Notas para una historia del hormigón estructural by FHECOR

DEDICATORIA

A los alumnos, estudiantes de nuestra ETS de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la UPM, entre quienes hay bastantes que siguen con interés la primera clase del curso, que se inicia con la Historia. A ellos les digo que los ingenieros (también los políticos, muy especialmente), tienen que saber de Geografía e Historia. Según Camilo José Cela, «La geografía es el decorado que Dios pintó para que en él representasen los hombres el drama, o la farsa, de la historia». De manera muy especial, el patrimonio construido, que tanto me interesa, forma parte del paisaje, de ese decorado en el que se ve la huella histórica que dejamos, positiva casi siempre. También se lo dedico a mi queridísima familia, a mi abnegada y paciente esposa María del Mar, y a mis hijos Javier, Cristina y Carlos.

Segunda edición: septiembre 2021

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ISBN: 978-84-09-32530-6 Depósito legal: M-22411-2021 Impreso en España por La Imprenta Comunicación Gráfica, S.L.

Fco. Javier León González Notas para una historia del hormigón estructural

Notas para una historia del hormigón estructural

Introducción. El hecho constructivo

La lucha contra las tracciones o la forma de zafarse de ellas

Evolución del empleo del hormigón a lo largo de la historia

La armadura que da fibra a la piedra

Primeras realizaciones bajo patente

Primeros estudios de comportamiento y de dimensionamiento

Personajes que encarnan la historia del hormigón

La introducción del pretensado

Epílogo

101

PREÁMBULO* Es opinión de los profesores de esta Unidad Docente que el conocimiento de la historia de las cosas no es sólo parte de la cultura general que debe poseer todo profesional, sino herramienta pedagógica de gran utilidad. Así pensaba también Carlos Fernández Casado (“Historia del puente en España. Puentes romanos”, Instituto Eduardo Torroja. Madrid, 1980): El abordar históricamente la ingeniería es un método cada vez más frecuente en nuestra época, en paralelismo con otras ramas de la actividad humana como son: la ciencia, la medicina, la biología, etc. En todos los casos la visión histórica nos da una perspectiva de conjunto, completa y ordenada, en el espacio y en el tiempo, que nos permite enfocar el tema de que se trate con la serenidad que proporciona la sensación de dominio del mismo. Lo contemplamos como desde una atalaya, independientes del dinamismo dentro del cual se desarrolla; pero esta visión intelectual, fílmica, puede contemplarse desde el punto de vista pragmático con una incorporación aunque sea puramente imaginativa a este devenir, sintiéndonos incorporados personalmente al fluir de las cosas, pero como aconsejaba Platón en su Crátilio sin que nos dejen atrás ni nos adelantemos en su camino. Hay que pensar que los alumnos que llegan a 4º curso de la ETS de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la UPM han recibido ya una formación en Mecánica, Resistencia de Materiales, Elasticidad, Química y Sistemas de Representación, todas ellas materias

* Se presenta el texto original de 2005, antes de que, con ocasión del cambio de plan de estudios, se agruparan felizmente las enseñanzas de hormigón estructural, estructuras metálicas y mixtas.

consideradas “fundamentales” -y lo son- para la correcta educación de los futuros ingenieros. La asignatura de Hormigón Estructural es la primera tecnológica con que se encuentran y es la primera vez, probablemente, en que van a ver cómo su formación teórica previa se ha de adaptar a una realidad en la que las soluciones conceptuales no siempre son únicas, las condiciones de contorno pasan también por la necesidad de construir y no sólo de calcular y, además, se mueven en un entorno multidisciplinar en el que intervienen los Materiales, la Estática y la Construcción, tanto para el proyecto y la ejecución de obra nueva como para el mantenimiento de la ya existente, es decir del patrimonio. Por todo ello se han redactado estas notas pensadas para el alumno que, carente aún de experiencias propias, puede aprender de las experiencias ajenas y vivir el paso de una formación basada en la Resistencia de Materiales -como los ingenieros del s. XIX, habituados a las estructuras metálicas, fieles a las hipótesis elásticas- al empleo de un material cuyo comportamiento se aleja del ideal elástico y lineal, como es el caso del hormigón estructural. Se ha querido retrotraer la presentación de la cuestión a aspectos más vinculados a la Historia General de la Construcción, sin ceñirse exclusivamente al consabido origen romano de las cosas, porque se considera importante no perder de vista la perspectiva general, y que los árboles de los números, fenómenos físicos y artículos reglamentarios que vienen después en el programa no impidan disfrutar del espléndido bosque que representa el hecho constructivo. Abril de 2005

El paso del tiempo permite concluir que las premisas de partida de entonces eran ciertas y que estas consideraciones han de proyectarse también hacia una historia pedagógica de las construcciones metálicas y mixtas. En el epílogo de este libro se hacen consideraciones adicionales.

Figura 1.1 Christian Georg Schütz Städel Museum, Teufelsbrücke, 1781

INTRODUCCIÓN EL HECHO CONSTRUCTIVO La necesidad y el reto de construir Cuando las primeras sociedades humanas decidieron convertir en sedentaria su anterior condición nómada, aparecieron las necesidades y servidumbres que rodean a los grupos organizados. Surgió la necesidad de abrir vías de comunicación para pasar en condiciones de seguridad a la otra ribera de un río, para salvar un tajo. La necesidad se convirtió pronto en un reto. La figura 1.1 muestra el caso de uno de tantos “puentes del Diablo” que existen en todo el mundo. Un entorno hostil, de proporciones muy superiores a las del ser humano, hizo especialmente difícil -de ahí el reto- establecer una vía de comunicación estable, superviviente a dicho entorno y a la generación que lo construyó. Precisamente la vocación de pervivencia y la idea del ser humano de que su obra le habría de sobrevivir son distintivos de las comunidades que marcan la frontera entre la Prehistoria y la Historia.

Otro conjunto de necesidades no menos evidentes son las derivadas de cubrir espacios de arquitectura planificada para guarecerse, almacenar víveres, rendir culto a los dioses, etc. La figura 1.2 muestra, a título de ejemplo, el caso de los trulli en Apulia (Italia). En ambos casos se pone de manifiesto la utilización de un material constructivo esencialmente imperecedero como la piedra, a diferencia de las telas de las tiendas de campaña o la madera y hojarasca de chozas o puentes, inevitablemente provisionales.

Figura 1.2 Trulli en Apulia (Italia), Construcciones cupuliformes en piedra a base de hiladas en voladizo

Los materiales disponibles Para satisfacer las necesidades constructivas de las primitivas sociedades, los constructores debieron hacer uso de los materiales que la naturaleza les brindaba, junto a grandes dosis de ingenio, buen juicio y valentía, cualidades que, como es sabido, resultan a menudo contrapuestas. Es más que probable (figura 1.3) que en la antigüedad la madera fuese el material preferido para salvar un vano. Quizás por inspiración al ver un tronco caído sobre el cauce, el constructor primitivo se percató de las buenas cualidades que ofrecía la madera: resistente a tracción y compresión, resistente a flexión y relativamente ligera y fácil de montar. La madera tiene, sin embargo, un serio inconveniente como materia orgánica que es: es putrescible y presa fácil del fuego o del arrastre por una riada. Aunque las construcciones de madera resolvieron innumerables problemas, no pudieron adquirir la perdurabilidad (y economía a largo plazo) que tendrían las construcciones de piedra.

Figura 1.3 Puente de madera sobre un río alpino

En efecto (figura 1.4), a diferencia de la madera, la piedra goza de una notable imputrescibilidad, lo que la hizo preferible a los ojos de los constructores de las primeras civilizaciones, a pesar de que no tiene unas propiedades mecánicas tan versátiles: así, aunque es idónea para resistir compresiones, tiene escasa y poco fiable resistencia a tracción y a flexión. Además, empleada en grandes bloques, es muy pesada y exige medios complejos y caros para su transporte y montaje.

Figura 1.4 Puente Clapper (Postbridge, Inglaterra). El tablero de este puente peatonal o de caballerías está formado por losas de granito de 4,5 m de longitud, 2 m de ancho y unos 0,30 m de canto. No se sabe datar con precisión, ni se sabe tampoco qué hicieron sus constructores para transportar y poner sobre las pilas y estribos esas losas de 8 toneladas de peso.

LA LUCHA CONTRA LAS TRACCIONES O LA FORMA DE ZAFARSE DE ELLAS Será bueno ir advirtiendo que esta exposición se ha remontado tan atrás en el tiempo porque si a algo se parece el hormigón “puro”, sin armaduras, es a la piedra, incluso con desventajas mecánicas, aunque no constructivas. En efecto, el hormigón es un material que, aunque capaz de admitir cómodamente compresiones importantes, es de poco fiar en tracción y, por consiguiente, en flexión. Además, resulta muy interesante observar que la historia de la construcción ha estado muy condicionada por los materiales y procesos constructivos, hoy menos que ayer, y que las formas arquitectónicas estuvieron totalmente supeditadas a las propiedades resistentes de los materiales constitutivos*. La figura 2.1 muestra, volviendo a la piedra antecesora del hormigón, lo que le sucede, desde el punto de vista mecánico, a un dintel pétreo como el del puente de la figura 1.4.

Figura 2.1 Comportamiento mecánico de un dintel de piedra (p.e. el de la figura 1.4).

Si las cargas aplicadas, incluidas las nada despreciables de peso propio, dan lugar, en la sección de máximo momento flector, a una tensión de tracción igual a la resistencia de la piedra a flexo-tracción, el colapso es frágil, sin apenas producirse flecha o deformación apreciable, e inevitable. El bloque traccionado, representado por T en la figura, no puede ser sustituido por la aportación de otro material y el equilibrio, si σtrac = σ resistencia material , ya no es posible. El caso de la figura 2.1 es, evidentemente, el de una pieza isostática, sin más recursos resistentes. El primitivo constructor debió sufrir en sus carnes la experiencia de alguna de estas roturas y aguzó el ingenio para dar respuesta al problema. Una solución se muestra en la figura 2.2, correspondiente al caso de un dintel continuo. Salvar la luz L completa exigiría disponer una pieza de un canto para el que la tensión máxima no rebasase la resistencia a tracción. El momento correspondiente sería

Si se dispone de un apoyo intermedio, en continuidad, el momento máximo pasa a ser de

es decir, la cuarta parte del anterior. Con ese recurso, relativamente intuitivo, se pudo salvar el vano con una única losa de menor canto y, por consiguiente, de menor peso. Si σtrac = σ => T = 0

resistencia material

=> colapso

* Este condicionante constructivo raramente se halla descrito en los textos de historia del arte y de arquitectura, dando la falsa impresión de que la elección de las formas era completamente libre o, cuando menos, sólo cuestión de modas.

En la figura 2.3 se representa la solución de disponer una pieza de mayor canto y, lo que es más ingenioso, de canto variable aumentando hacia la sección central, de mayor momento flector solicitante. Haciendo uso de la conocida fórmula de Navier (válida porque el régimen de tensiones y deformaciones es aún lineal) resulta que la tensión de tracción en la fibra inferior, suponiendo sección transversal rectangular, viene dada por

Figura 2.2 Dintel continuo en la cueva de Menga, Málaga (L=6 m)

lo que equivale a decir que, a igualdad de cargas (y, por tanto, de momentos), la pieza más económica, para tensión de tracción aproximadamente constante en cualquier sección, es la que presenta una variación parabólica del canto, como la de la Puerta de los Leones de la figura 2.3. Las “absurdas” formas adinteladas A pesar de todo lo dicho, no deja de ser evidente que la elección de la piedra para funcionar como pieza en flexión simple no es buena; en la práctica, es preciso acudir a dinteles cortos y de mucho canto, tanto por razones mecánicas como constructivas. Ejemplos de ello se muestran en las figuras 2.4 y 2.5.

Figura 2.3 Puerta de los Leones en Micenas

Figura 2.4 Templo de Luxor: ejemplo de formas adinteladas de piezas cortas y poco esbeltas (reducida relación L/h o luz/canto)

Figura 2.5. Configuración típica de un templo dórico: columnas, capiteles y un arquitrabe poderoso, corto y nada esbelto pero bello

Figura 2.6 Partenón de Atenas Geometría real introducida para que la percepción del ojo humano sea de horizontalidad. Si se construyera horizontal, las zonas centrales se percibirían indeseablemente deprimidas.

Para que se perciba así (1), hay que construir asi (2). Si se construyera horizontal, se percibiría así (3) (Auguste Choisy)

La figura 2.6 muestra otro ejemplo paradigmático de la arquitectura adintelada. La arquitectura clásica griega, luego asimilada por Roma y convertida en referente de belleza y armonía, utilizó profusamente el dintel de piedra, acudiendo a ingeniosísimos sistemas para conferir a la estructura la esbeltez que las piezas no le daban. En la propia figura 2.6 se muestra la deliberada incurvación con que los clásicos dotaban al dintel del frontispicio para que la percepción del espectador fuera, paradójicamente, la de la línea recta fugada. Bajo el disfraz de la geometría, alcanzó el tosco dintel de piedra, limitado mecánicamente como se ha puesto de manifiesto más arriba, las más altas cotas de hermosura constructiva. No debiera escapar este hecho al ingeniero, que debe estar atento a todos los recursos de que dispone para resolver un problema que no sólo es resistente, sino también arquitectónico* y simbólico.

* No es que lo “arquitectónico” no sea resistente. Al contrario, la “arquitectura” es un concepto más amplio y ambicioso que lo meramente resistente y mecánico.

El truco del voladizo sucesivo. La protogénesis del arco Lo que se ha visto hasta ahora muestra dinteles de una sola pieza, que salvan de un salto la luz encomendada. Esto representa una importante limitación constructiva porque exige poderosos medios de transporte e izado de los bloques. Algunas civilizaciones idearon sistemas ingeniosos, que hoy parecen incluso un tanto naïf pero que, indudablemente, contribuyeron a resolver el grave y cotidiano problema constructivo de salvar un vano o cubrir un espacio con piezas de menor tamaño que la luz. La técnica utilizada da los resultados que se aprecian en la figura 2.7. La técnica consiste en hacer que cada hilada de piedra (o ladrillo) vuele un poco más que la anterior, configurando finalmente un llamado “falso arco” o “falsa bóveda”, que no son tan falsos, aunque sí heterodoxos porque el intradós no responde a las formas curvas al uso, ni las juntas se disponen ortogonalmente a la línea de presiones. Muchos han visto en esta solución, utilizada por civilizaciones que no parecen haber tenido contactos entre sí, la protogénesis -el origen- del arco y de la bóveda de cañón, proyección de la directriz definida por el arco en la dirección perpendicular al plano que contiene al arco. Desde el punto de vista mecánico, las piezas funcionan en compresión, aunque con excentricidades, de manera más cómoda que los torturados dinteles, condicionados por la debilidad de sus zonas traccionadas. Figura 2.7 Entrada al Tesoro de Atreo (Micenas)

En la figura 2.8 se muestra la exaltación de la "falsa bóveda" o la "falsa cúpula" (ver también la figura 1.2) y el esquema resistente asociado. Como puede verse, en cada punto de la "trayectoria" de las compresiones C según los meridianos de la cúpula, se hace preciso contar, para garantizar el equilibrio, con una componente horizontal H que no supere el valor V, siendo V la componente vertical y m el coeficiente de rozamiento. Este ejemplo constituye una excelente muestra de cómo es posible salvar una luz o cubrir un espacio con un material que resiste apreciables compresiones y, a priori, nulas tracciones, pues las juntas verticales entre bloques constituyen de facto una discontinuidad en la transmisión de tracciones. Lo mismo le pasa al hormigón fisurado.

Figura 2.8 Esquema resistente del conjunto, en el que juega un papel determinante la fuerza de rozamiento y, consiguientemente, al efecto favorable del peso. El diámetro en arranques es de 14,5 m y la altura 13,2 m.

La genial invención del arco La sublimación arquitectónica e ingenieril del artificio de salvar una distancia con piezas de dimensión menor viene representada por el arco, y por sus hermanas tridimensionales la bóveda y la cúpula. Permanentemente acodaladas, sus piezas son capaces de conducir las cargas verticales a los estribos, aprovechando la forma para eludir las tracciones. “El arco nunca duerme”, reza un proverbio árabe, en alusión a su constante estado comprimido y equilibrado, como le sucede al pilar o al soporte, paradigma también del elemento solicitado esencialmente a compresión.

Su copia de la naturaleza (figura 2.9) por parte del constructor, en sentido estructural, resulta menos verosímil que la del tronco del árbol para el dintel (figura 1.3).

Figura 2.9 Arco natural en Biarritz

La nada intuitiva forma de funcionar del arco La figura 2.10 presenta una propuesta que explica el funcionamiento de los sucesivos arcos constituidos al “encadenar” piezas progresivamente más pequeñas, idea atribuida a los etruscos, aunque hay testimonios mesopotámicos anteriores (4º milenio a.C.), como se ve en la figura 2.11, que muestra dovelas (ladrillos) dispuestas radialmente, siguiendo una configuración más correcta.

El denominador común es la necesidad de movilizar reacciones horizontales que equilibren el empuje horizontal que todo arco genera. Mediante estos estribos que aportan el contrarresto horizontal necesario se hace posible, en efecto, que el arco trabaje como pieza esencialmente comprimida. En la figura 2.12 se presenta el caso de un arco de medio punto sometido a la acción de una carga más o menos puntual en clave. Como puede apreciarse -es un ensayo de fotoelasticidad-, las compresiones no siguen la trayectoria de la semicircunferencia correspondiente a la directriz del arco, sino que se separan de ella.

Figura 2.10 Génesis del arco por acodalamiento sucesivo de piezas de tamaños cada vez menores

Figura 2.11 Arco sumerio Ur

Figura 2.12 Concepto de excentricidad Trayectoria de compresiones

Ello se traduce en la existencia de una compresión, sí, pero excéntrica, como la que se representa en la parte izquierda de la misma figura 2.12. En ella puede verse cómo la existencia de una compresión, superpuesta a una flexión, hace que, aunque existan momentos, la tensión final en la fibra menos comprimida sea aún de compresión. Tampoco es raro que se produzcan diagramas de tensiones que dejen una parte de la sección en tracción o, mejor dicho, en estado neutro, porque, naturalmente, las juntas no pueden asumir las tracciones y las dovelas simplemente se separan. Aun así, el equilibrio es aún posible en sección fisurada gracias a la existencia de la benefactora compresión proporcionada por el esfuerzo axil. Lo mismo sucede con el hormigón.

La “idolatría” de la perfección geométrica y estética. El disfraz de la geometría frente a la idoneidad resistente A pesar de que, como se ha explicado y se ilustra en la figura 2.12, la forma eficaz del arco casi nunca coincide con su forma real, la Humanidad ha tenido un respeto reverencial por las formas canónicas establecidas por la Historia. La figura 2.13 muestra un caso revelador. El criterio esencialmente analógico seguido por los constructores de la Antigüedad les llevó a creer que las formas geométricamente “perfectas” (cuadrados, rectángulos áureos, círculos, etc.) constituían asimismo formas resistentemente perfectas, como perfectos son los astros. En el puente de la figura 2.13 la cimentación está formada por una contrabóveda que cierra el círculo y, por tanto, la perfección. A esta situación no escaparon inicialmente las estructuras de hormigón, aunque se liberarán de tales atavismos a partir de los años 20 del s. XX.

Figura 2.13 Representación del alzado / sección longitudinal del puente Fabritius, en Roma

La magia del gótico y las muletas La Historia de la Construcción en piedra o ladrillo tiene un hito relevante en la arquitectura gótica, posiblemente una de las aportaciones más brillantes en ese terreno que haya hecho Occidente. Movidos por el afán de espiritualidad y, a la par, de exhibición de poder de una sociedad que abandonaba el feudalismo oscurantista y se abría, poco a poco, hacia un pensamiento liberal y humanista, los constructores góticos alzaron unas estructuras en las que hicieron gala de un profundo conocimiento del funcionamiento estructural de sus complejas catedrales, como se esquematiza en la figura 2.14. Algunos, entre ellos famosos novelistas, han visto en los arbotantes y botareles de la construcción gótica clásica una muestra de que los constructores hubieron de acudir al auxilio de muletas para poder garantizar el equilibrio. La expresión, un tanto desdeñosa, no empaña el hecho genial de aquellos constructores que supieron luchar contra las tracciones, distribuyendo sabiamente masas y rigideces para servir el propósito arquitectónico de erigir una construcción ligera, elevada y económica. Aunque estos comentarios se refieren a una construcción en piedra, merece la pena destacar cómo la astucia desplegada por aquellos constructores, menos dotados de herramientas teóricas, de cálculo y de construcción que los ingenieros y arquitectos modernos, puede ser empleada también hoy, para todo tipo de tipologías estructurales y materiales constructivos, entre los que se encuentra el hormigón estructural.

