Construcció industrialitzada d’escoles (II) 2008-17

ENRIC XERCAVINS I VALLS
Enginyer Industrial, ETSEIB (Escola Tècnica Superior d’Enginyers Industrials de Barcelona).
Premi 150 anys d’Enginyeria Industrial a la Construcció. Menció especial al projecte: Poliesportiu soterrat dins una escola.
Premi Creativitat Internacional. Modalitat: Construcció. COEIC (Col·legi Oficial d’Enginyers Industrials de Catalunya). Construcció Industrialitzada d’escoles.

JOSEP XERCAVINS I BATLLÓ
Enginyer Mecànic. EUETIT (Escola Universitària Enginyers Tècnics Industrials de Terrassa).
Màster d’Estructures Arquitectòniques. UPC (Universitat Politècnica de Catalunya).
Professor del Màster: Rehabilitació i Patologies d’estructures.
IEE (Institut d’Estudis Estructurals).

CONSTRUCCIÓ INDUSTRIALITZADA D’ESCOLES (II) 2008-17, és una segona entrega sobre l’etern debat entre industrialització i construcció tradicional, aplicada a la construcció escolar. Construcció industrialitzada d’escoles (I) 2000-08, va ser publicat en el nº 32 de la revista Quaderns d’Estructures.

Les estructures industrialitzades solucionen les urgències del dret bàsic d’escolarització, fent una arquitectura escolar de qualitat, amb processos industrials sostenibles de residus mínims i estalvi d’aigua i amb un fàcil muntatge en obra.

En l’article recordem els precedents de la industrialització en la construcció, definim una classificació dels nivells d’industrialització, valorem l’altre construcció en els països desenvolupats i pensem en el futur de les impressores 3D.

INTRODUCCIÓ

L’any passat (2017) es va celebrar el BBB “Beyond Building Barcelona” dins la 20.a edició de Construmat a la Fira de Barcelona. El títol en anglès potser es pot traduir per: Més enllà de la Construcció a Barcelona. En la informació del saló destacava que «El futur de la fabricació descriu el futur de la construcció» i aquest concepte ens recorda un article sobre Prefabricació que vam escriure a principis dels anys 2000 a la revista Hormigón y Acero, on parlàvem del permanent debat entre estructures in situ, amb semi-prefabricació i amb prefabricació total.

A l’any 2008 vam publicar també a les revistes Hormigón y Acero i a Quaderns d’Estructures de l’ACE, l’article Construcció industrialitzada de centres escolars, en un moment en el que s’havia de cobrir amb rapidesa el gran dèficit d’escoles pels diferents moviments demogràfics. Han passat quasi 10 anys i s’ha continuat construint amb sistemes industrialitzats i per això volem fer un repàs del període 2008-17.

En el període 2000-08 es van cobrir prioritàriament les necessitats de centres escolars a les comarques de la primera corona a l’entorn de Barcelona: el Baix Llobregat, els Vallesos i el Maresme, mentre que en el període 2008-17 hem col·laborat més en projectes de les comarques de la segona corona: l’Anoia, el Bages, el Baix Penedès, el Tarragonès i el Gironès, degut al seu creixement, pel desplaçament de famílies que surten de l’Àrea Metropolitana per buscar preus més assequibles d’habitatges i un nivell de vida més baix.

En aquest últim període també hem participat excepcionalment en projectes de rehabilitació i adaptació d’edificis per escoles i/o instituts i també nous centres escolars amb estructures tradicionals de formigó in situ, però sobretot s’ha treballat amb construcció industrialitzada en les diferents modalitats o tipologies:

• Sistema d’Industrialització Pesat: Estructura formigó prefabricat SIP
• Sistema d’Industrialització 1/2 Pesat: Estructura metàl·lica 1 xapa greca 1/2 SIP
• Sistema d’Industrialització Lleuger: Estructura metàl·lica 1 malla SIL
• Sistema d’Industrialització Modular: Estructura modular metàl·lica SIM
• Sistema d’Industrialització en Fusta: Estructura fusta laminada SIF

L’arquitecte Ramón Araujo en la revista Arquitectura Viva núm. 156 (2013), en un article sobre Arquitectura i Indústria parla d’integrar orgànicament el disseny i la producció, de la convivència d’elements molt industrialitzats amb tècniques tradicionals i del desenvolupament de les estructures de fusta, de la tecnologia del vidre, de les estructures metàl·liques cargolades, de les estructures tèxtils… Aquests conceptes són un referent pel nostre estudi.

