BaSeco Manila : Nest project: development of a residential prototype for urban renovation on the GK site in BaSeco compound in Manila

The project is situated in the country of Philippines, inside the city of Manila in the informal BaSECO compound. Several neighbourhoods can be identified in this extremely heterogeneous urban context; for the purposes of designing an easily replicable architectural prototype, the GK district was chosen. The Philippines bears a myriad of constraints along the construction sector which starts from the climate that holds high temperatures as well as high humidity and consequently, causes overheating inside the structures that leads to potential discomfort among the users. The Philippines sits in the Pacific ring of fire which carries a high number of typhoons, volcanoes, seismic activities and consequently, earthquakes which creates dramatic consequences to the country. Furthermore, specifically for the thesis project, intervening on the informal part of the city meant considering the few economic resources of the population, which made the possible range of choices of the architectural tools of the project aimed at generating living comfort even more difficult and limiting. Keeping these premises in mind, the design of the architectural prototype, must be in accordance with the imposed constraints and as a result, instead of a building, a 2-storey house shall be designed. Additionally, for this reason, the selection of materials has followed the vernacular concept, promoting the use of regional materials and ancient construction techniques, which when re-engineered can adapt to the inhospitable climate. Specifically, for this project, bamboo was selected as the most efficient material to be used in the beams, columns and slabs and techniques like the Bahareque that were used for the creation of walls. Other than that, the technological complexity of the project, despite the goal of achieving a high-performance design, must be limited to the non-expert knowledge of the local workforce. Starting from the energy section, a few discoveries were made in this thesis. Primarily, it was comprehended that the lighter the structure, the better, because at night heat fluxes can be dissipated decreasing the overheat. However, this statement is not completely true when analysing the structure during the day. Lighter structures that imply less thermal inertia will increase peak hours inside of the rooms which may increase overheating. Thus, when assessing maritime tropical cities like Manila, a common ground must be pursued. In this case, after a few simulations that were not improving much, the elimination of the insulation was chosen as the best and cheaper solution. Additionally, with the help of the software IESVE, it was proven that only ventilation is not enough to diminish the inner gains for the simple fact that the climate of Manila is extremely hot. Bamboo has been traditionally structurally used in a non-engineered manner, as such, in this thesis Bamboo as an engineered structural material was explored and ultimately used for the design of the structural skeleton with great results. The material provided great strengths over the board with performances comparable to those of conventional materials while having a positive environmental impact. However, bamboo bears a low shear strength which sometimes controlled the design leading to over-designing for the axial and flexural actions. Moreover, bamboo is a highly flexible material with a brittle failure, therefore, it is crucial to limit the lengths of the members by adding bracings. For the structural analysis, Karamba3D for Grasshopper is ideal due to its generic material definition algorithm, although two issues were encountered. Firstly, bamboo is an anisotropic material and Karamba3D only enables modelling either Isotropic or Orthotropic materials, and secondly, it is not possible to directly model multiple-culm members. These limitations required workarounds that are well explained in the body of the thesis. Joints were designed exclusively using dowel and traditional “fish-mouth” construction using steel bolts to transfer the loads. This method proved to be usable in multiple scenarios without much complexity. As a supplement, reinforced concrete strip foundations were adequately designed to carry the load of the building and to raise it above the street level.