Figura 2.14 Esquema de la mitad de la sección transversal de una catedral gótica. Se aprecia el delicado sistema de empujes según el cual los botareles o contrafuertes extremos son los responsables de asumir las fuerzas horizontales, a base de mucho canto y la ayuda de la carga vertical (pináculos). Las pilas, muy esbeltas, son verdaderas bielas que transmiten, con poca excentricidad las cargas verticales a la cimentación. Los arbotantes son un ingenioso sistema de transmisión de compresiones (bielas), con forma de arco para poder contrarrestar la acción de su peso propio.

La aplicación de las matemáticas. El racionalismo

Figura 2.15 Figuras de Leonardo da Vinci para medir el empuje de los arcos en cada una de sus dovelas (izquierda) y en los arranques, para diferentes rebajamientos (relaciones flecha/luz). Los arcos más rebajados comportan mayores axiles y mayores empujes contra los estribos.

El siguiente hito que acerca el problema, poco a poco, al Hormigón Estructural y a otros materiales estructurales, es el de la irrupción de las Matemáticas y la Física a partir del Barroco, s. XVII. Hay, sin embargo, un precedente genial, 150 años antes, del inefable Leonardo da Vinci (figura 2.15), quien fue capaz de desarrollar procedimientos empirico-analíticos, basados en la Geometría para evaluar el empuje de los arcos, según su rebajamiento, con el fin de dimensionar de manera correcta los estribos. Hasta entonces, las reglas de proyecto y los métodos constructivos se habían basado en el empirismo y en la fe ciega y reverencial en la geometría, engañosa como se ha visto. El sistema de prueba y error había sido el único procedimiento con el que se habían validado geniales intuiciones estructurales, pero el desarrollo de las Matemáticas y los primeros principios de la Mecánica dieron pronto frutos “tecnológicos” en construcción, cuyos profesionales empezaban a combinar el arte y el conocimiento que se venían reclamando desde el final de la Edad Media (Ars sine scientia nihil est, según J. Mignot, s. XIV). En la figura 2.16 se presenta la conocida figura utilizada por Poleni para explicar el funcionamiento óptimo del arco a partir de la premisa fundamental de que estará construido con un material apto para resistir compresiones, pero no tracciones. La idea parte de Gregory, según el cual la catenaria es la forma de equilibrio que adopta una cadena, cuyos eslabones sólo pueden transmitir tracciones de uno a otro, sometida a su peso propio. La imagen especular de tal catenaria, o antifunicular, se corresponde precisamente con la forma de equilibrio que adoptan piezas yuxtapuestas que sólo transmiten compresiones.

Figura 2.16 Explicación de Poleni (s. XVII) del antifunicular de las cargas, es decir, de la línea de presiones, en la cúpula de S. Pedro de Roma durante los trabajos de evaluación estructural y refuerzo. Primer ejemplo histórico de aplicación del cálculo a un problema estructural

La idea de seguridad estructural tiene también su origen en esas reflexiones, en la medida en que una construcción que contenga inscrita en su contorno estructural una forma antifunicular será estable, y no lo será en caso contrario.

La extraña y genial combinación de sinceridad estructural y fantasía Las figuras 2.17 y 2.18 muestran sendos ejemplos representativos de actuaciones de la época modernista, suponiendo que Gaudí pudiera encuadrarse en ella, como si no tuviera personalidad propia suficiente. Esa época es rica en el empleo de materiales que sólo resisten adecuadamente compresiones y con los que, sin embargo, se han construido formas estructurales llenas de sabiduría constructiva y gran belleza plástica. El empleo de puntales inclinados de fábrica (figura 2.17 derecha) responde a la voluntad deliberada -por

entonces ya existía el acero- de construir sólo con materiales pétreos o cerámicos, jugando con sus formas para buscar estados de compresión simple o compuesta. Opina el Prof. Franco Mola, de la Universidad de Milán, que la Historia de la Construcción se halla dominada por un extenso periodo, que viene a concluir con la irrupción de la estructura metálica en el s. XIX, en el que el constructor se enfrenta continuamente a luchar contra las tracciones o, más inteligentemente, a eludirlas adoptando formas y procesos constructivos que las minimicen.

Figuras 2.17 A la izquierda, modelo antifunicular empleado por Gaudí en la Sagrada Familia. Ejemplo de proyecto “analógico”. Gaudí construía modelos reducidos funiculares en los que los cables representaban las directrices de las piezas y sus pesos se simulaban mediante sacos de arena, calibrados a la escala conveniente. Arriba a la derecha, los jardines del parque Güell en Barcelona. Figura 2.18 Bóvedas tabicadas tendidas por albañiles expertos con rasilla y yeso, sin cimbra, sin un gramo de acero, confiando todo a la forma y al correcto estribado de sus extremos. Ejemplo de ancestral aplicación del antifunicular.

Viene ahora a colación el caso del dintel de piedra (figura 2.19) que pasó de ser una viga bi-empotrada a un arco “plano”. El dintel de la figura 2.19 fue, originalmente, de una sola pieza. Su enjarje con el resto de la fábrica le otorgó la condición de elemento bi-empotrado, funcionando con momentos (pL2/12) en los apoyos y (pL2/24) en el

vano, siendo L la luz y p la carga actuante. Los primeros planos de fractura se produjeron, con toda probabilidad, en los empotramientos, pues el momento era mayor. Seguidamente, quiso el dintel funcionar como biapoyado (al reducirse a cero el valor del momento resistido en apoyos), con (pL2/8). Este valor, mayor incluso que los anteriores, provocó inmediatamente la fractura en el centro del vano. Esta situación se refleja

Figuras 2.19 El Escorial. El dintel de piedra que pasó de ser viga biempotrada (arriba) a un arco de dos dovelas o bielas (abajo). Este último mecanismo resistente es el que explica que, formadas tres rótulas, no se haya producido el colapso.

en la pieza que está encima del dintel, que también se ha roto al pasar a ser resistente y recibir las cargas superiores. La parte inferior de la figura 2.19 muestra el mecanismo resistente que se genera y que explica, gracias a la gran robustez de los estribos, que no se haya producido el colapso del dintel. En efecto, se han movilizado dos bielas (que también se movilizan en las piezas de hormigón) en el seno de los dos semidinteles, acodalándose y confiando su estabilidad a los contrarrestos que proporcionan los estribos.

Esta forma de funcionamiento era bien conocida por los antiguos, dando lugar al dintel adovelado o arco plano inscrito en el rectángulo del falso dintel que lo alberga (figura 2.20), tan frecuente en la arquitectura.

Figura 2.20 Dintel adovelado de piedra en la catedral de Coria. Línea de presiones (lugar geométrico de paso de la resultante).

EVOLUCIÓN DEL EMPLEO DEL HORMIGÓN A LO LARGO DE LA HISTORIA Del hormigón romano (opus caementitum, formicus, concretus) al hormigón moderno (concrete, Beton, betão, calcestruzzo). En español también concreto, garujo, derretido Las páginas anteriores se han dedicado especialmente a glosar el ingenioso sistema de salvar luces y resistir flexiones combinando astutamente formas, procesos constructivos y distribuciones de masas y rigideces para construir con materiales de nula o despreciable resistencia a tracción, como es el caso del hormigón en masa. Toca ahora presentar cómo se ha ido desarrollando la presencia del hormigón, como material de construcción, a lo largo de la historia.

Figura 3.1 Ejemplo de “hormigón natural” u hormigón configurado a base de áridos ligados entre sí por un cemento natural. El conjunto constituye una nueva roca.

Los romanos, referencia obligada cuando se habla del origen de casi cualquier cosa, se referían a las construcciones como opus caementitium, en la que el caementum era el ligante con el que se amasaba arena y áridos con agua hasta obtener una concreción, mezcla maleable, apta para tomar la forma del molde en el que se vertía. Las cursivas no latinas utilizadas tienen estrecha relación con las palabras latinas concretus (concreción de partículas amalgamadas) y formicus*, de las que derivan el concrete de los sajones o el concreto de algunos países hispanoamericanos, y el hormigón (de material formáceo, al que se puede dar forma con el molde), respectivamente. La naturaleza brinda algunos ejemplos de “hormigón natural”, o concreción de áridos cementados por algún ligante natural (frecuentemente carbonatos, ayudados por temperaturas y presiones telúricas, debidas a fenómenos geológicos), como es el caso de la figura 3.1. La construcción en hormigón tiene un antecedente en el tapial (figura 3.2) y el adobe, predecesor, a su vez, del ladrillo (a partir del cuarto milenio a.C.). El tapial comparte con el hormigón su cualidad de formáceo, de monolítico y, por la adición de fibras naturales que le dan cohesión (y cierta capacidad para admitir tracciones), se parece también al hormigón armado en el que las fibras son las barras de acero. Del desarrollo de la fábrica de mampostería, sillería o ladrillo se sirvió el hormigón para el perfeccionamiento del elemento cementante, así como de las formas constructivas que se han reseñado en el capítulo anterior. * El término hormigón tiene su raíz en la palabra latina formicus, aplicada a los cuerpos cuyo material es susceptible de adoptar una forma impuesta previamente. El vocablo concreto, empleado en muchos países iberoamericanos, tiene su origen, como la voz sajona concrete, en la palabra latina concretus, con la que se designa la acumulación de partículas que se unen para formar masas. Sin embargo, en palabras del Prof. Páez, el término hormigón resulta más evocador y profundo. En efecto, esta cualidad formácea ha conferido a este material -roca artificial- unas posibilidades estructurales que, en manos de los técnicos, los constructores y los artistas, rebasa con creces la condición de mero sustitutivo de la piedra para convertirse, en conjunción con las armaduras, en material insustituible en la mayor parte de las manifestaciones de la ingeniería y la arquitectura.

Figura 3.2 A la derecha, ejemplo de construcción con tapial en África. A la izquierda, construcción en tapial prensado en encofrado de madera.

En las construcciones de fábrica el mortero juega un importante papel como elemento que sella las juntas entre bloques y que, además, reparte las cargas de manera más uniforme en las zonas de contacto entre aquéllos, dada la gran dificultad de construir “a hueso”, es decir, sillares tan perfectamente labrados que se pueda asegurar el contacto uniforme entre piezas. Históricamente, se utilizó en primer lugar la arcilla natural, y luego el yeso (a partir de unos 6.500 años a.C., en Asia Menor). En Palestina, unos 7.000 años a.C., se utilizaban morteros a base de cal apagada (hidróxido cálcico) que fraguaba lentamente a medida que, reaccionando con el dióxido de carbono del aire y el vapor de agua, se formaba carbonato cálcico, estable y resistente. También en Mesopotamia se emplearon, hacia el año 3000 a.C., morteros a base de betún. Los fenicios utilizaban (siglo III a.C.) morteros hidráulicos a base de arena, cal, cenizas volcánicas y agua, que tenían la propiedad de fraguar bajo el agua.

En Roma se utilizó también cemento natural (puzolana), que tenía la importante propiedad, ya mencionada, de fraguar bajo el agua (conglomerante hidráulico) y de hacerlo más deprisa que los morteros de cal. Los ingenieros romanos utilizaban ya morteros de cal, e incluso de cal hidráulica, para sus obras públicas. Se trataba de una mezcla de cal y de cenizas volcánicas de la región de Pouzzoli (en la que se ubica el Vesubio), que tenía las propiedades de un cemento actual, es decir, gran resistencia a la compresión, a los agentes atmosféricos y al agua. Este tipo de mezcla aún se usa hoy en Italia para hormigonados bajo el agua. La figura 3.3 muestra diversos ejemplos de la construcción de bóvedas romanas de hormigón en masa, especialmente para instalaciones hidráulicas de abastecimiento de agua y cloacas, pero también para termas, basílicas y palacios.

Figuras 3.3 A la derecha, representación de la construcción de una bóveda romana de hormigón con verdugadas (hiladas) de ladrillo, con cimbra y encofrado, tal y como se haría hoy mismo. En la imagen superior derecha se muestran diferentes secciones transversales tipo en las que se puede detectar la presencia de fábrica sola, hormigón en masa únicamente o soluciones mixtas. La foto inferior, correspondiente a una bóveda, muestra las huellas del encofrado de tablas de madera, como si se hubiese ejecutado ayer.

Figuras 3.4 Fragmento de una obra hidráulica en opus reticulatum u opus incertum, a base de hojas exteriores de fábrica que actúan como encofrado y un relleno interior de hormigón en masa.

En la foto de la figura 3.4 se aprecia otro vestigio de una obra romana de hormigón. Las hojas exteriores de fábrica (opus reticulatum) son el encofrado de un relleno interior de hormigón cuyas huellas en el orificio de paso o clave de la bóveda son aún patentes. La figura 3.5 ofrece un ejemplo de la presencia del hormigón romano en obras portuarias, con muy buena salud. La sillería exterior, que sirvió como encofrado, ha desaparecido en parte por el expolio posterior sufrido, dejando a la vista un excelente hormigón vertido in situ. El sistema constructivo de fábrica hormigonada y “autoencofrada”, documentado por Vitruvio, y conocida por opus caementitium se presenta en la figura 3.6.

Figura 3.5 Hormigón vertido entre las hojas exteriores de fábrica en el puerto romano de Ampurias (Gerona).

Figura 3.6 Opus caementitium típica romana. Entre las dos hojas de ladrillos aplantillados de forma triangular en planta, salvo en las esquinas, se vertían tongadas de hormigón romano, configurando un conjunto monolítico y muy bien trabado.

No tan conocido es el hecho de que los romanos, precisamente en obras portuarias, desarrollaron procedimientos constructivos que pueden ser considerados precursores de la prefabricación. En la figura 3.7 se muestra el procedimiento constructivo para la construcción de un dique.

Figura 3.7 Bloque de hormigón, con carcasa-encofrado de fábrica, para la construcción de diques (Vitruvio).

Sobre una plataforma sustentada sobre pilotes, se monta un cajón cuya parte delantera se rellena con arena. Sobre la parte superior se construye un recinto con sillería y en el interior se vierte hormigón. Cuando éste ha endurecido, se libera el paramento del cajón que sustenta a la arena, provocando la inestabilidad del bloque así prefabricado, que cae al fondo del mar. El dique se va construyendo con la aportación sucesiva de bloques de este tipo, que no podrían ser de piedra por las dificultades de transporte desde cantera. El hormigón fue empleado por los romanos también en cimentaciones. Es también poco conocido que el impresionante Coliseo de Roma fue cimentado sobre una losa de hormigón en forma de corona elíptica (los ejes de la elipse que configura el anfiteatro miden 188 y 156 m) de 12 m de espesor y 52 m de ancho, dadas las malas condiciones del terreno de cimentación (figura 3.8).

Figura 3.8 Coliseo de Roma. Una de las primeras aplicaciones del hormigón en la construcción de una losa de cimentación dadas las malas características del terreno.

En todo caso, no cabe duda de que el hormigón romano alcanzó su expresión culminante en una emblemática construcción: el Panteón de Roma (figura 3.9). No es el único edificio, ni mucho menos, en el que los romanos utilizaron “su” hormigón, pero sí es el más representativo. Récord del mundo durante 1.800 años, la cúpula salva una luz de 43,30 m. Su configuración interna es la de una esfera inscrita y tangente a la solera del impresionante espacio. Su óculo superior, abierto, de unos 9 m de diámetro, permite la entrada de la luz a este mágico espacio. En el Panteón, los constructores romanos hicieron gala de un excepcional conocimiento del comportamiento de las cúpulas y de unos medios constructivos impresionantes, pues hubieron de encofrar, a más de

40 m de altura, el hormigón utilizado en la construcción. Los casetones en los que está dividido el intradós realzan geométricamente el conjunto, al tiempo que lo aligeran. Para disminuir el peso, los constructores dispusieron, sabiamente, ánforas vacías a modo de aligeramientos en la parte alta de la cúpula. El gran tambor sobre el que se alza la cúpula tiene entre 6 y 7 m de espesor, lo que asegura el confinamiento que precisa la cúpula para su estabilidad. La sección transversal de la cúpula, como se ve en la figura 3.9, es variable, con 1,60 m de canto en la zona alta y un gran recrecido en la parte inferior, lo que contribuye, por peso (y el rozamiento que éste genera) a resistir las tracciones circunferenciales que se generan y que dan lugar (figura 3.10) a grietas según los meridianos.

Figura 3.9 Panteón de Agripa (Roma, 118-128 d.C). En el frontispicio del templo se puede leer una noble inscripción, alusiva a Agripa como su verdadero constructor, dado que lo que ahora se ve, igualmente romano, se erigió sobre la anterior edificación de 25 a.C. tras el incendio que sufriera la primera construcción.

Figura 3.10 Esquema resistente de una cúpula, con compresiones Nj según los meridianos y compresiones circunferenciales en el casquete superior (hasta el paralelo situado a 52º desde el eje de revolución) y tracciones circunferenciales a partir de ese paralelo hasta los arranques, como las que se muestran en la figura superior izquierda.

Figura 3.11 Interior y croquis de Santa Sofía (Constantinopla)

El ejemplo del Panteón -templo dedicado a todos los dioses, a todas las religiones, idea reveladora del sincretismo romano- perduró aunque no en Occidente (sobre cuyo suelo se extendió el nublado de la Alta Edad Media) sino en Bizancio. La cúpula de Hagia Sophia (Templo de la Sagrada Sabiduría, más conocida por Santa Sofía) responde a las mismas ideas conceptuales que las del Panteón de Roma, aunque con dos diferencias esenciales. La primera es que los bizantinos utilizaron ladrillo, y no hormigón. La segunda es que la altura a la que se alza la cúpula es mucho mayor y sus condiciones de apoyo, sobre pechinas que resuelven el paso de la planta cuadrada a la circular, son también diferentes. Esto último se notó en que la cúpula sufrió diversos avatares de colapsos totales y parciales. La figura 3.11 presenta una vista inferior de la cúpula y un esquema del conjunto de elementos existentes en Santa Sofía. La figura 3.12 muestra el aspecto interior de otro templo de influencia bizantina: S. Marcos de Venecia. Se aprecia, como en la figura 3.11, que en el arranque de la cúpula los constructores se atrevieron a abrir huecos de iluminación. Este detalle no es meramente formal. Contiene un mensaje de gran interés para los ingenieros: si no es posible eludir un fenómeno físico, aprovéchese la circunstancia con otra finalidad. En efecto, la existencia de tracciones circunferenciales en los arranques (figura 3.10) da lugar a aberturas (fisuras o grietas) que pueden convertirse, por la mano del proyectista y constructor, en huecos de iluminación. Naturalmente, eso sólo es posible si se es capaz de estribar, es decir, de conferir confinamiento a la cúpula para que sus “gajos” no se abran más. En el hormigón estructural no es posible evitar la fisuración, pero sí controlar la magnitud de la abertura de las fisuras mediante disposiciones adecuadas de armado; ni es posible evitar las deformaciones, flechas, pero a veces se pueden disponer contraflechas.

Figura 3.12 Interior de San Marcos de Venecia

Olvido de la “receta” hasta el s. XVIII. Redescubrimiento del cemento hidráulico El hormigón romano no fue redescubierto hasta cerca de 1.300 años después de la caída del Imperio. Naturalmente que se siguió construyendo, y en los apartados anteriores se han hecho referencias a las aportaciones de los constructores góticos y, ya en el Barroco, a la irrupción de las Matemáticas y la Física. Sin embargo, el hormigón como tal ya no se volvió a emplear. Es cierto que se utilizaron rellenos o calicanto (cal y canto) con áridos, generalmente de tamaño decimétrico, arena y conglomerante, a base de cal apagada, como en el interior de las pilas de las catedrales o en el trasdós de las bóvedas de los puentes (ver figura 3.13) pero el cemento hidráulico no fue redescubierto hasta finales del s. XVIII.

Figura 3.13 Relleno del interior de las pilas torales de la Catedral de León. Demetrio de los Ríos (hacia 1877): calicanto

La técnica de los morteros hidráulicos, olvidada desde los tiempos de Roma, fue recuperada en el siglo XVIII, cuando se redescubrieron los cementos naturales fabricados a partir de cenizas, o bien provenientes de rocas margosas. Así, entre 1756 y 1759, John Smeaton construyó en Inglaterra el faro de Eddystone con un mortero hidráulico fabricado con puzolana traída desde Italia (figura 3.14).

Figuras 3.14 Faro de Eddystone (Inglaterra). El mortero empleado en la construcción de su fábrica de sillería fue el primero que contó con la aportación del cemento pórtland.

