Arhitectură și construcție

Structuri cu deschideri mari

Cuprins:

I. INTRODUCERE

1. Argument........................................................................................................................2

II. EVOLUȚIA DESCHIDERILOR AMPLE

2.1 Scurt istoric - egiptul antic - marile piramide..............................................................3

- roma antică - inovații constructive....................................................... 4

- perioada bizantină - Sfânta Sofia..........................................................6

2.2 Formă, forță și funcțiune. Maillart, Nervi, Candella, sec.XX......................................8

III. STRUCTURI CU DESCHIDERI MARI

3.1 Sisteme constructive...................................................................................................16

- sisteme pe cadre (metalice, beton, elemente componente)...........................21

- sisteme autoportante (cupola, cilindrii, plăci cutate, hiperboloide)..............22

- structuri speciale (reticulate, suspendate, pneumatice)............................... 26

3.2 Expresivitate structurală..............................................................................................33

- formă și structură......................................................................................... 33

- culoare și textură..........................................................................................34

IV. STUDII DE CAZ

- Stadionul olimpic Londra, 2012...................................................................36

- Stadionul național Beijing, 2008..................................................................38

- Oita stadium, Japan, 2002............................................................................40

- Caz special - Cluj Arena........................................................................ 42

BIBLIOGRAFIE..........................................................................................................................44

1

I. INTRODUCERE

Deși componentele funțională și structurală ale arhitecturii sînt cele mai adesea distincte,

structura a avut întotdeauna influența decisiva asupra arhitecturii. În primul rând, structura este

inevitabilă. În al doilea rând, structura ascultă de legile naturii și nu poate să satisfacă dorințele

arhitectului. În al treilea rând, structura, pe cât este ea de necesară, este adesea ascunsă și nu

poate sa ofere arhitecturii suportul ei: ea este pentru arhitectură ceea ce este omul legii pentru

acuzat, un rău necesar.

Structura este deseori o cauză de fricțiune în relațiile dintre arhitect și inginer, astfel un

bun arhitect trebuie să fie astăzi un bun multilateral, bine versat în distribuția spațiilor, în

tehnicile de construție, în sisteme electrice și mecanice, dar și cu cunoștințe economice, ale

situației conjuncturale, ale comportării umane și sociale. Nu se va pune problema ca arhitectul să

realizeze proiectul în rolul de inginer, ci să țină seama și să intuiască aspectele tehnice amintite

mai devreme.

În altă ordine de idei, excluzând arhitectul și inginerul, cei mai mulți oameni de rând se

uită rareori la structurile arhitecturale sau pun simpla întrebare: cum stau clădirile în picioare?

Această aparentă lipsă de interes de interes pentru structuri este datorată unei neîntelegeri: aceea

că înțelegerea unei structuri necesită un spirit științific și că dobândirea de cunoștințe tehnice

exclude de obicei sfera cetațenilor obișnuiți. Această teamă este nejustificată. Structurile, chiar și

cele mai îndrăznețe au fost construite în trecut de meșteri care nu aveau nici un fel de cunoștințe

teoretice și care se bazau pe o intuire pur fizică a pricipiilor structurale. Cu toții posedăm aceste

intuiții prin experiența noastra zilnică, de exemplu, înțelegem de ce stâlpii de la baza unei clădiri

trebuie să fie mai puternici decât cei de la partea superioară, deoarece ei trebuie să suporte

greutățile cumulate ale tuturor planșeelor clădirii. Înțelegem cum lucrează un arc după descrierea

lui Leonardo da Vinci: "un arc constă din două piese slabe, rezemându-se una pe cealaltă,

formează o piesa rezistentă".

Mi-am propus să realizez un studiu legat de relația arhitecturii cu structura în care voi

încerca să subliniez principalele categorii și caracteristici ale structurilor existente, dar mai ales

structurile cu deschideri ample. Fiind în strânsă legătură cu tema proiectului de diplomă, în acest

studiu voi încerca înțelegerea cât mai corectă a acestor sisteme cât și a importanței lor în

arhitectura actuală.

2

II. EVOLUȚIA DESCHIDERILOR AMPLE

2.1 Scurt istoric

Egiptul antic - marile piramide

Piramidele de la Gizeh sunt, fără îndoială, cele mai impunătoare construcții ale

antichității, construite acum 4500 de ani, ele reprezintă culturile imortalizate si concepțiile

despre moarte ale egiptenilor. Având în vedere epoca în care au fost construite, este uimitoare

exactitatea cu care au fost realizate aceste piramide, de exemplu lungimile celor patru laturi

diferă cu maxim 20 de centimetri și sunt orientate spre punctele cardinale cu o eroare maximă de

5 minute și jumătate dintr-un grad.

fig. 1.1 Ansamblul de la Gizeh

Având în vedere aceste aspecte și faptul că aceste piramide rezistă și astăzi, negreșit s-a

utilizat un sistem constructiv bazat pe calcule structurale, astfel egiptenii știau că sub greutatea

piramidei, camera mortuară s-ar prabuși. Protecția acesteia a fost realizată prin cinci camere de

descărcare amplasate deasupra tavanului orizontal. Ultima cameră a fost alcătuită cu dale așezate

oblic, pentru a facilita scurgerea presiunii (provenită din greutatea piramidei) pe lespedele

laterale. Au creat un efect de boltă. Lespedele laterale au fost și acestea protejate de distrugerea

prin tasare. Pereții ultimelor două camere de descărcare au fost executați din calcar, iar ceilalți

din granit. Dacă analizăm o secțiune prin piramidă se observă sistemul constructiv și modul de

dispunere a blocurilor de piatră astfel încât miezul interior era înconjurat de contraforți de zidărie

înclinați spre interior cu un cnghi de 75o. Blocurile din calcar alb prelucrate pentru stratul de

fațadă nu sunt zidite perfect orizontal, ci înclinate spre interior pentru a spori stabilitatea.

3

fig. 1.2 Secțiune transversală fig. 1.3 Secțiune prin camera regală

Roma antică - inovații constructive

Arhitecţii romani datorează mult grecilor. Ei şiau ridicat clădirile conform ordinelor

clasice şi leau decorat cu copii ale statuilor greceşti. Alte trăsături definitorii ale arhitecturii

romane, precum arcul, erau prezente la etrusci, care trăiseră în Italia cu secole în urmă.

Interferenţa acestor două culturi a dus la formarea stilului roman. Romanii au învăţat hidraulica

de la etrusci, care au executat

primele canale pentru a drena

terenul mlăştinos al Romei.

Folosind ştiinţa construirii

arcelor, romanii au realizat

apeducte monumentale. Cel

din imagine, alcătuit din

blocuri de granit fără mortar,

se ridică la 28 de metri

deasupra străzilor Segoviei şi

poartă apa la 30 de kilometri

distanţă de la izvor.

fig. 1.4 Apeduct, cca 100 d.Hr

Segovia

4

Colosseumul era cea mai mare construcție a vremurilor sale și astăzi este cel mai

mare amfiteatru antic care poate fi vizitat. Având o capacitate de 50 000 de spectatori, sistemul

eficient de gradene dispuse în trepte şi coridoarele de evacuare spaţioase au rămas până în zilele

noastre un model pentru proiectarea stadioanelor. Deteriorat de incendii şi cutremure,

Colosseumul a fost abandonat, iar zidurile sale au devenit o adevărată carieră de marmură. În

1749, papa Benedict XIV a dispus conservarea sa drept memorial al primilor creştini martirizaţi

acolo. În prezent, Colosseumul este simbolul creşterii şi decăderii Romei imperiale.

fig. 1.5 Colosseum, 72-80 d.Hr. Roma

Cea mai mare cupolă a antichității a fost construită de romani sub împăratul Hadrian în

anul 123 d.Hr și se înalță spre gloria sa până în zilele de azi. Panteonul este o construcţie

impresionantă din beton care a putut fi concepută doar după descoperirea betonului de către

romani (concretum). Ei au fost primii care au înălțat mari structuri monolite și au depășit

dificultățile deschiderilor mari. Spaţiul interior are la bază o sferă perfectă, iar plafonul său cofrat

este şi azi cea mai mare cupolă de beton nearmat din lume. Cupola Panteonului este o emisferă

