NATURA, DISSENY I INNOVACIÓ,
1994
| articulo
Lleuger i ampli. Aspectes sobre el disseny i la construcció d'àmplies estructures lleugeres1. El principi
de construcció lleugera
La situació actual de la construcció es caracteritza per una gran especialització. La complexitat d'objectius de la construcció obliga a la divisió del treball, a la qual cosa s'oposa la idea que l'art de la construcció és molt més que la simple suma de treballs individuals. Ove Arup, un dels grans enginyers de la nostra època, ho ha expressat així: «Tots els fets i totes les possibilitats que influeixen sobre un projecte cal que hagin estat entesos i assimilats abans que el projecte es defineixi. El tot ha de ser més important que qualsevol de les seves parts.» Com a conseqüència sorgeix una sola cosa: la feina en equip. És a dir, el grup com a mestre d'obres en el sentit clàssic és necessari per a harmonitzar tots els aspectes d'una obra en construcció: creació de la forma i la construcció tècnica, funcionalitat i rendibilitat pràctica, el medi ambient en la natura i els criteris estètics. Art de construir com a «harmonia perfecta dels mitjans amb relació al fi» (Henry Van der Velde). Si és cert que l'home té una capacitat genèticament
determinada de percepció i de sensació, i si és veritat que «el saber com a
condició per a la comprensió del món formal arquitectònic» (Curt Siegel) és
indispensable, aleshores l'estètica en l'arquitectura ja no és cap plantejament
per a estetes i artistes purs, sinó que ha de ser inclosa en l'àmbit racional
de les realitats tècniques. La màxima de «rendir més amb menys», en la qual es
resumeixen les idees últimes d'una arquitectura amb estructures lleugeres, pren
així una dimensió totalment nova i extensa que la converteix en el principi de
la construcció lleugera. Lleuger és un objecte que pesa poc i que té, per tant,
poca massa. La massa d'un objecte és equivalent a la quantitat de material que
s'hi inclou.
Cada objecte que existeix materialment està exposat a
forces externes i internes i té la capacitat d'acceptar aquestes exigències o
de transmetre-les. Així, cada objecte és, en el sentit tècnic més ampli, una
construcció.
Si comparem objectes diferents en situació de transmetre
forces iguals sobre distàncies iguals, el que acompleix aquest treball amb la
massa mínima és més lleuger que els altres objectes. Els objectes que poden
transmetre forces amb una massa més petita es denominen construccions
lleugeres.
1.1. Construccions lleugeres a la natura Un ésser viu que, amb una massa menor o una energia
menor, suporta càrregues grosses o exerceix forces majors té avantatge sobre
els altres.
Els objectes de la natura viva poden tenir mides i masses
molt diferents. Acompleixen unes funcions diferents i posseeixen diverses
possibilitats de moviment. Versatilitat i mobilitat amb un alt rendiment
constructiu són els criteris que caracteritzen el principi de construcció
lleugera a la natura viva (figs. 1 i 2).
  La construcció lleugera a la natura viva té una forma
bàsica prefixada constructivament altament productiva; la cèl·lula. Des de la
cèl·lula com a ens individual fins als complexos sistemes de les plantes i dels
animals, aquest és l'element constructiu de tots els éssers vius. Les cèl·lules
poden ser toves, romandre toves, però també poden adoptar tots els estats de
l'enduriment.
Una cèl·lula tova és una estructura pneumàtica: un
sistema constructiu a partir d'una coberta (membrana) flexible sotmesa a
tracció i farcida per un fluid intern (protoplasma) que exerceix una pressió
interna sobre la membrana (fig. 3). Tots els objectes de la natura viva són
estructures pneumàtiques o en consten. Les estructures pneumàtiques s'acomoden
a unes altres estructures pneumàtiques; s'emboliquen amb estructures
pneumàtiques, reben pressions internes i provoquen graus de tensió variables a
través dels farciments (gasosos, líquids, granulats) i de les membranes. La
diversitat de formes i construccions dels éssers vius descansa sobre aquest
únic sistema.
 Un dels «invents» més importants de la natura viva, o fins i tot de la natura no viva, és la fibra. Es tracta d'un element allargat capaç de ser sotmès a demandes de tracció. Instal·lada a membranes cel·lulars o col·locada entre cèl·lules, en línia o en forma de xarxa, és, juntament amb les substàncies que es poden sotmetre a demandes de pressió, l'element de construcció decisiu a la natura viva per al modelat i l'augment del rendiment en el sentit del principi de construcció lleugera. Les muntanyes, sorgides per mitjà de plegaments de l'escorça terrestre o com a fruit d'erupcions volcàniques, assoleixen unes mides i formes determinades que no són arbitràries. Les influències externes com ara l'erosió per l'aigua i pel vent o els sismes hi originen canvis de forma. Els astres formen sistemes d'equilibri gegantins. Com més gros es faci un astre, més esfèric s'ha de fer. Si ultrapassa la seva mida límit i la seva matèria ja no resisteix la pressió de la gravitació, explota i apareix un forat negre. En els àtoms actuen unes forces internes molt potents a les quals només en casos excepcionals o amb violència es pot fer perdre l'equilibri. Amb la seva massa escassa, els àtoms constitueixen el límit inferior de la lleugeresa. També els animals tenen una tècnica. Utilitzen materials
de la natura no viva i de la natura morta, com ara la terra i la fusta.
Produeixen materials i elements de construcció propis, com ara cordes altament
consistents i fibres molt resistents. Formen construccions de captura
(teranyines), embassaments (dics de castor), cases (caus, nius) i ciutats (coralls,
tèrmits, vespes, abelles) l'eficàcia constructiva i funcional dels quals,
segons el principi de la construcció lleugera, pot assolir uns valors molt alts
i competir totalment amb els productes humans.
1.2. Construcció lleugera en la tècnica Qualsevol construcció optimitzada té dos components: lleugeresa i economia. Els criteris més importants als països industrialitzats són l'ús del material i l'energia per a la producció i el transport, com també els costs salarials. L'optimització en el camp tècnic està orientada, preferentment i a curt termini, cap a la reducció de les despeses. Sovint s'hi accepten masses superiors si el transport és més barat o els costos salarials són més baixos. Per als avions, la construcció lleugera és una necessitat
per motius de funció. Pel que fa als automòbils o els vagons de tramvia, la situació
és similar. Aquí ja no són els motius funcionals tan prioritaris per a una
reducció dels costos de producció. Això afecta
també la construcció naval i d'embarcacions. En l'esforç per la construcció
lleugera, es tracta de mantenir tan baix com es pugui el pes d'una construcció
amb capacitat portant invariable o augmentada mitjançant una utilització
extensiva de totes les possibilitats creatives, estàtiques, constructives i
dependents del material.