Los progresos más importantes no surgen hasta comienzos del siglo XIX cuando Vicat, con ocasión de la construcción del puente de Souillac, sobre el río Dordogne, entre 1812 y 1816, inventó la fabricación del cemento artificial por vía húmeda. Relata Stiglat que Vicat, que tenía 26 años, se planteó la posibilidad de fabricar “cemento romano” en la construcción de ese puente, dada la gran dificultad que tenía la ejecución de la cimentación de ese puente, con corrientes de hasta 6 m/s. Dadas las dificultades de financiación (Francia se hallaba inmersa en guerras contra todo el mundo, merced a los esfuerzos europeizadores de Napoleón, no bien correspondidos por las monarquías del momento), Vicat tuvo tiempo y ganas de ensayar diferentes proporciones de caliza y arcillas en la fabricación de cementos. Aunque el puente de Souillac (figura 3.15) no es de hormigón, sino de fábrica, puede decirse que en esta obra se sientan las bases para el empleo real de conglomerantes hidráulicos artificiales (a diferencia de los romanos, que eran naturales) como ligante en obras de fábrica. Sin este avance no habría podido imaginarse el hormigón estructural moderno, que nacería apenas un par de décadas después. Aunque los progresos fundamentales previos se debieron a las investigaciones realizadas a finales de siglo XVIII por Michaelis y Le Chatelier, casi simultáneamente a los trabajos de Vicat, el ingeniero Inglés Joseph Aspdin patentó, en 1824, un cemento artificial, que bautizó con el nombre de Portland por su similitud, una vez endurecido, con la roca de Portland, Inglaterra. En 1840 se construyó la primera fábrica de cemento pórtland en Boulogne, Francia. A partir de 1850, comenzó a fabricarse industrialmente en Gran Bretaña, y desde 1853, en Alemania. En efecto, fue Joseph Apsdin quien reutilizó los cementos naturales o puzolánicos y produjo por primera vez un cemento hidráulico, a partir de la calcinación de calizas (de la zona de Portland, en Inglaterra) y arcillas, lo que dio lugar a compuestos tipo silicato y aluminato, amén de hidróxidos de cal y magnesio ávidos de agua y estables sólo después de reaccionar con ésta.

Figura 3.15 Puente de Suillac, sobre el río Dordogne, Francia (1812-1816). Primera aplicación de los conglomerantes hidráulicos artificiales a partir de los trabajos de su ingeniero proyectista: Louis Vicat.

La Revolución Industrial de finales del s. XVIII y comienzos del XIX, con la invención de la máquina de vapor, trae consigo la necesidad de construir ferrocarriles, ampliar los puertos y obras marítimas, erigir nuevas instalaciones como silos, naves de almacenamiento, etc. Todo ello estimula el empleo del hormigón a la romana, pero ceñido a elementos de cimentación como zapatas, soleras, canales, emisarios, diques y otras obras portuarias. En todos los casos se trata de hormigón en masa, sustitutivo cómodo y económico de la piedra. La propia industria fabrica cemento a gran escala y el uso del hormigón se generaliza. En España se menciona ya el hormigón en los primeros artículos de la Revista de Obras Públicas, editada desde 1853.

LA ARMADURA QUE DA FIBRA A LA PIEDRA

La irrupción de materiales resistentes a tracción

Figura 4.1 Grapas de hierro para coser los sillares del puente Fabritius en Roma

Ya se ha expuesto cómo el empleo de materiales pétreos tales como la piedra, el ladrillo, el tapial o el hormigón en masa, forzó a los proyectistas y constructores a idear formas estructurales y procedimientos constructivos que eludieran la aparición de las parásitas tracciones que no sabían resistir. Los griegos utilizaron grapas de hierro para coser los sillares, lo que constituye un ejemplo de alianza entre un material apto para compresiones y otro adecuado para las tracciones o para asegurar el efecto pasador de cosido entre piezas. Se han encontrado también encadenados de ladrillos en las construcciones mesopotámicas y asirias, lo que podría considerarse un anticipo de colaboración entre un material resistente a tracción, el metal, y uno que no lo es, la fábrica. Es también el caso de las grapas con las que se han venido cosiendo los sillares en muchas construcciones de fábrica (figura 4.1).

Asimismo se ha hecho referencia a la presencia de fibras en el adobe y en el tapial (fibras vegetales en forma de paja), capaces de conferir cohesión, esto es, un cierto incremento en la resistencia a tracción. La figura 4.2 muestra el caso de la construcción de fábrica de adobe armada con caña para mejorar el comportamiento sísmico de las construcciones, técnica utilizada aún hoy en El Salvador. El prof. Vasconcelos, de la Universidad de São Paulo, afirma que, además del empleo relativamente profuso del hormigón en masa por parte de los romanos, se han encontrado indicios que permiten sospechar que conocían algunas propiedades del hormigón armado. Según Vasconcelos, durante la restauración de las termas de Caracalla, en Roma, se detectó la existencia de barras de bronce, dentro de la argamasa de puzolana, precisamente en aquellos puntos en que la luz del vano a salvar era mayor que la de los cánones establecidos en la época.

Figura 4.2 Construcción contemporánea de fábrica armada con caña (El Salvador, 2002)

Otro ejemplo, más instructivo ahora, es el de la reparación y refuerzo de S. Pedro de Roma. A mediados del s. XVII, las grandes grietas existentes según los meridianos y en la parte alta del tambor de la cúpula de la Basílica obligaron a convocar de un concurso internacional para salvar de la ruina a la impresionante estructura. Figura 4.3 Explicación mecánica de Poleni acerca del eventual colapso de la cúpula de S. Pedro y del tambor que la sustenta: “gajos” cuya cinemática pone en evidencia la necesidad de añadir un elemento o zuncho traccionado, materializado por una cadena cuyos eslabones se muestran en la parte derecha de la figura

En la figura 2.16 se mostraron el funicular y el antifunicular como herramientas para entender el equilibrio de una bóveda. Se añadía después que la estabilidad del conjunto exige garantizar el correcto estribado y confinamiento de los arranques, lo que se materializó (figura 4.3) por medio de una cadena de hierro forjado puesta en carga de manera particularmente ingeniosa, por lo que hasta cabría hablar de “pretensado”, según se explica después. Lo interesante ahora es destacar la inteligente simbiosis de

piedra (apta para la compresión) y el metal (apto para la tracción), que dará sus frutos especialmente en el hormigón armado y, luego, pretensado. La figura 4.4 muestra otro caso curioso, coincidente con el final de la Ilustración, en plena eclosión de las Escuelas Técnicas de Ingenieros y Arquitectos. A finales del s. XVIII, poco antes de la Revolución Francesa, se proyecta la construcción de la iglesia parisina de Santa Genoveva, convertida poco después en el

Panteón de Hombres Ilustres de Francia. Participan en la concepción estructural y arquitectónica Soufflot y Rondelet, quienes, ante la necesidad de salvar un vano relativamente importante, deciden resolver el problema mediante un recurso que podría calificarse de “fábrica armada”. Consiste en la disposición de un conjunto de barras longitudinales y transversales, a semejanza de la moderna ferralla de las piezas de hormigón armado, solo que al revés, puesto que, en el hormigón moderno, primero se dispone la ferralla y, luego, se vierte el hormigón que ha de endurecer. Figura 4.4 “Fábrica armada” de los dinteles del Panteón de París, curioso ejemplo de hormigón a la inversa. Mientras en el hormigón moderno se dispone la ferralla en primer lugar y luego se hormigona el conjunto, en este caso se procedió a disponer la fábrica y luego enhebrar las barras.

En este Panteón, se horadaron las dovelas de piedra y en sus orificios se enhebraron, una a una, dichas barras. La misión de las barras longitudinales era la de mantener unidas las dovelas (no está claro que se pretendiera absorber tracciones), mientras que las barras transversales se dispusieron para colgar las dovelas, de igual manera que se disponen estribos en las piezas de hormigón para resistir el esfuerzo cortante.

En la Inglaterra de la explosión de la Revolución Industrial y del desarrollo de una ingeniería pragmática y valiente, quizás por mor de ese desarrollo o por idiosincrasia, surgió la figura de Brunel, quien entendió la viabilidad de un trabajo conjunto fábrica-metal. Planteó, en 1835, un ensayo como el que se presenta en la figura 4.5. Se trata de una doble ménsula, con un contrapeso en el lado corto. La sección transversal está armada con flejes metálicos en los tendeles de la fábrica, asumiendo las tracciones que la fábrica, ciertamente, no puede resistir. Por otra parte, la compresión de la cara inferior de la ménsula es resistida perfectamente por la fábrica.

Figura 4.5 Experimento de Brunel con fábrica armada. Un doble voladizo, el corto con contrapeso, con una sección como la indicada, con flejes metálicos situados en los tendeles de la fábrica de ladrillo. Se trata de un caso pionero en fábrica armada

El experimento, enteramente original, permaneció en pie unos tres años, pero una violenta tormenta acompañada de vientos huracanados ciertamente excepcionales dio al traste con el ensayo. Algunos colegas envidiosos de Brunel, en lugar de imputar la caída al viento transversal, atribuyeron el colapso al fallo del experimento, argumento que prosperó entre los círculos técnicos. Aquel golpe de infortunio retrasó en un par de décadas lo que, por otra parte, resultaba inevitable: la aparición de la fábrica armada y, con ella, el hormigón armado. Cabe destacar del experimento de Brunel otro detalle de enorme importancia: la ineludible necesidad de contar con la adherencia entre metal y mortero para asegurar la transferencia de las tracciones de uno a otro material.

Como se ha visto, la idea de hacer colaborar conjuntamente un material válido para compresiones y otro material adecuado para las tracciones no es nueva. De los griegos a los inventores del hormigón armado, pasando por civilizaciones antiguas de diferentes continentes -que han utilizado fibras vegetales en los adobes o en el tapial para conferir cohesión y, en definitiva, capacidad resistente a tracción-, el empleo de metales para resistir tracciones ha estado siempre presente. El problema era económico y de disponibilidad de materiales aptos. La Revolución Industrial fue capaz de proporcionar al mercado tanto cemento como acero en cantidades industriales, especialmente a partir de mediados del s. XIX, cuando Bessemer introdujo el convertidor que lleva su nombre.

El estrambótico origen del hormigón armado Muchos textos atribuyen a Monier, jardinero de Versalles, la invención del hormigón armado de manera poco menos que casual o involuntaria (figura 5.1). Todo apunta a que fue otro francés, Louis Lambot, quien presentó a la Exposición Universal de París de 1854 una barca de hormigón (figura 4.6) que debió observar Monier. Su inventor agregó a la pared de hormigón que configuraba el casco de la embarcación una malla de armadura, formada por barras de sección rectangular, en forma de tela de gallinero. Junto al prototipo, Lambot presentó una memoria explicativa (figura 4.7) en la que, de manera muy poco clara desde el punto de vista técnico, pretendía justificar lo que, por otra parte parece hasta intuitivo: la armadura de hierro o acero proporciona cohesión, trabazón al conjunto. El camino hacia el hormigón estructural quedaba abierto al desarrollo de los intrépidos. Figura 4.6 Barca de Lambot. Primera pieza de hormigón armado

Figura 4.7 Esquema de armado contenido en la memoria explicativa de Lambot

PRIMERAS REALIZACIONES BAJO PATENTE

Como ya se ha dicho, la barca de Lambot (1814-1887) fue exhibida en la Exposición de París de 1854. Para entonces, el empleo del hormigón armado debía de haberse extendido en buena medida, como prueba el hecho de que el ingeniero francés Malot, encargado de considerar la solicitud de patente por parte de Lambot, estimó que las construcciones ya ejecutadas con este material eran tan simples y naturales que no se justificaba la concesión de patentes. Lambot debió insistir tanto que, finalmente, le fue concedida la dichosa patente. En el documento acreditativo aparece, aparte de la barca, el diseño de algo parecido a una viga de hormigón armado y a un soporte de sección rectangular con cuatro barras de hierro (fig. 4.7).

Parece que el citado Monier (1823-1906) visita la Exposición de París. Su notable sentido pragmático y comercial le lleva en seguida a discurrir que la técnica de construcción de la barca puede ser la misma que permita la construcción de jardineras e, incluso, paneles en celosía formados por mortero armado para quioscos, pabellones y elementos decorativos. En 1867 patenta una jardinera de mortero de cemento armado con varillas de acero de pequeño diámetro (figura 5.1).

Figura 5.1 Monier y una jardinera de mortero armado. A la derecha, detalles de su patente, con armaduras dispuestas con más que dudoso sentido resistente

Figura 5.2 Detalles de armado de diferentes objetos de patente de Monier: tuberías, canales, cisternas, ovoides de saneamiento, etc.

De forma progresiva, entre 1868 y 1875, extiende su patente a tuberías, puentes y pasarelas, depósitos (figura 5.2) y hasta féretros. La figura 5.2 muestra diversos ejemplos de desarrollos poco tecnificados pero que harían millonario al jardinero francés. La figura 5.2 presenta diferentes detalles de otros tantos “inventos” en hormigón armado de la patente de Monier. Destacan un depósito de 120 m3 en Bougival (1872) y el primer puente de hormigón armado del mundo, en el parque del palacio del Marqués de Tilliers de Chazélet (1875), que consistía en una pasarela en arco, muy rebajado, para peatones de 16,5 m de luz y 4 m de ancho (figura 5.3). En 1884, Monier vende las licencias obtenidas a Austria y Alemania, donde fueron compradas por los ingenieros Gustav-Adolf Wayss (1851-1917) y Conrad Freitag (1846-1921), de la firma Wayss und Freitag. Tras vender su patente a la casa alemana Monier entró en decadencia y murió en la miseria.

todo la indicada en la parte central de la figura, con la armadura dispuesta con trazado poligonal, por razones parecidas a las expuestas al presentar el canto variable del dintel de la figura 2.3, están llenas de sentido, especialmente si se piensa en que la armadura hace tanto más falta cuanto mayor es el momento flector. Wilkinson se percató de que la armadura, en forma de alambres en su caso, había de disponerse en las zonas del forjado en que aparecían tracciones, lo que sucede, en tramos bi-apoyados, en la cara inferior. Su forjado apareció en el mercado con el reclamo de que las construcciones de este tipo eran resistentes al fuego. Además, para aligerar el peso, utilizaba escorias como áridos.

Figura 5.4 Aspectos de la patente de Wilkinson para armadura de forjados de edificación

A partir de la compra de la patente por los mencionados ingenieros, las armaduras, dispuestas inicialmente con más intuición que juicio técnico, empiezan a situarse como aconsejan las reglas de la Mecánica y, sobre todo, la experiencia. Con todo, probablemente deba atribuirse al inglés William Wilkinson el mérito de patentar por primera vez algo verdaderamente estructural. En 1854 obtuvo una patente para forjados de hormigón armado, cuya síntesis se muestra en la figura 5.4. Estas propuestas -sobre

Figura 5.3 Primer puente de hormigón armado del mundo, según la patente de Monier. Chazelet, 1875, 16,5 m de luz

Figura 5.5 Las disposiciones de armado, adelantadas para su tiempo, de François Coignet en su patente de 1855

En 1852, François Coignet imaginó recubrir perfiles metálicos con hormigón para fabricar una terraza en St. Denis, publicando nueve años más tarde una memoria sobre el arte de fabricar hormigón y el interés que tenía el incorporarle unas armaduras. Su patente, de 1855 (figura 5.5), muestra unas muy sensatas disposiciones de armado de diferentes elementos estructurales, así como la existencia de “barras levantadas” para resistir el esfuerzo cortante. Coignet pasó también a la Historia por ser el primero en escribir un libro sobre hormigón armado: Les bétons agglomérés appliqués à l’art de bâtir, publicado en 1861. Este trabajo contribuyó de manera decisiva a la masiva difusión de este nuevo material estructural. En los Estados Unidos aparece también una patente, prácticamente simultánea con la de Monier en Europa, presentada por el abogado e ingeniero Taddeus Hyatt (figura 5.6), quien, a diferencia de su coetáneo Monier, no murió en la miseria, sino gozando de los beneficios derivados de los derechos de su patente.

Figura 5.6 Patente de Hyatt. Llama la atención la corrección de las armaduras dispuestas. En la parte superior, una armadura longitudinal, para resistir la flexión, y unas transversales para resistir el cortante -mucho menos intuitivo-. En la parte inferior, para resolver simultáneamente el problema de la flexión y el cortante, Hyatt propone “levantar” la armadura longitudinal, si bien se olvida de llevar la armadura hasta el apoyo.

Hyatt realiza una serie de ensayos cuyas conclusiones no se publicaron, sin embargo, hasta 1877. Con notable intuición y sentido estructural, este pionero del hormigón armado disponía las barras de acero en las zonas de tracción, levantándolas cerca de los soportes (figura 5.6), como hace Wilkinson (figura 5.4) y anclándolas adecuadamente en la zona de compresión. Además, Hyatt dispone armadura transversal, vertical, en las zonas próximas a los apoyos, como Coignet (figura 5.5). Entre otras conclusiones, el americano estableció que la relación de módulos de deformación acero/ hormigón se situaba en torno a 20, que el coeficiente de dilatación térmica es prácticamente igual en ambos materiales y que se trataba de un material resistente al fuego. Entre 1860 y 1890 se suceden diversas patentes, cuyas diferencias son cada vez menores, aunque ninguna de ellas profundiza en el conocimiento verdadero de los mecanismos resistentes de las estructuras de hormigón, triunfando o fracasando más por la competitividad de sus precios o lo acertado de su política comercial que por su tecnología.

Figura 5.7 Casa Ward. Ejemplo pionero en EE.UU de casa en hormigón

A finales del s. XIX, el hormigón armado da síntomas de competir con los procedimientos convencionales en las estructuras de edificación, a base de madera o de perfilería metálica y una solera superior de hormigón. La casa Ward (figura 5.7), construida por William E. Ward en Port Chester, Nueva York, en los primeros años de la década de 1870, es un ejemplo de edificio con estructura de hormigón, aunque su apariencia externa sea completamente convencional para los cánones de la época.

Entre las ventajas que se aducen para justificar el empleo del hormigón estructural (sólo hormigón armado todavía) están las de su aparente insensibilidad al fuego, especialmente si se compara con las estructuras con forjados de madera o con viguetas metálicas. También se presenta como definitiva ventaja el que las estructuras de hormigón no precisan de mantenimiento alguno, a diferencia de las estructuras metálicas, con las que compite ferozmente, que requieren de sucesivas capas de pintura para asegurar la protección contra la corrosión. Como oportunamente se verá, no es tan cierto que las estructuras de hormigón tengan vida ilimitada por durabilidad (corrosión, entre otras cosas), sino que la experiencia de cerca de 100 años en el empleo de hormigón en masa, como se ha visto, en obras portuarias, hidráulicas y todo tipo de cimentaciones, permitía augurar un excelente comportamiento en el tiempo de las estructuras de hormigón armado.

Muestrario del material “nacido para resistir y perdurar” Así las cosas, hacia 1890 decide otro francés, Hennebique, invertir toda su fortuna y diez años de trabajos previos, hasta 1900, en estudiar el comportamiento de las estructuras de hormigón, definir correctamente la posición de las armaduras y toda clase de detalles de armado y, no menos importante, plantear una campaña publicitaria en toda regla para convencer a la opinión pública de las posibilidades y ventajas del “nuevo material”. La figura 5.8 muestra un ejemplo de un panel explicativo con fotografías y ejemplos de realizaciones concretas

Figura 5.8 Panel divulgativo de Hennebique para la difusión de su patente en béton armé, en la que recoge ejemplos de realizaciones diversas en puentes, cisternas y canalizaciones, silos, obras marítimas, edificación, construcciones industriales y otro tipo de obras.

Figura 5.9 Ejemplos de los ensayos documentados de Hennebique. Además de servir de base para el conocimiento experimental del comportamiento de estas construcciones, las fotos eran, por sí mismas, poderosos argumentos de venta.

La apuesta de Hennebique triunfó, por seria, rigurosa y convincente. A partir de comienzos del s. XX el empleo del hormigón armado se generaliza por todo el mundo, en abierta competencia con las construcciones metálicas y con las de fábrica. El francés no regateó esfuerzos económicos ni medios para conocer el comportamiento de este tipo de estructuras (figura 5.9) con el fin de disponer siempre de una respuesta ante cualquier duda que surgiera. Su oficina de proyectos (figura 5.10), verdadero soporte técnico del sistema, realizó muchos estudios y proyectos para Francia y el mundo entero. De su evolución, a partir de 1910 aproximadamente, estuvo muy pendiente el español José Eugenio Ribera, quien luego explotaría el sistema Hennebique en España bajo franquicia.

Figura 5.10 Oficina de proyectos de Hennebique a comienzos del s. XX

No cabe la menor duda de que los trabajos de Hennebique fueron fundamentales para la profundización del conocimiento y la divulgación de esta técnica, sometida aún a los derechos de patente. En la figura 5.11 se muestra un ejemplo de armado de un forjado y de una viga de una estructura de edificación que bien podrían responder al patrón considerado convencional actualmente.

Figura 5.11 Ejemplo del armado de una losa y de una viga de hormigón según la documentación de Hennebique

En la figura 5.12 se muestra otro ejemplo de configuración “moderna” de un edificio de hormigón: cimentación, pilares, jácenas y losa. El sistema tuvo aceptación inmediata y, sustentado en una base suficiente, compitió exitosamente con los viejos procedimientos, tanto en edificación como en obra civil. Naturalmente, no fue sólo el hormigón el material de moda. También el acero para armaduras vio incrementada su demanda y, por tanto, se hizo con un hueco importante en el mercado, como acredita la figura 5.13, en la que se muestra el detalle publicitario de diferentes tipos de barras.