înălțată pe un perete circular de beton și este luminată de o serie de casete de pe suprafața ei

interioară sferică. A fost realizată cu nervuri zidite ce transmit sarcinile unor arce de descarcare,

ce transmit, la rândul lor, incărcările din cupolă numai anumitor puncte ale zidului circular,

5

restul porțiunilor de zid sunt subțiate, folosindu-se ca nișe. Dimensiunile cupolei sunt

extraordinare atât ca geometrie cât și ca grosime. Astfel deschiderea interioară este de 43,3 metri,

grosimea minimă a cupolei este de 60 de centimetri la marginea golului de la creștet și un maxim

de 7 metri la bază.

fig. 1.6 Panteonul, cca 125 d.Hr Roma

Perioada bizantină - Sfânta Sofia

Autoritatea imparatului era sprijinită de biserica creștină, ce reprezenta astfel a doua

putere în stat. Ca urmare, arhitectura va preamari puterea împăratului și a bisericii. Se crează

edificii impunătoare, incăpătoare numărului mare de credincioși. Cea mai importantă descoperire

este sistemul de acoperire a unui plan pătrat cu o cupolă prin intermediul pandantivilor. Acest

tip de structură s-a folosit la biserica Sf. Sofia.

Este considerată cea mai mare biserică realizată vreodată având o suprafață de 7560 de

metri pătrați și cupola având un diametru de 31 de metri. Structura este un sistem complex

alcătuit la bază din patru arce sprijinite pe patru stâlpi executați din granit pentru a prelua eficient

împigerea cupolei. Deasupra celor patru arce s-a amplasat cupola în formă de cupă care era

întărită de patruzeci de nervuri radiale. La baza cupolei erau dispuse patruzeci de ferestre, între

cele patruzeci de nervuri.

Structura bisericii a fost afectată și deteriorată de cutremure în decursul secolelor și,

implicit, a suferit modificări. Astfel cupola aplatizată a fost reproiectată în forma unei emisfere

aproape complete, secțiune care există și astăzi.

6

fig. 1.7 Biserica Sfânta Sofia, Istambul

7

2.2 Formă, forță si funcțiune. Maillart, Nervi, Candella, sec.XX

Începutul secolului XX a fost o perioadă deosebită în istoria formei structurale și

arhitecturale, unde betonul armat va deveni unul dintre aspectele definitorii ale secolului. Deși

betonul a fost descoperit de către romani în formă de ciment puzzolanic, betonul contemporan

armat a fost un produs al secolului al XIX-lea, în special ca urmare brevetului lui Francois

Hennebique pentru protecția ignifugă în 1892. Perspicacitatea lui Hennebique în afaceri a

răspândit tehnologia acestui material în întreaga Europă și a avut ca rezultat realizarea a mai

mult de 1200 de proiecte din beton armat. Inițial, structurile din beton armat imitau structurile

metalice ale clădirilor secolului XIX. Cu toate acestea, inginerii structuriști foarte repede văzut

un potențial mai mare oferit de lipsa de formă sau, mai exact, în căutarea formei calitățile de

material plastic a lichidului de beton. Supratețele subțiri și dublu curbate cu un scurt precedent

istoric au evoluat rapid. În timp ce inginerii studiau noul material, mulți au dezvoltat o dorință

puternică de exprimare și eficiență structurală - pentru a face virtute economiei.

În cele ce urmează voi prezenta un scurt istoric a lucrărilor unor structuriști celebri de la

începutul și până la mijlocul secolului XX, lucrări în cadrul cărora s-a căutat exprimare în noi

materiale și oportunități de a crea noi forme structurale. O mare parte din munca acestor arhitecți

și ingineri se poate considera artă structurală și simbolizează eficiența și economia, precum și

exprimarea unui stil personal motivat de o căutare conștientă pentru eleganță și estetic.

Economia, în acest sens, este cel mai adesea preocupată de o economie a mijloacelor,

pentru a utiliza minim de materiale, obținut prin eficiența unei structuri care rezistă forțelor

aplicate. Astfel a fost propusă o nouă clasificare de către F. Angerer a acestor structuri speciale

caracteristice secolului XX, și anume structuri de suprafață diferențiate de clasificarea istorică a

betoanelor solide sau cadre. O caracteristică definitorie ale acestor structuri este similaritarea

formei interioare și exterioare, forma poate fi citită atât din exterior cât și din interior.

Poduri din beton armat - Robert Maillart

Inginerul elvețian Robert Maillart a absolvit Institulul Federal de Tehnologii din Zurich,

iar în 1902 și-a format propria sa companie de construcții și proiectare. Proiectele, creațiile și

construcțiile realizate de el sunt remarcabile având în vedere că acestea au început la scurt timp

după promovarea conceptului de beton armat a lui Hennebique. Introducerea acestui material

8

pentru prima dată în Elveția a întâmpinat o mare reticență în ceea ce privește acceptarea

eficacității tehnice și calitățile estetice. Primul proiect realizat de Maillart a fost proiectarea

podului Stauffacher în Zurich (1899), deși podul a fost construit din beton, forma structurală a

fost bazată pe blocuri tradiționale din piatră. Acest proiect a fost un prilej de nemulțumire pentru

Maillart, fapt ce l-a împins spre crearea unor noi forme în care să valorifice întregul potențial al

betonului armat. Creațiile sale exprimă fluiditatea materialului exprimată prin intuiție struturală

chiar dacă dimensiunile structurii sunt reduse la minim, de exemplu, arcul de beton al podului

Valtschielbach (1925), în Donath, Elveția, cu un interval de 43 de metri, are o grosime care

variază 23 și 29 de centimetri. Variația în grosime este în concordanță cu forțele de compresiune

din arc, astfel cum acestea sporesc spre suport. Cu toate acestea, cel mai remarcat dintre

podurile proiectate de Maillart este Podul Salginatobel (1930) în apropierea de Schiers, Elveția.

Structura este compusă dintr-un arc cu trei balamale, forma este manipulată pentru a controla

rigiditatea secțiunii transversale de la coroană și fiecare sprijin lucrează pentru a rotirea fără

fisuri atunci când este supus dilatării termice. Podul a fost declarat "monument de importanță

internațională" de către Societatea Americană a Inginerilor în Construcții Civile în 1991.

fig. 2.1 Podul Salginatobel, lângă Schiers, Elveția

Maillart a proiectat un pavilion expozițional dedicat formelor structurale și inovațiilor în

domeniul cimentului pentru expoziția din 1939 din Elveția.

9

fig. 2.2 Pavilionul Cement hall

Elveția, 1939

Pavilionul are o structură de 11.7

metri în înălțime, dar numai 6

centimetri grosime, acest lucru

fiind posibil prin controlul forțelor

printr-o curbură specială a secțiunii

transversale. Învelișul din mebrană

subțire întărită este susținută pe o pereche de coaste centrale de beton. Spațiul arhitectural este

creat de cerințele formei structurale. Cladirea a fost demolată după expozitie, în 1940.

Beton armat și nervuri prefabricate - Pier Luigi Nervi

Similar cu Maillart, Nervi a fost arhitect și inginer structurist, și-a format propria sa

companie de construcții, Nervi și Bartoli, în 1932. El credea în "construirea corectă", ceea ce

implică "satisfacerea simultană a tuturor cerințelor fundamentale: funcțiune, economie și

estetică".

Nervi a avut o înțelegere profundă a naturii betonului; că, deși pare a fi omogen,

proprietățile sale fizice reale sunt controlate de mai mulți factori. Într-o construcție mare,

proprietățile mecanice ale betonului vor varia, chiar dacă proporțiile mixturii sunt omogene, în

funcție de temperatură și timpul de turnare.