La construcció lleugera és
un requisit per a les grans extensions i altures. Tanmateix, el fet de
construir d'una manera realment lleugera és encara una virtut relativament poc
cultivada en la construcció, potser perquè falten condicions que hi obliguin
funcionalment o constructiva. Tot i que potser el quid està en la
presència d'un raonament simple: només és «bo» i de «consistència» allò que
està construït pesantment i en massa (almenys que ho sembla). La consciència
d'haver de construir sempre per a segles, o almenys per a les properes
generacions, està encara massa arrelada. Fixant l'esguard en un període
d'utilització tan llarg com es pugui o —cosa que gairebé sempre comporta unes
conseqüències pitjors— en rendibilitats més altes i ràpides, el nostre entorn
continua construint-se sense escrúpols ni miraments.
La construcció lleugera no
és tampoc cap panacea. Però podria ser un mitjà d'ajut en el penós camí cap al
millorament i el canvi. Amb això hom no implica pas les tendències com ara, per
exemple, de l'àrea de la construcció convencional d'acer o de les peces
prefabricades. En aquestes àrees, l'objectiu prioritari és la reducció de la
despesa de material per raons econòmiques. No s'implica tampoc aquí l'anomenada
arquitectura de «fer servir i llençar». En vista de la reducció perillosament
ràpida de les reserves naturals del món, no ens podem permetre de cap de les
maneres una insensata i forassenyada despesa econòmica.
Darrera de tot el que és
construït per homes i per als homes, hi ha la demanda feta a l'arquitectura de
procurar un medi ambient digne de l'home i de destruir tan poca natura com es
pugui. Amb una insistència constantment creixent es formulen les exigències
següents: flexibilitat d'adaptació, mobilitat, construcció a data fixa,
versatilitat, reciclabilitat —per esmentar tan sols algunes de les exigències
més importants. Cap d'aquestes pretensions no és nova, però les construccions
convencionals ofereixen pocs punts de partença per a assolir-les. Amb les
construccions lleugeres, les possibilitats són substancialment més bones. Un
camí entre molts altres de susceptibles de ser seguits. Una autèntica
alternativa a les construccions convencionals, amb una gran abundància de noves
possibilitats constructives i una varietat de formes infinitament àmplia.
1.3. Forma-força-massa Cada objecte és una construcció.
Té una forma, pot rebre forces i consta de material. La forma es integrada per
la figura externa i l'estructura interna; en molts casos, amb prou feines és
mesurable geomètricament. La capacitat de rebre forces es comprèn amb
l'experimentació mitjançant el càlcul. El material té una massa que sobre la
terra és igual al pes propi; aquesta massa pot ésser determinada amb una
balança en la majoria dels casos.
Amb aquest sentit general
del concepte de construcció, ja no importa si un objecte pertany a la natura
viva o a la no viva, o si procedeix de la tècnica humana, i si té agregada una
«missió» constructiva o de suport de pes.
Un objecte sorgeix amb tots
els seus components en un procés: autoafirmatiu o per mitjà de la voluntat
creadora humana, depenent de lleis físiques, químiques o —quan és un ésser viu—
genètiques. Per tant, una construcció no és solament un objecte nu, sinó que
sempre mostra al mateix temps un procés i el seu resultat. Totes dues coses han
de ser considerades en el seu conjunt.
Això és vàlid, sobretot,
quan un objecte és compost d'elements similars o diferents, en una barreja
arbitrària i amb unes proporcions arbitràries. En un objecte així la suma de
les seves parts no és fàcil. Cada obra de construcció —i encara molt més cada ésser
viu— és una unitat complexa. El procés de formació i l'aspecte formal
constitueixen una unitat. En l'anàlisi científica, aquesta unitat se separa
necessàriament per a una simplificació i, de vegades, no es té cura de certs
aspectes per tal de trobar-hi almenys una via d'accés. El pas posterior és
decisiu: afegir al tot els coneixements adquirits analíticament en la síntesi.
De la mateixa manera
generalitzant com s'entén el concepte de construcció, es pot esdevenir també la
divisió dels diversos tipus de construcció. Immediatament després, la divisió
de com percebem els objectes: durs o tous; tot seguit, de com els veiem, és a
dir, segons la forma: unidimensionals, bidimensionals, tridimensionals, o bé
lineals, superficials o corporis; en darrer lloc, de quina manera els objectes
són sotmesos a forces: arrossegats, pressionats, corbats, desplaçats o
retorçats, o bé responsables de la tracció, la pressió, la inflexió, l'empenta
o la torsió (fig. 4).
 Les forces poden actuar
sobre una construcció des de fora (persones, vehicles, neu, vent) i des de dins
(pes propi, temperatura i humitat) i poden ser transmeses per la mateixa
construcció, en la qual s'esdevé un desgast a causa d'aquestes mateixes
càrregues (habitualment exterioritzat per mitjà de les tensions en el
material). Els materials poden ser cossos sòlids, líquids o gasosos en
combinació i densitat diferents. De vegades n'hi ha uns d'intermedis
difícilment definibles com ara les forces magnètiques, les centrífugues, la
força de gravetat o la irradiació d'energia.
La quantitat de formes
possibles és interminable, les forces operants són normalment conegudes, els
materials de què disposem estan limitats en la seva quantitat. Si ara volem
elevar la capacitat portadora d'una construcció o reduir les despeses de
material —per a una missió constructiva determinada i per a unes forces
donades—, el coneixement de les relacions entre la forma i la massa de la
construcció i la seva capacitat de transmissió de forces és d'un significat
decisiu. Forma, força i massa estan en una interdependència directa i
determinen conjuntament la productivitat o l'eficiència de la construcció.
2. Les grans estructures lleugeres: formes i construccions Les estructures lleugeres
d'una gran amplària s'han convertit, en les dues darreres dècades, en un
component important de l'arquitectura contemporània a tot el món.
