La ciència a l’enginyeria estructural

Quan parlem de ciència poques vegades ho relacionem amb l’enginyeria, i menys quan estem en el món de la contrucció i de l’enginyeria civil. El meu punt de vista és contrari a aquesta visió habitual, si ens centrem en la construcció d’estructures i la ciència que hi ha darrere, és a dir la resistència de materials, veiem que és una branca científica que no té res a envejar a d’altres disciplines de la ciència i de la tècnica.

Es fascinant veure com des del naixement fins a la posterior evolució i maduració la resistència de materials ha seguit els mateixos passos que la resta de branques clàssiques de la ciència. Més encara si seguim els noms propis dels qui han contribuït.

Molts consideren a Galileo (s. XVII) com el primer gran científic, les seves aprotacions sobre astronomia, física i mecànica són prou conegudes, però és menys coneguda la seva aprotació en el camp de la resistència de materials. En el seu llibre ‘Dos noves ciències’ es recull el seu treball sobre el camp de la mecànica, Galileo va observar que la resistència d’un element sotmés a tracció és proporcional a la seva secció i independent de la seva longitud. També va explicar el mecanisme resistent d’una biga en voladiu sotmesa a flexió. Ara sabem que la seva teoria no era correcta però aquesta primera publicació va servir de punt de partida i el seu testimoni va passar a tants d’altres.

Il·lustració de Galileo d’una assaig a flexió (font)

Posteriorment Robert Hooke, coetani i rival de Newton, va evaluar que l’allargament de cables i resorts es proporcional al pes que aguanten. La llei de Hooke, que porta el seu propi nom, és la base quan tractem amb elements elàstics.

La resistència de materials va evolucionar com la resta de branques de la ciència, va avançar a mesura que el pensament científic i les eines teòriques i técniques evolucionaven. Actualment tothom pot tenir accés a al coneixement però a finals del segle XVII el càlcul (sí l’assignatura sobre derivades i integrals) era l’eina més potent de l’època i només quatre homes estaven familiaritzats amb aquesta branca de les matemàtiques. Aquests eren Leibnitz, Newton i els dos germans Jacob i Johann Bernoulli. Aquests dos últims són prou coneguts al món de les matemàtiques però també van treballar en el camp de les estructures estudiant la deformació de bigues. El fill de Johann, Daniel Bernoulli va seguir les passes del seu pare, la seva publicació més important va ser ‘Hidrodinàmica’ on va postular el principi de Bernoulli però de les seves converses amb Euler en van sortir grans constribucions a la resistència de materials.

Jacob, Johann i Daniel Bernoulli i Leonhard Euler (d’esquerra a dreta)

Leonard Euler (s. XVIII) un dels matemátics i físics més coneguts i prolífics va compartir pis amb Daniel Bernoulli que el va encoratjar a resoldre de forma analítica l’equació diferèncial de la biga. També va obtenir la càrrega crítica de vinclament per pilars comprimits, que és la base per el cálcul de la inestabilitat d’una estructura.

Durant el segle XVIII tot estava per fer en el món de la ciència i pràcticament encara no hi havia divisió entre disciplines. Un mateix pensador tocava diferents branques de la física i de les matemàtiques, és habitual trobar que grans científics en certes disciplines també van treballar en la resistència de materials.

Coulomb (1736 – 1806) va contribuir com ningú a la mecànica de sòlids elàstics durant el segle XVIII però les seves aportacions més conegudes van ser en el camp de l’electricitat i el magnetisme. Thomas Young (1773 – 1829) és conegut per el seu experiment d’interferència de la llum (1801), des del meu punt de vista un dels experiments més influents de la història de la ciència, anys més tard introduía el mòdul d’elasticitat (o mòdul de Young) com a propietat intrinseca del material i independent de la secció. Lord Kelvin (1824 – 1907) i James Clerk Maxwell (1831 – 1879) grans personalitats en els camps de la termodinàmica i de l’electromagnetisme respectivament també van treballar en l’elasticitat i la resistència de materials.

Coulomb, Young, Kelvin i Maxwell (d’esquerra a dreta)

Aquests són alguns del noms propis de la resistència de materials però n’hi han molts més i sinò els he citat abans no és perquè siguin secundaris, podria haver parlat també de Navier, Cauchy, Poisson, Stokes, Lamé, Saint-Venant, Mohr o de Stephen Timoshenko, considerat el pare de la resistència de materials moderna i autor del llibre ‘History of strength materials’. Llibre d’on he tret la major part de la informació de l’artícle i que recomano pel qui vulgui ampliar la informació de les persones que han conformat la ciència de les estructures.