Hangarele pentru aeronave construite de Nervi pentru forțele aeriene italiene între 1935 și

1936 arată un progres în construirea în mod corect. Cofrajele pentru hangarele anterioare au fost

construite în întregime pe șantier, și necesitau schelărie complexă. În proiectele de mai târziu,

construirea a fost simplificată, constând dintr-un hibrid de elemente prefabricate și beton turnat

pe șantier.

10

fig. 2.3 Hangare din Orvieto, Italia

În construcția sălii de Expoziție la Torino (1949) au fost, de asemenea, utilizate elemente

prefabricate. În ceea ce privește procesul de construcție, aceasta a fost o îmbunătățire cu privire

la hangare, nervurile continue asigură continuitatea mai eficientă a structurii, o dată ce panourile

au fost amplasate nu a mai fost nevoie de cofraje suplimentare, iar finisajul interior este mult mai

atent controlat.

fig. 2.4 Pavilion expozițional. Torino, Italia

11

Acoperișuri curbate subțiri - Felix Candella

Arhitectul spaniol a fost în mare măsură influențat de Maillart: "Dacă un rebel a fost

capabil de a produce astfel de structuri frumoase, nu poate exista nimic în neregulă în a deveni

un rebel". Candela a studiat la Școala Superioară de Arhitectură din Madrid și a fost fascinat de

posibilitățile de geometrie și formă în arhitectură. Premiat cu o bursă pentru a studia arhitectura

în Germania, curând a devenit implicat în Războiul Civil din Spania și, în consecință a plecat în

Mexic. El a format mai târziu, companie de construcții denumită Cubiertas ALA SA.

La fel ca Nervi, Candella discredita teoriile complexe referitoare la beton, dar a căutat în

acest material simplitatea aplicării în construcție. În acest scop, el a devenit cel mai important

susținător al paraboloidului hiperbolic ca un generator de forme structurale. Dubla curbură

obținută oferă rigiditate mare și stabilitatea formei respective, dar este în continuare o suprafață

curbată produsă de linii drepte. Candela au avut mijloacele de a produce suprafețe curbe din

beton de mare rezistență, rezultând utilizarea cantității reduse de material și rezolvarea

problemei practice de a produce cofraje curbe cu cherestea dreaptă. Experiența lui a dus la

rezolvarea unor forme mai complexe, utilizând suprafețe multiple hiperbolice sau rotirea unor

suprafețe pentru a crea goluri sau intrări. Biserica Lomas de Cuernavaca (1959) realizată în

Mexic prezintă suprafețe hiperbolice trase și întinse la extrem. Înălțimea deschiderii de deasupra

altarului este de aproape 22 de metri.

Se poate spune că cea mai faimoasă clădire a lui Candela este restaurantul Los Manatiales

din Xochimilco, realizat în 1958. Volumetria este generată de la opt forme hiperbolice separate

și conectate între ele. Forma în plan este mai mare de 45 metri, dar numai 4 centimetri grosime.

12

fig. 2.5 Biserica Lomas de Curnavaca, Mexico, Felix Candella

fig. 2.6 Restaurant Los Manatiales, Mexico, Felix Candella

Structuri ușoare tip cort - Frei Otto

Arhitect german și inginer de cercetare, a studiat la Universitatea Tehnică din Berlin. În

anul 1957 el a fondat Centrul de Dezvoltare pentru construcții ușoare din Berlin. Șapte ani mai

târziu, el a transferat activitățile centrului în cadrul Institutului de structuri ușoare din Stuttgart.

Frei Otto și-a dedicat cariera în studiul și proiectarea de structuri ușoare tip cort, începând

din anii 1950 a folosit machete și modele pentru a studia forme complexe și comportarea lor

structurală. În calitate de arhitect dar și inginer lui Otto îi place să creadă despre sine ca fiind un

om de știință și un fizician experimental, astfel mai toate realizările sale sunt inspirate din

13

structuri și forme prezente în natură. Analiza și înțelegerea acestor structuri naturale a făcut

posibilă proiectarea de structuri tip cort care l-au făcut celebru: Pavilionul german pentru

Expoziția de la Montreal oferea o nouă imagine a redefinirii peisajului nu numai estetic, dar și în

materie de durabil.

fig. 2.7 Pavilionul expozițional german, EXPO '67, Montreal, Frei Otto

14

fig. 2.8 Vedere aeriană și machetă pentru studiul sistemului de acoperire a stadionului

olimpic din Munchen, 1972, Frei Otto

Un alt exemplu celebru este proiectarea acoperișului pentru stadionul, hala și bazinul de

înnot din parcul olimpic, Munchen. Sistemul este alcătuit din corturi din sticlă acrilică, susținute

de nouă stâlpi și ansamblate într-o țesătură armată cu cabluri de oțel în tensiune. Această

suprafață poate fi asemănată cu un fagure sau cu mai multe baloane de săpun unite și se regăsește

ca acoperiș la toate sălile de sport din complex.

Concluzii

Este important să se țină cont de activitatea acestor arhitecți și ingineri inovatori și să nu

pierdem ideea de structură și formă pe baza legilor naturale. Pe baza morfologiei structurale ale

naturii au fost gândite conceptele structurale dezvoltate de ei. Practic, au împrumutat un concept

existent și adaptat la necesitățile umane, spre exemplu arcele utilizate de Maillart în proiectarea

podurilor sunt elemente care se vor folosi și mai târziu în combinație cu cabluri de oțel, devenind

astfel, poduri suspendate care vor depași performanțele atinse deja.

Un alt exemplu sugestiv poate fi considerat conceptele realizate de Frei Otto care au

inspirat o serie de arhitecți și ingineri, ca și Richard Rogers în proiectarea Millenium Dome din

Londra. Aici a fost utilizat un sistem de acoperire asemănător pavilionului german de la

Expoziția din Montreal 1967.

În timp ce la începutul secolului XX a coincis cu introducerea betonului armat, sfârșitul

secolului experimentează o altă inovație majoră: utilizarea sistemelor de calcul pentru a concepe

structura și forma. Acest lucru a oferit noi posibilități - o explozie a designului și multiple opțiuni

de producție. Utilizarea sistemelor de calcul oferă posibilitatea de a crea o formă

neconvențională, fără o condiție geometrică de bază, translarea suprafețelor captate a unui volum

se poate face direct la o cartografiere digitală a suprafeței. Cu alte cuvinte, procesarea numerică

foarte rapidă a calculatorului face ca astfel de proiecte ca Muzeul Guggenheim din Bilbao, să fie

viabil, deși nu neapărat eficient din punct de vedere pur structural sau economic. Structura nu

mai este o problemă, nu mai este un factor determinant pentru o formă. Tehnologia poate rezolva

15

acum ceea ce a fost întotdeauna un punct de dispută între pragmatic și ceea ce este pur și simplu

posibil.

III. STRUCTURI CU DESCHIDERI MARI

3.1 Sisteme constructive

Arhitecții contemporani au la dispoziție o varietate enormă de materiale de construcții

pentru ridicarea de clădiri - de la convențional la produsele prefabricate. Elemente de construcții

fabricate industrial, de exemplu, elemente prefabricate din beton, lemn, panouri metalice tip

sandwich și foi de otel profilat, devin tot mai populare, deoarece au un standart de calitate ridicat

și sunt economice și costuri de producție scăzute. În funcție de proprietățile materialelor și

comportamentul structural al elementelor de construcție se decide care și unde vor fi utilizate, fie

la structura clădirii, intern sau fațade.

Structura este elementul critic al unei clădiri care trebuie să reziste la toate încăcările,

indiferent de natura lor: permanente sau intermitente, astfel materialele utilizate aici trebuie atent

selectate pentru ca structura să îndeplineasca aceste condiții. Betonul are rezistență foarte bună la

compresiune dar, în același timp, foarte mică la întindere și pentru compensarea acestui neajuns

se va folosi oțelul. Acestea sunt două dintre materialele cu cea mai mare utilizare în cadrul

structurilor, dar în funcție de necesități cantitățile necesare pot varia, implicit deschiderile mari

vor necesita utilizarea unor cantități mai mare de oțel sau o compoziție specială a betonului

utilizat.