No obstant això, les
construccions lleugeres han romàs fins ara com uns objectes exòtics en el
paisatge de la construcció. Ni tan sols no pertanyen al repertori d'arquitectes
i enginyers. De vegades, àdhuc tenim la impressió que només hom les recorda
quan busca alguna cosa especial: una atracció que elevi la imatge i generi
prestigi; alguna cosa que cridi l'atenció amb fins publicitaris i que inciti a
la compra; una feblesa de l'arquitectura.
D'altra banda, cada any es
basteixen per tot el món centenars de construccions lleugeres, des d'una vela
petita per a jardí fins a un gran envelat per a un estadi. Però això no ha
d'ocultar pas el fet que la majoria del que es construeix només és una còpia
més o menys deficient de models que són molt millors. D'obres de construcció
originals i reeixides n'hi ha poques.
Els diferents tipus de
construcció d'estructures lleugeres ofereixen una varietat de formes
il·limitada. Es poden construir en les mides més diverses i per als fins i les
utilitats més variats. Avui dia s'extreuen tan sols unes quantes de les
múltiples possibilitats de la seva utilització.
L'estat actual de la
tècnica en el camp de les estructures lleugeres es pot resumir en poques
paraules.
Els problemes bàsics de la
determinació de la forma, del tall, del càlcul i del comportament de
l'estructura estan resolts. Hem respost a les preguntes essencials del procés
constructiu, de les primeres matèries i dels materials, de la producció i del
muntatge. Sabem com hem de construir-les, però també sabem que encara les
podríem millorar en molts aspectes. En coneixem les propietats formals i
constructives, els seus avantatges i les seves febleses.
En aquest ventall de
possibilitats hi ha també el gran perill de considerar que «tot és
construïble». L'arquitectura és més que un potencial tècnic. La cabana senzilla
amb branques corbades també és una construcció òptima perquè ofereix al seu
habitant allò que és la seva necessitat primitiva: protecció contra el temps,
seguretat, un lloc per a dormir-hi —l'home que l'ha construïda està en harmonia
amb la natura abans que ser-ne l'opositor. Si una arquitectura amb estructures
lleugeres pogués contribuir una mica a aquesta visió de la qüestió, s'hauria
assolit un gran objectiu.
2.1. Formes i construccions Una estructura portant és
una construcció que consta d'una o de diverses superfícies i dels seus suports
respectius.
Aquestes superfícies poden
ser corbades en forma de sella de muntar o bé en forma de cúpula, o també poden
ser de forma plana. Amb relació a la seva dimensió, tenen sempre una alçada
molt escassa. Poden ser superfícies tancades o construïdes en una estructura
oberta de malla.
Segons el tipus de
construcció, a la superfície portant es manté en la seva forma per mitjà del
tesament, de la rigidesa del material o del pes. En carregar-la de pes, només
queda sotmesa a tracció o, principalment, a pressió i flexió.
Els punts de sosteniment
poden ser rectes o corbats, puntuals (per exemple, un pal) o en forma de línia
(per exemple, bigues, arcs, cables) i poden estar situats al caire o bé a
l'interior de la superfície portant. En carregar-les, hom les sotmet a tracció,
pressió o flexió.
Una estructura és lleugera perquè té poc pes propi en relació
amb la seva amplitud d'extensió i a la seva capacitat portadora. És a dir, és
una construcció pobra en massa i requereix una despesa minsa en material.
Una estructura és lleugera quan, segons la dependència
entre el pes propi com a magnitud específica de la despesa en material per
unitat de superfícies, permet la relació següent: com més gran és l'amplada
d'una construcció, menor cal que sigui el seu pes.
Per a una comprensió general, sembla tenir sentit
d'explicar en aquest moment, i en poques paraules, els elements i les
característiques dels diferents tipus de construcció de les estructures
lleugeres.
2.2. Tendes i xarxes
Les membranes pre-tesades són tendes de campanya i
construccions del tipus tenda. Una membrana o pel·lícula fina, la majoria de vegades
corbada en forma de sella de muntar, s'estabilitza per mitjà del tesament
produït mecànicament. La membrana tan sols se sotmet a tracció —entre totes les
càrregues exteriors. Aquestes membranes gairebé sempre tenen la típica forma de
tenda en punxa (fig. 5); però també poden estar repenjades en arcs (fig. 6) o
tenir una forma corbada a manera d'esfera. A més a més, n'existeixen uns altres
tipus que consisteixen en membranes planes (tendals de circ, tendes de
campanya, paradetes ambulants en les quals el pre-tesament de la membrana té un
paper menys important).
Xarxes pre-tesades de cable o corda. En general, les xarxes de malla
homogènia són de punt quadrat (fig. 7) i tenen normalment, per raó del seu
muntatge constructiu, un pes més gran que les membranes; són apropiades,
sobretot, per a extensions o obres de construcció més grans, com ara les
cobertes de pavellons esportius.
Les xarxes especials s'estabilitzen també
mitjançant el tesament tot i que també són possibles com a estructures penjants
o estabilitzades pel seu pes. Les cordes de la xarxa configuren superfícies
planes o parcialment corbades que descriuen cossos diferents com, per exemple,
piràmides, daus, prismes rectangulars i uns altres políedres —tot depenent en
cada cas de la forma de la malla. S'han aplicat a parcs infantils.
Estructures penjants (figs. 8 i 9). Les estructures penjants són
construccions que consten de cordes o d'uns altres elements de tracció, com ara
cadenes o varetes, i s'estabilitzen gràcies al seu pes, a càrregues o a elements
rígids complementaris.
2.3. Tendes i xarxes de corda Les tendes pertanyen a les construccions més primitives
fetes per l'home. En totes les èpoques de la història s'ha fet servir la tenda
com a habitatge en les formes i mides més diverses.
La tenda circular, recolzada sobre barres de fusta, és un
dels tipus de tenda més antics. Unes altres classes de tenda típica són la
vela, la tenda de gepa i, com a variació, el para-sol i el paraigua. La cabana
d'indi nord-americana, les tendes circulars perses, turques i centreuropees
dels segles xii al xviii, les tendes dels nòmades àrabs,
nord-africans (fig. 10) i asiàtics, són exemples d'una optimització de formes i
construccions, dels seus elements i de l'equipament de les tendes, que ha durat
molts de segles.
