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El diseño en la obra pública 2 | Experiencias
El potencial de diseño de las estructuras en la arquitectura
Álvaro Serrano Corral
Ingeniero de caminos, canales y puertos Director Técnico. MC2 Estudio de Ingeniería (Grupo TYPA) |
La importancia de la estructura en un edificio singular no se limita a sus funciones resistentes, sino que también presenta un gran componente relativo a la percepción estética que se tiene del edificio. La relevancia que el arquitecto plantee para la estructura resistente marcará el carácter del edificio, pudiendo establecerse un protagonismo principal de la misma o disponerse en un discreto segundo plano. En cualquier caso, la estructura presenta un potencial de diseño capaz de configurar dicho carácter, contribuyendo a proporcionarle una calidad y una belleza excelentes.
Palabras clave: Edificio, estructura, proyecto, diseño, integración, vidrio, material compuesto, ingeniería estructural.
The importance of the structure in a unique building is not limited to its bearing function, but also has an important component related to the aesthetic perception of the building. The relevance that the architect proposes for the resistant structure will mark the building’s character, being possible to establish a main role, or have it in a discreet background. In either case, the structure has very important design potential to shape this character, providing excellent quality and beauty to the building.
Keywords: Building, structure, project, design, integration, glass, composite, structural engineering.
Marco Vitrubio Polión, en su tratado De Architectura, asignaba a ciertos edificios públicos, entendiendo como tales aquellos que debían resultar notablemente representativos, las cualidades de la utilidad funcional (utilitas), la solidez (firmitas) y la belleza (venustas), negando el carácter arquitectónico a aquellos que carecieran de alguna de ellas. De estos tres principios básicos, la “solidez”, entendida como una adecuada resolución constructiva, es una necesidad esencial, pues su ausencia llevaría a la ruina de la obra, tarde o temprano; la “utilidad funcional” permitiría diferenciar el objeto arquitectónico del meramente escultórico, cuya utilidad se limitaría al ornato o al placer de su contemplación; mientras que la “belleza” sería la característica diferenciadora que, completando a las anteriores, proporciona a la obra arquitectónica un carácter de excelencia.
Se da la circunstancia adicional de que, mientras la “solidez” y la “utilidad” son cuantificables de manera más o menos objetiva, la “belleza” de una obra de arquitectura es una característica subjetiva, variable en función del observador y de la época, pero a la que no se llega por casualidad, sino mediante el ejercicio intencionado de conseguir que su geometría, forma, proporciones, entorno e incluso color se perciban como agradables con el consenso mayoritario de la sociedad, tanto doctos como legos.
La “belleza”, además, debe relacionarse con las otras dos cualidades, en tanto que la materialidad de la obra que proporciona esta belleza debe aportar también la solidez propia del edificio mediante su estructura resistente, no debiéndose limitar al ornato de esta última para buscar la deseada belleza, como si de un simple decorado se tratara.
El proceso de búsqueda, en el que se definen los entornos materiales, espaciales, visuales y de experiencia del objeto arquitectónico, con el objetivo de conseguir la belleza, es lo que solemos denominar “diseño”; y en los edificios en los que se aspira conseguir la “belleza” con su significado vitruviano, el proceso de diseño también se aplica de forma fundamental a la estructura resistente que los sustentan.
El potencial de diseño de la estructura
En edificios singulares, el diseño de su estructura resistente debe imbricarse con el del resto del edificio, pues tiene un potente carácter configurador de su imagen y de su funcionalidad, y por lo tanto debe tratarse de forma rigurosa y creativa para conseguir el mejor resultado global.
El potencial de diseño que presenta la estructura de un edificio puede sustanciarse de diferentes maneras, adoptando mayor o menor protagonismo, en función del enfoque que el arquitecto le asigne. En ciertos casos, la estructura adoptará un papel protagonista y principal, configurándose de forma directa en la imagen del edificio y en el elemento principal que sus usuarios u observadores perciben; en otros casos tendrá un papel importante, pero secundario, configurando el carácter del edificio, pero de forma discreta, intuyéndose su presencia, pero no mostrándose de forma explícita.