Oțelul este un aliaj de fier și carbon, cu cantități foarte mici din alte metale care îi dau

proprietățile necesare, de exemplu se poate adauga nichel, si atunci otelul devine inoxidabil. Un

16

alt exemplu este cantitatea de carbon conținută, astfel fierul cu un conținut mai scăzut de carbon

se numește fier forjat și este lucrabil la temperaturi mai joase, respectiv fierul cu conținut ridicat

de carbon devine un material care se topește ușor și poate fi turnat în forme complicate, dar este

mai fragil.

Prelucrarea în masă a minereului de fier, începând din sec. XIX-lea, a permis utilizarea

lui în cantități mari în procesul de construire, astfel acest material a revoluționat metodele și

posibilitățile de proiectare și, implicit aspectul clădirilor.

Otelul este un material elastic cu o rezistență mare la întindere și compresiune, astfel

elementele de construcție fabricate din acest material pot fi încărcate până la ceea ce se numește

punctul de randament. Când acest punct este depășit, materialul se comportă într-un mod plastic,

cu alte cuvinte, deformările suferite de material în acest punct nu mai sunt reversibile. Datorită

comportamentului structural excelent, oțelul permite realizarea unor construcții cu deschideri

mari sau chiar foarte mari.

Un alt avantaj este precizia dimensională, elemente de construcție din oțel sunt cele mai

potrivite pentru utilizarea în sistemele de structuri modulare. Modul de ansamblare a elementelor

structurale fabricate din oțel se face prin intermediul șuruburilor sau prin sudare. Metoda de

conexiune se alege în funcție de caracterul și necesitațile structurii, astfel metoda folosirii

șuruburilor permite demontarea ușoară în cazul clădirilor temporare, de exemplu. Cu toate

acestea, elemente de construcție prefabricate din oțel se pot fabrica și sub formă de foi de oțel

acestea fiind, de asemenea, folosite pentru elementele care închid spațiile sau pentru fațade prin

placare cu foi de tablă, pliere și curbare. Utilizarea tehnicii de calcul permite proiectarea unor

structuri metalice cu geometrie complexă și necesități speciale, permite și studiul comportării

acestor structuri în cazul unui seism prin intermediul simulării. Astfel a fost posibilă realizarea

structurii coplexe a sistemului de acoperire a stadionului național din Beijing

17

fig. 3.1 Stadionul național din Beijing "Bird's nest", 2008, Herzon & De Meuron

O altă caracteristică remarcabilă a oțelului este rezistența la intindere, caracteristică care a

permis utilizarea acestui material în confecționarea cablurilor utilizate în realizarea de construcții

cu structuri suspendate.

Posibilitățile oțelului ca material, în ceea ce privește inovațiile și economia nu și-au

epuizat posibilitațile încă. Oțelul structural poate fi lucrat cu ușurință și într-o varietate de moduri

diferite și este o componentă importantă a construcțiilor cu structuri simple sau complexe, cu

mari avantaje economice și ecologice. Deși fabricarea oțelului necesită o cantitate mare de

energie, materialul poate fi 100% reciclat.

Lemnul poate fi considerat primul material de construcţie. Din preistorie şi până astăzi

acest material a fost utilizat constant, în cele mai variate moduri, în alcătuiri constructive cu sau

fără rol structural. Acest fapt se datorează atât răspândirii lemnului, sub forma unor specii

diverse, în toată lumea, cât şi lucrabilităţii sale, greutăţii reduse şi bunelor sale caracteristici

mecanice. Lemnul care răspunde cel mai bine cerinţelor de utilizare provine din plante ce pot fi

grupate in două mari specii: foioasele, cărora le corespund lemnele dure, şi coniferele, cărora le

corespund lemnele moi.

Lemnul este un material heterogen (neuniform ca structură, calitate, etc) şi anizotrop1

(pentru o aceeaşi solicitare, rezistenţa este diferită în funcţie de direcţie; pe aceeaşi direcţie,

rezistenţa la intindere şi cea la compresiune au valori sensibil diferite). Rezistenţa mecanică

1 anizotrop - Care nu are aceleaşi proprietăţi fizice in toate direcţiile; care prezintă direcţii privilegiate

18

creşte in general cu greutatea specifică. Ea este influenţată (negativ) de conţinutul de apă al

lemnului.

Indiferent de specie, plantele lemnoase sunt în general caracterizate de o conformare în

care una dintre dimensiuni este accentuat dominantă, ca atare sunt adecvate pentru realizarea de

elemente constructive liniare (stâlpi, grinzi, etc). Această utilizare a lemnului este însă limitată,

nu numai de rezistenţa materialului, ci şi de dimensiunile maxime posibile ale elementelor

masive, impuse de natură. Ca atare, odată cu perfecţionarea tehnicilor de prelucrare şi asamblare

a pieselor de lemn, au evoluat şi posibilităţile de utilizare a lemnului în structuri cu performanţe

superioare, prin realizarea unor elemente structurale compuse: grinzi reticulare și ferme.

Lemnul lamelar permite obţinerea de elemente structurale, cu secţiuni mari, cu orice

dimensiuni şi forme (ca secţiune transversală şi profil longitudinal) prin suprapunerea şi lipirea

de scânduri subţiri (lamele) de grosimi mici (10 - 45 mm), din lemn de brad foarte dens, lamelele

sunt îmbinate cap la cap cu crestături în dinţi sau tăiere oblică, rosturile fiind decalate min. 50

cm. Fiind alcătuite din lamele cu dimensiuni transversale mici, şi deci flexibile, elementele pot

căpăta forme particulare (secţiuni variabile, curburi) fără dificultate. După încleiere, rezistenţa

este dată de ansamblul scândurilor suprapuse iar secţiunea poate fi considerată integral activă.

Lemnul lamelar este tot un material anizotrop, dar de calitate omogenă şi stabil dimensional.

Poate fi utilizat eficient în medii cu umiditate mare (ex.piscine) şi în medii agresive chimic.

Fermele sunt elemente structurale care alcătuiesc sistemul de acoperire și se obțin prin

asocierea în plan orizontal a căpriorilor cu grinzile de lemn ale planşeului (sau cu dala din beton,

în cazul construcţiilor din zidărie) permite, odată cu realizarea planşeului, obţinerea unui sistem

triangulat indeformabil. Pereţii exteriori sunt astfel mai puţin solicitaţi, având de suportat numai

componenta verticală a forţelor transmise de căpriori. Spaţiul de sub acoperiş este liber de

elemente de sprijin verticale. Poziţia pereţilor interiori ai construcţiei este independentă de

ordinea constructivă a şarpantei, încărcările transmise de aceasta fiind preluate de pereţii

exteriori.

19

fig. 3.2 Ehime Prefectural Budokan, Matsuyama, Japonia, Ishimoto Architects

În comparație cu piatra, oțelul și lemnul, betonul nu este un material omogen, ci un

amestec de ciment, agregate, apă, aditivi și agenți. Variațiile în tipul și cantitatea acestor

elemente constitutive determină proprietățile acestui material. Cea mai importantă componentă a

mixturii betonului este cimentul, sau cimentul portland, cum este denumit cimentul modern și

reprezintă un amestec de calcar și argilă, ars intr-un cuptor și apoi măcinat fin. Originea

betonului vine de la romani care foloseau în construcții un ciment făcut doar din var nestins

pentru a face un beton cu agregate din cărămidă și piatră spartă. Acest ciment se dizolvă încet în

apă, dar devine aproape tot atât de rezistent ca și betonul modern când este amestecat cu

puzzoladă, materie vulcanică gasită la Puzzoli lângă Neapole: Romanii nu au inventat betonul,

dar o combinație din beton puzzolanic și suprafețe exterioare de piatră rezistentă sau cărămidă de

calitate din argilă arsă, le-a permis să înalțe structurile maiestuoase și masive care supraviețuiesc

până astăzi.

Se prea poate că cel mai interesant material de construcții artificial să fie betonul armat.