La construcció moderna de tendes ha partit d'aquestes tradicions i descansa sobre les mateixes bases i els mateixos detalls formals i constructius. Així, doncs, era conseqüent i necessari activar el desenvolupament de la construcció de tendes, mitjançant la investigació dels mètodes tradicionals i dels materials històrics de l'artesania, per tal de no deixar caure en l'oblit les pràctiques antigues i fer-les útils per a la praxi actual de la construcció. La construcció de xarxes de corda consten de dos elements bàsics: la superfície portant, responsable de la tracció, i el pal —sotmès a sol·licitacions de pressió— com a suport. La tela teixida de manera compacta s'ha traslladat en unes dimensions més grans a la xarxa de malla poc atapeïda i nuada amb cordes. Al costat dels grans sostres de xarxa de corda hi ha en
la tècnica força exemples de xarxes coneguts a tot el món, des de tota mena de
xarxes de pesca i de protecció fins a la tela metàl·lica i la raqueta de
tennis.
Les teles i les xarxes no poden estar recolzades
directament en un punt a causa de la seva estructura material i la distribució
de la tensió en l'estructura portant. Aquests punts de tensió es poden
solucionar amb un o uns quants llaços de corda, solcs en canal i arestes
reforçades amb corda, anells d'acer amb bombaments i suports ramificats de
tipus arbre. També els caires de la superfície portant cal que estiguin agafats
amb cordes per tal de rebre les tensions de la membrana i dividir-les entre el
pal i la subjecció.
Les tendes i les xarxes de corda poden tenir alguns graus
de transparència. Els teixits de fibres naturals i sintètiques poden ser de
colors o es poden pintar. Les xarxes es poden cobrir amb aquests teixits o amb
vidre, amb matèria sintètica, amb fusta o amb planxes combinant-ho amb unes
altres mesures i muntatges per conservar l'escalfor i el so.
Cada any es cobreixen de dos-cents a tres-cents milions
de metres quadrats de superfície terrestre amb teixits o xarxes dels tipus més
diversos, estacionaris o temporals, perdurables o de vida curta, fixos,
transportables o transformables. Les funcions i les utilitats comprenen des de
sales d'exposicions, naus industrials i per a magatzem, tot passant per
hivernacles, col·legis, instituts universitaris, grans magatzems i zones comercials
i cobertes per al lleure i l'esport, fins a colònies i ciutats senceres,
allotjaments per a protecció contra catàstrofes i cases unifamiliars
autàrquiques (figs. 11 a
14), Si el concepte de «tenda» ja no s'ajusta tan sovint a la idea original, en
tot cas aquestes construccions descansen bàsicament sobre els principis de
forma i construcció de les tendes i les xarxes de corda.
2.4. Membranes o
estructures pneumàtiques
Una fina membrana corbada, gairebé sempre en forma de
cúpula, s'estabilitza amb la sobrepressió o amb la depressió d'un mitjà a
través del qual sorgeix la tensió a la membrana. La membrana només és
sol·licitada a tracció entre totes les càrregues exteriors. Aquest mitjà és, en
la majoria dels casos, l'aire. Encara que també poden ser-ho unes altres gasos,
o l'aigua i els líquids de tota mena. Les construccions de membranes
pneumàtiques generalment tenen la típica forma de bombolla (fig. 15) o la forma
cilíndrica i es poden variar i combinar de múltiples maneres.
Les construccions de membrana pneumàtica són, segurament, les més lleugeres i toleren unes extensions màximes. Especialment en les construccions hidràuliques, les estructures pneumàtiques s'apliquen com a recipients de contenció i com a dics. Les estructures pneumàtiques són unes construccions
antiquíssimes de l'ésser humà. Odres confeccionats amb cuir animal i salvavides
de natació en són encara avui exemples comuns. El somni de volar es va
realitzar per primera vegada gràcies a un globus de paper. Sense la invenció
del pneumàtic de goma ple d'aire, l'automòbil seria avui impensable. Des de la
bombolla de xiclet fins a la pilota de futbol, des del bot pneumàtic fins al
globus aerostàtic publicitari, des de la bossa d'aire de càmping fins al sac de
sorra per a catàstrofes, des de la bossa de plàstic per a peixos daurats fins a
la bossa precintada de taronges: les estructures pneumàtiques són una cosa molt
quotidiana. Es poden menjar i s'hi pot jugar, poden nedar i volar —sempre hi ha
una coberta exterior tibada a causa d'un farciment interior.
El desenvolupament de les estructures pneumàtiques com a
construccions ha estat condicionat per la capacitat tècnica de fer els teixits
tèxtils hermètics amb adhesius de cautxú i amb materials sintètics.
A les estructures pneumàtiques en la construcció sobre
terra, una membrana recobreix un espai tancai en el qual, per mitjà de
ventiladors, domina una sobrepressió tan insignificantment superior a la
pressió d'aire normal, que quasi no es pot percebre (fig. 16). L'interior de la
nau és accessible a homes i mercaderies a través de rescloses.
Quan es cobreixen unes grans extensions sense cap suport,
amb cobertes grans que són al mateix temps protecció contra els agents
atmosfèrics i cobertes climàtiques, la membrana cal que sigui reforçada amb
xarxes de corda de malla folgada. Algunes formes especials de construccions
pneumàtiques són coixins plens d'aire i tubs (fig. 17) que, bé aïlladament o bé
com a complements, poden servir com a paret o coberta de nau.
A causa de la seva massa escassa i d'un senzill ancoratge constructiu, les estructures pneumàtiques són especialment apropiades per a construccions transportables i mòbils. Això implica també que les estructures pneumàtiques, tot i que poden ser construccions de llarga durada, la demanda de les quals desapareix després d'un quant temps d'ús, poden ser eliminades comparativament amb poques despeses i sense grans residus. Fins i tot poden ser eventualment reciclades. Les construccions pneumàtiques no han de ser
necessàriament fixes, ans al contrari poden ser també transformables. El canvi
de la forma de construcció es duu a terme mitjançant la injecció o bé la
sortida d'aire. O bé una membrana és col·locada per damunt d'una altra i
s'estabilitza per mitjà de la pressió interior.
Una altra singularitat són les membranes que
s'estabilitzen no pas per sobrepressió, sinó per depressió (fig. 18) i que es
poden recolzar mitjançant pals interiors bombats o arcs (també poden ser tubs
pneumàtics d'alta pressió).