PRECEDENTS DE LA INDUSTRIALITZACIÓ

A principis del segle xx, comencen a aparèixer sistemes de prefabricació de formigó armat, que van substituint les estructures metàl·liques sorgides en l’època de la revolució industrial del segle XIX. Destacarem dos arquitectes-enginyers especialistes en la industrialització de la construcció:

Louis Kahn: Sistemes d’Industrialització Pesada, SIP

Amb la col·laboració de l’enginyer consultor d’estructures A. Komendant va dissenyar un sistema de pòrtics bidireccionals de formigó armat pre-tensat en fàbrica i post-tensat en obra, per aconseguir espais oberts i diàfans.

En l’esquema estructural contigu es detalla l’especejament de pilars, bigues principals, bigues secundàries i plaques, prefabricades totalment. Les connexions entre aquests elements estructurals generen nusos rígids, necessaris per absorbir els esforços horitzontals d’edificis en altura.

També estudia la previsió de les instal·lacions per dins de les diferents peces estructurals prefabricades, preveient la canalització buida per l’interior amb motlles metàl·lics.

Amb aquest sistema constructiu de prefabricació industrial amb volums prismàtics, aconsegueixen una arquitectura on l’espai i la llum creen unes condicions excel ·lents de treball.

Jean Prouvé: Sistemes d’Industrialització Lleuger-Modular, SIL-SIM

En la biografia de Jean Prouvé escrita per Nils Peters (Editorial Taschen), llegim que, malgrat no haver estudiat a la Universitat, era admès oficialment com a arquitecte i constructor serraller.

La seva filosofia de treball es pot resumir en una frase d’un discurs, al donar-li un premi:

«Prouvé ha dedicat la seva vida a integrar indústria i arquitectura, per afavorir l’aspecte humà en el nostre medi ambient.»

En col·laboració amb diferents arquitectes, dissenya estructures lleugeres d’acer, alumini i vidre.

Uns edificis relacionats amb aquest article són tres escoles provisionals i desmuntables pel barri de Villejuif als afores de París. L’estructura es composa de pòrtics en T atirantats en V, que suporten la coberta que vola per protegir les aules del sol.

L’acer i l’alumini no es van imposar en la construcció ja que el formigó es va imposar sobre el metall (Nils Peters).

Ha sigut ara, entre finals del segle xx i principis de l’actual, que es recupera la tecnologia de SIL-SIM.

EXCEPCIONS

Com a excepció a la creixent tecnologia de la industrialització en la construcció d’escoles, també hem col·laborat en projectes de rehabilitació i adaptació d’edificis per instituts i escoles.

Rehabilitació

Encara que el procés de rehabilitar un edifici existent, comporta plans de treball més llargs i més dificultats tècniques que els sistemes industrialitzats (8 mesos), té com a factors positius la reutilització d’un edifici, que, si no es rehabilita, s’hauria d’enderrocar creant residus per portar a l’abocador i no es compleix el concepte ecològic de Residu Mínim de les 3R reduir, reutilitzar i reciclar.

L’institut de Sentmenat va néixer de la rehabilitació d’una antiga fàbrica tèxtil, d’estructura metàl·lica de pòrtics d’acer de fosa en sostre baix i encavallades metàl·liques en coberta. Les aules es van encabir en les dues plantes i el gimnàs en un edifici annex, amb l’estintolament de pilars existents.

L’Institut de Martorell era una antiga escola projectada als anys 30 per l’arquitecte J. M.a Sert, que havia sofert diferents usos al llarg del temps, amb afegits i obertures que interferien en la distribució d’origen. Els dos mòduls separats es van unir amb un passadís de serveis de nova construcció amb pòrtics metàl·lics i xapa greca.

L’Escola Pau Casals de Rubí es va inaugurar l’any 1964 com a “XXV años de paz”, després de la tràgica rierada del 1962. L’any passat es va rehabilitar, reforçant l’estructura deteriorada per les filtracions d’aigua i la façana es va embolcallar amb una evolvent industrialitzada.

In situ

També hem participat en el projecte de nous centres escolars amb estructures tradicionals de formigó in situ. La raó d’optar per aquesta tipologia de construcció va ser que les dues que presentem eren l’ampliació d’antigues escoles que es reformaven i s’havien de connectar conjuntament.