Figura 5.12 Ejemplo de configuración típica para un edificio de hormigón armado, según la propuesta, ciertamente moderna, de Hennebique

Figura 5.13 Propaganda de diferentes tipos de barras para armado de piezas de hormigón (EE.UU, década de 1920). Obsérvese que se propone el empleo de barras con nervios transversales o corrugas, o de barras inicialmente de sección cuadrada y luego torsionadas para conseguir, en definitiva, la aparición de unos resaltos que, como anticipaba la intuición, proporcionaban una suerte de anclaje mecánico (equiparable al mecanismo de rosca en los tornillos) más adecuada que la simple adherencia de las barras lisas que, por razones esencialmente económicas, se emplearon hasta prácticamente mediada la década de 1960-70.

Figura 5.14 Ejemplo de pasarela de hormigón en Bremen (Könen, 1890)

En aquel momento, los hormigones dan resistencias del orden de 10 MPa y el acero alrededor de 100 – 200 MPa pero no se conocen sus curvas tensióndeformación (especialmente del hormigón), ni los mecanismos de adherencia, fundamentales para entender el hormigón estructural. Las resistencias mecánicas eran, pues, unas 3 veces menores, aproximadamente, que los hormigones ordinarios y aceros de armar de comienzos del s. XXI. En cuanto a los módulos de deformación longitudinal (llamado módulo “elástico”), los valores no han crecido hasta ahora en la misma proporción. Mientras el módulo del acero no ha variado, apenas se ha multiplicado por dos el del hormigón. En obra civil o en construcción industrial comienzan a observarse ejemplos de realizaciones que, poco a poco, adquieren naturaleza propia, una vez liberadas de las formas y concepciones típicas de las estructuras metálicas. La figura 5.14 muestra un notable ejemplo de pasarela de hormigón en Bremen (1890), de la que es autor Könen, en la que la forma estructural se presenta ya exenta, sin vínculos formales con las convencionales estructuras de fábrica. En la figura 5.15 se presenta, asimismo, otro ejemplo en el que se expresan las prestaciones que las estructuras de hormigón pueden dar en comparación con las metálicas. En estas últimas -como en las estructuras de madera-, los enlaces constituyen el verdadero talón de Aquiles del conjunto, lo que impedía, en la práctica, acudir a estructuras aporticadas de nudos rígidos. Como se ve en la figura 5.15, la rigidez de los nudos -que también son puntos delicados de las estructuras de hormigón, conviene no olvidarlo- se manifiesta explícitamente, de manera diríase que hasta pedagógica.

Figura 5.15 Ejemplo de construcción industrial de hormigón resuelta con pórticos de nudos rígidos

La competencia con la estructura metálica Otro aspecto que es preciso tener presente es el del contexto del momento tecnológico que se vive a finales del s. XIX y comienzos del s. XX. Como se ha anunciado más arriba, las estructuras metálicas responden al ideal del material moderno, ligero y robusto que, además, simboliza el progreso de la sociedad occidental. Además, el acero responde muy bien, en el rango de trabajo al que se le ciñe en el formato de seguridad de la época, al planteamiento elástico y lineal que los estudios del momento han venido predicando: desde Navier hasta Castigliano, pasando por Mohr y otras egregias figuras de la teoría de estructuras. La nobleza de su comportamiento y el hecho de simbolizar un material moderno hizo del acero estructural el paradigma de la ingeniería moderna. La figura 5.16 muestra el caso ilustrativo de cómo es posible materializar con acero los modelos de cálculo ya muy bien estudiados en la Resistencia de Materiales. El dominio de esa disciplina, así como la puesta a punto de técnicas constructivas completamente innovadoras (roblonado, construcción de cimentaciones mediante cajones de aire comprimido, avance en voladizo sucesivo, etc.) hicieron de la estructura metálica el estandarte de la gran obra de ingeniería y de arquitectura. Sin embargo, el hormigón estructural va ganando terreno poco a poco. Sin querer competir inicialmente con el acero estructural, cubriendo cada vez mejor su ámbito de utilización inmediato, el hormigón estructural se presenta con marchamo de solidez, de indiferencia frente al fuego y al paso del tiempo, a diferencia del acero, que se ve muy afectado en los incendios y requiere de continuo mantenimiento para prevenir la corrosión. Consciente de sus limitaciones, el hormigón no se resigna al ostracismo y se va liberando de aquéllas hasta cobrar carta de naturaleza. El nuevo siglo, el XX, lo utiliza como instrumento de la superación del ya caduco s. XIX.

Figuras 5.16 La figura superior muestra la fotografía divulgativa que los autores del soberbio Firth of Forth, Escocia (abajo), hicieron para representar el esquema estático, sencillo, de la gran estructura. En la página siguiente, rótulas en los arranques de los soportes de una gran estructura metálica en París.

Javier Rui-Wamba, gran ingeniero y filósofo de las estructuras (y de otras cosas) sitúa el hormigón estructural en el contexto de las edades estructurales, como se indica en la figura 5.17, de su puño y letra. Podría decirse, sin afán de competir pero sí de dejar constancia de un hecho cierto, que el hormigón estructural ha sido el protagonista del hecho constructivo del s. XX.

y expresivos. Piénsese que las desafiantes estructuras metálicas están cimentadas sobre zapatas, pozos o encepados de hormigón, o que los pisos de los edificios de estructura metálica, eran de hormigón ya a mediados del s. XIX. De hecho, el hormigón armado y, más tarde, el hormigón pretensado son el resultado genial -aunque puede ahora resultar obvio- de la alianza sinérgica de hormigón y acero.

Llegados a este punto conviene advertir que, como recuerda también Javier Rui-Wamba, la dialéctica presuntamente opuesta y competidora entre diversos materiales estructurales es necia y estéril. Los materiales, en manos del ingeniero, no compiten, sino que aportan diferentes cualidades y, lejos de llevarse mal, se complementan. “Cada material tiene su etopeya” escribió E. Torroja, y para eso están el ingeniero y el arquitecto, para saber explotar sus recursos resistentes

Es un hecho, además, como señala el Prof. García Meseguer, que “la aparición de un nuevo material nunca desplaza al anterior; antes bien, tiene como efecto descubrir la verdadera esencia (y el verdadero campo de aplicación) del material anterior, que resulta así más valorado". Esto es así en cualquier ámbito: arte, vida, etc. A título de ejemplo, la aparición de la fotografía permitió que se revitalizase la pintura; la de la TV, el cine, etc.

Figura 5.17 Las edades estructurales. El sitio del hormigón (Javier Rui-Wamba)

PRIMEROS ESTUDIOS DE COMPORTAMIENTO Y DE DIMENSIONAMIENTO

La herencia condicionante de los materiales “nobles” La introducción de la patente Monier (Monierbau) en Austria y Alemania fue acogida, al comienzo, con desconfianza. Para vencerla, Wayss comienza, en 1886, a realizar los primeros ensayos de laboratorio en Berlín. Se demuestra que los arcos armados según la patente Monier resisten una carga puntual tres veces superior a la de los arcos idénticos de hormigón no armado, cuando dicha carga se sitúa en riñones. Estos ensayos son presenciados por el representante del Ministerio de Construcción, Könen, quien reconoce claramente el efecto de las armaduras, que absorben las tracciones que el hormigón no puede resistir. Con el estímulo de los ensayos de Berlín, se realizan numerosas pruebas experimentales en Austria y Alemania (Breslau, Colonia, Múnich) para analizar el comportamiento del hormigón reforzado con hierro. Las primeras teorías y métodos de cálculo son publicadas por Könen y Wayss en 1886. Un año más tarde, Wayss y Bauschinger publican los resultados experimentales obtenidos. Sus conclusiones son las siguientes:

En Austria y Alemania siguen haciéndose ensayos para investigar el funcionamiento y la capacidad portante de este nuevo material y, antes de finalizar el siglo XIX, se formulan ya las primeras reglas, de carácter oficial, con las que se puede construir con cierta seguridad. En otros países, como EE.UU., la publicación de artículos sobre el hormigón armado fue muy escasa entre 1860 y 1900, dado que las reglas de diseño y construcción en hormigón armado se consideraban secreto comercial. Sin embargo, en dicha época, la construcción de estructuras de hormigón armado estaba muy extendida en los Estados Unidos. En cuanto a la formulación teórica, es preciso admitir que los primeros pasos de las reglas de proyecto para las estructuras de hormigón siguen la huella de los materiales metálicos, el hierro y el acero, para los que, como se ha explicado, se habían desarrollado ya completos procedimientos de cálculo basados en la teoría de la Elasticidad, a la que esos materiales se adaptaban como un guante (la Plasticidad no se desarrollaría formalmente hasta los años 30 y 40 del s. XX).

1. Entre el hormigón y el acero existe una adherencia de magnitud considerable. 2. Incluso con cambios de temperatura notables y rápidos, no se produce una separación entre el hierro y el hormigón circundante. 3. Las armaduras insertadas en el hormigón permanecen completamente pulidas y exentas de óxido tras un periodo de tiempo prolongado.

Adoptar como propias para una nueva disciplina las hipótesis y criterios de otra, presuntamente similar, está muy arraigado en la historia del progreso, tanto en las formas como en el fondo, aunque, a veces, da pie a la comisión de errores. Así sucedió con el hormigón, al que aplicaron los primeros estudiosos los principios de la Resistencia de Materiales. La figura 6.1 muestra, a título de ejemplo, cómo dos ingenieros prestigiosos* y deseosos de sentar las bases del tratamiento correcto de las estructuras de hormigón, cometieron un error de bulto: situar en el baricentro de la sección completa la fibra neutra asociada a la flexión simple en sección fisurada. El simple planteamiento de las ecuaciones de equilibrio, compatibilidad de deformaciones y constitutivas de los materiales, muestra cómo la profundidad del bloque comprimido no es igual a la mitad del canto (d/2), cosa que sí sucede con las piezas metálicas simétricas y que se comportan igualmente en tracción que en compresión.

Figura 6.1 La errónea hipótesis de Könen y Wayss acerca de la posición de la fibra neutra en una sección rectangular de hormigón armado: la afirmación de que la fibra neutra se sitúa a medio canto cuando el hormigón se ha fisurado atenta contra el equilibrio de la sección.

La Historia suele ser indulgente con los pioneros por sus primeros errores (no así con los seguidores, incluidos los alumnos de las Escuelas, obligados a conocer y aprender de los errores del pasado). Así sucedió con personajes de la talla de Galileo Galilei, quien proclamó que la fibra neutra de una pieza sometida a flexión se situaba en torno al “centro de rotación”, que él suponía localizado en el punto B, fibra inferior, de la figura 6.2, una ménsula sometida a flexión simple. Coetáneos de Wayss, Könen y Bauschinger, e igualmente atraídos por las posibilidades del hormigón con armaduras, son Mörsch, Ritter, Möller (Alemania), Considère y el mencionado Hennebique (Francia), Melan (Austria) o Wunsch y Emperger (Hungría), autores de ensayos y de los primeros artículos y propuestas para el dimensionamiento de las piezas de hormigón. Ellos, situados en la charnela que articula los siglos XIX y XX, son los autores de los primeros libros “modernos” sobre el nuevo material, abordando el problema del cálculo desde un punto de vista racional y no sólo empírico. A los libros de Taylor y Thomson (Concrete Plain and Reinforced) y al primer tomo del libro de Mörsch (ver capítulo 7), siguen los trabajos de Saliger, Loser, Whitney, Pucher y otros.

* Wayss había adquirido los derechos de la patente del Sistema Monier, y se ocupó de ensayar y sistematizar los conocimientos y reglas de proyecto del sistema. Encontró en Könen, ingeniero al servicio del Estado prusiano, un funcionario interesado en el sistema y en su correcta aplicación. Juntos realizaron ensayos y redactaron propuestas que acabarían por ser la base de la normativa prusiana (1904), una de las primeras del mundo.

Figura 6.2 Famoso error de Galileo (s. XVII), no reparado hasta finales del s. XVIII y comienzos del XIX, por Bernouilli y Navier, según el cual la fibra neutra de una pieza flectada se situaba en el punto B o fibra de apoyo y contacto con el empotramiento.

En la figura 6.3 se presentan diferentes propuestas para el análisis de una sección de hormigón sometida a tensiones normales (flexo-compresión y compresión compuesta). Como puede observarse, los proponentes de diferentes distribuciones de tensiones tienen en cuenta de distinta manera la contribución, en su caso, del hormigón traccionado, e incluso adelantan distribuciones de tensiones en la zona comprimida que anuncian un comportamiento que se aparta del elástico lineal.

Las contribuciones de los grandes pioneros no se ciñeron sólo a aclarar los aspectos relacionados con las tensiones normales (perpendiculares a la sección) y que son las más fáciles de estudiar porque “se dejan” enmarcar sin excesivas dificultades en la satisfacción de las ecuaciones de equilibrio, compatibilidad y tensióndeformación, sino las tangenciales (paralelas a la sección transversal) debidas a cortante y torsión.

Una forma equilibrada de entender el comportamiento de elementos de hormigón estructural

y controlada en términos de tensiones de los materiales, muy en la línea de los métodos gráficos (estática gráfica) de la época para las estructuras metálicas en celosía y, curiosamente, para las estructuras de piedra de las grandes bóvedas del momento.

Figura 6.3 Propuestas de diferentes autores, todos pioneros en la modelización del comportamiento de las estructuras de hormigón, para las distribuciones de tensiones tanto en la zona comprimida como traccionada

Figura 6.4 Modelo de bielas propuesto por Ritter (1899) para explicar el funcionamiento de las piezas de hormigón armado tanto a esfuerzo cortante como flexión.

Cabe citar al respecto las figuras de Ritter y Mörsch, quienes, sin contacto previo inicialmente, desarrollaron de manera prácticamente simultánea una teoría, la de las bielas y tirantes, cuya potencia se proyecta hacia el presente y el futuro de estas estructuras. Es importante observar cómo su planteamiento fue netamente ingenieril. En efecto, acuciados por la necesidad de dar respuesta a un problema complejo (el de la distribución de tensiones tangenciales en las piezas de hormigón, especialmente en el caso fisurado), no pretendieron hacer un planteamiento analítico “perfecto”, al estilo del desarrollado para el caso de tensiones normales, sino que se contentaron con dar con una solución equilibrada

Mediante esta aproximación, el proyectista (Ritter es el autor, en 1899, de la propuesta de la figura 6.4) configura, en el seno de la pieza, un conjunto de barras -bielas, referidas al hormigón comprimido, y tirantes, referidos a las armaduras traccionadas- que representan, de manera simplificada, el flujo de fuerzas internas que equilibran a las externas. Ese planteamiento sigue hoy plenamente vigente.

La figura 6.5 muestra un resumen de los resultados de Mörsch (1902). Sus ensayos siguen sirviendo, más de un siglo después, para entender el comportamiento de estas piezas masivas (no formadas por barras, como las estructuras metálicas) frente a solicitaciones de torsión.

Figura 6.5 Resumen de los ensayos de Mörsch sobre piezas torsionadas sin armadura y con diferentes distribuciones de barras longitudinales y transversales. (síntesis de F. Leonhardt)

Figura 6.6 Puente del Risorgimento, en Roma, de 100 m de luz en 1910-1911

Figura 6.7 Cúpula de la Sala del Centenario en Breslau (hoy Wroclaw, Polonia), de Max Berg (1912). Primera construcción que bate el record del Panteón de Roma en cuanto a luz (65 frente a 44 m) en solución no metálica, aunque se trate de una configuración estructural de nervios y no estrictamente de una cúpula 3D.

A comienzos del siglo XX se publican las primeras instrucciones francesas y alemanas. Los métodos de cálculo permiten tratar el problema del dimensionamiento a flexión y cortante; se sabe que el hormigón se contrae durante su proceso de fraguado y endurecimiento -retracción-, y los constructores son capaces de hacer hormigones cada vez de mejor calidad, guiados por su experiencia y ayudados por la progresiva calidad de los cementos producidos por la industria. Otros problemas, como el de la fluencia del hormigón bajo carga, comienzan a ser detectados y estudiados por aquellas fechas (Freyssinet concluye la construcción del puente de Le Veurdre, en el que inventa la operación de apertura de la clave, en 1913, como se relatará más adelante). Algunas realizaciones importantes, como el puente del Risorgimento (figura 6.6) y la cúpula de la Sala del Centenario en Breslau (figura 6.7), alcanzan tanto eco que, en los años previos a la Gran Guerra, puede decirse que la del hormigón armado es una técnica bien conocida, aunque su aprovechamiento como material estructural sea aún limitado.

La difusión y la docencia En los primeros años del s. XX se encuentra tan arraigado el empleo del hormigón estructural que su docencia en las escuelas técnicas está también ya asentada. Llama la atención la confianza que inspiró a los españoles el empleo del hormigón estructural. En 1910, cuando aún no se habían construido edificios o puentes dignos de mención en España, se instituye la Cátedra de Hormigón en la Escuela Especial de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Su primer titular fue Juan Manuel de Zafra, quien era ya catedrático de Puertos. Precisamente el empleo masivo del hormigón en las obras marítimas desde hacía más de cincuenta años, un preclaro sentido del futuro que aguardaba a este material y la perseverancia de su proponente, consiguieron incluir esta asignatura en el plan de estudios. La medida fue todo un acierto, como prueba el hecho de que los ingenieros españoles pronto destacarían internacionalmente en el proyecto y la construcción de estructuras de hormigón. Juan Manuel de Zafra editó unos magníficos apuntes cuya portada se presenta en la figura 6.8. Desde la conclusión de la Primera Guerra Mundial, las realizaciones de estructuras de hormigón armado evolucionan a partir de las líneas propuestas por una serie de ingenieros, que explotan dos conceptos muy importantes relacionados con este material estructural: su cualidad como material formáceo y la búsqueda de nuevas tipologías estructurales, que adecuan su trabajo a las características de este material.

Figura 6.8 Portada de los apuntes preparados por Juan Manuel de Zafra (1914), primer catedrático de Hormigón en la Escuela de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Madrid (única de España hasta la década de 1960)

PERSONAJES QUE ENCARNAN LA HISTORIA DEL HORMIGÓN

La historia del hormigón estructural moderno se ha querido dibujar aquí a base de unos pocos pero definidos trazos, más o menos cronológicos, asociados a las figuras de un elenco de personajes que han configurado la peripecia de este material: desde la racionalización de los estudios de Mörsch y la adquisición de personalidad propia, a través de Robert Maillart, los trabajos de Franz Dischinger, riguroso académico e ingeniero aplicado, a la arquitectura racionalista de la Bauhaus, o de Frank Lloyd Wright, pasando por las figuras geniales de Eduardo Torroja y Eugène Freyssinet, padre del pretensado y de los sistemas constructivos, hasta ingenieros como Nervi y arquitectos como Niemeyer, o nuestros Fernández Casado y Fisac, respectivamente.

Naturalmente, no están todos los que son. Como en cualquier otra disciplina el progreso del hormigón estructural se ha ido forjando gracias a la contribución de profesionales, ingenieros y arquitectos principalmente, que, de forma explícita o anónima, han ido conformando una disciplina cuajada de ejemplos de buen hacer. Desde proyectistas hasta constructores, pasando por investigadores y docentes, artistas y funcionarios…

Ya ha sido citada la figura de Emil Mörsch (1872–1950), proyectista, docente, investigador y divulgador de las esencias resistentes del “nuevo material”. Hombre modesto y bonachón, a pesar de la fiereza de la foto del margen, entregado a su familia y a su profesión, Mörsch trabajó primero para los ferrocarriles suevos, pero fue pronto fichado por la también mencionada firma Wayss und Freitag, en 1901, como ingeniero jefe y responsable de la línea de investigación de esta empresa, iniciada hacía varios lustros cuando se hizo con los derechos de la patente Monier.

La racionalización del conocimiento

Mörsch proyectó y construyó diversas estructuras, destacando el soberbio puente de Grünwald, sobre el río Isar (figura 7.1), cimentado sobre la sólida base de un profundo conocimiento de las cualidades resistentes del hormigón. Su teoría se basaba en la hipótesis, contrastada con ensayos, de que el lugar geométrico de las fibras deformadas es un plano (hipótesis de Navier–Bernoulli), en la validez de la ley de Hooke para los dos materiales (hormigón y acero) y, finalmente, en la adherencia perfecta de ambos materiales, de forma que, en la zona de contacto:

Figura 7.1 Puente de Grünwald, sobre el Isar, obra del joven Mörsch (1904). El puente consta de dos arcos de 70 m de luz y 8 de anchura.

Esas hipótesis son las mismas que se siguen utilizando más de un siglo después. Otro campo, en el que resultó aún más pionero, fue el del cortante y la torsión (figura 6.5). La figura 7.2 muestra una de las figuras de su explicación del fenómeno. En 1903 Mörsch formó parte de la comisión que redactó las primeras normas alemanas, publicadas en 1904. Ese mismo año se trasladó a Zurich para hacerse cargo de la cátedra de un “todo uno” que englobaba Resistencia de Materiales, estructuras de hormigón y puentes. Su estancia en Suiza coincide con el periodo más fructífero de su vida. En 1908 regresa Mörsch a Stuttgart y a “su” Wayss und Freitag, de la que ya no se separará. Catedrático en la capital sueva (1916), publica su obra cumbre Der Eisenbeton. Seine Theorie und Anwendung (“Hormigón armado. Teoría y práctica”), cuyo título refleja una de las máximas de su vida: “no hay nada más práctico que una buena teoría”. Maestro de maestros (Bonatz y Leonhardt se cuentan entre sus discípulos), mantuvo una científica y encendida polémica con Franz Dischinger hasta el final de sus días.