Combinând rezistența la compresiune a betonului cu cu rezistența la întindere a oțelului, el poate

fi turnat în forme și poate lua orice formă capabilă să asigure scurgerea încărcărilor. Este un

material economic, disponibil aproape oriunde, rezistent la foc și poate să fie proiectat ca beton

ușor pentru a reduce greutatea proprie sau să aibă o întreagă gamă de rezistențe pentru

satisfacerea nevoilor structurale. Procesul de industrializare a permis fabricarea elementelor

prefabricate din beton care prezintă o serie de avantaje în construcții. Unul din cele mai

importante avantaje este independența față de condițiile meteorologice datorită faptului că

procesul de fabricație se face in hale acoperite și elementele prefabricate sunt transportate pe

20

șantier. Un alt avantaj este modularitatea structurii, rapiditatea în execuție și simplitatea

fabricării: elaborarea cofrajelor nu este necesară pe șantier.

fig.3.3 Elemente prefabricate din beton. Laborator, Wageningen, Olanda, Rafael Vinoly

Sisteme pe cadre

Sistemele pe cadre sunt cele mai uzuale structuri, utilizate la majoritatea tipurilor de

clădiri și sunt compuse din elemente de structurale liniare, cum ar fi stâlpi și grinzi. Ansamblate,

ele oferă o construcție în esență stabilă, care este capabilă să reziste atât sarcinilor verticale și

orizontale.

Cadrele metalice reprezintă un sistem constructiv eficient mai ales în cazul clădirilor cu

înălțimi mari, se pot obține o varietate mare de forme și permite deschideri ample în comparație

cu betonul, de exemplu. Alte avantaje reprezintă greutatea proprie redusă și execuția rapidă în

montaj. De cele mai multe ori elementele structurale sunt executate din profile laminate metalice,

21

pot fi semi-finite astfel încât sa poată fi transportate cu ușurință pe șantier. În general se folosesc

două tipuri de ansamblare a elementelor metalice, și anume prin sudare sau șuruburi. Metoda

sudării are eficiență ridicată în ceea ce privește rigiditatea ansamblării, dar metoda șuruburilor

prezintă avantaj prin rapiditate. Utilizarea sistemelor de calcul permit o dimensionare optimă și

posibilitatea de realizare de cadre de aproape orice formă imaginabilă.

Dezavantajele acestui tip de structură reprezintă costul ridicat al execuției, dar și

rezistența redusă a oțelului la incendii și la coroziune, ceea ce implică tratarea la suprafață a

elementelor structurale cu material ignifug sau vopsele și lacuri protectoare.

fig.3.4 Muzeul Guggenheim, Frank O. Gehry - structura pe cadre metalice

Structurile pe cadre din beton sunt în general utilizate datorită caracteristicilor

betonului la compresiune, și combinat cu rezistența la intindere a metalului și poate fi turnat în

forme și poate primi orice formă capabilă sa asigure scurgerea încărcărilor. Structurile din cadre

din beton se pot împărți în două categorii importante: structuri executate din elemente de beton

prefabricat și structuri turnate pe șantier cu ajutorul cofrajelor. În oricare din cazuri aceste

structuri se comportă analog celor metalice datorită faptului că au aceeași configurație spațială:

stâlpii transferă sarcinile verticale din grinzi, planșee și acoperiș la fundații. Avantajul acestui tip

de structură este costul implicit mai mic, comparativ cu cadrele metalice, cât disponibilitatea

materialului, rezistența la incendii și, dacă este necesar, se pot folosi compoziții speciale ale

mixturii astfel încât se obține un beton ușor dar cu aceleași preprietați structurale.

Structuri autoportante

22

Rigiditatea plăcilor plane, ca și cea a grinzilor, rezultă din grosimea lor: dacă sunt prea

subțiri, devin prea flexibile pentru a fi funționale. Este una dintre minunile structurale faptul că

se poate obține rigiditatea și rezistența elementelor asemănătoare doar prin simpla curbarea a

elementului elementului structural. Aceste suprafețe curbate se pot împărți în trei categorii: tip

cupolă, tip cilindru și tip șa

Cupola reprezintă prima dintre categoriile lui Gauss și sunt suprafețe nedesfășurabile

care au fost folosite de secole pentru acoperirea suprafețor mari. Cupola este un element

autoportant, care trebuie să-și suporte greutatea sa proprie și greutatea încărcării utile, incluzând

și presiunile și sucțiunile vântului și, în climatele nordice, greutatea zăpezii. Aceste încărcări

trebuie sa fie canalizate spre fundații și în cadrul cupolei se face în lungul curbelor sale în plan

vertical, mai exact pe meridiane.

Hala olimpică a sporturilor din Roma arh. Nervi. Nervurile care apar pe interiorul cupolei

sunt menite să sprijine cupola și să o descarce pe stâlpi. Acestea au fost necesare deoarece cupola

a fost alcătuită din elemente romboidale prefabricate. Peste aceste prefabricate s-a turnat un strat

subțire din beton de 2.5 cm, rigidizat de nervuri.

fig.3.5 Palatul sporturilor, Roma Pier Luigi Nervi

Cilindrii sunt suprafețe desfașurabile și, ca atare, sunt mai puțin rigide decât cupolele sau

șeile. Chiar și așa, aceste elemente au aplicabilitate largă în cadrul acoperișurilor - acoperișuri

cilindrice din beton armat de forma unor jumătăți de cilindru având curbura în jos se pot folosi

cu succes la construcțiile industriale, de exemplu, având cheltuieli reduse pentru execuție și

montare. Modul de rezemare al cilindrilor influențează capacitatea sa portantă. Dacă un cilindru

este rezemat în lungul ceor două margini longitudinale se va comporta ca o serie de arce

construite unul lângă altul și se vor dezvolta împingeri spre exterior, caz în care aceste împingeri

23

trebuie preluate de contraforți sau tiranți. Dar dacă este rezemat la cele doua capete curbe,

elementul se va comporta ca o grindă, dezvoltând compresiuni asupra axei neutre si intinderi sub

ea, caz în care nu apar împingeri. În concluzie cilindrii trebuie rezemați pe timpane sau arce

rigide astfle încât să se evite contraforții necesari și costisitori sau tiranții care stânjenesc.

fig.3.6 Muzeul de artă Kimbell, Louis Kahn - acoperiș cilindric

Acoperișuri din plăci cutate este un sistem asemănător cu cel al cilindrilor dispuși în

serie. Constă din plăci subțiri de beton, lungi, înguste și înclinate care prezintă câte o cută bruscă

sau o schimbare de pantă la intervale regulate. Plăcile subțiri cutate transportă încărcările la

reazeme în două direcții, pricipiu foarte asemănător cilindrilor.

Biserica St John din Minnesota a fost proiectată de arhitectul modernist Marcel Breuer și

finalizată in anul 1961. Cladirea este impunătoare prin design dar și prin mărime, având o

capacitate de 2500. Incă de la intrare individul se simte copleșit și mic trecând pe sub

impunătorul panou de beton în care sunt așezate clopotele. Fațada principală este divizată în

vitraje hexagonale care filtrează lumina și o colorează. Partiul este liber datorită structurii cutate

ce invelește spațiul. Atât zidurile laterale cât și tavanul sunt suprafețe cutate ce formează cadre.

24

fig.3.7 Biserica St. John, Minnesota - acoperiș din plăci cutate

Suprafețele în formă de șa sunt nedesfășurabile și sunt utilizate în sisteme de acoperire

datorită rigidității și mai au o proprietate care nu poate fi observată imediat: practic toate

secțiunile au curbură și rezultă două direcții în lungul cărora secțiunile nu au curbura nici în sus,

nici în jos. Această ultimă proprietate face ca această formă să fie o formă aproape ideală pentru

construcția acoperișurilor și în cazul turnurilor de răcire pentru uzinelor. Una din cele mai simple

acoperișuri sunt cele în formă hipar.2

Comportarea structurală este dictată de curburile formei, se produce un efect de

compresiune de arc în lungul secțiunilor curbate în jos și un efect de întindere de cablu în lungul

secțiunilor curbate în sus. Cele două puncte de rezemare trebuie tratate ca niște contraforți pentru

a rezista împingerilor provenind din acțiunea de arc, în timp ce acțiunea de intindere de cablu,

producându-se perpendicular cu precedenta, trebuie să fie preluată prin armături dacă hiparul

este de beton. Aceste proprietăți permit o grosime de ordinul centimetrilor pentru aceste

acoperișuri și, în același timp, deschideri ample.