L’escola de Bellver de Cerdanya es va projectar amb estructura de llosa massissa amb suports en pantalla de formigó armat per absorbir les empentes de la coberta inclinada, amb càrregues de les nevades pròpies de la situació geogràfica. L’estructura de l’escola de Sta. Coloma de Queralt és amb sostre reticular amb cassetó recuperable i pilars de formigó. El motiu d’escollir aquesta tipologia va ser de disseny arquitectònic, deixant a la vista el dibuix de la retícula buida.

NIVELLS D’INDUSTRIALITZACIÓ (període 2008-16)

Analitzem les estructures i les evolvents d’edificis escolars construïts en el període 2008-17, on hem col·laborat i que representen les tipologies principals de sistemes d’industrialització actuals, buscant en cada cas la solució òptima, funció de la ubicació i circumstàncies de cada obra.

• Sistema d’industrialització Pesat: Estructura formigó prefabricat SIP
• Sistema d’industrialització 1/2 Pesat: Estructura metàl·lica 1 xapa greca 1/2 SIP
• Sistema d’industrialització Lleuger: Estructura metàl·lica 1 malla 3D SIL
• Sistema d’industrialització Modular: Estructura modular metàl·lica SIM
• Sistema d’industrialització en Fusta: Estructura fusta laminada SIF

Sistema d’Industrialització: Pesat (SIP)

Estructures de pòrtics de jàsseres i pilars prefabricats de formigó armat i/o pretesat. L’estructura secundària entre les bigues principals es soluciona amb prelloses o plaques alveolars pretesades, afegint a obra com a màxim la capa de compressió.

Evolvents de panells prefabricats de formigó armat, massissos o alleugerits amb poliestirè expandit, preveient les obertures de finestres i portes i el pas d’instal·lacions.

La inèrcia tèrmica del plafó garanteix la sostenibilitat de l’escola.

En cada obra hi han elements arquitectònics singulars, que s’han solucionat amb altres tipologies de construcció com estructures metàl·liques o formigó in situ, que conviuen perfectament amb les estructures i evolvents totalment industrialitzades.

Sistema d’Industrialització 1/2 Pesat (1/2 SIP)

Estructures de pòrtics amb bigues i pilars metàl·lics d’acer estructural. L’estructura secundària entre bigues principals es soluciona amb xapa greca col·laborant armada en els sinus i amb un xarxat superior. Es formigona en continuïtat per aconseguir un forjat compost mixte.

Evolvents de plafons lleugers de diferents industrialitzacions:

• GRC (Glass Reinforced Concrete). Micro-formigó reforçat amb fibres de vidre.
• Panells metàl·lics d’alumini, d’acer galvanitzat, de zinc…

El muntatge de les evolvents requereix d’una subestructura auxiliar que transmeti els esforços horitzontals de vent a l’estructura principal.

En cada obra hi ha elements arquitectònics singulars, que, degut al seu ús, es solucionen amb formigó in situ elaborat en planta i abocat en obra mitjançant bomba. Les diferents tecnologies, dins d’una mateixa obra, impliquen una bona planificació per no interferir-se entre elles.

Sistema d’Industrialització Lleuger (SIL)

Estructures de malla espacial en gelosia industrialitzada TAS (Teyco Airport Services) sobre pilars metàl·lics tubulars, que arrenquen d’una llosa massissa mínima de cantell 30 cm per la lleugeresa de l’estructura.

Amb aquest sistema estructural, no hi vam projectar cap escola en el període 2000-08.

Els components estructurals de la gelosia són perfils tubulars de secció circular 40,3 en la coberta del gimnàs de 14 m de llum i perfils 38,3 en la resta de mòduls de llums màximes no superiors a 11 m. La gelosia és triangulada amb mòduls de 110 x 110 cm i cantell 55 cm, amb nusos rígids on es cargolen les barres que hi conflueixen.

Els pilars que suporten la malla en gelosia són també perfils tubulars, però de secció quadrada.

Aquest sistema injecta polímers al reblert realitzant una mescla amb el terreny existent, generant un terreny endurit amb una càrrega admissible superior a la càrrega de treball necessària. Un cop realitzat el tractament, es va comprovar amb un estudi de geotècnia extern les característiques geològiques definitives per fonamentar amb una llosa mínima sense assentaments.

Tots els pilars són de dimensió 100 x 100 mm i de gruixos 3/4/6 mm en funció de les sol·licitacions d’axials i moments ambdues direccions.

Els contravents en barra massissa s’han projectat dins de tancaments o separacions entre aules o sales per no interferir en passadissos o circulacions interiors.

