in the equilibrium between form and forces in 3D graphic statics? Talking about the best-optimized form without considering it in the real world and its materials is useless. The expression “best-optimized” seems to be meaningful only in the digital world in this case. Material is the language that can make a bridge between these two separate worlds. All the calculations, designing, and form-finding methods in the computer can be constructed through establishing proper materials. This research proposes the materialization of 3D graphic statics to generating a better-optimized form, increase the pace of the construction process, and make it easier, decrease the self-weight of materials to use the local resources or waste materials, make the digital world and the real world closer to each other and fill the gaps between them, and having more accurate construction process. The concept of materialization is considering the materials for each structural element according to the applied load. The materialization of 3D graphic statics will be defined by a diagram named Material diagram. In the last part of this research I propose the waste material structural system based on the use of waste plastic bottles as the main containers of the structural system, besides waste fabrics and sand, as a local material, which are the main elements of filling these containers. This system profits important behaviors moreover features of waste materials. The utilization of this system would affect the environment and also the problem of lacking housing, whether in natural disasters or refugee camps. The implementation of this theoretical framework in practical studies demonstrates the applicability of this research.

Questa tesi mira a studiare le potenzialità dei materiali di scarto per integrarli nel processo di progettazione. Questi materiali sono facilmente accessibili inoltre hanno alcune caratteristiche e comportamenti significativi che ci consentono di utilizzarli nella costruzione. Questo lavoro presenta un approccio teorico e pratico al riciclo dei materiali di scarto. Lo sviluppo di materiali di scarto (a bassa tecnologia) utilizzando macchine e impianti ad alta tecnologia. La tecnologia e il suo sviluppo dovrebbero servire le persone, risolvere i loro problemi e rendere il mondo un posto migliore per loro. In questa tesi, seguo alcuni obiettivi umanitari rispondendo alla principale domanda teorica: qual è il ruolo del materiale nell'equilibrio tra forma e forze nella statica grafica 3D? Parlare della forma ottimizzata al meglio senza considerarla nel mondo reale e dei suoi materiali è inutile. L'espressione "ottimizzato al meglio" sembra essere significativa solo nel mondo digitale in questo caso. Il materiale è il linguaggio che può creare un ponte tra questi due mondi separati. Tutti i calcoli, la progettazione e i metodi di ricerca del modulo nel computer possono essere costruiti stabilendo materiali adeguati. Questa ricerca propone la materializzazione della statica grafica 3D per generare una forma meglio ottimizzata, aumentare il ritmo del processo di costruzione e semplificare, ridurre il peso proprio dei materiali per utilizzare le risorse locali o materiali di scarto, rendere il mondo digitale e il mondo reale più vicino l'uno all'altro e colmare le lacune tra loro e avere un processo di costruzione più accurato. Il concetto di materializzazione sta prendendo in considerazione i materiali per ciascun elemento strutturale in base al carico applicato. La materializzazione della statica grafica 3D sarà definita da un diagramma chiamato Diagramma materiale. Nell'ultima parte di questa ricerca propongo il sistema strutturale di materiale di scarto basato sull'uso di bottiglie di plastica di scarto come contenitori principali del sistema strutturale, oltre a tessuti di scarto e sabbia, come materiale locale, che sono gli elementi principali del riempimento di questi contenitori. Questo sistema beneficia inoltre di importanti comportamenti delle caratteristiche dei materiali di scarto. L'utilizzo di questo sistema influenzerebbe l'ambiente e anche il problema della mancanza di alloggi, sia in caso di catastrofi naturali che in campi di rifugiati. L'implementazione di questo quadro teorico in studi pratici dimostra l'applicabilità di questa ricerca.