2 Paraboloid hiperbolic se obține înclinând șaua și rezemând-o pe colțuri opuse și fie ca punctele de rezemare sunt pe teren sau pe stâlpi, forma este asemănătoare unui fluture gata să-și ia zborul

25

fig.3.8 Oceanograful din Valencia, A. Domingo, C. Lázaro

Rețele de grinzi și plăci plane

Cel mai simplu sistem constructiv pentru un acoperiș plan dreptunghiular constă într-o

serie de grinzi paralele pe care se reazemă un anumit material de închidere. Dar dacă toate cele

patru laturi ale suprafeței dreptunghiulare ce trebuie sa fie acoperită pot fi folosite pentru

rezemarea grinzilor acoperișului, devine mai practic să dispunem grinzile în două direcții

perpendiculare una pe cealaltă, constituind astfel o rețea. Acest sistem bidirecțional este

avantajos doar dacă cele două dimensiuni ale dreptunghiului sunt mai mult sau mai puțin egale.

Încărcările tind să se scurgă spre reazeme pe drumul cel mai scurt posibil și dacă una dintre

dimensiunile acoperișului este mult mai mare decât cealaltă, atunci cea mai mare parte a

încărcării va fi preluată de grinzile mai scurte, chiar dacă grinzile sunt dispuse în rețea. Găsim

astfel că, intr-o rețea dreptunghiulară, încărcările sunt transmise la reazeme nu numai prin efectul

de grindă (încovoiere și lunecare) în două direcții, dar și printr-un mecanism adițional de torsiune

care face ca întregul sistem sa fie mai rigid.

fig.3.9 Rețea de grinzi

drepunghiulare

Deși rețelele otogonale sunt cele mai des folosite, rețelele oblice au, pe lângă calități

estetice, avantajul structural și economic de a folosi grinzi de lungime egală chiar dacă

dimensiunile rețelei sunt diferite considerabil, distribuind astfel mai uniform acțiunea portantă

între toate grinzile.

26

fig.3.10 Rețea de grinzi oblice

În anumite cazuri grinzile unei rețele dreptunghiulare sunt dispuse din ce în ce mai

aproape unele de celelalte și lipite în lugul suprafețelor verticale adiacente până ce ele constituie

o suprafață continuă. O asemeanea suprafață continuă, numită placă, prezintă toate avantajele

unei rețele, pe lângă ușurința cu care poate fi turnată pe un simplu cofraj orizontal, atunci când

este realizată din beton. Plăcile orizontale din beton armat sunt cele mai utilizate în mod obișnuit

ca planșee si ca acoperișuri în construcții, împreună cu sistemele pe cadre din oțel sau beton.

Pentru reducerea greutății proprii, în procesul de turnare, se pot îngloba corpuri ceramice cu

goluri în ele, astfel aceste corpuri participă la acțiunea structurală a plăcii.

Structurile speciale

Aceste tipuri de structuri au aplicabilitate in construcțiile cu deschideri mari, și anume în

sistemele de acoperire a pavilioanelor expoziționale, săli polivalente, arene și săli sportive, hale

industriale, etc. Materialele din care sunt realizate aceste structuri sunt diverse dar, cele mai

utilizate sunt metalele deoarece au caracteristici foarte bune in ceea ce privește rezistența la

întindere, compresiune, torsiune.

Structuri spațiale reticulate (planare)

Structurile planare constituie una din cele mai economice pentru acoperirea suprafețelor

mari și reprezintă ansambluri tridimensionale de elemente concepute astfel încât sa lucreze

tridirecțional cu multiple avantaje și anume: greutatea proprie redusă în comparație cu soluțiile

constructive din metal sau beton, flexibilitea realizării formei în plan sau secțiune, modularitate

și posibilități de montare/demontare rapidă sau extindere. Cel mai mare avantaj este acela că

ramane o soluție constructivă unică pentru acoperirea clădirilor care necesită, prin funcțiunea lor,

deschideri mari sau chiar foarte mari.

27

fig.3.11 Cadru spațial reticulat

dublu strat

Configurația geometrică a acestor sisteme este foarte variată, dar la bază au module

geometrice simple cum ar fi prisma dreptunghiulară sau tringhiulară, piramida cu bază patrată

sau triunghiulară. Prismele cu baza unui pătrat, dreptunghi sau triunghi nu folosesc diagonale în

timp ce la modulele de tip piramidal se introduc diagonale care îmbunătățesc rezistența și

rigiditatea la torsiune. Forma în plan se poate adapta în funcție de necesități, și datorită tehnicii

de calcul moderne care ajută la dimensionarea corespunzătoare a elementelor componente.

Pentru deschideri foarte mari se mai poate adăuga un strat, astfel obținem o structură triplustrat

cu trei fețe legate între ele cu diagonale. Fața intermediară este cel mai puțin solicitată în acest

caz dar are rolul de a împiedica deplasările laterale, de a îmbunătăți stabilitatea și rigiditatea

structurii micșorându-i considerabil tensiunile interioare.

Structurile reticulate pot fi alcătuite într-o mare varietate și ele diferă unele de altele atât

prin modul de alcătuire a secțiunii barelor cât și prin modul de prindere în noduri. Barele pot

avea secțiuni pline sau secțiuni tubulare circulare sau dreptunghiulare, aceste pot varia în funcție

de producător, patent dar în

cele mai multe cazuri secțiunea

este tubulară circulară fiindca

rezistă cel mai bine la solicitări

de întindere și compresiune.

28

fig.3.12 Cadru spațial reticulat triplu strat

Posibilitatea folosirii repetate a unui număr mare de bare și noduri pentru o varietate mare de

structuri reticulate cu forme și suprafețe diferite au condus la dezvoltarea unor sisteme de firmă

(patentate). Structurile rezultate au o greutate convenabilă de metal pe unitatea de suprafață

acoperită.

fig.3.13 Stadionul San Siro, Milano, arh. Perlasca - structură reticulată

În acest exemplu, sistemul de acoperire este alcătuit dintr-o structură reticulată susținută de

grinzi cu zăbrele sprijinite pe stâlpii din exteriorul arenei

29

Structuri suspendate

Ideea construcției cu cabluri a dus la crearea podului suspendat. Sistemul constă in

obținerea rigidității prin tensionarea cablurilor aceasta idee aplicandu-se in scurt timp la

acoperișuri. Acestea, prin analogie cu podul, au fost numite acoperișuri suspendate.

Structurile suspendate pe cabluri se folosesc deseori pentru acoperirea unor construcţii cu

deschideri mari, mai ales datorită consumului foarte redus de oţel la structurile suspendate pe

cabluri fiind cel mai redus în comparaţie cu alte sisteme. Structurile suspendate pe cabluri pot fi

folosite la construcţii având deschideri de până la 400 m. Sistemul se foloseşte mai ales la clădiri

cu caracter sportiv şi cultural cum sunt sălile de sport, teatre sau sălile polivalente. Cablurile nu

au rigiditate la compresiune şi la încovoiere, de aceea structurile pe cabluri se realizează astfel ca

în aceste elemente să apară doar eforturi de întindere.