La estructura como protagonista principal del diseño
La estructura resistente de un edificio se puede erigir como protagonista del diseño en aquellos casos en los que el arquitecto la quiere mostrar de forma explícita; o bien cuando la propia estructura se convierte en la materialidad del edificio.
El primero de los casos es típico de la arquitectura high tech, corriente que se inicia en los años 70 del pasado siglo y que alcanza nuestros días de una forma más o menos depurada. En la arquitectura high tech, todos los elementos técnicos del edificio tienden a industrializarse y a exhibirse sin el menor pudor; la estructura resistente, que suele ser metálica, se convierte en el esqueleto del edificio que se muestra tal como es, como si fuera una nave industrial, en toda su crudeza, pero con un elevado cuidado de los detalles, que en muchos casos presentan una elevada complejidad geométrica y constructiva.
El paradigma de este movimiento fue el Centro George Pompidou de París, de los arquitectos Renzo Piano y Richard Rogers, cuya estructura fue diseñada por Peter Rice y Edmund (Ted) Happold, al cargo del mítico equipo Structures 3 de Ove Arup & Partners.
En la actualidad, la arquitectura high tech ha evolucionado hacia un modelo de “arquitectura sostenible” en la edificación, cambiando algunos de los paradigmas de la corriente original, y en muchos casos reduciendo el exhibicionismo técnico inicial hacia posiciones más comedidas.
A modo de ejemplo, la nueva sede corporativa del Banco Popular, diseñada por Arquitectos Ayala, y actualmente ocupada por el Banco de Santander, presenta una configuración estructural, en la que esta adopta un protagonismo principal, exhibiéndose no solo en los elementos estructurales fundamentales del edificio, sino también en elementos secundarios, como son escaleras, pasarelas o marquesinas. En este caso, la personalidad del edificio queda marcada, de forma inequívoca, por el diseño de su estructura.
El segundo caso típico de estructura protagonista es cuando la estructura se confunde de forma indisoluble con el propio edificio, no siendo posible diferenciar una cosa de la otra. Esta circunstancia, nos retrotrae a épocas antiguas en las que los muros de fábrica y las cerchas de cubierta se configuraban en edificio, no existiendo diferencia entre la estructura resistente y el resto de lo construido, con la diferencia de que en la actualidad el tratamiento de la estructura no es puramente utilitario, sino que posee un marcado carácter estético en su diseño que caracteriza al edificio, no porque esa sea su estructura, sino porque es el propio edificio.
Sede del Banco Popular
La estructura de la nueva sede del Banco Popular se compone de hormigón, acero y vidrio. Al contrario de lo habitual, el acero se dispone por el exterior de su envolvente de vidrio, generando elementos funcionales como escaleras, marquesinas o parasoles que configuran la imagen del edificio.
© Arquitectos Ayala – Luis Asín.
Un excelente ejemplo de diseño de la estructura como edificio es el Estadio Metropolitano de Madrid, obra de los arquitectos sevillanos Antonio Cruz y Antonio Ortiz, construido inicialmente como estadio de atletismo de la Comunidad de Madrid, conocido entonces como La Peineta, y reformado recientemente a estadio de fútbol para el Club Atlético de Madrid.
En el Estadio Metropolitano, salvo la excelente cubierta textil diseñada por Schlaich, Bergermann und Partner, el resto del edificio no está configurado formalmente más que por la estructura de hormigón, de la máxima sobriedad, incluso para la fachada principal, donde solo las aberturas diseñadas en el muro permiten la iluminación y ventilación interior de los diversos espacios interiores, y marcan rítmicamente la imagen del estadio que se repite en todo su perímetro. De la misma manera, la grada principal, La Peineta original, se exhibe por encima de los muros de fachada, sin más compañía que su propia presencia.