Juntament amb aquest tipus d'estructures pneumàtiques tancades, n'hi ha també d'obertes. En són exemples típics les veles de vaixell, els paracaigudes, els dipòsits de líquids oberts per la part de dalt (com ara les piscines desmuntables). Un camp d'aplicació cada
vegada més important són les construccions pneumàtiques a l'aigua com ara les
construccions d'enginyeria per a la protecció d'aigües i de costes, per a la
seva utilització en catàstrofes i per a estalviar energia (figs. 19 i 20). Això
inclou des de dics, de rescloses i d'embassaments de tota mena, tot passant per
centrals elèctriques d'onades, plantes depuradores i de dessalinització
d'aigües marítimes i instal·lacions d'energia solar, fins a la captura d'algues
i de peixos.
En són un exemple els tubs
de membrana plens d'aigua amb una o diverses estances (amplària de fins a 5 metres i llargària de
més de 50 metres)
i capaços de flotar per actuar com a obturadors d'emergència en esquerdament
d'embassaments i de dics (fig. 21); les esculleres de membrana plenes d'aigua
(aproximadament 2,5 m
d'amplària i uns 40 m
de llargària) per a regular el nivell de l'aigua, la velocitat del fluid i la
quantitat de desguàs als rius. Uns altres exemples serien els tancaments mòbils
de tub flexible plens d'aigua per al manteniment de canals de navegació o bé
per al bloqueig i l'evacuació de qualsevol tram; els grans contenidors per a
l'emmagatzematge de cereals o grava col·locats sobre terra o bé flotant a
l'aigua.
Aquestes construccions han
demostrar ser molt econòmiques, sobretot en aplicacions per a terminis
relativament curts, a més de ser extraordinàriament avantatjoses per a la
despesa general en energia, tant per a la seva producció com per al seu
funcionament.
 2.5. Les cobertes de malla Les cobertes de malla són
construccions de vareta corbades inflexibles i contínues que formen una reixa
plana amb dibuix quadrangular i una distància constant entre els nusos. Se
sotmeten principalment a sol·lici-racions de pressió i flexió (fig. 22).
Un avantatge substancial d'aquest tipus de construccions és que l'espectre de les possibilitats tecnològiques per a la seva realització és extraordinàriament ampli (figs. 23 i 24). Són, per tant, construccions realitzables amb mitjans primitius, escàs know-how tècnic i estris fàcilment accessibles.
Les cobertes lleugeres són
construccions que, a causa d'una consistència extremament dèbil de les seves
parets i/o de la utilització de materials especials (per exemple, formigó armat
o matèria sintètica), mostren un pes propi considerablement menor que unes
altres construccions en forma de petxina (figs. 25 i 26).
Les estructures portants
transformables o sostres transformables són construccions que es deixen
obrir i tancar; és a dir, la seva forma es deixa canviar segons les
necessitats. La majoria estan construïdes amb membranes pre-tesades (fig. 27),
tot i que també se n'han construït amb membranes pneumàtiques i igualment amb
tota mena de xarxes i malles imaginables. La construcció consta, en línies
generals, d'una estructura portant superior a la qual es pot afegir o treure el
sostre pròpiament dit. L'accionament es duu a rerme a mà o amb motor. Un tipus
especial de construcció de sostres transformables és el paraigua, També n'hi ha
de realitzats convencionalment de fusta, d'acer, de formigó i de vidre en els
quals peces completes de l'obra de construcció es desplacen sobre rails.
Les estructures portants
transformables serveixen per a posar sostre a obres de construcció de mida
petita o mitjana i els garanteixen la independència del temps atmosfèric, com,
per exemple, piscines, instal·lacions esportives, teatres o llocs públics de
tota mena. Com a vela damunt teatres o estadis, aquesta construcció ja es va
fer servir molt sovint a l'antiga Roma.
Les estructures portants
mixtes o híbrides són construccions sorgides de la combinació constructiva
d'un o d'alguns tipus de construccions esmentats fins ara o d'un d'aquests amb
elements de construcció convencionals. A aquest grup pertanyen, per exemple,
les membranes tesades entre tubs pneumàtics d'alta pressió (fig. 28); les
cobertes de malla que, com a elements rígids constructius, contribueixen al
suport de pes d'un esquelet d'acer o de formigó; els sostres penjants amb
pre-tesament escàs com ara una xarxa de corda per a unes càrregues
determinades; els ponts penjants en els quals el suport rígid de la calçada
contribueix al seu sosteniment i a la seva solidesa.
Estructures
reticulars de vareta
Consten de peces de vareta
rectes, sotmeses a pressió o tracció, que, en una disposició espacial variada i
en diferents formes planes, s'encavalquen en un entramat pla o corbat
espacialment. La construcció final també hi pot adquirir una forma esfèrica
(fig. 29).
 No obstant això, per la
seva generació de formes particular i pel seu comportament portant, són, en el
fons, una especialitat completament independent i, a més, molt extensa. Quant a
la seva aplicació, han estat utilitzats des de fa temps per arquitectes i
enginyers per a les funcions més diverses.
A les estructures de vareta
pertanyen també les anomenades construccions de Tensegritat, desenvolupades
per Buckminser Fuller. Consisteixen en cordes pre-tesades contínues i sotmeses
a tracció sota càrregues exteriors, i amb varetes de pressió que tesen les
cordes segons una sistemàtica determinada.
Cobertes de malla Un dels mòbils bàsics en la
història de la construcció és cobrir grans espais. Això, unit a l'afany de construir
de manera flexible i amb la mínima despesa, ha portat des dels pesants teixits
de l'antigor fins a les fines cobertes en forma de petxina de formigó. La reixeta
com a element constructiu no és pas una cosa nova. Les cabanes i les cases
d'Àfrica i Àsia, construïdes amb branques simples, amb varetes de fusta
treballades o bambú, en són uns exemples mil·lenaris, com també les parets
plegables de reixeta dels asiàtics. Els romans construïen glorietes petites amb
reixetes de fusta arquejades (fig. 30), les galeres turques tenien reixetes
corbades en forma de boia com a construccions de popa.
En la construcció moderna,
el percentatge de despeses per a la carcassa arriba a representar més del 50%
del total, motiu pel qual es fa comprensible que es prefereixin les superfícies
convencionals com ara els cilindres, els conoides o els paraboloides
hiperbòlics.