Figura 7.2 Identificación del modo de rotura de cortante y distribución de tensiones tangenciales (parte inferior) en una sección

El hormigón estructural adquiere personalidad propia

Robert Maillart (1872-1940) es uno de esos ingenieros geniales que representan un antes y un después en la ingeniería. Protagonista de una vida personal digna del mejor guión cinematográfico, Maillart convirtió en arte, con personalidad propia, el proyecto y la construcción en hormigón estructural. La figura 7.3 muestra una vista del puente de Stauffacher, en Zurich, encargo del Ayuntamiento de la ciudad. Maillart concibió una bóveda tri-articulada, solución ensayada con éxito en la estructura metálica (figura 5.16), pero apenas planteada explícitamente en obras de fábrica. Como puede verse, sobre el trasdós de la bóveda, Maillart levantó unos tabiques que darían soporte a la plataforma, también de hormigón armado. Aunque mediante este sistema se obtuvo un importante ahorro económico y de plazo, el Ayuntamiento obligó a forrar el puente con piedra, como correspondía, según los cánones de la época, a un puente urbano, para el que no resultaba suficientemente digno un puente de hormigón.

La transición desde la ortodoxia decimonónica

Figura 7.3 Puente de Stauffacher (1899). Maillart se vió obligado a camuflar, tras una apariencia ortodoxa, una losa triarticulada de hormigón.

Sólo cuatro años después del puente de Stauffacher, Maillart tiene la oportunidad de proyectar y construir el puente de Zuoz, en el que el hormigón se muestra ya sin pudor alguno (figura 7.4), exponiendo abiertamente sus posibilidades resistentes. Puede afirmarse que el puente de Zuoz, de sección cajón, es un puente moderno, en el sentido de que su apariencia formal es plenamente vigente hoy día. No obstante, Maillart tuvo serios problemas para entender -y, por tanto, para explicarunas extrañas fisuras inclinadas que aparecían en los paramentos verticales (tímpanos o almas), cerca de los estribos. Incapaz de dar con el diagnóstico, Maillart consultó al ya citado Ritter, del Politécnico de Zurich. Varios meses después dio éste la clave: las fisuras oblicuas detectadas tenían su origen en la tracción inducida por el hormigón en las almas (tímpanos) de la sección cajón: hacía falta disponer armadura transversal en cuantía suficiente como para controlar la abertura de tales fisuras. El fenómeno se evidenció, no obstante, sumamente complejo. Tanto y tan mal debió pasarlo Maillart que no volvió a utilizar tímpanos de alma llena, sino aligerada, porque así es posible tener una idea más clara de la posición de los elementos resistentes. La figura 7.5 muestra el caso del emblemático puente de Salginatobel. Maillart hace gala en esta ocasión de pleno dominio del comportamiento de las estructuras y de las posibilidades del hormigón como material estructural. El único -y no pequeño- inconveniente fue el de tener que construir una importante y costosa cimbra. El puente está constituido, como en Stauffacher, por un arco tri-articulado, pero con una inteligente disposición de las rótulas y distribución de los espesores de las piezas, con la condición de que, para las combinaciones concomitantes, la excentricidad se mantuviera en el núcleo central del arco. También como en Stauffacher, Maillart utiliza unos tabiques, esta vez explícitos, de hormigón, para dar soporte a un esbelto tablero del mismo material.

Figura 7.4 Puente de Zuoz (1904). El diseño formalmente moderno de Maillart permite emplear por primera vez la sección cajón de hormigón. No obstante, la fisuración del alma de los tímpanos motivó unas consultas a Ritter, quien imputó la fisuración al esfuerzo cortante.

Figura 7.5 Puente de Salginatobel (1929). Representa la madurez de su autor en el conocimiento de las estructuras, el aprovechamiento máximo de los materiales y el juego relativo de rigideces entre tablero y arco.

Exploración de nuevas tipologías. El contraste experimental

La actividad de Maillart no se redujo al proyecto y construcción de puentes. Su incansable actividad abarcó también la construcción de edificios, naves, depósitos,… La figura 7.6 muestra el caso del empleo, por primera vez, de la losa fungiforme (losa de hormigón, de espesor constante, apoyada en pilares con capitel) con el fin de eludir la frágil rotura por punzonamiento. Ese fenómeno, el de la rotura por perforación de la losa al recibir una carga concentrada -la reacción del pilar sobre la losa- es altamente complejo y de muy difícil valoración analítica. Aún hoy existen diversas teorías y procedimientos que contemplan diferentes tratamientos del problema. Para soslayar la espinosa cuestión teórico-analítica, Maillart actuó como ingeniero al estudiar el problema

por la vía empírica. Empleó sus propios recursos económicos en la construcción y ensayo de prototipos, como se aprecia en la figura 7.6, que permitieran validar, por la vía experimental, los criterios de proyecto. Esa forma de proceder sigue siendo válida hoy día, como recogen los códigos estructurales al uso. Además, la técnica experimental, que él diseñó de manera muy personal, con dispositivos de medida que siguen empleándose en las pruebas de carga de la actualidad, constituía no sólo un sólido aval de sus sistemas, sino una magnífica carta de presentación de su solvencia técnica.

Figura 7.6 La “losa sin vigas” de la izquierda (almacenes Giesshübel, Zurich, 1910) es una losa de hormigón, de espesor constante, apoyada en pilares con capitel. Su aplicación práctica se vio precedida de una extensa e inteligente campaña de experimentación (1908) que avalaba técnica y psicológicamente el invento.

En los Magazzini Generali, Chiasso (1924), exhibió Maillart una prodigiosa plasmación de lo estricto, tan de moda entonces1 , es decir, del cumplimiento de un objetivo resistente con las menores cantidades posibles de material. Para eso, Maillart volvió a hacer gala de un asombroso dominio del comportamiento de las estructuras, en particular del flujo de fuerzas resistentes (figura 7.7). Como recuerda el prof. Corres, no es el resultado de una genial inspiración, sino el fruto paciente de un intenso estudio de las acciones y esfuerzos solicitantes, tras perseverante búsqueda de una equilibrada y estética forma estructural. No deja de recordar esta forma de proceder a la de nuestro Gaudí (figura 2.17).

Merece la pena destacar otra cualidad de Maillart: su perseverancia y su tenacidad. Arruinado su negocio en varias ocasiones, prisionero en la Rusia revolucionaria del final de la Primera Guerra Mundial, donde perdió a su mujer y a él mismo se le dio por muerto, aún fue capaz de levantarse sobre sus cenizas y aportar siempre algo nuevo y asombroso.

No es que ahora hayan pasado de moda las estructuras “estrictas”, sino que otro tipo de costes (mano de obra, encofrados, etc.) han hecho primar o, al menos, matizar, esos objetivos. No es menos cierto que ciertas concesiones formales al ornato han hecho vivir relativamente despreocupados del presupuesto a no pocos proyectistas. 1

Figura 7.7 Magazzini Generali en Chiasso (1924). En esta estructura, de plena madurez creativa e intelectual, Maillart se divierte proponiendo una estructura de mínima cantidad de material -hormigón y acero- que expresa un profundo conocimiento de los mecanismos resistentes de la estructura.

La encarnación de lo estricto estructural en las formas

Figura 7.8 Ensayo de un paraboloide de mínimo espesor (1931) para la casa Dyckerhoff und Widmann AG (DYWIDAG)

Franz Dischinger (1885-1956) representa un hito sereno en el progreso del hormigón. No fue un genio al estilo mediterráneo, pero su teutónica y rigurosa aportación al progreso del hormigón supuso la consolidación del conocimiento y la praxis en hormigón estructural. Discípulo de grandes maestros, Dischinger fue uno de los primeros estudiosos teóricos que realizó su tesis doctoral (Dresde, 1928) en el ámbito del hormigón estructural, sobre el tema de las láminas de hormigón para cubrir grandes espacios. Piénsese que en aquellos años se había desarrollado ya un importante corpus doctrinal, aparato matemático incluido, que permitía resolver el problema analítico del cálculo de las tensiones en superficies tipo membrana y, bajo ciertas condiciones, de láminas. No resulta difícil de entender que el material idóneo para adaptarse a esa circunstancia era el hormigón, precisamente por su cualidad formácea. De ahí que el empleo del hormigón en formas antifuniculares resultase altamente atractivo y sin competencia, en un momento en el que las cimbras y los encofrados no resultaban aún prohibitivamente caros.

Con el apoyo de la empresa para la que trabajaba (Dyckerhoff und Widmann AG), Dischinger realizó una amplia campaña de ensayos que permitió detectar la necesidad de materializar adecuadamente las condiciones de contorno de las láminas, por la presencia de esfuerzos parásitos con indeseables tracciones. La figura 7.8 recoge uno de esos ensayos, convertidos, como ya hicieran Hennebique o Maillart, en convincentes cartas de presentación del producto. De hecho, las cubiertas laminares ganarían adeptos entre los ingenieros y los arquitectos del inmediato futuro, muy en particular Torroja, Nervi o Candela. En 1939, Dischinger publica sus trabajos sobre la predicción analítica de los fenómenos de la retracción y la fluencia del hormigón. Eran conocidos desde hacía más de veinte años (Freyssinet, Torroja, entre otros, los habían sufrido ya), pero fue Dischinger el primero en sistematizar la información, realizar ensayos y proponer un modelo analítico de predicción de tales deformaciones. Esos trabajos estarían vigentes durante más de treinta años.

El racionalismo de la Bauhaus. El maquinismo El racionalismo de la Bauhaus constituye el trampolín perfecto para la utilización del hormigón estructural como material noble, digno de ser expuesto también en la edificación, en el nuevo mundo que surge tras el final de la Gran Guerra, lleno de ingenuo optimismo y de falsa y desigual prosperidad. El “maquinismo” en el que se halla inmersa la fecunda intelectualidad de arquitectos e ingenieros del período de entreguerras, concibe al hormigón como material idóneo para representar la sinceridad de la expresión resistente, moderna e industrial de aquella sociedad efervescente. Uno de los exponentes de esta corriente mundial es Le Corbusier (figura 7.9), para quien la edificación constituía una “máquina para vivir”. Le Corbusier fotografiaba frecuentemente sus edificios junto con automóviles último modelo: mientras éstos eran máquinas para viajar, los primeros constituían máquinas para la vida, también último modelo, con el material de moda: el hormigón estructural. Fundada en la Alemania posterior a la Primera Guerra Mundial por el arquitecto Walter Gropius, liderando un grupo de intelectuales y artistas, la Escuela de Arte Bauhaus (1919-1928) establecía como premisa de partida la integración del arte y la tecnología en beneficio mutuo. La escuela-movimiento promovía el desarrollo de creadores y artesanos, desde la arquitectura al teatro o la tipografía.

Figura 7.9. Casas 14/15 de la urbanización Weißenhof en Stuttgart, 1927, por Le Corbusier.

La belleza de la estructura y su material expuesto con sinceridad. La “máquina para vivir”

Figura 7.10 Ejemplo de arquitectura racionalista de la Bauhaus, que utiliza explícitamente en hormigón como expresión de belleza sincera auspiciada por Walter Gropius. Edificio de éste en Dessau, 1925-1926.

No faltaron miembros de la Bauhaus que situaran al hormigón estructural en el punto de mira de sus preferencias para exhibir sin pudor alguno, todo lo contrario, la desnudez de la estructura como hermosa verdad, como símbolo de una nueva arquitectura y de una estética radicalmente diferente de la clásica o ecléctica de finales del s. XIX y primeros años del XX (hasta la I Guerra Mundial)2. Desde que uno de los capitanes de aquel movimiento arquitectónico, Walter Gropius, declarara que la belleza de las construcciones radicaba en la sinceridad de sus formas y en la expresividad de su fenómeno resistente, el hormigón estructural entró de lleno en el nuevo paisaje de las ciudades y de su entorno, marcando un rumbo a cuya estela sigue, aún hoy, una cierta parte de la arquitectura finisecular y de lo transcurrido del s. XXI

La figura 7.10 muestra una estructura de Gropius de notable parecido con el edificio de la ETS de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Madrid -y con muchos otros edificios-, de una configuración asociada, quizás, al valor que la austeridad de formas se ha venido imputando a los ingenieros.

Otro de los paladines de la causa, el arquitecto vienés Adolf Loos, radical precursor, escribió en 1908 un artículo titulado “Ornato y crimen”, expresivo de la tendencia que preconizaba: “(…) la evolución de la cultura se encamina hacia la eliminación de los adornos en las cosas útiles”. Como en tantos otros momentos de la historia de la estética, la afirmación cobra la validez propia de la vida de un determinado movimiento o ciclo, haciendo verdad lo preconizado ya hacia 1900 por el movimiento de la Secesión vienesa: Der Zeit ihre Kunst, der Kunst ihre Freiheit (A cada tiempo su arte, al arte su libertad). 2

Frank Lloyd Wright (1867-1959) da otro toque genial a la arquitectura en hormigón. Aunque parece evidente que toma buena nota de otras aportaciones, especialmente de la Bauhaus, es innegable que otorga a la arquitectura en hormigón un toque maestro, elegante y distinguido. No cabe duda de que el hormigón es protagonista especial de la ordenación del espacio, de las texturas de sus superficies y de la distribución de los volúmenes. De azarosa vida personal, Frank Lloyd Wright puede ser considerado todo un divo de la arquitectura contemporánea, capaz de mantener un fluido contacto con ingenieros y de apreciar su labor. Baste citar, a título de ejemplo, sus elogios hacia Eduardo Torroja -contemporáneo suyo aunque más joven que el americano-, de quien dijo que poseía la cabeza pensante más poderosa que había conocido. No habiendo obtenido título de arquitecto (empezó como delineante en Chicago, en el estudio de Sullivan), se convirtió en referencia mundial de la arquitectura del s. XX, forjador de un estilo arquitectónico personal, aunque sincrético en lo estructural.

En la Casa de la Cascada (figura 7.11) es fácil advertir la influencia de las premisas de la Bauhaus, o en el Jonson Wax Building (figura 7.12) se percibe el empleo, distinguido y elegante de las losas fungiformes de Maillart. Del ya citado Sullivan, en el pujante Chicago de finales del s. XIX, aprendería Wright una máxima que aplicaría hasta el final de sus días: form follows function (la forma sigue a la función). Ejemplo notable de este principio filosófico de la arquitectura es el Museo Guggenheim de Nueva York (figura 7.13), concluido en octubre de 1959, seis meses después de la muerte de su creador. Para tal configuración formal y funcional, Wright no duda en utilizar nuevamente el material que mejor se adapta a tal deseo: el hormigón estructural.

Figura 7.12 Interior del Johnson Wax Building. Magistral sala hipóstila cubierta con una losa fungiforme. No hay aportación estructural relevante, pues se utilizan procedimientos ya avalados por experiencias anteriores, pero es innegable que Wright hace gala de un gusto exquisito y de un dominio del espacio al servicio del cual el material ideal es el hormigón.

Figura 7.13 Museo Guggenheim de Nueva York. Wright pone al servicio de la nueva concepción museística del momento una construcción original y asombrosa a cuyo esquema resistente se adapta como un guante el hormigón estructural. Figura 7.11 La Casa de la Cascada (1937). Encargo de chalet del padre de uno de sus becarios, este edificio representó para Wright la consagración definitiva en los años de la Gran Depresión. El hormigón era el único material posible para resolver, de forma simultánea, los problemas de creación de volúmenes y masas, de configuración resistente y de durabilidad.

La de Eduardo Torroja (1899-1961) es otra de esas figuras insignes con que el destino regala a la sociedad de que forma parte sólo de vez en cuando: un genio. Sin embargo, es preciso hacer un esfuerzo de humildad y de reconocimiento hacia estas figuras, a quienes no acuden las musas de manera gratuita, sino tras un ímprobo, tenaz e inteligente esfuerzo intelectual. Ese era el caso de Eduardo Torroja, “discípulo aventajado” de José Eugenio Ribera, introductor en España de la patente Hennebique. Torroja, que destacó como proyectista, como investigador, como docente y como autor de normativa técnica, no hacía concesiones a la improvisación. Lo que salía de su cabeza era el fruto maduro de una profunda meditación, del conocimiento preciso del enunciado del problema y de las condiciones de contorno, así como del estudio de diferentes posibilidades o alternativas.

Genial pero no improvisado. Todo es fruto de una profunda meditación que depura entre alternativas

Figura 7.15 Construcción del Planetario de Jena (Bauersfeld, 1924). El desarrollo de las estructuras geodésicas mediante triangulación de la superficie deseada dio una gran libertad a los proyectistas y constructores, en la medida en que la estructura metálica que constituía la malla auto-resistente servía también como auto-cimbra para la sujeción de los encofrados con los que se daba piel y corporeidad con hormigón a la estructura recién montada.

La actividad de Torroja abarca todas las tipologías estructurales, distinguiéndose en algunas de ellas de forma especialmente brillante y pionera. Es el caso de las estructuras laminares. Desbrozados los aspectos teóricos por coetáneos suyos como Dischinger, Bauersfeld (figura 7.15) y por él mismo (Torroja tenía una muy fuerte educación en matemáticas y geometría), se lanza al proyecto y la construcción de estructuras como el mercado de Algeciras (figura 7.14), de una esbeltez escalofriante. Torroja sabe que el éxito de este tipo de estructuras radica en la materialización de unas correctas condiciones de contorno, que concreta en el anillo octogonal de arranques (con tirantes que impiden la transmisión de fuerzas horizontales a los pilares) y en la disposición de voladizos que aseguren lo antes posible el anhelado estado membrana de la estructura de cubierta. Como se verá al hablar del pretensado, una de las primeras obras de Torroja fue el acueducto sobre el Tempul. Las circunstancias de obra le sugirieron la posibilidad de atirantar los tramos centrales, lo que equivale, en la práctica, a introducir un estado de compresiones longitudinales en el dintel y, de hecho, al pretensado. Sin embargo, Torroja declinó el honor que le han venido ofreciendo sus panegiristas, aún en vida el maestro, y atribuyó la genial invención a su colega Freyssinet, aduciendo que él buscaba otra cosa en el Tempul. Todo un detalle de honradez profesional.

Figura 7.14 Cubierta del mercado de Algeciras (1933). Superado el record del Panteón de Roma en 1912 en la Sala del Centenario de Breslau (figura 6.7), es Torroja quien supera el record (47,6 m de luz, frente a los 44 del Panteón) de cúpula continua en modo membrana con óculo abierto y un espesor de sólo 8 cm, de esbeltez equiparable a la cáscara de huevo.

En 1935, en colaboración con arquitectos como Arniches y Domínguez, Torroja proyecta la estructura del Hipódromo de La Zarzuela (figura 7.16). La figura 7.17 muestra un croquis con el ingenioso esquema estructural previsto por Torroja: la parte posterior del voladizo sobre la tribuna sirve para cubrir el espacio interior del hipódromo y, para equilibrar la diferencia de pesos entre el exterior (parte izquierda) y el interior, introduce un tirante que, simultáneamente, sirve para recoger el peso de la lámina inferior que cubre el nivel de planta baja por su parte exterior.

Figura 7.16 Hipódromo de La Zarzuela (Madrid, 1935). Ejemplo de cubierta en paraboloide hiperbólico, de espesor estricto, y de efecto estético indudablemente atractivo. Sin embargo, es posible que el espectador no sea consciente del ingenioso sistema estructural concebido por Torroja en conjunción con dos notables arquitectos de su tiempo.

Obsérvese también la forma de los pilares, de tanto mayor canto cuanto mayores son los momentos flectores solicitantes. Se trata de una ingeniosísima configuración estructural propia de quien posee un amplio bagaje de conocimientos estructurales, y de quien dedica muchas horas de racional estudio analítico de diferentes posibilidades estructurales y, seleccionada la mejor, de un trabajo fino de depuración de la opción elegida. En mayo del aciago año de 1936 concluye la construcción de otra obra señera de Eduardo Torroja: el frontón Recoletos en Madrid. Se trata, posiblemente, de su construcción más atrevida, basada en la disposición de dos láminas cilíndricas (“ala díptera” dicen los más redichos) cuya intersección genera un pliegue que permite movilizar la rigidez suficiente como para posibilitar el alarde de abrir unos huecos en celosía como se aprecia en la figura 7.18. El asombroso espacio interior quedaba, pues, cubierto sin más apoyo que el de los dos hastiales (uno de ellos es el que se observa al fondo de la misma figura 7.18). El mismo Torroja escribió una Memoria explicativa del proceso de proyecto de la estructura, en la que presenta muchos aspectos de interés a los efectos de estas notas: por una parte, el estudio de alternativas, es decir, qué otras soluciones contempló para solventar el problema de salvar esa luz con la mínima cantidad de materiales y sin soportes intermedios (figura 7.19). Por otra parte, la Memoria contiene un análisis estructural riguroso y, para confirmar sus predicciones y la bondad del modelo, un estudio experimental (ensayo de un modelo a escala reducida, figura 7.20) para comprobar la veracidad de las hipótesis de partida y de los resultados analíticos obtenidos.

