Gridshells I: Estructures lleugeres de malles optimitzades

Forma i estructura

Pallazzettp dello sport a Nervi (Italia) a l'any 1957.
Palazzetto dello sport, Nervi 1957. ©: Eduardo Pompeo.

Per entendre el sistema funcional de les gridshells és bo recordar alguns models estructurals que han influenciat el seu disseny. Els orígens els trobem en el grup de sistemes en què el comportament estructural respon fonamentalment a la forma de la superfície. En aquest sentit disposem d’històrics i impor­tants exemples com podrien ser totes les construccions de cúpules amb materials amorfs realitzades pels romans o les voltes ‘tabicades’ de petits elements cohesionats dissenyades amb èxit per Rafael Guastavino a principis del segle XX entre d’altres.

Però és sobretot durant aquest segle que trobem grans exemples d’arquitectes i enginyers com Félix Candela, Heinz Isler o Pier Luigi Nervi on la forma de l’edifici i el comportament estructural van juntes de la mà donant lloc a excel·lents expressions formals dels projectes.

Tot i això, els exemples que més evidencien el camí que han seguit les actuals gridshells els trobem amb certa simultaneïtat a diferents països d’Europa. A principis del segle XIX i en plena revolució industrial a Anglaterra, John Claudius Loudon desenvolupà una nova tecnologia basada en el ferro i el vidre que facili­tava la construcció industrial d’hivernacles.

A principis del s.XX es comença a utilitzar gridshell o diagrid per definir les estructures hiperbòliques amb malles diagonalitzades formades per barres metàli·liques contínues.

També a Itàlia trobem exemples com la Galleria Vittorio Emanuele II (1865-1877) de Milà o Le Gran Palais (1897-1900) a París on es desenvolupen grans cúpules articulades a través d’una malla espacial jerarquitzada. Però no és fins a l’obra de l’enginyer rus Vladimir Shukhov, a principis del segle XX, que es comença a utilitzar la paraula gridshell o diagrid per definir les estructures hiperbòliques resoltes mit­jançant malles diagonalitzades formades per barres metàl·liques contínues.

De fet, datar l’origen exacte de les primeres estructu­res gridshells no és fàcil ja que al llarg de la història i en diferents llocs del mon s’han desenvolupat models estructurals que finalment han donat lloc a les actuals gridshells.

Gridshells

Les gridshells són un tipus d’estructures espacials formades per barres contínues o discontínues de poca secció que defineixen una malla regular bidi­mensional i que permeten cobrir grans llums amb un ús òptim del material. Tant és així, que el sistema és capaç de suportar una càrrega distribuïda entre 7 i 10 vegades el seu pes propi (7-25kg/m²). Aquesta optimització és possible gràcies a la utilització de geo­metries tridimensionals de doble curvatura, evitant així els esforços a flexió, però per contra genera major sensibilitat al vinclament local de les barres a causa de la seva esveltesa.

De fet, una manera d’entendre la diferència entre les closques o superfícies contínues que veiem a l’inici i les gridshells, podríem dir que aquestes s’obtenen a través de la perforació regular d’una membrana contí­nua, concentrant el material en elements lineals entre les perforacions. Així doncs, les gridshells són un tipus d’estructura tridimensional que segueix els mateixos principis estructurals que les closques i que per tant resisteix les càrregues aplicades a través de la seva forma.

Classificació

Amb la perspectiva actual i tenint en compte el con­junt de projectes construïts podem classificar les gridshells en dos grups: les elàstiques i les no elàstiques o simplement gridshells.

Gridshells elàstiques

Les primeres es caracteritzen sobretot pel seu procés constructiu. La malla, formada per barres elàstiques i contínues, es construeix a peu d’obra i en posició horitzontal i posteriorment se li dóna la forma final mitjançant diferents tècniques d’elevació.

Per tal de facilitar aquest procés constructiu les unions entre barres són lliscants i permeten el movi­ment longitudinal del nus. Aquest procés és dinàmic i les barres contínues reben diferents nivells de tensió durant el seu procés de conformació fins a adoptar la posició final.