History of strength materials. Autor: Stephen P. Timoshenko

Forth Bridge

Forth Railroad Bridge, 1890

Tot enginyer motivat pels ponts sempre es manega les vacances per poder visitar alguna estructura interesssant. Aquest any jo he aprofitat per veure un d’aquells ponts que simplement s’han de veure algun cop a la vida, la criatura en questió és diu Forth Railroad Bridge o simplement Forth Bridge pels amics.

Només quatre dades ràpides per situar i no aburrir: llum màxima 521 m, longitud total 2529 m, alçada màxima de les piles 100 m, va ser construït entre el 1883 i el 1890, i encara està en ús!

L’espectacularitat del Forth Bridge és en gran part gràcies a la magnitud de l’estructura, utilitza la tipología estructural d’un pont en voladís. Per explicar el mecanisme resistent els propis enginyers van preparar aquesta célebre imatge del pont ‘humà’:

Aquest disseny va ser adoptat pels enginyers John Fowler i Benjamin Baker, encara que inicialment el pont havia de ser penjant seguint el projecte de Thomas Bouch. L’any 1879, quan ja s’havien començat la feines de la fonamentació, es va paralitzar l’obra a causa del colapse del Tay Bridge, projectat per Thomas Bouch. L’accident va tenir lloc quan va fallar una pila durant una gran tempesta, sembla ser que l’accident va ser una combinació de mal disseny i mal manteniment. Es pot trobar molta informació al respecte en aquesta web: Tay Bridge Disaster. Aquest accident es va cobrar 75 vides i va suposar un xoc a la societat britànica suficient per parar el projecte del Forth Bridge. Finalment va caure a les mans Fowler i Baker, que van refer el disseny inicial. L’esquema de pont de voladís és molt estable i com es pot observar en les imatges, en els punts de recolzament les piles s’obren per donar més estabilitat en front del vent transversal.

Una de les característiques inconfusibles és el seu color, d’un vermell pujat escollit per destacar quan la boira arriba a l’estuari, molt habitual a la zona. Però tal magnitud d’estructura requereix un gran manteniment de la pintura, fins hi tot hi ha una expressió en anglès que hi fa referència: ‘be like painting the Forth Bridge‘ per referir-se a feines que no s’acaben mai (font).

El Forth Bridge és una obra magna de l’enginyeria situada en un marc incomparable, al costat hi el Forth Road Bridge, un pont penjant acabat l’any 1964 que també va suposar un gran fita. I ja s’està construïnt el New Forth Bridge, aquest serà atirantat amb tres grans torres que reforçarà l’enllaç viari. A l’any 2016, quan està previst acabar-lo conviuran tres magnifiques estructures que pertanyen a tres segles diferents.

Forth Bridge junt al Forth Road Bridge

A dalt un disseny previ preliminar; a sota el projecte de Thomas Bouch que es va acabar descartant

En record dels que van perdre la vida construïnt el pont

Forth Bridge entre la boira

Forth Road Bridge

Estació Internacional de Canfranc

Últimament es parla molt de la rendibilitat de les infraestructures, fins i tot fora de l’àmbit de l’enginyeria, programes com Salvados de la Sexta han dedicat capítols sencers al tema, per explicar els excesos de l’administració malgastant fons públics ens aeroports, autopistes i AVE en zones on mai seran rendibles (veure Cuando éramos Ricos, Cuando éramos Cultos). Però aquesta tendència ja existia molt abans que explotés la bombolla inmobiliària, i un exemple n’és la Estació Internacioanl de Canfranc.

Per situar, l’estació està ubicada a Canfranc (Osca) i es va inaugurar el 18 de julio de 1928. Connectava amb França mitjançant un túnel ferroviari a través del Pirineus i en el seu moment era l’estació més gran d’Europa, així que ja es pot imaginar que en la seva època era una mega-infrastructura. Tot i que es va inaugurar amb molt de ressó mai va tenir molt trànsit, clar que les crisis econòmiques i diferents guerres i post-guerres no van ajudar. Però el túnel va seguir obert fins l’any 1970, quan a causa d’un accident d’un tren de mercadaries al pont de l’Estanguet, a la part Francesa, va tancar i ja no es va recuperar mai la connexió.