Figura 7.17. Sucesivas versiones de la sección de la tribuna del hipódromo y su esquema resistente. Sabia disposición de masas y rigideces en equilibrio mutuo, resultado de un estudio profundo del comportamiento estructural.

Figura 7.18 Vista interior del Frontón Recoletos, obra maestra de Eduardo Torroja, y una de sus estructuras más atrevidas desde el punto de vista ingenieril.

Figura 7.20 Ensayo de la cubierta del Frontón Recoletos a escala reducida. Se da la circunstancia de que este modelo a escala fue destruido por las tropas republicanas que sospecharon que el aparato, con extraños dispositivos y cables, era un medio de comunicación de los quintacolumnistas con las tropas que asediaban Madrid.

Figura 7.19 Diferentes soluciones ideadas por Torroja para la cubierta del frontón Recoletos. La ejecutada finalmente, sin duda la más original y atrevida, en hormigón, es la de la parte inferior derecha.

Torroja tuvo que escribir esta Memoria en el exilio forzado por “esta hora trágica”, como él mismo escribió, que supuso el comienzo de la Guerra Civil en el Madrid revolucionario del verano de 1936. Durante aquellos horribles años de contienda fratricida, el frontón sufrió las consecuencias de los bombardeos sobre la capital y, poco después de la guerra, colapsó. A tan triste final dedicó también Torroja una parte de la referida Memoria, explicando el estado de deterioro estructural y las causas de la ruina final. Torroja construyó con éxito el puente ferroviario de Martín-Gil, sobre el Esla, en Zamora (figura 7.21). La aportación de Torroja se centró en la definición de un proceso constructivo viable en un momento de extrema carencia de medios. Torroja empleó para su construcción un ingenioso y muy bien estudiado sistema de autocimbra -ideada y utilizada por el ingeniero austro-húngaro Melan en 1892, consistente en una cimbra metálica que, envuelta por el hormigón, se convierte en cimbra y en armadura- y hormigonado por roscas sucesivas, bien elegidas y en tiempos bien administrados. El puente de Sandö, en Suecia, terminado en 1943 (figura 7.22), arrebató el cetro de los puentes arco de hormigón con más luz (264 m frente a 210) que, durante sólo tres años, ostentó el del Esla, pero siguió siendo el puente con autocimbra más importante del mundo.

Eduardo Torroja es objeto de mención en estos apuntes también por otras razones. Fue investigador y fundador del Instituto de la Construcción y del Cemento, que ahora lleva su nombre. Consciente de las necesidades del país y de las enormes posibilidades que el cemento y sus derivados (el hormigón) tenían en un país como España, y de la buena calidad de los ingenieros y constructores, se lanzó a la aventura de formar investigadores que dieran soporte técnico a los avances que se registraban en el desarrollo de nuevos prototipos estructurales, técnicas constructivas y normativa. El Instituto ha sido un referente internacional en el ámbito de las estructuras de hormigón y de otros materiales estructurales.

Figura 7.22 Puente de Sandö, en Suecia (1943). Récord del mundo en luz durante decenios (264 m). Se trata de una de las estructuras más elegantes de la historia, en la que destaca la extraordinaria esbeltez de los fustes que descansan en el soberbio arco.

Maestro de generaciones de ingenieros estructurales Otra faceta del maestro fue la docente. Catedrático de la asignatura desde 1939 hasta su muerte (1961), Torroja fue el educador de una gran parte de los ingenieros de caminos que, desde los años 60, dotaron al país de las infraestructuras que necesitaba. Fue también catedrático de una deliciosa asignatura, “Tipología estructural”, para la que escribió uno de los libros técnicos más traducidos: “Razón y ser de los tipos estructurales” (The Philosophy of Structures en la traducción inglesa).

Figura 7.21 Vistas del viaducto de Martín-Gil (1939) ejecutado mediante la técnica de la autocimbra en una época de penosas restricciones de materiales y medios constructivos, en un país devastado por la Guerra Civil, lo que obligaba a agudizar de manera especial el ingenio para dar con tipologías y soluciones constructivas extraordinariamente estrictas en materiales y medios.

Fundador de diversas asociaciones nacionales e internacionales Menos conocida es otra aportación de Torroja a la Historia del Hormigón: la fundación o co-fundación -en compañía de otros prohombres de la ingeniería y la arquitectura- de la Asociación Técnica Española del Pretensado (1948), fundada para servir de foro de encuentro de los interesados en la nueva técnica del pretensado y divulgar también sus avances. Poco después (1953) participa en el nacimiento del Comité Europeo del Hormigón (CEB), en el ambiente paneuropeísta, reconciliador y superador de viejas heridas y dicotomías de los años siguientes al final de la Segunda Guerra Mundial. Esta asociación internacional sirvió también como punto de encuentro de los proyectistas, constructores e investigadores en el mundo del hormigón estructural, con el fin de ir creando un corpus doctrinal conjunto para Europa de los avances en el hormigón estructural. También fue co-fundador de la IASS (International Association for Shell and Spatial Structures) y de la FIP (Féderation Internationale de la Précontrainte). Torroja “legislador” del hormigón estructural No puede cerrarse esta semblanza de Eduardo Torroja sin citar su componente como “legislador” del hormigón, es decir, como autor del conjunto de recomendaciones y

reglamentos que concentran el saber sobre el hormigón estructural y permiten que todos (proyectistas, propietarios y constructores) jueguen con las mismas reglas y procedimientos. Aunque España se incorporó tarde (1939) a esta tendencia, pues países como Alemania, Francia, Estados Unidos, Rusia, Austria, etc. disponían de este tipo de códigos desde la primera década del s. XX, la aportación de Torroja y otros colaboradores (merece ser destacado Páez entre ellos) fue tan importante que marcó la tendencia por la que discurre hoy día la normativa internacional en la materia, ampliando incluso su enfoque (el planteamiento de los “estados límite” para definir el marco de seguridad de las construcciones) hacia otros materiales (acero, fábrica, madera, etc.) y disciplinas (geotecnia, sistemas de diseño, etc.). La propuesta de Instrucción HA-62, publicada un año después de la muerte del maestro, marcó en España la pauta que seguirían las Instrucciones sucesivas, hasta la presente EHE. Torroja murió en su despacho, trabajando, en el Instituto que lleva su nombre y es, asimismo, un interesante edificio pleno de detalles arquitectónicos y técnicos. Consciente de que una grave enfermedad le depararía la muerte en cualquier momento, escribió unas notas, dirigidas “a los que colaborasteis conmigo”, que ponen de manifiesto la enorme talla humana de este personaje.

Eugène Freyssinet (1879-1962) es figura épica de la ingeniería francesa y mundial. Proyectista, constructor, inventor, empresario y artista, reconocido por todos, este genial ingeniero, hijo de su tiempo, de vida intensa, supo entender los entresijos de la profesión como nadie y ha pasado a la historia, entre otras cosas, como el inventor del pretensado. Estudió en las prestigiosas École Polytechnique y École des Ponts et Chaussées de París y, muy joven, se enfrentó con el problema de la construcción del puente de Le Veurdre, sobre el río Allier (figura 7.23). Se trataba de un puente de tres vanos y de una configuración original para ser de hormigón, pero bien conocida ya por los proyectistas de estructuras de acero. Se trata de una viga de celosía de canto variable cuyo cordón inferior se encuentra comprimido (figura 7.24). Apenas 5 años después de su construcción el puente exhibía unos descensos considerables en los centros de los vanos. Achacadas inicialmente a problemas en la cimentación -hipótesis descartada tras las oportunas y exhaustivas comprobaciones-, Freyssinet tomó una decisión arriesgada pero certera, sabiendo que en ello se jugaba su carrera. De manera discreta, se puso en contacto con el que fue jefe de obra y le pidió que trajera consigo unos gatos hidráulicos. Dispuso éstos en las claves de los arcos y los puso en carga. El resultado fue, lógicamente, el de un aumento de longitud de los mismos y, por lógica de la cinemática posible, rectificó la deprimida rasante. Freyssinet no quería alertar al Conseil Général des Ponts et Chaussées, pero la operación fue ejecutada precisamente cuando en Le Veurdre se celebraba día de mercado, con cientos de inopinados observadores.

El incidente puso de manifiesto la importancia estructural de los fenómenos de retracción (ya conocida) y de fluencia (desconocida), es decir, de aumento de las deformaciones de acortamiento del hormigón bajo carga mantenida en el tiempo. En el caso de esta estructura, cuyo cordón inferior se comportaba como bóveda rebajada, el descenso en clave traía consigo un incremento del axil de compresión. En efecto, como puede demostrarse, el axil en la clave de un arco puede aproximarse mediante la expresión

siendo p la carga uniformemente distribuida (preponderante en un puente de carretera de esas características y con las sobrecargas relativamente reducidas de la época), L la luz de la bóveda y f la flecha o altura de la clave con respecto a la línea que une los arranques de la bóveda. Por tanto, al disminuir f (descenso de las claves), el axil N crecía, y crecían a su vez las deformaciones de fluencia. En consecuencia, la idea de Freyssinet de abrir en clave e introducir unos gatos se reveló eficaz por dos razones. La primera es que consiguió rectificar la rasante. La segunda es que decidió dejar alojados permanentemente los gatos, con el fin de repetir la intervención en caso necesario. El paso del tiempo permitió comprobar que, a medida que el hormigón envejecía, a igualdad de las restantes variables, los descensos eran menores, lo que permitió constatar que las deformaciones de fluencia eran tanto menores cuanto mayor era la edad del hormigón. Por esa razón sólo fue necesario actuar con los gatos una vez más. Un dato triste para concluir el relato: el puente fue volado en 1944, en el contexto de la Segunda Guerra Mundial. Figura 7.23 Puente de Le Veurdre, sobre el río Allier (1907). En esta obra desplegó el joven Freyssinet sus cualidades de ingeniero e inventor, aunque a costa de más de un disgusto.

Figura 7.24 Aspecto de la construcción del puente de Le Veurdre. Una vez hormigonado el arco, se disponen sobre su trasdós las armaduras de las bielas que forman parte de la celosía que ha de soportar al tablero.

Los hangares de Orly (figura 7.25) son otra de las obras especialmente relevantes de Freyssinet. Convocado el concurso (1923), el francés se hace con el contrato merced al empleo de unas formas onduladas que permiten generar, por una parte, unas rigideces tipo lámina plegada con las que resulta posible minimizar el consumo de materiales. Por otra parte, Freyssinet discurre un sistema de encofrado modular que permite el hormigonado desde un extremo hasta el opuesto de manera rápida y competitiva. También esta obra fue presa del dragón de la guerra en 1944, tras unos bombardeos de la aviación norteamericana, en la idea de que los alemanes ocultaban allí otros ingenios no precisamente pacíficos.

Figura 7.25 Los hangares de Orly (1923). El triunfo de las formas resistentes en hormigón y de las técnicas constructivas con encofrados modulares.

Figura 7.26 Diferentes aspectos de la construcción del puente de Plougastel, sobre el estuario del Elorn, en Bretaña, en orden inverso. La clave para la construcción del puente según la propuesta de Freyssinet fue el proceso constructivo, mediante el empleo de una cimbra transportada por flotación.

Otro hito en la biografía de este infatigable ingeniero es el del puente de Plougastel (1924-1930, figura 7.26). Freyssinet volvió a ganar por goleada a sus competidores, proponiendo una solución por menos de la mitad del precio que el más barato de los demás proponentes, que apostaban por una solución metálica. Las claves del éxito radican, por una parte, en el empleo de una poderosa cimbra de madera (la construcción en madera más grande del mundo en aquel momento) y, por otra parte, en el empleo de un sistema de avance en voladizo, atirantando desde las pilas, con el fin de no sobrecargar en exceso la cimbra. Cada tramo tiene 188 m de luz y fue récord del mundo en su momento. El puente combina el uso carretero (plataforma superior) con el ferroviario (por el interior del cajón).

El puente fue objeto de una voladura parcial de uno de los arcos en septiembre de 1944 (los alemanes en retirada), pero fue reconstruido por el mismo Freyssinet en 1949, aprovechando la operación para ensanchar el tablero carretero. En 1994 el puente se jubiló parcialmente, quedando para uso de peatones y ciclistas, puesto que se construyó un nuevo puente atirantado junto a él.

Carlos Fernández Casado (1905-1988) es uno de los ingenieros más entrañables y generosos con que ha contado la ingeniería española. “Don Carlos —escribe Antonio Bonet— tenía una inteligencia privilegiada a la que unía una bondad y cordialidad extremas. Gran conversador, con su temperamento sereno y apasionada palabra, enriquecía siempre a sus interlocutores. Don Carlos, pleno de ideas y con una curiosidad intelectual que no tenía límites, sabía crear en torno suyo un clima de cálido y cordial intercambio de ideas, de comprensión y razonamiento sobre los más distintos aspectos de la vida y del pensamiento”3. Nacido en Logroño, Fernández Casado destacó pronto. A los 14 años ingresó en la Escuela de Caminos (entonces no había límite de edad; sólo bastaba haber aprobado el bachillerato) y terminó a los 19, en 1924. Siendo tan joven, su familia le animó a estudiar, en París, también ingeniería de telecomunicación, especialidad muy prometedora ya entonces. Terminó en 1927, y tuvo tiempo de recorrer y estudiar todas las catedrales de la Isla de Francia. De aquella estancia allí provino su amor por las catedrales góticas, sobre las que escribió unos maravillosos apuntes, que rezumaban tanto sentido estructural como sensibilidad hacia su ethos. Era un hombre que sentía la historia. Sus primeros años de ingeniero de caminos (lo de las telecomunicaciones le interesó mucho menos) los ejerció en Granada, donde inició sus estudios de Filosofía y Letras, que terminaría en Madrid después de la guerra civil. Discípulo de Xavier Zubiri, su formación filosófica e histórica contribuyó sobremanera a hacer de él un ingeniero profundamente humanista, cercano a los grandes personajes del Renacimiento. Para completar su curriculum, estudió también Derecho, carrera que concluyó en 1973, con 68 años.

Así era. En el curso 1981-82, el autor de estos apuntes de Historia del Hormigón asistió como alumno a la asignatura de doctorado que D. Carlos impartía con el sugerente título de “Historia de los puentes y de las catedrales góticas”. Fue el último curso que impartió en la Escuela. Su palabra, no fluida pero sí meditada y entrañable, desbordaba, a su edad, entusiasmo juvenil por las cosas. De todos los personajes que desfilan por esta pasarela de famosos del hormigón, este es el único al que he conocido personalmente. Me recibió en su despacho de la calle Grijalba un par de veces. Rodeado de libros, diapositivas, notas y sabiduría, D. Carlos me indicó cómo interpretaba él el funcionamiento de la sección transversal de una catedral gótica. Refiriéndose a los pináculos me explicó cómo éstos contribuían a “verticalizar” los empujes, a encauzarlos en el seno de pilas y botareles. Una experiencia inolvidable.

Amigo de García Lorca y Fernando de los Ríos, formó parte del grupo “Gallo”, movimiento vanguardista en el que destacó, con 23 años, definiendo las bases de su pensamiento: Ingeniería: Maquinismo y Arquitectura (1928). Aquel trabajo se vio seguido de otros como Teoría del puente (1951), Tres momentos del ingeniero en la Historia (1970), La arquitectura del ingeniero (1975), Naturalidad y artificio en la obra del ingeniero (1976) o Estética de las artes del ingeniero (1976). En el febril Madrid de los años 30 comenzó su relación con el constructor navarro Félix Huarte. Con él hizo la Facultad de Filosofía y Letras de la Ciudad Universitaria (figura 7.27). También cercano a la Escuela, proyectó el puente de la carretera de la Coruña sobre el Manzanares, a la altura de Puerta de Hierro (figura 7.28). Ése y el puente de El Pardo sobre el mismo río (figura 7.29) son resultado de uno de sus trabajos técnicos más notables: la Colección de puentes de altura estricta. La finalidad de esta colección o catálogo para que el ingeniero pueda elegir el modelo más adecuado para solucionar el problema planteado, como el propio autor declara, es “salvar las luces prácticas más corrientes con la mínima pérdida de altura”. La figura 7.30 muestra las secciones típicas de los puentes de altura estricta. Como puede verse, acude al perfil acartelado como solución técnico-formal adecuada para ajustar lo mejor posible la exigencia de esfuerzos mayores y las ventajas resistentes del aumento de canto. En 1934 publicó la 1ª edición (le siguieron 8 más en España, una en Francia y otras más en Sudamérica) de su libro Cálculo de Estructuras Reticulares (figura 7.31). El libro constituye la introducción en España del método de Cross, propuesto apenas tres años antes por dicho ingeniero norteamericano, poco conocido por entonces. Fue libro de texto en muchas escuelas y facultades de ingeniería y arquitectura, pero no, paradójicamente, en nuestra Escuela.

Carlos Fernández Casado, ingeniero, historiador y filósofo

Fig. 7.27 Facultad de Filosofía y Letras. Ciudad Universitaria, Madrid, 1932

Fig. 7.30 Secciones típicas de los puentes de altura estricta

Fig. 7.28 Puente de Puerta de Hierro, paso de la Carretera de La Coruña sobre el Manzanares, 1934

Fig. 7.29 Puente de El Pardo sobre el Manzanares, 1935. En la figura inferior se muestra un típico cuchillo de armadura de ese mismo puente, junto al mismo Fernández Casado.

Fig. 7.31 Portada del libro Cálculo de Estructuras Reticulares, publicado en 1934

Depurado después de la guerra civil4, Carlos Fernández Casado reanudó su colaboración con Huarte. En 1944 y 1945 ganaron los concursos de una nave para el INTA y del estadio de Chamartín (figuras 7.32 y 7.33, respectivamente). Como ha escrito su hijo, Leonardo Fernández Troyano, a quien se sigue de cerca en esta parte del relato, “con el sistema de presentarse a las obras ofreciendo un cambio de estructura para abaratarla y mejorarla, ganaron muchas obras, y así la empresa fue creciendo hasta convertirse en una de las grandes de aquel momento”. El interés de Fernández Casado por el progreso de la construcción en otros países, compartido por Huarte, le llevó a visitar numerosos puentes en construcción en Alemania en los años 50. Ello le puso en contacto con la técnica del pretensado y con los novedosos sistemas constructivos por avance en voladizo sucesivo, como el empleado en el puente de los Nibelungos, sobre el Rhin. Curiosamente, esa técnica fue la que utilizó en

la construcción de los brazos de la Cruz del Valle de los Caídos, proyecto en el que participó sin mucho entusiasmo, pero que le permitió entrenarse en dicho método, que pronto utilizaría en muchos puentes. Una faceta especialmente interesante de la obra de Carlos Fernández Casado, ya destacada al referirse a su coetáneo Eduardo Torroja, es la de su interés por la investigación. Convenció a Huarte para montar, dentro de la empresa, un laboratorio de ensayo de modelos reducidos. Introdujo en España la técnica de la fotoelasticidad (publicó cuatro artículos sobre el tema en 1932), auscultó puentes por él proyectados y construidos, y confeccionó modelos de micro-hormigón, todo ello en la idea de apoyar y corregir sus cálculos en la evidencia del comportamiento real (figura 7.34). Toda una lección de inteligencia y humildad. En los años 60, Carlos Fernández Casado ejercía, como tantos pluriempleados de la época, simultáneamente,

Una de esas cosas infames que pasan en las guerras civiles y en sus posguerras. Vinculado, por razones de familia política a la República y por su actividad vanguardista, a movimientos “sospechosos”, Fernández Casado perdió su condición de funcionario y de profesor de la Escuela, que después recuperaría para ser Catedrático de Puentes. 4

Figura 7.32 Nave de montaje para el INTA en Torrejón. Plano de la semi-sección de la viga-lucernario y fotografía de la armadura de una viga Vierendeel de 10 m de luz

Figura 7.33 Plano de la sección de uno de los pórticos integrantes de la tribuna del estadio Santiago Bernabéu y vista general del exterior

como empleado de Huarte, funcionario de la Jefatura de Puentes del Ministerio de Obras Públicas, catedrático de la Escuela y, además, decidió fundar la oficina de proyectos que lleva su nombre. En los ratos libres se dedicó a la arqueología y a la historia. Descubrió un sifón romano e inició, entonces, una serie de estudios sobre ingeniería romana, que admiraba profundamente.