Procés d'elevació amb gats hidràulics Weald&Downlan durant l'any 2002.
Procés d’elevació amb gats hidràulics Weald&Downland, 2002. ©: M.H.Toussaint.

Un cop l’estructura ha adoptat la forma de doble curvatura es procedeix a la rigidització del conjunt mitjançant 3 possibles estratègies: la rigidització dels nusos, la triangulació de l’estructura o l’adició d’una membrana continua que converteix la malla en una superfície continua.

Les malles de les gridshells elàstiques poden estar for­mades per elements lineals simples o dobles, sent aquests els més eficients des del punt de vista de l’ús del material, ja que permet garantir la mateixa inèrcia del nervi amb un menor ús de material.

El sistema és capaç de suportar una càrrega distribuïda entre 7 i 10 vegades el seu propi pes.

Amb aquesta tècnica s’han construït importants projectes. L’arquitecte i enginyer alemany Frei Otto, recentment premi Pritzker d’arquitectura 2015, s’ha convertit en referència mundial en aquest tipus d’estructures lleu­geres i de fet és l’autor del primer projecte de Grids­hell elastica Multi­halle de Mannheim (1975). Dissenyat en col·laboració amb l’enginyer Edmund Happold (Over Arup & Partners) aquest projecte és el més gran mai construït amb aquesta tècnica amb una malla d’intereix de 50cm i dobles nervis de fusta de 50x50mm de secció amb una llum de fins a 60m.

Weald & Downland (2002) amb 15m de llum o Savill Garden (2006) amb 26m de llum màxima, són exem­ples on pot apreciar-se aquesta influència, amb un intereix de malla d’1m i amb doble nervi de fusta de secció quadrada d’entre 40 i 80mm respectivament.

Gridshells (no elàstiques)

A diferencia de les primeres, les gridshells no elàstiques es cons­trueixen ‘tram a tram’ i per tant cada barra és independent fins que s’uneix a la resta a través dels nusos. El seu procés de muntatge necessita d’altres tipus de mitjans auxiliars per a la seva construc­ció, com plataformes de treball equidistants a la malla i estintola­ments en cada nus.

De fet, molts dels engiyers experts en aquest tipus d’estructures, con­sideren que aquestes no són unes ‘autèntiques’ gridshells, tant pel procediment constructiu com pel seu comportament estructural, ja que en molts casos i depenent del tipus de nus, les barres poden interpretar-se com a elements independents.

Aquest segon grup d’estructures són les més contemporànies i no haurien estat possibles si no fos per l’evolució tant dels softwares de càlcul no lineal com de les tecnologies de producció industrial basades en el CNC (Com­puter Numerical Control). Aquesta tecnologia permet fabricar barres i nusos just in time, a mida i amb una elevadíssima precisió geomètrica.

El projecte de Westfield Shoppingtown (2008) de Londres amb una gridshell de 18.000m² és un exemple de precisió on es requeria una tolerància màxima de fabricació de 9·10-5mm/m, és a dir, 15mm en 164m lineals. Tenint en compte que el projecte constava de 10.000 barres i hi havia 3.000 tipus de nusos diferents la precisió havia de ser màxima en tot el procés de disseny, fabricació i muntatge.

Però probablement una de les gridshells més conegudes és la que cobreix i tanca l’espai central del Great Museum Court (2000) de Londres de l’arquitecte Norman Foster amb una llum màxima entre suports de 28,8m. La malla triangulada formada per 4.878 barres i 1.566 nusos tots diferents entre ells, va haver de sobredimensionar-se notablement a causa de la impossibilitat de transmetre els esforços horitzontals de la gridshell a l’edifici existent.

Un altre projecte també interessant és la proposta per a la rehabilitació de l’edifici portuari d’Amsterdam de mitjans del segle XVII com a nou Museu Marítim Holandès. Aquest cas utilitza una gridshell poc habi­tual en que la composició de la malla ve inspirada per una carta de navegació del mateix segle. La proposta interpreta la geometria plana de la Rosa dels Vents a una cúpula de 34m de llum que cobreix el pati interior de l’edifici.

 

Museu Nacional Marítim d'Amsterdam a l'any 2011.
Dutch National Maritime Museum, 2011 ©: Eddo Hartmann
Portcullis House a l'any 2000.
Portcullis House, 2000.