La estructura como apoyo del diseño arquitectónico
También puede darse un caso diferente cuando el diseño que se plantea para la estructura resistente del edificio no se pretende mostrar de forma explícita, al menos en su imagen exterior, pero necesariamente, se intuye o “se siente” como elemento que define al edificio, aunque no se manifieste. Este caso suele ser el más habitual y, en muchos casos, la discreción de la estructura resistente contribuye de forma especial a la belleza de la obra.
Un caso paradigmático de la estructura como apoyo al diseño arquitectónico es el edificio Orona Zero, sede de la empresa de ascensores y escaleras mecánicas en Hernani (Guipúzcoa). El edificio se plantea como una temprana colaboración entre los arquitectos y los ingenieros de estructuras, pudiéndose aplicar principios de diseño que aprovechan la potencialidad de la forma arquitectónica para lograr una estructura de la máxima eficacia y mínima afección a la funcionalidad. El diseño resistente se basa en el concepto de “megaestructura”, por el cual se utiliza la forma global del edificio para generar un esqueleto de gran escala, que responde con las máximas dimensiones posibles a las acciones a las que se ve sometida.
La geometría del edificio parte de la figura espacial compuesta por un cilindro hueco de diámetro exterior de 90 m, diámetro interior de 45 m y altura de 16 m. El citado cilindro se dispone con su eje inclinado 15º con respecto a la vertical. Adicionalmente, este cilindro queda seccionado inferiormente por la superficie de acabado de la urbanización exterior. De este modo, se genera un volumen dispuesto en voladizo (26 m medidos en perpendicular al eje de apoyo; 30 m de luz real en voladizo; 102 m de longitud de arco de fachada exterior entre apoyos) respecto a la superficie del terreno. El edificio alberga cuatro plantas de oficinas, con un intereje de 4 m, a las que se suman una planta de acceso o de plaza en dos niveles diferentes y una planta de sótano en la que se aloja el aparcamiento.
La idea que rige el diseño de la estructura es la de considerar que el sistema resistente global de dicha estructura resulte esencialmente constituido por el conjunto combinado de las dos losas inclinadas superior e inferior del edificio y de las dos celosías exterior e interior, formando una gran pieza en cajón cilíndrico, capaz de resistir, mediante mecanismos dominantes de torsión no uniforme, las cargas generadas en la zona de voladizo y transmitirlas a las zonas dorsales del mismo.
Las dos celosías que se localizan en la fachada son los elementos principales de la estructura y poseen una enorme potencia visual, que sin embargo se prefiere ocultar al exterior en detrimento de la malla triangular de fachada, quedando la estructura vista de forma directa solo al interior del edificio, donde, en este caso, sí prima la estructura sobre la malla de fachada.
¿Qué nos deparará el futuro?
Si bien los casos de representatividad de la estructura resistente en edificios singulares se pueden considerar invariantes con el tiempo, no hay duda de que la industria de la construcción ha sufrido, y está sufriendo, un cambio radical en los últimos años derivado, esencialmente, de la digitalización de los procesos, tanto de proyecto como, en menor medida, de la construcción de las obras. El uso de metodologías BIM, precedido en el tiempo por la integración en los proyectos de tecnologías de representación gráfica y modelado estructural tridimensional, ha permitido un seguimiento y dominio prácticamente total de los procesos en el ámbito de la construcción.
Sin embargo, el uso de estas herramientas no supone intrínsecamente una mejora en la calidad global del diseño ni de las obras construidas, en tanto que son únicamente herramientas al servicio de los técnicos, quienes, aplicando su creatividad, formación y experiencia, pueden dar lugar, en este caso sí, a obras excelentes, no solo desde el punto de vista formal, sino también en su globalidad.
En el ámbito de las estructuras de edificación, la industria de la construcción es un sector con una enorme inercia y, salvo honrosas excepciones, con una tendencia al cambio y a la innovación extremadamente lenta; los sistemas constructivos que se emplean en la actualidad tienen una mayor sofisticación y su construcción se realiza con un control y calidad mucho mayores, pero son esencialmente los mismos que hace treinta años, no habiéndose producido ningún cambio significativo, adoptado con cierta generalidad, que se pueda considerar relevante en este ámbito, pues la práctica totalidad de las novedades se han quedado en el campo experimental, al no ser capaces de saltar la barrera del coste económico.