Aquest sistema estructural es va escollir per les raons següents:

• Estructura desmuntable i per tant reutilitzable en una altra ubicació.
• El rendiment mecànic dels perfils (relació entre característiques resistents i pes per ml) és òptim.
• Ràpid muntatge a obra mitjançant nusos dissenyats per rebre les barres en diferents direccions.
• Tota l’estructura és seca, complint les recomanacions de sostenibilitat.
• Producte ecològic i sostenible amb el medi ambient.
• Fàcil manteniment en el seu període de vida útil.

Sistema d’Industrialització Modular (SIM)

El sistema d’industrialització modular conforma estructures d’escoles mitjançant la combinació flexible de mòduls integrals metàl·lics, connectats entre ells per aconseguir la rigidesa global necessària per suportar les accions gravitatòries i les horitzontals.

Els mòduls són contenidors metàl·lics tridimensionals, de dimensions múltiples de 2,70 m. Així es fabriquen mòduls de plantes de 2,70 x 5,40 / 2,70 x 8,10 / 2,70 x 10,80 i alçada 3,00 m. El transport de factoria a obra es fa per carretera amb transports especials de tràilers.

Cada mòdul es fabrica amb un terra emmarcat per perfils UPN i biguetes transversals IPN, sobre el que es munta un forjat col·laborant de xapa greca, armada amb una xarxa tipus i formigonat dins la nau de fabricació.

Els muntants del prisma són perfils tubulars que suporten la coberta lleugera d’encavallades de cantell reduït connectades per gelosies triangulars.

Els mòduls integrals conjunten estructura i instal·lacions, arribant a obra amb la previsió de canonades d’aigua, baixants de coberta, desguassos de sanejament dels lavabos i cuina, cablejat elèctric i calefacció. També porten incorporat el mobiliari fixe de les aules, pissarres, estanteries i armaris. Un equip especialitzat realitza a l’obra la connexió entre els mòduls per conformar l’edifici complet segons l’arquitectura.

Sistema d’Industrialització en Fusta (SIF)

En els últims anys, les estructures de fusta es van introduint cada vegada més en la construcció de qualsevol tipus d’edifici, parlant-se fins i tot de construccions de gran altura. Es diu que així com l’acer va ser el material del segle xix, i el formigó el del segle xx, la fusta serà el material del segle XXI.

En el període 2000-08 el sistema SIF només el vam aplicar en gimnasos de centres d’ensenyament, per cobrir llums de 16 m amb bigues de fusta laminada, però no en l’estructura general del centre.

A Euskadi l’empresa EGOIN construeix seriadament escoles integralment en fusta laminada, amb avantatges:

• La fusta és un material reutilitzable i reciclable.
• Es controla la tala indiscriminada i s’aclareix per afavorir el creixement.
• Retè durant tota la vida CO2, degut a la seva naturalesa.
• Fonaments més econòmics per la lleugeresa de la fusta.
• Aïllant de la humitat i millora la conservació del calor.
• Construcció amb estructures de fusta certificada per a ús estructural de classe resistent segons CTE.
• Construcció prefabricada en sec. Estalvi d’energia.
• Muntatge dels elements estructurals, tancaments i divisòries amb grues mòbils.
• Cobertes de panells de fusta laminada encolada cap i cuada.

Dins d’aquest punt de SiF, Sistema d’industrialització en fusta, volem esmentar l’Edifici Ressó (2017) a Rubí, projectat per un grup d’estudiants de l’EtSAV i calculat per R. Brufau i J. R. Blasco arquitectes, i que s’ha implantat al barri de Sant Muç a Rubí com a centre cívic.

La coberta reticular de fusta muntada a peu d’obra es va pujar sobre una estructura sustentant de pilars metàllics i elements de bastida com a contravents, travat i subestructura d’evolvents lleugeres.

Es podria utilitzar aquesta tecnologia per substituir barracons escolars provisionals, oferint uns espais molt més dignes, que les tristes barraques contenidores de persones.

L’ALTRA CONSTRUCCIÓ

Com a contrapunt a la industrialització integral exposada en el punt anterior, hem buscat informació de les tècniques de construcció utilitzades en altre continents: Àfrica, Àsia i les Amèriques. Així, en la revista Arquitectura Viva, dirigida per l’arquitecte Luis Fernández Galiano, hem trobat dos números on s’analitza l’altra construcció en aquests continents.