Ejemplo de sensibilidad por el entorno es el puente de Mérida (figura 7.35). Vecino, a respetuosa distancia, del puente romano, el puente de Fernández Casado toma del antiguo las pilas con aligeramientos sobre los arranques. Como innovación, los arcos son cuchillos prefabricados, montados con el solo concurso de una torreta intermedia. La prefabricación fue otra de las muchas cosas que despertaron el interés de D. Carlos. Como se ha dicho ya, Fernández Casado es uno de los ingenieros que introduce en España la técnica del pretensado y de los nuevos sistemas constructivos. Ejemplo de todo ello, en un país que empieza, poco a poco, a erigir un sistema moderno de infraestructuras, es el puente de Castejón, sobre el río Ebro (figura 7.36). Fernández Casado unió a las cualidades expuestas la de haber sabido crear escuela. Maestro de generaciones de ingenieros, D. Carlos ha tenido también, en la oficina de proyectos por él fundada, una continuidad de la máxima categoría mundial. De sus incursiones en el mundo de la arquitectura hablan por sí solas dos realizaciones: Torres Blancas, en colaboración con Sáenz de Oíza (1964), figura 7.37, y las Torres de Colón (1970), en colaboración con Lamela, figura 7.38. En ambos ejemplos supo dar, con sus colaboradores Manterola y Fernández Troyano, el toque ingenieril del que no puede prescindir el arquitecto.

Figura 7.34 Ensayo hasta rotura del modelo con micro-hormigón del puente de la Chantrea, en Pamplona. Modelo de plástico del puente arco-tímpano de Mieres, sobre el río Caudal. Modelo de paso superior de Galapagar, en la N-VI.

Figura 7.35 Puente de hormigón, de arcos prefabricados, en Mérida (1965) sobre el Guadiana

Figura 7.36 Puente de hormigón pretensado sobre el río Ebro, en Castejón (Navarra) durante la construcción y en estado final

Figura 7.37 Torres Blancas (1964), en colaboración con Saénz de Oíza (arquitecto), Manterola y Fernández Troyano (ingenieros)

Consciente de esa función, Fernández Casado escribió en La arquitectura del ingeniero (1975): “La fórmula de Le Corbusier para la arquitectura del arquitecto: «juego sabio, concreto y magnífico de volúmenes agrupados bajo la luz» es inadecuada al ingeniero; no se trata de volúmenes sino de masas que pesan y resisten. La arquitectura del ingeniero arraiga en lo cósmico, forzándole a una actitud ascética ante la Naturaleza, contención estoica frente al atractivo de lo superfluo; actitud no intemporal, pero sí independiente de las modas”. Estas reflexiones, expresión de un profundo pensamiento, dicen mucho de uno de los más grandes personajes de la ingeniería española y mundial.

Figura 7.38 Torres de Colón (1970), en colaboración con Lamela (arquitecto) y Manterola y Fernández Troyano (ingenieros)

La relación de arquitectos e ingenieros que pueblan el mundo del proyecto y la construcción en hormigón a lo largo del s. XX no cabe en estas notas. Por citar sólo alguna de las figuras más representativas -y sólo de entre los fallecidos o ya jubilados- comiéncese por el suizo Le Corbusier (1887-1965), inmerso, ya se ha dicho, en el movimiento maquinista del periodo de entreguerras. Para él el hormigón es el material que se adapta a la concepción racionalista y de construcción en serie, como los automóviles, que precisa la sociedad que inicia su emancipación tras la Gran Guerra. La figura 7.39 trata de expresar la diferencia entre el esquema de muros de carga, condicionante de la arquitectura de los edificios del s. XIX, a la más abierta de la estructura de pilares y losas en hormigón, ejemplo de la cual, con total actualidad, es el esquema de la derecha, casa Dom-ino (1914), según Le Corbusier, con protagonismo completo para el hormigón. En la figura 7.40 se muestra otro ejemplo de la obra de Le Corbusier, la Villa Saboya (1929) expresiva del racionalismo imperante en la arquitectura en hormigón del s. XX. La figura 7.41 muestra una de sus obras más conocidas, Notre Dame de Ronchamp, en la que el autor exhibe, en otro orden, la plástica del hormigón y sus posibilidades expresivas.

La pléyade de arquitectos e ingenieros que tapizan la historia del hormigón en el s. XX

Figura 7.39 A la izquierda, esquema resistente de los edificios del s. XIX y primeros años del XX. A la derecha, la configuración moderna, actual, de la casa Dom-ino (1914), según Le Corbusier.

Figura 7.40 Villa Saboya (1929). Racionalista creación de Le Corbusier

Figura 7.41 Notre Dame de Ronchamp (1955), por Le Corbusier

Félix Candela (1910-2001), arquitecto y discípulo de Torroja, estudió en Madrid, pero desarrolló, por razones políticas, su actividad en México y EE UU. Sus aportaciones más conocidas son las de las estructuras basadas en paraboloides hiperbólicos, superficies de doble curvatura pero regladas, lo que facilita considerablemente el encofrado de las mismas.

Figura 7.42 Algunos ejemplos de la técnica depurada de Félix Candela en la construcción de cubiertas laminares con superficies regladas. El de la derecha es el célebre “Los Manantiales”, en México.

Pier Luigi Nervi (1891-1979) es otra de las figuras importantes de la historia del hormigón estructural. Las innovaciones técnicas de este ingeniero y arquitecto italiano hicieron posible la solución elegante y expresiva de complejos problemas estructurales. Nervi se interesó principalmente por la fuerza de la forma. Siempre sostuvo que la elegancia estética de sus edificios residía simplemente en su corrección estructural. En su dilatada carrera no sólo proyectó edificios en Italia, sino en el resto de Europa y en América. Una de sus obras más conocidas y probablemente la más influyente es el Palazetto dello Sport de Roma (1960, figura 7.43), un edificio circular rodeado por soportes en forma de V invertida y coronado por una cúpula festoneada de hormigón armado, que se ha convertido en el paradigma de la arquitectura deportiva del siglo XX.

Figura 7.43 Palazetto dello Sport (Roma), una de las obras más conocidas de Nervi

No puede dejar de mencionarse al brasileño Oscar Niemeyer (1907-2012), dominador de la expresión plástica del hormigón al servicio de la forma y de su efecto sobre el observador. Para él, el hormigón es el material más adecuado por su condición de formáceo y de masivo, por su textura. Sus obras más conocidas, alguna de las cuales se presenta en la figura 7.44, se encuentran en Brasilia, nueva capital administrativa del Brasil y potenciada por razones políticas hacia el protagonismo formal y expresivo.

Figura 7.44 Ejemplos de construcciones vanguardistas de Oscar Niemeyer en Brasilia

Un arquitecto español notable y que se ha expresado exitosamente con el hormigón ha sido Miguel Fisac (Daimiel, 1913-2006). Comienza su actividad poco después de la guerra civil, siguiendo las pautas de la arquitectura “oficial” de aquellos años. Fuertemente impresionado por la arquitectura escandinava, consiguió armonizar las ideas racionalistas logrando un estilo de gran personalidad. Al final de los años sesenta depura aún más su arquitectura, prescinde de su preocupación por lo popular y centra su atención en las posibilidades de los nuevos materiales, en especial el hormigón, ensayando originales sistemas de prefabricación. En esta etapa realiza varios edificios como, el Centro de Estudios Hidrográficos (Madrid, 1960) o los Laboratorios Jorba (Madrid, 1965), víctima reciente de una operación urbanística que fue capaz, impertérrita e insensible, de destrozar un edificio que era ya patrimonio de la arquitectura madrileña moderna (figura 7.45)

Figura 7.45 Abajo, laboratorios Jorba, ignominiosamente derribados en 1999. A la derecha, expresión de Fisac en el juego de muros con textura y vigas prefabricadas a la carta de la expresión arquitectónica.

LA INTRODUCCIÓN DEL PRETENSADO

El limitado conocimiento existente en los inicios del hormigón de muchas de las leyes que rigen su comportamiento hizo que las primeras construcciones adoleciesen de una patología generalizada: la fisuración excesiva. Este fenómeno facilita la entrada del agua y de los agentes corrosivos hasta las armaduras, provocando su oxidación y su aumento de volumen, que se traduce en pérdida de recubrimiento y aumento del proceso de degradación. Este fenómeno hizo que muchas de las primeras obras tuvieran que ser reemplazadas prematuramente. La fisuración que se produce en el hormigón endurecido es el resultado de la presencia de tracciones, perpendiculares a la línea de la fisura antes de la aparición de ésta, cuando la magnitud de las tracciones sobrepasa la resistencia a tracción del hormigón. Los primeros constructores en hormigón pronto se dieron cuenta de este fenómeno, por lo que, ya a finales del siglo XIX, trataron de introducir en las piezas un estado de compresiones, previo a la entrada en carga, para impedir o retrasar la aparición de las fisuras. En definitiva, el pretensado consiste en introducir en la estructura un estado de tensiones, deliberadamente estudiado en posición y magnitud, para compensar los efectos nocivos de las restantes cargas o acciones. La idea del pretensado, en su acepción general como solicitación previa, es antiquísima. Los egipcios, para impedir que durante las tormentas el agua entrara en sus barcos de madera y pudiera ocasionar su naufragio, disponían de un sistema de palos y cuerdas, mediante el cual, cuando llegaba el temporal, ponían en compresión las maderas del casco, cerrando el paso por las juntas. Una precomprensión inicial, semejante a la anterior, es la que realizan los toneleros cuando calan los aros de hierro, produciendo unas compresiones radiales en las duelas, haciendo que éstas se aprieten unas contra otras, cerrándose las juntas y los poros de la madera y evitando la posterior pérdida del líquido envasado

Figura 8.1 Construcción de barriles insertando aros que comprimen radialmente las duelas

en el barril (figura 8.1). Lo mismo puede decirse de las ruedas de los carruajes, formadas por radios de madera y una llanta del mismo material. La correcta trabazón y rigidez del conjunto proviene de la introducción de un aro exterior de acero, calentado para hacer aumentar su perímetro de manera que, una vez enfriado, cuando tiende a disminuir la longitud de su circunferencia, comprima radialmente el conjunto. La figura 2.14 contiene un ejemplo del pretensado aplicado a la estructura de piedra: el pináculo, que no es sólo un elemento decorativo, aporta una significativa componente vertical (para "verticalizar", como decía Fernández Casado) que ayuda en el adecuado discurrir de la línea de presiones en pilas y contrafuertes. Pero también ayuda a contener el empuje horizontal de los arbotantes pues, sin los pináculos, podría producirse un deslizamiento de las hiladas superiores con tendeles horizontales o sub-horizontales. Un precedente de gran interés es el del zunchado de la cúpula de S. Pedro, en Roma, tarea en la cual se empleó un conjunto de cadenas que serían las responsables de resistir las tracciones perimetrales por encima del tambor. Los constructores idearon un ingenioso sistema para poner en carga las cadenas, con el fin de introducir un estado de presolicitación activo sobre los paralelos de la agrietada cúpula, a base de unos tirantes radiales y un sistema de pesas y poleas (figura 4.3). Posiblemente fuera el americano Jackson, en 1886, el pionero de la aplicación práctica de la idea de precomprimir el hormigón que, posteriormente, habría de estar sometido a tracciones, registrando una patente en la que propone el empleo de tirantes pretensados, provistos de anclajes de rosca o de cuña, para la construcción de piedra artificial y pavimentos. En 1888, el alemán Döhring propone la construcción de placas y viguetas para edificación, dejando embebidos en el hormigón alambres tesados, con objeto de disminuir la formación de fisuras. Lund, en 1905, estudia en Suecia la posibilidad de dejar embebidas en el hormigón, en el borde de una placa de forjado, unas barras de acero en tensión con anclaje de rosca, para evitar fisuras y asegurar un efecto bóveda en la placa.

Mucho más conocidos son los ensayos realizados en 1906 por Könen sobre piezas rectas de hormigón con las armaduras previamente tesadas a 60 N/mm2 y que resultaron un fracaso total. Los ensayos respondían a la exigencia de los ferrocarriles alemanes (RB) de una seguridad total contra la aparición de fisuras por tracción. Mörsch y el mismo Könen reconocían, en la memoria de su patente de 1912, que la compresión inicial del hormigón desaparecía con la retracción, fenómeno ya conocido por entonces, y renunció a nuevos ensayos.

Aunque la figura del ya reseñado ingeniero francés está asociada a la invención del pretensado, tal descubrimiento fue la consecuencia lógica de su planteamiento vital ante las estructuras: no basta con limitarse a calcular los esfuerzos y comprobar si las tensiones son admisibles: hay que crear en las estructuras el esfuerzo voluntario que el proyectista desea, para que, una vez se añadan los esfuerzos de las restantes acciones, el estado tensional resulte conveniente. Es esta actitud activa, de presolicitación voluntaria, de anticiparse inteligentemente a los acontecimientos estructurales, una de las pautas fundamentales de su obra. No es difícil detectar paralelismos entre esta actitud y la del triunfador en la vida: el que se anticipa a los acontecimientos y toma las oportunas medidas para dar lugar, al final, a un aceptable estado de cosas.

En la creencia de que la pérdida de tensión se debía a la retracción con posterioridad al endurecimiento del hormigón, el americano Steiner propuso tesar las armaduras cuando aún el hormigón estaba fresco, destruyéndose así la adherencia y aplicando la fuerza de pretensado cuando ya se hubiese producido la mayor parte de la retracción. Un compatriota suyo, Dill, introdujo la idea de utilizar aceros de alto límite elástico y también una pintura protectora del acero para impedir la adherencia y poder tesar con posterioridad.

En ese sentido, resulta interesante comprobar cómo explica el Deustches Museum de Munich a sus visitantes, con talante divulgador, las diferencias entre el hormigón no armado, el armado con armaduras pasivas (que sólo se deforman si se ven forzadas a ello) y el pretensado con presolicitación dispuesta inteligentemente.

Aunque la idea de utilizar aceros de alto límite elástico fuera acertada, por ser los únicos en proporcionar un amplio rango de deformaciones en campo elástico, capaces de compensar las pérdidas por retracción y por fluencia, ni este tipo de aceros se encontraban aún en el mercado, ni las ideas acerca de los fenómenos físicos involucrados habían madurado lo suficiente. En efecto, ya se ha presentado el “hallazgo” de la fluencia del hormigón, o proceso por el que aumentan las deformaciones del hormigón, con carácter diferido, al aplicar una carga de compresión, por parte de Freyssinet en el puente de Le Veurdre, sobre el Allier.

1. Pieza de hormigón sin armaduras. Rotura frágil sin aviso 2. Pieza de hormigón con armaduras pasivas, que se deforman tras la aparición de acciones exteriores, dando lugar a fisuras. 3. Pieza de hormigón pretensado, con armaduras que introducen una compresión que, cuando aparecen las cargas exteriores, ni siquiera llegan a descomprimir el hormigón.

Figura 8.2 Exposición didáctica del Deutsches Museum de Munich para explicar las diferencias entre hormigón en masa, armado y pretensado

Cuando Freyssinet aborda la construcción del puente de Plougastel (1926), se plantea la realización de ensayos que le permitan calibrar la magnitud de las deformaciones esperables de retracción y fluencia. Los resultados le hacen comprender enseguida la necesidad de emplear aceros de alto Iímite elástico, para que las pérdidas por retracción y fluencia representen un porcentaje pequeño de la tensión inicial. Así lo hace constar en la patente de su sistema de pretensado en 1928. Sus primeras materializaciones de la idea de la presolicitación han de esperar, por razones diversas, hasta 1934, en unas obras de acondicionamiento en el puerto de Le Havre.

En Alemania, la empresa Wayss und Freitag introduce la patente de Freyssinet y, en 1938, construye el puente de Oelde, en Westfalia, con una luz de 33 m. Como ya se ha indicado, Dischinger es el primero en formular, en 1939, una teoría con un modelo capaz de predecir las deformaciones de fluencia y retracción, lo que impulsa la definición de nuevos sistemas de pretensado, como el desarrollado para su empresa, DYWIDAG. Ya se ha relatado más arriba el detalle de honradez de Torroja al conceder a Freyssinet el honor de ser considerado el inventor del pretensado. Aunque tal gesto le honra, no es menos cierto que Eduardo Torroja había introducido de facto los conceptos de pre-solicitación. En 1925, Torroja proyecta el acueducto del Tempul, sobre el río Guadalete, para el abastecimiento de aguas a Jerez de la Frontera. La sociedad concesionaria del servicio le pide que elimine dos de las pilas inicialmente previstas que caen dentro del cauce normal del río. Torroja las sustituye por sendos tirantes de hormigón que, pasando por las pilas convenientemente recrecidas, van a anclar en el vano contiguo (figura 8.3). Con el fin de limitar el alargamiento de los tirantes de suspensión durante su puesta en carga, ideó intercalar entre la silla y los soportes unos gatos hidráulicos que ponen en carga los tirantes al mismo tiempo que, en su carrera, recogen el alargamiento de aquél. Dicho espacio intermedio y los propios cables serían luego hormigonados convenientemente. Con esta obra aparece el puente atirantado de hormigón pretensado. En 1931 proyecta y construye el mercado de Algeciras (figura 7.14). A fin de inclinar la reacción vertical de la lámina esférica, dando a ésta las condiciones adecuadas de borde que aseguren su comportamiento como membrana, dispone unos tirantes perimetrales dotados de unos tensores de rosca. En 1941, con ocasión del proyecto del acueducto de Alloz, utiliza el concepto de la presolicitación para dotar al hormigón de impermeabilidad. Así, eligió una configuración estructural que garantizase la ausencia de tracciones en la fibra inferior. En el sentido transversal al cajero, dispuso tirantes roscados para impedir la aparición de tensiones normales. Se trata de una de las estructuras más didácticas de Torroja (figura 8.4). En el resto de Europa se fueron sucediendo las mejoras en las realizaciones de hormigón pretensado. Figura 8.3 Esquema estructural de la presolicitación inducida por Torroja en el acueducto del Tempul

Figura 8.4 Acueducto de Alloz (Navarra), primera obra pretensada (1941) de Torroja. Para entonces ya eran conocidos por él los trabajos de su insigne colega Freyssinet, a quien siempre concedió el honor de ser el inventor del pretensado.

Así, Finsterwalder (Alemania, DYWIDAG) recurrió a ingeniosos procedimientos para introducir el pretensado en las vigas en 1937. El belga Magnel fue el creador, entre 1940 y 1942, del segundo sistema de pretensado después del de Freyssinet. En su libro, el belga hace mención ya al fenómeno de la relajación del acero y a la importancia de la adherencia. Es también el primer autor que trata del problema de los momentos hiperestáticos de pretensado y del pandeo de vigas. También Dischinger, ya se ha dicho, aportó algunas patentes de pretensado sin adherencia (figura 8.5) y, lo que fue más importante, su famoso modelo matemático para predecir los efectos estructurales de la retracción y la fluencia, aplicable a estructuras hiperestáticas (1939). Hoyer (1938) promovió el estudio de anclajes por adherencia utilizando alambre de cuerda de piano en vigas prefabricadas.

Figura 8.5 Esquemas de Dischinger (arriba) con relación un sistema de pretensado muy de moda a comienzos del s. XXI: el pretensado exterior, esto es, no inmerso en la pieza de hormigón, sino semi-externo a ella. A la izquierda, pasos superiores sobre las autopistas alemanas a finales de los años 30 del s. XX. Mientras el superior, aún de hormigón armado, requiere de un importante canto, disimulado hábilmente con el juego de la imposta y el canto variable, monolítico e hiperestático, el inferior es un tramo recto limpio, de canto constante.

En 1943 aparece la primera norma alemana de hormigón pretensado (DIN 4227), a la que contribuye en gran medida Rüsch con múltiples desarrollos teóricos. A consecuencia de la II Guerra Mundial, las dos naciones más industrializadas del continente, Francia y Alemania, se encuentran con los puntos neurálgicos de sus redes de comunicación destruidos por acciones militares. Los franceses iniciaron la reconstrucción de sus puentes dirigiendo sus pasos a la fabricación en parque de vigas pretensadas, lo que les va permitiendo, poco a poco, mejorar su tecnología del pretensado. Comienzan a utilizar vainas metálicas, van reduciéndose los problemas de la inyección, etc. Alemania, por el contrario, con un proceso de recuperación inicialmente más lento, se va decantando hacia la construcción in situ. Es esta necesidad de construcción de puentes la que impulsa fundamentalmente el desarrollo en Europa de nuevos sistemas de pretensado. Ejemplo de lo primero es, nuevamente, Freyssinet, quien proyecta el puente de Luzancy (figura 8.6). En 1948, Morandi patenta el primer procedimiento italiano de pretensado. Ese mismo año, Preload Company, de Nueva York, construyó una máquina devanadora para pretensar depósitos. Entre 1946 y 1950, Ros se dedica en el EMPA de Zürich a sentar las bases de las primeras normas suizas SIA para hormigón pretensado. Birkenmeier, Brandestim, Ros y Vogt desarrollan en 1949 el procedimiento BBRV. Leonhardt y Baur crean el sistema Baur-Leonhardt (1949). En ese mismo año, la empresa Dyckerhoff und Widmann introduce el pretensado con barras roscadas laminadas en frío (procedimiento DYWIDAG), con el que dominan la técnica de la construcción de tramos rectos por avance en voladizo. El puente de los Nibelungos (1952), sobre el Rhin, en Worms (figura 8.7), representa un hito en la evolución del pretensado y de la técnica del avance en voladizo, como ya se expuso al hablar de Carlos Fernández Casado.