Aceste sisteme sunt relativ noi și se diferențiază două sisteme de folosire a cablurilor la

acoperișuri:

sisteme mixte: obținute prin combinarea cablurilor flexibile cu elemente rigide (grinzi,

cadre) ce constituie structura de rezistență. În acest caz structura principală este suspendată prin

cablurile situate deasupra acoperișului, aceste cabluri transmit forțele de tracțiune la ancoraje

corespunzătoare.

fig.3.14 Renault Center, Norman Foster

O a doua soluție, mai complexă, este cea în care cablurile fac parte din structură și nu

îndeplinesc doar rolul de a transmite forțele de la structură la ancoraje. La aceste structuri

cablurile preiau direct acțiunile exterioare. Comportarea specifică a cablurilor a influențat

substanțial formele structurale și a impus noi metode de execuție, o primă problemă derivă din

30

flexibilitatea cablului. Acesta se dispune după o formă compatibilă cu sarcinile aplicate, dar

cerinţele arhitecturale şi structurale impun o formă definită ce trebuie păstrată pe durata de

exploatare. Orice abatere de la forma fixă (definită) trebuie menţinută în limite minime. Pentru a

satisface această condiţie în structură trebuie introduse eforturi de pretensionare care să nu fie

incompatibile cu forma dorită şi care împreună cu sarcinile aplicate să menţină deformaţiile în

limite acceptabile. De aceea în procesul de proiectare poate fi introdusă o etapă de stabilire a

formei (form finding) care se poate rezolva prin calcul automat folosind pachete de programe

adecvate.

fig.3.15 bazin de innot din Wupertal, Friedrich Hetzelt

Bazinul de înnot are acoperiș suspendat de beton, cablurile au fost protejate impotriva coroziunii

fiind inglobate in stratul de beton.

fig.3.16 Raleigh Arena, Carolina de nord, USA, M. Nowicki

În anul 1950 o schemă pentru susținerea unei rețele de cabluri a fost sugerată de catre

arhitectul polonez M. Nowicki pentru Arena Raleigh. Principiul ei este o extindere a ceea ce

numim "scaunul regizorului". Cele două picioare au fost înlocuite cu două arce de beton armat,

înclinate la circa 20o față de orizontală și articulate în cele două puncte de intersecție. Rețeaua

31

constă în două serii de cabluri: una curbându-se în sus și paralelă cu picioarele arcelor, iar

cealaltă curbandu-se în jos în direcția perpendiculară pe prima. S-a obținut astfel o suprafață de

șa în cabluri, care au fost puse sub tensiune, cel puțin parțial, de greutatea arcelor suspendate de

ele. Ochiurile dintre cabluri au fost acoperite cu plăci ondulate din plastic translucid.

fig.3.17 a Stadionul olimpic Munchen, Günter Behnisch, Frei Otto,1972

Sisteme de corturi. Conceptul a fost inspirat din forme naturale - pânza de păianjen, astfel

arhitectul Günter Behnisch în strânsă colaborare cu Frei Otto au ajuns la o soluție care utilizează

nouă catarge comprimate de 79 de metri înălțime și cabluri marginale de precomprimare de până

la 2500 de tone capacitate. Cortul obținut adăpostește 36 000 metri pătrați și este o combinație de

transparență și înaltă tehnologie, caracterizată prin elemente de plexiglas translucid.

fig.3.17 b Stadionul olimpic Munchen, Günter Behnisch, Frei Otto1972

Structuri pneumatice

Principiul de funcționare este prezent în obiecte simple cum ar fi pneurile automobilului,

mingile de fotbal sau tenis, elemente ușoare și rigide. Aceste proprietăți au fost sursa de

inspirație pentru structurile pneumatice sau părți componente ale structurii în general. Este greșit

32

să considerăm ca doar presiunea pozitivă a aerului este utilizată, ci și cea negativă (sucțiune) a

fost utilizată. Acest principiu a fost implementat cu succes la complexul de corturi pe cabluri de

la grădina zoologică din Boston. Acestea atârnă de tripozi constituiți din arce parabolice și sunt

ancorate în pereții laterali. Ventilatoarele împingând aerul în afara corturilor produc o depresiune

care aspiră țesătura cortului. Astfel, corturile sunt preîntinse de presiunea din exterior în raport cu

vacuumul mic creat în interior.

fig.3.18 Cortul "supt" din grădina zoologică din Boston

Cel mai mare acoperiș construit până în prezent cu o membrană de teflon cu fibre de

sticlă și armată cu cabluri este acoperișul pentru stadionul Pontiac din Pontiac, Michigan.

Proiectat cu scopul de a reduce costul clădirii, el acoperă 20500 de metri pătrați și 80000 de

spectatori. Este fixat de un inel de compresiune poligonal, exterior, ridicat peste teren și va atârna

de el chiar dacă acoperișul se găurește și se rupe. Presiunea interioară, pozitivă de această dată,

este de numai 1,7 kgf/cm2 și reprezintă o pătrime din sucțiunea maximă a vântului pe acoperiș.

Această soluție constructivă a redus costurile acoperișului cu 66%.

fig.3.19 Pontiac Silverdome, Michigan

33

3.2 Expresivitate structurală

Formă și structură

Arhitectura, pe lângă îndeplinirea unei funcțiuni, transmite un mesaj spectatorului prin

formele sale variate și semnificative. Nici un trecător nu confundă o biserică cu o închisoare. Nu

este poate atât de evident că și structura are un mesaj propriu: poate fi un mesaj de masivitate sau

de eleganță, de risipă sau de economie, de urâțenie sau de frumusețe. Dar fără aceasta arhitectura

nu poate exista.

Este ușor de dovedit că construcțiile satisfăcătoare din punct de vedere estetic pot fi

proiectate chiar dacă legile structurale sunt ignorate total sau parțial. De exemplu, transformarea

templului de lemn într-o structură de piatră a condus pe greci la crearea uneia din capodoperile

arhitecturii, Partenonul, deși judecat din punct de vedere pur constructiv, Partenonul nu este

altceva decât corect. Unii ingineri au predicat că se poate ignora estica deoarece, dacă o clădire

este proiectată corect din punct de vedere constructiv, frumusețea va reieși din corectitudinea

structurii.

Nenumăratele exemple de structuri "corecte" pe care mulți le consideră urâte dezmint

această teorie. Ingineri ca Nervi sau Maillart au proiectat structuri minunate din punct de vedere

estetic deoarece sentimentul lor înnăscut pentru frumos i-a ghidat dincolo de geniul lor

constructiv. Mai mult, considerând estetica unei clădiri, trebuie să distingem cu grijă între acele

clădiri în care structura este relativ neimportantă și acelea la care structura este esențială pentru

aspectul clădirii.

Un alt motiv care ne atrage în lumea structurilor. O structură este un produs artificial

exprimând unul din multiplele aspecte ale creativitații umane, dar este un produs artificial care

nu poate fi creat fără un profund respect față de legile naturii. O structură frumoasă este o

revelație concretă a legilor naturii. Când renumitul inginer italian Pier Luigi Nervi, unul dintre

pionerii betonului modern, a văzut podul George Washington din New York, primele sale

cuvinte au fost: "Gândești că înainte ca el să fi fost costruit nu s-au mai văzut linii atât de

frumoase". Aceasta, desigur, nu presupune că o structură corectă este în mod necesar frumoasă,

ci că frumusețea structurală nu poate exista fără o corectitudine structurală.

34

Culoare și textură

Culoarea reprezintă o senzație, un conținut al procesului de percepție care produce

satisfacție, de exemplu atunci când privim o formă frumoasă. Culoarea reprezintă, în termeni

tehnici, produsul reflexiei căderii luminii albe pe o suprafață sau obiect, care are o anumită

frecvență. Cu alte cuvinte lumina albă este compusă din totalitatea culorilor, și atunci când

lumina cade pe un obiect, el are proprietatea de absorție a luminii. Cantitatea de lumină reflectată

de respectivul obiect reprezită culoare, astfel suprafețele de culoare neagră absorb intregul

spectru de lumină și, respectiv, cele albe îl reflectă. Culorile pot avea influență asupra gradului

de satisfacție în procesul de percepție a unei culori, de exemplu culoarea roșie a pereților unei

încăperi poate genera o stare de agitație sau culoarea verde a coroanelor copacilor poate induce

privitorului o stare de calm și relaxare.