Les cobertes de malla han
sorgit com a resultat de la recerca d'una forma de construcció senzilla i
econòmica per a les cobertes en forma de petxina. Una coberta de malla consta
d'elements de construcció escassos i senzills. Les varetes de la reixa són rectes
i tenen la mateixa secció transversal. Tots els nusos són iguals. El caire es
forma amb unes quantes varetes col·locades l'una al costat de l'altra o bé és
una peça especial de construcció. Totes les peces es poden prefabricar i
transportar empaquetades o doblegades en seccions o en la seva totalitat. El
marge tecnològic va des de branques grosses o canyes de bambú per a fer la
funció de vareta, amb nusos lligats simplement sobre varetes de fusta serrades,
o perfils d'acer d'ús corrent al mercat com ara cargols de cargolar, fins a
peces acabades amb les quals es componen les varetes de la malla, amb peces de
metall o plàstic que hi fan la funció de nus.
Les cobertes de malla es
poden aixecar ràpidament i sense despeses ja que la reixa es munta i els nusos
són rotatoris. S'eleva a mà o amb un elevador senzill, per la qual cosa les
malles, originalment quadrades, transformen els seus angles en reixa de tisora
i les varetes s'arquegen. No cal una armadura especial per a fer-ho. Així que
hem fixat el caire i hem estirat els nusos, el model està fix i la coberta de
malla ja té capacitat de càrrega.
Les cobertes de malla es
poden fer servir en tots els comportaments climàtics i ofereixen una gran
flexibilitat. Són apropiades per a qualsevol finalitat en què s'hagin de cobrir
espais petits o grans o posar-hi sostre, des d'un quiosc fins a un habitatge, des
de la nau d'emmagatzematge senzilla fins a la gran coberta multifuncional, des
de l'allotjament d'emergència temporal fins a l'obra definitiva (figs. 31 i
32). Les cobertes de malla no necessiten fonaments. Es deixen aixecar gairebé a
qualsevol mena de terreny de construcció i són insensibles als esllavissaments
de terra i als sismes perquè tenen una massa pobra i són molt elàstiques.
2.6. Els suports
ramificats
Els suports ramificats són
un sistema estructural pla o espacial que consisteix en branques separades,
cada una de les quals es bifurca en un punt determinat (nus) almenys en dues
branques més. Aquestes estructures poden ser sotmeses a tensió, a compressió, a
flexió i a torsió. Normalment, les càrregues exteriors només actuen als extrems
de les vares. Les càrregues sobre nusos no existeixen. Les columnes ramificades
normalment es fan servir com a suports per a qualsevol tipus d'estructura
envoltant o de sostrada (figs. 33 i 34).
  Les columnes ramificades no
són pas un desenvolupament
nou ni una invenció moderna. N'hi ha nombrosos antecedents històrics d'un estil
igual o similar. Fins ara, no obstant això, les seves bases geomètriques i
estructurals han estat poc investigades. Sembla que la majoria simplement s'han
construït per raons espirituals i ornamentals.
L'aspecte arquitectònic i
l'eficiència econòmica depenen decisivament de la forma, segons els paràmetres
geomètrics com ara la mena de nusos, la longitud de les branques, l'angle de
ramificació, etc. Tota optimització d'un disseny orientada a una despesa menor
de material cal que comenci per la forma. Els detalls estructurals, els
materials i el tipus d'estructura primària també hi són importants, però
secundaris. L'anàlisi estructural i l'elaboració constructiva normalment no ens
porten unes dificultats més grans i es poden dur a terme, la majoria de
vegades, amb mètodes corrents i tradicionals. Encara que les regles bàsiques i
les lleis de la forma i la construcció òptimes d'estructures ramificades no
estiguin investigades globalment, ja són conegudes en les seves línies
essencials o almenys es poden reconèixer.
Tanmateix, sembla que hom
ha redescobert la qualitat arquitectònica i l'atracció estètica de les
estructures ramificades per principi, sense observar primer més coneixements
sobre les propierats geomètriques i estructurals de les ramificacions arbòries
i aprofundir un camp desconegut però prometedor per a l'arquitectura.
Dibuixos d'arbres tècnics:
de la columna simple a una estructura arbòria amb nou generacions. Paràmetres
donats: relació constant entre llargària i diàmetre (àrea) de les varetes en
cada generació i suma constant dels diàmetres (àrees) de les varetes en totes
les generacions (fig. 35).
Dibuixos en ordinador d'un
suport arbori amb les mateixes càrregues verticals en cada punt de suport:
desplaçaments, moments de curvatura, forces encreuades (transversals), forces
normals (de dalt a l'esquerra a baix a la dreta) (figs. 36 i 37).
Maqueta d'una estructura
membranosa pre-tesada (tenda) recolzada sobre columnes arbòries (fig. 38).
Maqueta d'una cúpula
hexagonal de varetes «a l'inrevés», sostinguda per alguns suports ramificats
(fig. 39).
3. Disseny i determinació de la forma Les estructures portants
lleugeres i àmplies no es dissenyen de la manera corrent. Les seves formes i
construccions tenen un procés de planificació que es distingeix de l'obra de
construcció tradicional. La seva part essencial és la determinació de la forma.
En aquest cas, la tria subjectiva d'una forma arquitectònica és substituïda per
una determinació objectiva de la forma.
La determinació de la forma
és una operació empírica que descansa sobre lleis físiques senzilles i —segons
el tipus de construcció— és determinada per les lleis de generació de la forma.
Aquesta operació es pot dur a terme experimentalment amb maquetes o programes
matemàtics en ordinador.
La «llibertat de projecció»
ja no es troba en qualsevol forma modelada, sinó en la tria i la transformació
dels avantatges i de les condicions per a la determinació d'una forma òptima, A
cada tipus de construcció d'una estructura lleugera corresponen un o alguns
mètodes de determinació de la forma que contenen tots els trets i totes les
propietats essencials d'aquest tipus de construcció. La decisió per a un tipus
de construcció determinat significa per principi l'establiment d'un mètode de
determinació de la forma, i viceversa.
Forma i construcció es
condicionen recíprocament i formen una unitat no separable. Cada canvi de la
forma té unes conseqüències immediates sobre la construcció i el seu
comportament portant. Tota exigència amb relació a la capacitat portant i a
l'estabilitat influeix directament sobre la forma.
Cada decisió formal o
constructiva implica unes possibilitats de producció i de muntatge.