Arquitectura Viva 133 (2010)
La otra globalización, una estética de lo necesario. Más por menos.

Arquitectura Viva 140 (2011)
África esencial. Modernidad y tradición.

El primer concepte comú a tots ells és l’ús de materials tradicionals propers, naturals i austers, amb la base de murs de càrrega de tàpia, de maons, de blocs o de formigó i amb cobertes industrialitzades metàl·liques, de fusta, de bambú, de canyes…, construïts amb mà d’obra local, perquè visquin l’obra per fer-se-la seva.

En un seminari sobre Arquitectura i Indústria organitzat per la “Fundación Arquitectura y Sociedad”, es concloïa: “Oferir més utilitat usant menys materials i menys energia per retornar a construccions lògiques intemporals”.

Aquest concepte és aplicable a la construcció en general, però, en especial, en continents veïns al nostre.

Escola Gando (Burquina Faso)

Estructura de parets de tàpia reforçada amb ciment i pilars de formigó armat que suporten una coberta metàl·lica en malla.

La doble coberta forma una càmera d’aire que dissipa les temperatures per la ventilació induïda.

La coberta metàl·lica vola perimetralment per protegir del sol, aconseguint una il·luminació adequada pel benestar d’alumnes i mestres.

Escola Rudrapur (Bangladesh)

La base estructural és de parets de terra vista reforçada amb palla i compactada segons la tradició de la zona, sobre fonaments de maó.

La coberta està construïda utilitzant el bambú del voltant de l’obra. Els pilars, les bigues i els element diagonals que donen rigidesa són d’aquest material.

La coberta metàl·lica també vola perimetralment per protegir del sol i aconseguir una il·luminació i unes condicions ambientals adequades.

Escola San Ambrosio (Mèxic)

Fonaments: pedra de les canteres pròximes.
Estructura: pòrtics de pilars i bigues de fusta local.
Coberta: xapa metàl·lica greca.

A les Amèriques ha influït molt el treball d’investigació social de l’arquitecte xilè Alejandro Aravena, premi Pritxker. Ha desenvolupat els conceptes de tècniques tradicionals i de construcció per operaris locals a fi d’aconseguir arquitectures elementals que responguin al projecte.

FUTUR DE LA INDUSTRIALITZACIÓ

En els últims temps, apareixen en els mitjans de comunicació notícies sobre impressores 3D d’estructures d’edificis mitjançant l’extrusió de materials similars al formigó.

També constatem l’augment de velocitat de fabricació amb l’evolució de robots col·laboradors, que requereixen una especialització dels operaris que treballen amb les noves eines.

En aquest punt volem recordar, salvant les diferències, ponedores de cassetons i revoltons i les màquines que per vibro-compressió fabriquen des de fa 50 anys biguetes i plaques alveolars pretesades. Van ser les pioneres de les actuals impressores 3D.

Investigacions de la tecnologia 3D:

• La UPC de València investiga en “Design optimitzation of 3D reinforced concret estructures”.
• El Centre Tecnològic Eurecat, desenvolupa una tecnologia per fabricar en 3D peces lleugeres reforçades amb fibres de carboni.
• La Fundació Arquitectura i Societat ha organitzat un seminari per debatre sobre la relació arquitecturaindústria.
• La iAAC (institut d’Arquitectura Avançada de Catalunya) ja ha imprès en 3D una passera a Alcobendas.
• La Fira de Barcelona va organitzar la 1a edició d’“in(3D)ustry from Needs to Solutions”, com a capital mundial de la fabricació additiva i avançada.
• BB Construmat va proposar en el “industry Future Arena” punts de debat i transferència del coneixement en sis fases:

1. Projecte, noves eines pel seu desenvolupament.
2. Materials innovadors.
3. Execució de l’obra amb tecnologia 3D.
4. Prototip d’habitatge modular.
5. Rehabilitació amb implementació de novetats.
6. Economia circular 3R: reduir, reutilitzar i reciclar els residus de la construcció.

En conclusió, valorem i aprofitem totes les investigacions amb l’ajut de les noves tecnologies, per avançar en els nous mètodes constructius d’industrialització, tant d’elements estructurals com d’evolvents.

També s’ha de continuar fent recerca en nous materials compostos, com perfils pultrusionats de fibres de vidre, carboni, bor o aramida dins d’una matriu de resina epoxi, fenol o polièster, tant per estructures totals com també per armar el formigó estructural tradicional prefabricat o in situ.