Materialization of 3D graphic statics. Through an innovative way of integration high-tech and low-tech for constructing a waste-based structural system

Ahmadnia, Amirhossein
2019/2020

Abstract

This thesis aims to investigate the potentials of waste materials for integrating them into the design process. These materials are easily accessible furthermore they have some significant features and behaviors which allow us to use them in construction. This work presents a theoretical and practical approach to upcycling waste materials. The development of waste materials (low-technology) by using high-technology machines and facilities. Technology and its development should serve the people, solve their problems, and make the world a better place for them. In this thesis, I follow some humanitarian aims through answering the main theoretical question is what is the role of material in the equilibrium between form and forces in 3D graphic statics? Talking about the best-optimized form without considering it in the real world and its materials is useless. The expression “best-optimized” seems to be meaningful only in the digital world in this case. Material is the language that can make a bridge between these two separate worlds. All the calculations, designing, and form-finding methods in the computer can be constructed through establishing proper materials. This research proposes the materialization of 3D graphic statics to generating a better-optimized form, increase the pace of the construction process, and make it easier, decrease the self-weight of materials to use the local resources or waste materials, make the digital world and the real world closer to each other and fill the gaps between them, and having more accurate construction process. The concept of materialization is considering the materials for each structural element according to the applied load. The materialization of 3D graphic statics will be defined by a diagram named Material diagram. In the last part of this research I propose the waste material structural system based on the use of waste plastic bottles as the main containers of the structural system, besides waste fabrics and sand, as a local material, which are the main elements of filling these containers. This system profits important behaviors moreover features of waste materials. The utilization of this system would affect the environment and also the problem of lacking housing, whether in natural disasters or refugee camps. The implementation of this theoretical framework in practical studies demonstrates the applicability of this research.
VISCUSO, SALVATORE
ARC I - Scuola di Architettura Urbanistica Ingegneria delle Costruzioni
24-lug-2020
2019/2020
Questa tesi mira a studiare le potenzialità dei materiali di scarto per integrarli nel processo di progettazione. Questi materiali sono facilmente accessibili inoltre hanno alcune caratteristiche e comportamenti significativi che ci consentono di utilizzarli nella costruzione. Questo lavoro presenta un approccio teorico e pratico al riciclo dei materiali di scarto. Lo sviluppo di materiali di scarto (a bassa tecnologia) utilizzando macchine e impianti ad alta tecnologia. La tecnologia e il suo sviluppo dovrebbero servire le persone, risolvere i loro problemi e rendere il mondo un posto migliore per loro. In questa tesi, seguo alcuni obiettivi umanitari rispondendo alla principale domanda teorica: qual è il ruolo del materiale nell'equilibrio tra forma e forze nella statica grafica 3D? Parlare della forma ottimizzata al meglio senza considerarla nel mondo reale e dei suoi materiali è inutile. L'espressione "ottimizzato al meglio" sembra essere significativa solo nel mondo digitale in questo caso. Il materiale è il linguaggio che può creare un ponte tra questi due mondi separati. Tutti i calcoli, la progettazione e i metodi di ricerca del modulo nel computer possono essere costruiti stabilendo materiali adeguati. Questa ricerca propone la materializzazione della statica grafica 3D per generare una forma meglio ottimizzata, aumentare il ritmo del processo di costruzione e semplificare, ridurre il peso proprio dei materiali per utilizzare le risorse locali o materiali di scarto, rendere il mondo digitale e il mondo reale più vicino l'uno all'altro e colmare le lacune tra loro e avere un processo di costruzione più accurato. Il concetto di materializzazione sta prendendo in considerazione i materiali per ciascun elemento strutturale in base al carico applicato. La materializzazione della statica grafica 3D sarà definita da un diagramma chiamato Diagramma materiale. Nell'ultima parte di questa ricerca propongo il sistema strutturale di materiale di scarto basato sull'uso di bottiglie di plastica di scarto come contenitori principali del sistema strutturale, oltre a tessuti di scarto e sabbia, come materiale locale, che sono gli elementi principali del riempimento di questi contenitori. Questo sistema beneficia inoltre di importanti comportamenti delle caratteristiche dei materiali di scarto. L'utilizzo di questo sistema influenzerebbe l'ambiente e anche il problema della mancanza di alloggi, sia in caso di catastrofi naturali che in campi di rifugiati. L'implementazione di questo quadro teorico in studi pratici dimostra l'applicabilità di questa ricerca.
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