La determinació de la forma
és un procés d'optimització progressiva. Els criteris són qualitat
arquitectònica i estàtica de la forma i la construcció, com també la funció i la
utilitat de l'obra de construcció i la seva integració en un entorn construït i
natural. En cada fase d'un procés de determinació de la forma, tots els
aspectes de l'obra de construcció a projectar cal que hi estiguin inclosos en
una harmonia perfecta si és possible. Per a la projecció, això significa que
els arquitectes i els enginyers, els experts i els constructors, han de
cooperar en equip, braç a braç, des del principi i en totes les fases.
3.1. Determinació de
la forma amb maquetes
El significat de la maqueta
en un procés de determinació de la forma supera amb diferència la importància
que li correspon, en general, en un procés de projecció «normal».
En aquest procés, la
maqueta és un mitjà complementari per a la presentació de l'arquitectura: és
una reproducció de l'obra de construcció la forma i la construcció de la qual
foren determinades d'una altra manera. Aquí la maqueta és l'objecte de la
planificació: és la mateixa obra en escala menor; per tant, simplificada
necessàriament i reduïda al que és essencial, bé que amb tots els seus trets i
propietats fonamentals de forma i
construcció. L'estat de la planificació d'una estructura lleugera és visible i
tangible a la maqueta determinant de la forma en cada fase i en cada moment.
En el procés de determinació de la forma, unes quantes
maquetes de tipus i qualitats diferents normalment hi són necessàries. Això
depèn tant del tipus de construcció triat, de la mida de l'obra de construcció
i de la complexitat de la seva forma, com de la quantitat d'informació que hom
vulgui transmetre, de la precisió desitjada (per exemple, maqueta prèvia i
maqueta de mesurament) i de la finalitat d'aplicació de la maqueta respectiva
(per exemple, determinació de la geometria de tall, les forces o les
deformacions). Els tipus de maqueta es distingeixen sobretot en el material i
en la tècnica de construcció. I, a més a més, hi ha diferències substancials en
els mètodes de valoració i mesura.
Tot sovint és possible de fer útil una maqueta per a unes
quantes exigències i finalitats; per exemple, mitjançant la millora ben
calculada de la forma, la variació de detalls, la solidificació de la
superfície, la incorporació d'instruments de mesurament o l'aplicació de
diferents mètodes de mesurament; i amb aquesta maqueta —modificada gradualment—
es poden recórrer diverses fases del procés de determinació de la forma.
Podem diferenciar tres tipus de maquetes: pre-maquetes,
maquetes de mesurament i maquetes especials. L'ordre de successió correspon, en
principi, a la manera de procedir en el procés de determinació de la forma.
Les pre-maquetes són unes maquetes senzilles,
gairebé sempre petites i a voltes encara bastant genèriques, amb les quals es
poden desenvolupar i presentar relativament de pressa i sense grans despeses
les primeres idees de formes i construccions; per exemple: roba de mitja estesa
per a representar tendes i xarxes de corda (fig. 40), globus inflats per a
estructures pneumàtiques, malles metàl·liques corbades per a cobertes de malla
(fig. 41), pel·lícules i bombolles de sabó per a tendes i estructures
pneumàtiques. Aquestes maquetes serveixen per a l'acostament a una forma
buscada i les seves possibilitats constructives i proporcionen una àmplia base
inicial per a la selecció i el desenvolupament posteriors de la forma i la
construcció definitives.
Les autèntiques maquetes de determinació de la forma són
les maquetes de mesurament, per tal com la determinació de la forma
significa el registre i la fixació de valors geomètrics i —en tant que la
maqueta sigui apropiada per a allò— de valors estàtics. El coneixement exacte
de la forma en llargàries, amplàries i alçàries; en coordenades, angles,
curvatures i corbes de nivell; en desenvolupaments i talls, és el fonament per
a tots els passos següents de projecció fins a la realització de l'obra de
construcció, especialment per al càlcul estàtic i el mesurament dels elements
de construcció. Uns exemples de maquetes de mesurament són, entre d'altres, les
pel·lícules de sabó i els teixits per a tendes i xarxes de corda; les bombolles
de sabó i les pel·lícules de goma formades en guix per a estructures
pneumàtiques; i les xarxes de cadena penjants per a cobertes de malla.
La comprovació a partir d'una maqueta de valors estàtics
com ara les càrregues, el pre-tesament, les forces i les tensions, les
deformacions i les dilatacions tan sols és possible quan aquesta és similar en
la part geomètrica i l'estàtico-elàstica a l'obra projectada (per exemple, una
maqueta de xarxa metàl·lica pre-tesada per a una construcció de xarxa de corda).
Sobre la base de les lleis de l'estàtica de maquetes, aquests valors poden
transferir-se directament de la maqueta a l'obra de construcció. Així tenim a
disposició totes les dades necessàries per al càlcul, la mesura i la
realització d'una estructura portant de superfície lleugera i extensible.
Les maquetes especials són, per exemple, maquetes
de secció d'unes parts determinades d'una forma examinades amb més gran minuciositat
a una escala major (punts alts o profunds, talls de superfícies, entre
d'altres); maquetes de moviment d'estructures portams transformables en què
s'estudien els procediments de conducció, el replegament, el doblegament i la
mecànica motora en diversos estadis; maquetes de demostració que serveixen per
a l'estudi de plantejaments de problemes especials: integració a l'entorn,
interacció entre l'espai interior i l'exterior, caiguda de la llum o projecció
de l'ombra en posició diferent del sol, possibilitats de desmuntatge o
d'ampliacions futures (fig. 42); maquetes de túnel aerodinàmic (fig. 43).
3.2. Pel·lícules i
bombolles de sabó
Les maquetes de les pel·lícules de sabó són el mètode
fonamental de determinació de la forma per a tendes i xarxes de cable. Les
maquetes de bombolles de sabó tenen el mateix significat elemental per a la
determinació de la forma d'estructures pneumàtiques.
La forma de la pel·lícula d'un líquid, que s'escampa
entre dues vores tancades qualsevol, és una superfície mínima. Resulta de la
tensió superficial del líquid a causa de forces intermoleculars, i és tan
infinitament prima que una variació de la seva forma per mitjà del pes propi és
imperceptiblement petita. Per tal d'aconseguir grans tensions de superfície, i
amb això llargs períodes estàtics i prou extensió, s'utilitzen per a la
producció de les pel·lícules solucions de sabó o detergents principalment.