Al mismo tiempo que la tecnología del pretensado se desarrolla cada vez más, aumentando la fiabilidad de los sistemas, también ha ido resultando cada vez más conocida gracias a los libros que aparecieron. En 1943, Magnel y Mörsch publicaron el primer tratado alemán sobre el pretensado, Der Spannbetonträger, en el que se estudian fundamentalmente las vigas prefabricadas y los sistemas de vigas pretensadas más losa superior de hormigón vertida posteriormente. En 1951, aparece en París Béton Précontraint, primer libro de pretensado publicado por Guyon, colaborador científico de Freyssinet, que prestó grandes servicios al establecimiento de las bases teóricas de las construcciones pretensadas. Leonhardt, en 1954, publica la primera edición de su libro Spannbeton für die Praxis, todo un clásico en la materia. Han sido fundamentalmente estos dos libros, en las sucesivas ediciones, los que más han difundido en todo el mundo los fundamentos teóricos, los problemas de cálculo y las recomendaciones prácticas sobre el empleo de esta técnica.

Figura 8.6 Sistema de pretensado de Freyssinet y dos aspectos de una de las realizaciones más emblemáticas de la postguerra (1945): el puente de Luzancy, con vigas prefabricadas.

Figura 8.7 Puente de los Nibelungos (1952). Tramo recto de 114 m de luz en el tramo central. Logro indiscutible y referente futuro en la construcción de puentes de hormigón pretensado por voladizos sucesivos.

Como se ha dicho, la técnica del pretensado va a hacer posible una revolución en lo que al planteamiento constructivo de los puentes se refiere. Para hacer frente al gran inconveniente económico del hormigón que supone el empleo de cimbras y encofrados, surgen dos mentalidades constructivas: la prefabricación y los procedimientos industrializados de construcción in situ. En efecto, al exigir el pretensado, por una parte, hormigones de mejor calidad y resistencia y, por otra, compensar las acciones exteriores, se proyectan elementos de hormigón de espesores cada vez más pequeños. Ello da lugar a un notable aumento de sus posibilidades de montaje y transporte. Este factor tecnológico, junto a una circunstancia económica de expansión, da lugar al surgimiento de plantas de fabricación en EE.UU. y Europa. Por otra parte, el efecto de cosido que el pretensado ejerce sobre piezas independientes da lugar a técnicas revolucionarias en la construcción de puentes: el avance por voladizos sucesivos y otras. Finsterwalder es el primero en utilizar esta técnica con dovelas construidas in situ y cosidas luego con barras DYWIDAG al tramo ya construido.

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En la década de los años 60, Europa entra de lleno en la construcción de una infraestructura moderna. El número de puentes que requieren las autopistas, los plazos de ejecución previstos y, sobre todo, el incremento del coste de la mano de obra y las condiciones de competitividad del mercado, obligan a sistemas de construcción industrializada con flexibilidad suficiente para adaptarse a cada situación concreta. Así, además de la prefabricación de tableros por elementos longitudinales (vigas), surgen otras posibilidades, como la prefabricación de dovelas que se unen posteriormente con mortero o con resinas epoxi. Las posibilidades estructurales del hormigón pretensado están aún lejos de agotarse. Ahí están ejemplos recientes de estructuras que compiten ventajosamente en terrenos antes reservados a las estructuras metálicas (puentes atirantados de gran luz, cubiertas de naves y depósitos, etc.). Unido al desarrollo y puesta a punto de la técnica del pretensado, y gracias a la profundización en el conocimiento del hormigón que aquélla provoca, junto con la experiencia adquirida, también mejoran las soluciones en hormigón armado, definiéndose con más nitidez los ámbitos de aplicación de ambas técnicas, en

función de las posibilidades respectivas. Así, la relación resistencia/peso, muy inferior en las estructuras de hormigón armado, los problemas de deformabilidad instantánea y diferida, así como los de durabilidad, ocasionados por la fisuración, limitan las luces a cubrir. Consecuentemente, el hormigón armado encuentra su aplicación en numerosísimas tipologías estructurales de tamaño medio y reducido donde, por otra parte, no es necesaria una tecnología muy especializada y, además, resulta económicamente competitivo. Entre los numerosos ejemplos a citar están los forjados de semiviguetas, muros, cimentaciones, pórticos de edificación, estructuras laminares como cúpulas, láminas plegadas, placas, vigas de gran canto, ménsulas cortas, puentes y pasarelas de luces cortas y medias, etc. Se abrió una dicotomía entre "hormigón armado" y "hormigón pretensado", que ha durado hasta hace relativamente poco tiempo, como evidenciaba la propia reglamentación, diferente hasta finales de la década de 1990, para ambos ámbitos, con separaciones poco justificadas en el contexto profesional (edificación, con poco pretensado) y obra civil, con más pretensado).

Hoy, felizmente, se está superando esa diferenciación y se habla más bien de "hormigón estructural", concepto superador de aquellas viejas diferencias. Queda sólo, en opinión de quien esto escribe, mejorar el lenguaje. El maestro José Antonio Torroja nos enseñó a muchos ingenieros que el hormigón siempre es pretensado. Cabe distinguir entre el que tiene armaduras pretesas del que las tiene postesas, apelando así a un rico y singular verbo en castellano que es el de "tesar", "poner tirantes los cabos y cadenas, velas, toldos y cosas semejantes" (DRAE). El hormigón no se tensa, verbo evocador de tracción, sino que se comprime a partir de un pretensado de armaduras inteligentemente dispuestas en el espacio y con un cierto orden. En definitiva no debe decirse "hormigón postensado" cuando lo que se desea expresar es "hormigón pretensado con armaduras postesas". Es algo más largo, pero preciso. Y la precisión encierra también la belleza, que está por encima de una pretendida "economía del lenguaje".

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EPÍLOGO Consideraciones sobre el valor formativo de la Historia del hormigón estructural Si el conocimiento de la Historia es exponente del nivel cultural, con carácter general, no hay razón alguna para que no lo sea en la enseñanza del Hormigón Estructural, en particular. El estudio y la enseñanza de la Historia son una poderosa herramienta pedagógica que permite situar los avances en su contexto social, económico y tecnológico, es decir, también cultural. Explicarlo en las siguientes líneas es el objetivo del epílogo de estos apuntes. Es frecuente que la historia de cualquier disciplina del conocimiento ocupe, en el mejor de los casos, el capítulo preliminar del tratado correspondiente. En el ámbito académico, lo apretado del calendario sirve de pretexto para no tratar la cuestión, remitiendo a los alumnos a una escasa y nunca consultada bibliografía. El resultado es que los alumnos, profesionales poco tiempo después, acaban sin conocer la evolución del conocimiento de esa materia —cuando apenas conocen la historia más general de la sociedad en que viven— ni el contexto en que se desarrolló, ni el nombre de los colegas que contribuyeron a engrandecer la profesión. En 2005 se inició en la asignatura Hormigón Estructural I (plan antiguo) la costumbre de incluir, en todos los exámenes, una pregunta de tipo histórico-social1. Resultó revelador el balance de respuestas que los alumnos dieron a la petición de “citar los nombres de tres ingenieros o arquitectos, ya fallecidos, que se hayan destacado por sus contribuciones teóricas o por sus realizaciones en el mundo del hormigón estructural”. Sólo contestó algo la mitad de los alumnos. El nombre de Eduardo Torroja apareció en dos tercios de dicho 50% de respuestas, seguido a más distancia de Nervi. Otros egregios quedaron muy atrás en la lista de los referidos por los alumnos, quienes echaron mano de ilustres vivos para no sufrir del horror al vacío que se experimenta ante el ejercicio en blanco. Otros, más desinhibidos, citaron a Leonardo da Vinci, Miguel Ángel

o Newton entre otros personajes. La conclusión extraída entonces y válida aún hoy al comenzar el curso es que los alumnos apenas conocen a los maestros que han marcado la senda por la que progresó el hormigón. Aunque la afirmación siguiente es especulativa, sospechamos que si la pregunta se formula a los ingenieros ya en el ejercicio de la profesión en el ámbito de las estructuras, las respuestas no mejorarían en exceso la pobre estadística obtenida. También es especulativo pensar que es muy probable que formular una pregunta parecida a los alumnos de la Escuela de Arquitectura daría como resultado una respuesta desbordante, incluyendo una clasificación por escuelas, épocas, procedencias geográficas, gustos personales,… Sería interesante hacer el experimento. Aun a riesgo de ser simplistas, cabe pensar que tal diferencia (presunta) de comportamiento entre aspirantes a ingenieros y a arquitectos se debe a dos factores: por una parte, los alumnos de Arquitectura reciben una asignatura de historia más centrada en la actividad profesional para la que se les forma, mientras que los alumnos de ingeniería no siempre reciben tal formación o, en el mejor de los casos, ésta es muy dispersa porque muy variado es el campo de los ingenieros de caminos o los ingenieros civiles: estructuras, urbanismo, puertos, hidráulica, energía,… Por otra parte, los futuros arquitectos suelen tener de suyo interés personal, no estimulado exteriormente, mientras que los futuros ingenieros no se sienten tan atraídos por eso, quizás más deslumbrados en su aún joven mente por lo meramente tecnológico. No está reñido el interés por las ciencias y la tekné con el amor al arte (conviene recordar la dualidad semántica de arte y técnica). Más bien lo contrario. El contexto humano, el hecho de que nuestra profesión de ingenieros tenga una componente social

La costumbre pervive, afortunadamente, en la asignatura de Hormigón y Estructuras Metálicas, de 6º semestre de grado del nuevo plan (desde el curso 2012-13), en la que se amplía el cuestionario y la propia docencia a la historia de las estructuras metálicas. 1

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tan clara y trascendente nos obliga a considerar, imprescindiblemente, la geografía y la historia como disciplinas de obligado conocimiento. No se puede encajar un ferrocarril, una carretera, una obra hidráulica, o un puente, sin conocer la geografía del territorio físico, humano y económico, con su historia, en el que se ha de insertar (o ya está inserto si se trata de intervenir en una obra existente). Lo contrario, actuar de manera ensimismada en el objeto estructural, comporta el riesgo de no acertar y, en todo caso, de perderse la riqueza de la obra redonda, la que es útil, bella y resistente al servicio de la sociedad. Por eso, a escala general, los grandes profesionales que lo han sido, sean de la disciplina que sean, conocen bien la Historia (con mayúscula) y son, por eso, también grandes humanistas. La gran mayoría de los ingenieros cuya figura se glosa en estos apuntes responde a ese perfil de profundidad, de consciencia del equilibrio necesario y sinérgicamente enriquecedor entre técnica y humanidades.

Fritz Leonhardt

Le Corbusier

Por eso es bueno saber de la historia de la disciplina que se enseña. Es señal de amor por lo que se hace, de respeto por quienes la hicieron progresar y, por último, síntoma de curiosidad, que es el motor del aprendizaje. Por eso enseñamos en nuestra Escuela la historia del Hormigón Estructural, aunque, como la de cualquier otra materia técnica, no haya sido casi nunca objetivo docente, ni herramienta pedagógica. Queremos que sea medio para que los profesionales reconozcamos mejor el valor de nuestra profesión y la dimensión social que hay detrás. Enseñar, es decir, prender la llama de la curiosidad en los alumnos por la Historia, es contribuir a poner remedio a ese desapego.

Emil Mörsch

Frank Lloyd Wright

Robert Maillart

Félix Candela

Eugène Freyssinet

Carlos Fernández Casado

Pier Luigi Nervi

Miguel Fisac

Franz Dischinger

Oscar Niemeyer

Eduardo Torroja

Ulrich Finsterwalder

Figura 9.1 ¿Conocen los ingenieros a qué personajes corresponden estas imágenes? Muchos de ellos se han citado en estas páginas. A bote pronto, puede resultar inverosímil que en pocos años se pierda, colectivamente, el rastro de personajes que hoy, felizmente, son referentes muy cercanos, como (por citar sólo algunos) Juan José Arenas, José Antonio Torroja, Florencio del Pozo Frutos, Javier Manterola, José Calavera, Michel Virlogeux, Adão da Fonseca, Juan Batanero, Leonardo Fernández Troyano, Alfredo Páez, Fernando Higueras, Javier Rui-Wamba, … Pero si no se fomenta el estudio de la historia pasada y del momento presente, sucederá que tan grandes figuras caerán injustamente olvidadas al cabo de poco tiempo, especialmente si no fueron profesores universitarios (en este caso, se les recuerda por sus clases o exámenes y no por su obra).

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La historia y la visión ordenada del conocimiento

La historia como motor de innovación

La visión histórica permite ordenar en el tiempo y en el espacio el bagaje de conocimientos, situándolos en su época, en sus necesidades, en sus condicionantes. Eso afirmaba Carlos Fernández Casado, quien apelaba al análisis técnico a la luz de la historia, porque creía en la “visión cósmica” del ingeniero, capaz de sobreponerse al atractivo del detalle por el detalle, en equilibrio con la visión de conjunto, esa que da la medida de lo adecuado de las soluciones, como señalamos en el preámbulo de estos apuntes.

Es errónea la idea de que la visión histórica es exclusivamente retrospectiva. La visión histórica es profundamente analítica e innovadora. Así, los que realizan una investigación (las tesis doctorales son paradigmáticas en este aspecto) hacen un estudio o revisión del “estado del conocimiento”. Eso es estudiar historia: saber qué han hecho otros en el pasado, más o menos remoto, detectar sus lagunas —con comprensión e indulgencia para con los errores— y, por consiguiente, los resquicios por los que cabe abrir un nuevo frente de conocimiento.

Es sabido que un criterio más de ordenación de las cosas es el cronológico. En el caso de disciplinas de tipo tecnológico, la presentación secuencial de las cosas resulta especialmente lógica, en la medida en que se muestran los pasos del desarrollo humano en su orden natural, no siempre el óptimo, pero sí el más real, en la medida en que está subordinado a un contexto determinado. Puede entenderse así, por ejemplo, que Jackson y Döhring (por separado), se estrellasen con la dura realidad de unas deformaciones diferidas del hormigón que arruinaron su brillante propuesta de pretensar las armaduras, 30 años antes de que se fabricasen los aceros de alto límite elástico, que superaban ese inconveniente.

Figura 9.2 Trasvase de conocimientos en el planteamiento del análisis de soportes esbeltos de fábrica. Catedral de Palma de Mallorca

La historia permite estimular al alumno en la inventiva, en la capacidad de discurrir nuevas ideas, de entender conceptos que otros ya pensaron para sí y para sus sucesores. Es el caso de quienes, antes que Freyssinet, entendieron el efecto beneficioso que los pináculos dispuestos sobre los contrafuertes de las catedrales, antes de descimbrar las naves, tenían para generar un estado favorable de compresiones, o el efecto de la carga muerta en los arcos de fábrica (los rellenos del trasdós), mucho más importante que las sobrecargas, y que “pretensa” sus directrices con relación a las sobrecargas futuras. Otro ejemplo de la fecundidad de ideas que puede dar el conocimiento de la Historia es el trasvase de conocimientos de una disciplina a otra. Las figuras 2.19 y 9.2 muestran el caso de la comprensión del dintel de la puerta principal de la fachada oeste del monasterio de S. Lorenzo de El Escorial, por medio de bielas y contrarrestos, y el estudio de la esbeltez de las asombrosas pilas de la Catedral de Palma de Mallorca con los criterios de los soportes esbeltos de hormigón. Así, hablar de historia con naturalidad durante la exposición de los fenómenos vinculados al proyecto, al comportamiento de los materiales, a las razones de la normativa, de los medios constructivos, etc. permite engarzar los conceptos con una visión más rica, más antropológica en el sentido orteguiano del ethos del individuo y sus circunstancias. Asimismo, debe prender en el alumno la idea de que, tras el artificio del momento límite o la fealdad de la formulación del cortante, ha habido seres humanos, ingenieros o arquitectos, que aportaron arte, ciencia y pragmatismo para progresar. Los alumnos deben conocer ese pasado porque están llamados a tomar el relevo y a cederlo en su momento.

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La historia como apoyo pedagógico Aderezar la formación con historia permite, como las anécdotas, fijar la atención del alumno durante la exposición. Cuando un fenómeno físico, un proceso constructivo, se presenta con el recurso a una construcción histórica, se fija la atención de los alumnos, que se muestran expectantes ante la eventual relación que puede tener lo que se les quiere contar con la anécdota que surge de improviso. Un ejemplo es el del comportamiento de las zapatas, para las que la normativa, y hace muy bien, exige el empleo de

armaduras. Sin embargo, las zapatas de los puentes de fábrica, de las catedrales, etc. no contienen ni un gramo de acero. Se movilizan igualmente mecanismos de bielas y tirantes (figura 9.3), pero los tirantes, las fuerzas de tracción necesarias para asegurar el equilibrio vienen dadas por un fenómeno físico esencial: el rozamiento. Lo mismo sucede con los conceptos de equilibrio y de compatibilidad, o incluso con aceptar la fisuración, la rotura parcial de elementos que pierden continuidad física, como se explica en la figura 3.10 a propósito de la sistemática fisuración (aunque no se note) de las cúpulas y, por supuesto, de las piezas de hormigón estructural.

Figura 9.3 Zapatas de fábrica. Modelo de bielas y tirantes, suplidos por el rozamiento

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La historia como fuente de información estructural Saber de Historia comporta otras ventajas al ingeniero o al arquitecto inspector de una estructura. Saber situar en el tiempo una determinada construcción permite afirmar, con poco margen de error, si la estructura es armada o pretensada (eso es bastante fácil), la resistencia aproximada del hormigón utilizado, el límite elástico de las armaduras dispuestas, los detalles constructivos más probables, los trenes de cargas utilizados en el proyecto, etc. Saber de Historia del hormigón sirve para entender y perdonar los errores de quienes jalonaron el camino, como seres humanos, de aciertos y errores, aunque la balanza siempre se decantó por los primeros. Le sucedió a Könen y Wayss, o a Galileo al situar la fibra neutra en la fibra inferior de la sección (figuras 6.1 y 6.2), lo que no impidió el desarrollo del hormigón. Sucedió algo parecido con quienes, antes de discurrirse la genial idea del momento límite, como frontera entre la presencia forzada de armadura de compresión, se obstinaban en poner sólo armadura de tracción. La lógica y la intuición tienen sus límites, como enseña la Historia.

Saber de Historia habilita al ingeniero que interviene en el patrimonio construido para detectar potenciales puntos críticos. Materiales, soluciones constructivas o detalles que se consideraron oportunos y hasta eficientes en su momento han revelado, con el transcurso del tiempo, que tenían evoluciones negativas o que comportaban riesgos no identificados entonces (cementos aluminosos, productos de inyección, apoyos a media madera, juntas, etc. son buenos ejemplos de esto). Enseñar historia, incluir estos aspectos en las tesis doctorales sobre este ámbito tan necesario de investigación es síntoma de progreso. Lo son también las tesis orientadas hacia aspectos históricos como fines en sí mismos. Ojalá estos apuntes sirvan para estimular entre los jóvenes el amor a la Historia del Hormigón Estructural y a los docentes para enseñar.

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BIBLIOGRAFÍA

Von Caementum zum Spannbeton. Hagermann, 1961 Fernández Casado, Carlos. La Arquitectura del Ingeniero, 1975. Heinrich, Bert. Brücken. Vom Balken zum Bogen La arquitectura del s. XX. Birkhäuser. 1992. Fundación Esteyco. Carlos Fernández Casado, 1997. Billington, D. Robert Maillart. 1987. Torroja, E. Razón y ser de los tipos estructurales. 1960 Stiglat. Brücken am Weg. 1996

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AGRADECIMIENTOS

Como se indicó en el preámbulo, este texto tuvo como destinatarios, en su primera edición, a los alumnos de la ETS de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la UPM. Durmió un letargo de quince años en forma de apuntes universitarios, despertando ahora en la presente edición, resultado de la iniciativa y el impulso de FHECOR, singularmente de José Romo y Fco. Javier Fernández Pozuelo. A ellos mi más profundo agradecimiento. De aquellos apuntes, con figuras y maquetado de aficionado, se ha pasado al presente documento, de composición y figuras transformadas por la mano maestra de Fabrice Leray, experto en diseño que, desde FHECOR, despliega una profesionalidad de la que el lector es testigo al recorrer estas páginas. También quiero expresar mi agradecimiento a mis queridos compañeros de la Cátedra, muy en especial a Hugo Corres y a Alejandro Pérez Caldentey, catedrático y profesor titular, respectivamente, con quienes más tiempo de docencia he compartido. Debo añadir también en esta lista a personas que, probablemente, ni siquiera son conscientes de haberme ayudado: Antonio Aguado de Cea, de la UPC, y a Francisco Prieto, Javier Andueza y Julio Sánchez, egregios ingenieros de FHECOR.

Javier León

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