Es en el campo de los materiales donde se pueden generar nuevas tipologías estructurales, formas de diseño e integración en los edificios del sistema resistente que supongan una novedad en el diseño de estructuras de edificación.
Así, por ejemplo, las estructuras de vidrio, tras sus tímidos pero prometedores comienzos, aplicadas únicamente a estructuras secundarias como escaleras, pasarelas o pequeñas marquesinas, han alcanzado su madurez y empiezan a formar parte fundamental de la estructura de los edificios y, en muchos casos, por sus peculiares características, a conformar el propio edificio más allá de las fachadas.
El comportamiento del vidrio como material estructural difiere radicalmente del resto de los materiales a los que estamos acostumbrados, como el acero o el hormigón: el vidrio estructural no plastifica y por lo tanto su rotura es frágil y las concentraciones de tensiones en los elementos estructurales se deben tratar particularmente; además es susceptible de fracturarse y su fallo es difícil de predecir. En definitiva, posee casi todas las cualidades que el ingeniero estructural trata tradicionalmente de evitar en sus proyectos.
Sin embargo, simultáneamente presenta una propiedad sumamente apreciada en el diseño de edificios, que es su transparencia, por lo que, una vez comprendidos sus inconvenientes y limitaciones, los ingenieros dedicados al proyecto de estructuras tenemos un material más a considerar en el proyecto, un material con un enorme potencial de diseño y un lenguaje propio para la configuración de las estructuras de los edificios en los que la estructura y el propio edificio se confunden, al igual que se confunde el interior y exterior de los mismos.
Al igual que el vidrio, los materiales compuestos, generalmente de polímero reforzado con fibra de vidrio (GFRP) o polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP), además de usarse de forma muy extendida para el refuerzo y reparación de estructuras de hormigón, comienzan también a emplearse en el diseño de estructuras de edificación, como transferencia tecnológica desde los sectores aeronáutico, naval o eólico.
Una mirada hacia el futuro
Cabina de interpretación del auditorio de la sede corporativa del Banco Popular (actualmente Banco de Santander España) con estructuras de techo y suelo realizadas con material compuesto de GFRP con núcleo de polietileno (PET) y construido por el método de infusión. Madrid.
© Arquitectos Ayala – Luis Asín.
Las propiedades características de los materiales compuestos (buena rigidez, elevado límite elástico, excelente durabilidad y sobre todo ligereza) permiten su uso en estructuras en las que se requiera un rendimiento estructural muy exigente con mínimo peso, como pueden ser elementos móviles o cubiertas muy ligeras. El lenguaje de diseño de los materiales compuestos es igualmente característico de este material y de sus procesos de fabricación, conformando elementos laminares de material compuesto en una o múltiples capas, dando lugar a formas generalmente curvas, que suelen rodear a un núcleo estructural al cual se adhieren, cuya función esencial es llenar el espacio interior al polímero con la mayor ligereza posible, evitando la abolladura de la lámina de material compuesto y mejorando la rigidez del conjunto.
El diseño con materiales compuestos suele emplearse en formas generalmente curvas que, si bien podrían llegar a ejecutarse con hormigón como material formáceo, su elevado peso y dificultad de armado, lo hacen inadecuado para este propósito.
Conclusiones
La estructura resistente de los edificios singulares constituye un elemento en el que la creatividad del ingeniero se manifiesta con el objeto de conseguir una obra de la máxima calidad, no solo desde el punto de vista de la solidez, sino también de la belleza de la obra.
La forma en la que se produce esta manifestación puede ir desde el máximo protagonismo y la práctica identificación de la estructura resistente con el edificio hasta una discreta presencia en la que la estructura no se ve, pero se siente, como elemento configurador de la obra.
La aparición de nuevos materiales para estructuras y su adopción con cierta generalidad traerá cambios en la forma de diseñar las estructuras, adaptadas a las características de dichos materiales.