La superfície mínima d'una pel·lícula de sabó és una
forma autoformativa. Una maqueta les vores de la qual consisteixen en fils fins
se submergeix a la solució i, en retirar-la'n, la pel·lícula sabonosa emergeix
per si sola i sense influència exterior. Una bombolla de sabó és també
autoformativa, només dependent del contorn prefixat i de la pressió interna. Si
aquests experiments es fan en una cambra climatitzada i sense pols amb un grau
d'humitat alt i temperatura baixa, les maquetes s'hi mantenen fins a una hora i
mitja. El mesurament geomètric de la forma s'esdevé per mitjà de preses fotogràfiques
de la maqueta sobre un vidre mat reticulat (fig. 44).
La superfície mínima d'una pel·lícula de sabó compleix
dues condicions. En primer lloc, les curvatures estan igualment contraposades a
cada punt de la superfície; en segon lloc, la tensió de superfície a cada punt
és igual en totes les direccions i només hi entren tensions de tracció.
La segona condició també es compleix en una bombolla de
sabó plena d'aire, és a dir, una bombolla formada pneumàticament i
estabilitzada. En sentit estricte, tanmateix, aquesta no és una superfície
mínima perquè presenta una curvatura en forma de cúpula. No obstant això, hom
denomina la bombolla de sabó «superfície mínima» perquè —independentment de la
magnitud de la pressió interior— cobreix sempre el volum més gran possible a la
superfície més petita (fig. 45).
La forma de la pel·lícula mínima és la forma més
avantatjosa constructivament per a l'estat de tensió d'una tenda o d'una xarxa
de corda pre-tesada, o bé d'una estructura pneumàtica sota una pressió interna constant,
i requereix unes despeses mínimes en material. Això no és aplicable
necessàriament a uns altres casos de càrrega sota exigències exteriors, com,
per exemple, el vent o la neu, que normalment es distribueixen desigualment i
apareixen en direccions i dimensions variables.
La determinació de forma en una pel·lícula de sabó, o en
una bombolla, per tant, pot ser amb freqüència només un primer pas: la
superfície mínima proporciona una forma inicial que cal que es continuï
desenvolupant cap a la forma de construcció definitiva amb uns altres mitjans
de determinació de la forma. Això significa, concretament, que en molts casos,
per raons de la càrrega i del comportament portant, caldrà variar la forma de
la superfície mínima per a l'execució d'una construcció; per exemple,
mitjançant canvis ben calculats de les curvatures de superfície, o mitjançant
una incorporació de reforçament de membrana i cordes complementàries, amb la
qual cosa no tan sols canvia la geometria de la forma, sinó que la distribució
de tensions en la forma també resta condicionada.
3.3. Tetxits i làmines
Les maquetes de teixits i làmines són els dos mètodes de
determinació de la forma niés importants per a l'elaboració i el
desenvolupament de forma i construcció en tendes i xarxes de corda, i també en
estructures pneumàtiques.
Un teixit cal que sigui elàstic (igual en les dues
direccions de la malla, si és possible) o bé permeti el moviment dels angles
entre ambdues direccions dels fils per cal de possibilitar les formes
espacials. O cal que tingui ja un tall aproximatiu que s'optimitzi a la
maqueta. En general, la forma d'una tenda o d'una xarxa de corda determinada
amb una maqueta de teixit sempre diferirà, més o menys, de la superfície
mínima.
S'hi empren teixits lleugers produïts industrialment i
teixits de reixeta de tota mena de llana, seda, poliester, poliamida i d'altres
(fig. 46). Per a les xarxes de corda, també s'utilitzen les xarxes de fil o de
filferro elaborades a mà.
A causa de la seva elasticitat, una làmina tan sols es
pot transformar en una forma independent i corbada sense arrugues. Quan es
forma per a una tenda o per a una xarxa de corda per mitjà de pre-tesaments
exteriors, es comporta similarment a la superfície mínima.
Aquest tipus de maqueta es pot fer servir per al càlcul
de tensions i forces que actuen sobre les estructures.
 3.4. Xarxes penjants
Són el mètode fonamental de determinació de la forma per
a cobertes de malla, que es pot caracteritzar amb tres paraules: penjant,
inversió i forma de petxina.
La forma penjant és una forma autoformativa en què tan
sols intervenen forces de tracció. A partir de la seva inversió, resulta la
superfície de recolzament de la petxina de malla resistent a la flexió, en la
qual, sota el pes propi, tan sols intervenen forces de pressió i no es presenta
ni un moment de flexió.
Una forma penjant no és una superfície mínima. Les
curvatures són en forma de cúpula. Les forces, a cada nus de la xarxa, són de
mida diversa i no es distribueixen regularment —a excepció de les formes
simètriques.
La producció d'una xarxa penjant de cadenes o de ganxos i
d'anelles és relativament costosa.
Una maqueta de xarxa penjant és una maqueta de
mesurament. Proporciona tots els valors geomètrics exigibles sobre la forma
d'una petxina de reixeta i el tall de la reixeta i dels caires.
La determinació de la forma amb una xarxa penjant dóna
com a resultat la forma de construcció definitiva, amb la qual cosa es deixen
de banda unes diferències geomètriques de poca consideració entre les línies
poligonals de la xarxa i les varetes corbades de la reixeta.
Bàsicament, el mètode de la determinació de la forma amb
xarxes penjants és apropiat per a tota mena de cobertes amb superfície tancada,
com també per a cobertes de vareta amb retícules de mòduls de quatre cares o
més.
3.5. Fils en aigua
Aquest mètode serveix per a la determinació de la forma
de suports i d'estructures ramificades. Hom introdueix a l'aigua una maqueta de
fils de llana o de seda amb una llargada donada. Quan és extreta de l'aigua,
els fils s'uneixen entre si a conseqüència de la tensió de superfície de
l'aigua i construeixen un sistema ramificat (figs. 47 i 48).
No obstant això, hom ha desenvolupat un know-how propi
per al càlcul sobre maquetes i el seu trasllat al disseny per ordinador que li
permetria ser desenvolupat en una altra ocasió més específica.
|
Sobre l'autor
W. HENNICKE JÜRGEN
Enginyer. Professor d'Estructures
Lleugeres de la
Universitat de Stuttgart.
Relacionat 10 NATURA, DISSENY I INNOVACIÓ, 1994 | articulo GABRIEL SONGEL Natura, disseny i innovació: proposta metodològica 10 NATURA, DISSENY I INNOVACIÓ, 1994 | articulo WERNER NACHTIGALL Creació de forma i biònica: disseny biològic |