D’aquest segon grup de gridshells és interessant també destacar altres tipus de malles en les que es combinen dos materials diferents, l’acer pels nusos i la fusta per les barres. En aquestes solucions mixtes encara s’evidencia més el comportament estructural diferenciat entre barra i nus. Fruit d’aquesta combi­nació hi ha projectes que han optat per solucions molt tecnificades com és el cas de l’edifici Portcullis House (2000) de Londres, on fins i tot s’introdueixen solucions estructurals més properes als sis­temes de Tensegrity® que als de les gridshells.

Així doncs, les gridshells es presenten com a solucions estructurals molt efi­cients que permeten tancar espais de grans llums sense recolzaments inter­medis, tant per envolupants opaques com translúcides.

Frei Otto i l’estadi olímpic de Munic

Estadi Olímpic de Munic.
Olympiastadion München ©: Josep Olivé,

El Premi Pritzker d’aquest any ha recaigut en l’arquitecte i engin­yer alemany Frei Otto. No ha estat un premi pòstum, ja que li ho van comunicar pocs dies abans de morir, el 9 de març, als 90 anys, però el premi no s’ha pogut lliurat oficialment. Com sol passar, és quan un personatge mor que els cronistes ens el descobreixen en tots els seus vessants humans, i no sols per la que era conegut. En el cas de Frei Otto la seva vida i la seva obra professional estan carregades d’humanisme -no en va també era sociòleg i urbanista- un humanisme que poc s’intueix darrera la tecnologia que fàcilment s’aprecia en les imatges de les seves cobertes tesades, la més coneguda de les quals és l’Estadi Olímpic de Munic.

Pavellons annexos a l'estadi, en el Parc Olímpic de Munic.
Pavellons annexos a l’estadi, en el Parc Olímpic de Munic.

Però si un s’acosta al Parc Olímpic on hi ha l’estadi, se n’adona de la part humana de la seva arquitectura. No he vist mai un estadi d’aquestes dimensions tan integrat a la natura i d’una escala tan humana i tan poc impositiva (sensacions aquestes, que les fotografies no poden transmetre -alguns diuen que, per sort). Les grades estan quasi enterrades en els ondulats i verds turons artificials que envolten l’estadi, pel que l’edifici es pot dir que no té façana sinó que la seva única imatge son les lleugeres -visualment parlant- cobertes de Frei Otto, surant sobre l’herba.

L’altra sorprenent sensació que dóna l’estadi és que, encara que de prop, la seva mida és enorme, la seva proporció, a escala del parc, és molt discreta. És una construcció que no vol imposar-se en l’espai sinó que més aviat en vol passar desapercebuda.

L’arquitectura que proposava Frei Otto era una arqui­tectura feta amb els menors mitjans possibles i per tant accessible a molta gent, pel seu baix cost. I una arquitectura sense imatge, sense representativitat del poder, sense imposició de formes i integrada en el paisatge natural.

Val la pena, si es va a Munic, arribar-se fins a l’OlympiaPark i veure i sentir que efectivament, l’arquitectura de l’estadi i dels altres edificis construïts per Frei Otto al parc transmeten aquests valors, poc freqüents en l’arquitectura del segle XX.

 

 

 

Foto:Eduardo Pompeo

Foto:M.H.Toussant

Foto:Eddo Hartmann

Foto:Sergei Arsenyev. Wikimedia Commons

Foto:Lisa Drewe

Foto:www.fosterandpartners.com

Foto:www.knippershelbig.com

Nota de l’editor

Aquest article va ser publicat originàriament a L’Informatiu número 344 de maig de 2015.

Sobre l’autor

Oriol París

Oriol París és arquitecte tècnic, col·legiat núm. 10.019 i dr. arquitecte. Professor de la UPC i de l’Escola d’Arquitectura la Salle (URL). És assessor en tecnologies de l’arquitectura. Més articles de l'autor

Josep Olivé

Arquitecte i professor de construcció a La Salle Arquitectura de la Universitat Ramon Llull (URL) Més articles de l'autor

Deixa un comentari