Unele materiale pentru construcții folosite în decursul secolelor au deja o culoare

specifică, căramida de exemplu, și astfel construcțiile executate din acest material au culoarea

roșiatică, specifică. În schimb ar fi mai puțin obișnuit sa vedem o construcție din caramidă verde,

deoarece cărămida are o textură asociată cu culoarea ei specifică. Acesta este un exemplu al

asocierii culorii și texturii. Un alt exemplu este betonul aparent, culoarea cenușie nefiind

spectaculoasă din punct de vedere estetic dar acest material recuperează, am putea spune, prin

textură și este foarte des întâlnit în construcțiile celebre.

Prin capacitatea de reflexie culoarea este capabilă sa creeze iluzii optice, de exemplu

culorile deschise și intense au calitatea de a crea senzația de marire a unui spațiu sau obiect. În

spaţiul interior libertatea utilizării policromiei este limitată doar de cunoaşterea efectelor

psihologice şi fiziologice ale culorilor asupra utilizatorilor. Culorile calde sînt culori dinamice, în

timp ce culorile reci sînt statice, calmante şi odihnitoare. Culorile calde se utilizează cu precădere

în spaţiile reci, cu temperatură scăzută, pentru a le dinamiza şi pentru a crea senzaţia de căldură

şi de apropiere. Roşul, portocaliul şi galbenul dau senzaţia de cald şi creează însubconştient o

dispoziţie psihică stimulativă. Culoarea roşie este o culoare vie, dă o senzaţie de căldură, de

creştere a temperaturii, datorită faptului că radiaţiile specifice lungimii de undă a acestei culori,

fiind în vecinătatea spectrului infraroşu, au calitatea de a pătrunde în ţesutul organic şi de a

declanşa anumite procese fizice şi biochimice, manifestate prin creşterea tonusului muscular şi a

presiunii sangvine. La nivel psihologic, asociate soarelui, focului, sîngelui, culorile calde au

calitatea de a genera senzaţia de lumină, deschidere, căldură. Roşul dă senzaţia de mişcare, incită

35

la acţiune, excită şi chiar irită şi predispune la impulsivitate. Galbenul este, din punct de vedere

psihologic, adevărata culoare caldă.

CAPITOLUL IV. STUDII DE CAZ

1. Stadionul olimpic din Londra, 2012

Capacitate: 80000

Proiectant: Populous (HOK Architects)

Proiectat pentru a fi reconfigurat pentru o capacitate redusă - până la minimum 25000

locuri

Arena olimpică a găzduit cele mai importante ceremonii ale jocurior olimpice, festivitatea

de deschidere și închidere precum și alte copetiții specifice jocurilor olimpice. Stadionul este

36

amplasat in centrul parcului olimpic, și anume pe o insulă care are cai navigabile pe trei laturi,

astfel accesul în incintă arenei se realizează prin intermediul a cinci poduri.

Conceptul stadionului a trebuit să satisfacă câteva condiții impuse de organizatorii

jocurilor olimpice, și anume sa fie o construcție inovativă dar și flexibilă în același timp, cu o

capacitate de 80 000 de locuri care poate fi redusă dupa încheierea jocurilor. Rezultatul este un

proiect care nu s-a mai realizat pâna acum, fiind un stadion cu un inel de gradene temporare care

poate fi înlăturat, astfel se reduce capacitatea până la 25000 de locuri.

37

Proiectul acestui stadion este făcut prin prisma arhitecturii sustenabile, astfel construcția

s-a realizat folosind o canditate de 10 000 tone de oțel, foarte puțin în comparație cu alte arene

de asemenea anvergură.

2. Stadionul olimpic, Beijing, 2008 (Bird's nest)

38

capacitate: 91 000 în timpul jocurilor, 80 000 capacitate redusă

proiectant: Herzon & De Meuron, Arup Sport, China Architectural Design & Research

Inițial stadionul a fost conceput pentru o capacitate de 100 000 de locuri și avea acoperiș

retractabil, dar fiind amplasat într-o zonă cu risc seismic ridicat și din motive economice pe

parcursul elaborării proiectului capacitatea a fost redusă la maxim 91 000 de locuri, respectiv, s-

a renunțat la acoperișul retractabil. Echipa de proiectare a încercat să realizeze un concept ușor

adaptabil și cât mai flexibil. Sursa de inspirație a geometriei stadionului au fost niște vase

ceramice chinezești, dar mai târziu unul din consultanții din echipă l-a denumit "bird's nest",

denumire care a ramas până în prezent.

Structura gradenelor este executată în metoda tradițională, adică s-a utilizat cu precădere

betorul armat, provocarea a venit, în schimb, la realizarea sistemului de acoperire care are o

geometrie complexă executată din profile dreptunghiulare de oțel. Structura metalică este

aparent, întâmplătoare, dar la observația mai atentă se disting grupurile de elemente componente,

stâlpii și fermele metalice.

Echipa de la Arup în strânsă colaborare cu Herzon & De Meuron au conceput un sistem

de iluminare al stadionului propriu zis și a împrejurărilor.

39

40

3. Stadionul Oita, Japonia, 2001 (Big eye)

capacitate: 40 000 de locuri

proiectant: Kisho Kurokawa

Această arena a fost selectată pentru desfășurarea Cupei Mondiale din 2001, și se vrea a

fi o arenă omnisportivă cu posibilități de extindere. Pentru a aduce spectatorul mai aproape de

arenă, în locul pistei de atletism se pot amplasa gradene retractabile. Sistemul de acoperire este

retractabil, fapt ce permite desfășurarea unor manifestări potrivite doar pentru spații închise, cum

ar fi concerte. Pentru partea de acoperiș retractabil s-a folosit o membrană din teflon care

permite patrunderea luminii în proporție de 25%, astfel nu mai este nevoie de lumină artificială

în timpul zilei.

Pentru a obține expunerea corespunzătoare a luminii interioare, deschiderea acoperișului

eliptic este orientată dea lungul axei nord-sud. Structura spațială a acestui stadion constă din arce

curbate pe care glisează acoperișul retractabil, suprafața de joc este sub cota zero, soluție care

prezintă un avantaj economic. O fantă de ventilație situata între acoperiș și gradene permite

contactul cu peisajul montan exterior a spectatorilor și asigură confortul optim mai ales în

perioada verii.

41

42

Caz special - Cluj Arena

capacitate: 30 200 locuri

pistă de atletism

Cluj Arena are şansa de a fi amplasată pe locul vechiului Stadion Municipal, inaugurat în 1911 şi

reconstruit în 1961, pe axa verde a Clujului paralelă cu râul Someş, de-a lungul căreia se înşiră

nenumărate parcuri şi terenuri de sport. Ataşamentul suporterilor pentru acest amplasament s-a

demonstrat în 2008, momentul în care s-a discutat relocarea arenei odată cu demolarea vechiului

teren, iar publicul de toate categoriile s-a opus cu vehemenţă. Arhitecţii au ales să proiecteze un

stadion dedicat tuturor locuitorilor oraşului, nu numai celor interesaţi de sport, un obiect care să

devină o marcă şi un motiv de mândrie, care să „aducă bucurie celor care pătrund în interior la

spectacol şi celor care rămân afară şi îi simt pulsul, celor care se plimbă în apropiere şi celor care

privesc de la distanţă”, după cum mărturisesc autorii.

43

44

BIBLIOGRAFIE

Mesajul Structurilor - Mario Salvadori Estetica, bazele esteticii vol.2 - Theodor Lipps Stadia - A Design and Development Guide - Geraint John, Rod Sheaard & Ben Vickery Frei Otto, Bodo Rasch: Finding Form - Kwang Yeul Lee Stadium design - Anja Llorella Sport facilities - Aurora Cuito Construcții - Lupta împotriva gravitației - Mario Salvadori AD - Versatility and vicissitude: Performance in morphological design - Michael Hensel

and Achim Menges

WEBOGRAFIE

www.archidaily.com

www.worldstadiums.com

www.e-architect.co.uk

45