Il progetto di tesi si localizza nella capitale delle Filippine, Manila, nello specifico nella sua porzione infromale, che prende il nome di BaSECO. Diversi quartieri possono essere individuati in questo contesto urbano estremamente eterogeneo; per le finalità di progettazione di un prototipo architettonico facilmente replicabile, è stato scelto il quartiere GK. Costruire nelle Filippine significa prendere in considerazione una serie di limitazioni o sfide che il design deve affrontare. Prima fra tutte il complesso clima tropicale, che con le sue alte temperature e umidità, genera una situazione di discomfort all’interno delle abitazioni. Le Filippine sono anche un territorio soggetto a frequenti fenomeni naturali distruttivi: tifoni, attività sismiche e vulcaniche, dovute alla localizzazione della nazione all’interno dell’anello di fuoco del Pacifico. Ciò crea conseguenze drammatiche per la città e per la sua architettura. Inoltre, nello specifico del progetto di tesi, intervenire sulla parte informale della città, ha significato considerare le poche risorse economiche della popolazione, che hanno reso ancora più difficile e limitante il possibile ventaglio di scelte degli strumenti architettonici atti a generare comfort abitativo. Tenendo queste premesse in mente, il design del prototipo architettonico, declinato nel concetto di casa, deve essere in accordo con i vincoli imposti. Per questo motivo, la selezione dei materiali ha seguito il concetto vernacolare, promuovendo l’utilizzo di materiali regionali e antiche tecniche costruttive, che reingegnerizzate possono adattarsi all’inospitale clima. Nello specifico per il progetto il bambù è stato individuato come materiale da utilizzare per la costruzione dei diversi elementi architettonici. Conclusa la selezione dei materiali e delle tecniche costruttive, punto cruciale del design è stata la possibilità che i prototipi architettonici siano costruibili dalla popolazione stessa. Ciò significa che la complessità tecnologica del progetto, nonostante l’obiettivo di raggiungere un design avente alte prestazioni, deve essere limitata alle conoscenze non approfondite della manodopera locale. Dall’analisi energetica dei prototipi, diverse conclusioni sono state raggiunte. Innanzitutto, dopo aver definito la stratigrafia del progetto, è stato compreso che più leggera la costruzione, migliore è il comfort termico poiché più facilmente i carichi temici possono essere dissipati quando la temperatura esterna notturna scende sensibilmente. Tuttavia, questa affermazione non è completamente vera analizzando le performance della struttura durante il giorno; una struttura leggera implica infatti una minore inerzia termica e di conseguenza il picco di temperatura interna durante il mezzogiorno sarà maggiore, più simile all’andamento della temperatura esterna, aumentando così il surriscaldamento della temperatura interna della casa. Pertanto, quando si progetta in una città tropicale come Manila, è necessario raggiungere un compromesso. Inoltre, con l’ausilio del software IESVE, è stato dimostrato numericamente che la sola ventilazione naturale non è sufficiente a diminuire i guadagni interni per il semplice fatto che il clima di Manila è estremamente caldo; sistemi attivi devono quindi essere implementati tenendo conto della sostenibilità delle fonti e del contesto economico del progetto. Il bambù nella tradizione è da sempre utilizzato come materiale strutturale ma non ingegnerizzato, focus invece di questa tesi è stata l’esplorazione di questo aspetto innovativo per la progettazione dello scheletro strutturale. Il materiale garantisce di per se grande resistenza, con performances comparabili a quelle dei tradizionali materiali da costruzioni avendo però la fondamentale differenza di possedere un positivo impatto ambientale. Tuttavia, il bambù ha una resistenza al taglio molto bassa che a volte ha controllato il design, portando a una progettazione eccessiva delle azioni assiali e flessionali. Oltre alla sua resistenza, il bambù è un materiale altamente flessibile con un comportamento di rottura fragile; ciò ha reso fondamentale limitare le lunghezze degli elementi aggiungendo controventi. Per l’analisi strutturale, Karamba3D per Grasshopper è l’ideale grazie al suo algoritmo di definizione del materiale generico, sebbene siano stati riscontrati due problemi: in primo luogo, il bambù è un materiale anisotropo, tuttavia Karamba3D consente solo di modellare materiali isotropi o ortotropi, e in secondo luogo, non è possibile modellare direttamente elementi strutturali composti da più di una singola sezione; queste limitazioni hanno richiesto soluzioni alternative che sono ben spiegate nel corpo della tesi. Le connessioni tra gli elementi strutturali sono state progettate esclusivamente utilizzando tasselli e tradizionale “fish mouth joints” con bulloni in acciaio per il trasferimento dei carichi. Fondazioni in calcestruzzo armato sono state infine progettate per sostenere i carichi dell’edificio e per innalzarlo dal livello stradale.