Actualment a falta de saber que passarà amb la connexió central pirinaica de l’AVE (l’eix 16) el recinte està totalment en desús, l’edifici principal està tancat però encara hi ha vagons de tren abandonats i restes dels suports de les catenàries, realment sembla un escenari del Call of Duty o les restes d’un apocalypse zombie.

Podeu trobar les fonts i imatges històriques als següents enllaços:

http://www.canfrancestacion.es/
http://www.forbidden-places.net/exploracion-urbana-estacion-de-canfranc#.T1YcQfEaMiA
http://www.canfranc.de/canfranc/start_s.html

Rafael Guastavino i la volta catalana

Salvador Tarragó, gran defensor de la figura de Rafael Guastavino el va qualificar com el millor mestre d’obres de la història. Constructor entre finals del s. XIX i principis del s. XX va tenir una gran influència als EEUU, on va passar la major part de la seva vida professional. No se si ha sigut el millor constructor de voltes de la història, però si que la seva figura és de gran importància tot i no se gaire coneguda.

Rafael Guastavino (1842, València – 1908, Baltimore), valencià d’origen emigra a Barcelona l’any 1861 per formar-se com a Mestre d’Obres on aprèn la tècnica de la volta catalana, que desenvoluparà i perfeccionarà al llarg de la seva vida professional fins al punt d’exportar els seus secrets als Estats Units on construirà més de 1000 edificis basats en aquesta tècnica.

La Volta Catalana o volta tabicada o volta cohesiva, és una sistema constructiu basat en la construcció de voltes rebaixades a partir de peces ceràmiques planes. Aquestes s’uneixen amb guix per fer la primera capa, aquest pren amb tanta rapidesa  que no es necessita cap cintra que aguanti la volta sense tancar. Un cop acabada la primera capa, se’n col·loquen de successives unides amb morter que dona la resistència necessària.

Guastivino comença la seva vida professional com a constructor l’any 1866, l’obra més emblemàtica on participa en la seva primera etapa és la fabrica “Can Batlló”.

Aviat se’n va a buscar-se la vida als EEUU, on fundarà l’empresa Guastavino Fireproof Construction Company l’any 1888. Guastavino s’adona de que la construcció en volta catalana té un gran mercat a Estats Units. Després dels grans incendis a Nova York (1835) i Chicago (1871) la societat americana estava molt sensibilitzada al respecte, sobretot en els edificis públics. Guastavino se’n adona i promou la Volta Catalana com a una tècnica constructiva a prova de foc, registra varies patents i fins i tot fa proves a escala real calant foc a construccions seves per tal de demostrar la qualitat de la  seva construcció.

Molts arquitectes veuen els avantatges que comporta la Volta Catalana, ja sigui pels aspectes de seguretat al foc com per l’economia de la construcció i la qualitat arquitectònica de Guastavino, així que la tècnica s’estén ràpidament. Entre els edificis més importants que construeix Guastavino hi ha la Biblioteca pública de Boston, l’estació Grand Central a NY, el Carnegie Hall, la catedral de Saint John the Divine o l’esglesia de St. Bartholomew a la Cinquena Avinguda, a Boston també construeix la Biblioteca Pública o el East Boston High School.

L’any 1908 Rafael Guastavino mor i el seu fill es fa càrrec de l’empresa fins al 1962, quan finalment l’empresa acaba tancant. L’herència que va deixar Guastavino és de capdal importància i forma part de la història de la construcció, va exportar la tècnica de la Volta Catalana als EUA i va deixar la seva petja en més de mil construccions.

Fonts:

http://www.rafaelguastavino.com/

http://es.wikipedia.org/wiki/Rafael_Guastavino

http://www.guastavino.net/

http://tigrepelvar3.wordpress.com/2009/06/16/la-obra-de-rafael-guastavino-que-cambio-la-imagen-de-nueva-york/

http://en.wikipedia.org/wiki/Guastavino_tile

http://ropdigital.ciccp.es/pdf/publico/2002/2002_junio_3422_03.pdf

http://patrimonioindustrialdebarcelona.blogspot.com/2009/03/la-fabrica-can-batllo-y-la-escola.html

http://arquicatalana.blogspot.com/2009/10/arquitecte-rafael-guastavino-i-moreno.html

Aquesta entrada es publica de forma simultània a Frame and Form gràcies a la col·laboració de Sergio Carratalá.