A la hora de calcular sus estructuras, Gaudí innovó con el método empírico y experimental de las cadenas suspendidas. Al invertir la imagen obtenía la mejor geometría del proyecto, es decir, las inclinaciones que debían tener las columnas y los muros para que pudiesen resistir los esfuerzos de compresión. Además, esto también le permitía medir la fuerza en cada cadena o cordel tensado por medio de dinamómetros, lo cual le servía para proporcionar el diámetro de las columnas o nervios según la escala utilizada, así como la resistencia del material.
Aplicó esta técnica en el estudio que realizó durante el proyecto de la iglesia de la Colonia Güell, con la colaboración de un equipo completo de profesionales, entre los cuales se encontraban Francesc Berenguer, su mano derecha; los arquitectos Josep Canaleta y Joan Rubió; el ingeniero alsaciano Eduard Goetz; y el fotógrafo Vicenç Villarubias. El método de Gaudí consistía en la modificación continua de los pesos para experimentar la redefinición de los diferentes arcos y bóvedas del proyecto. De este modo, el modelo invertido iba configurando el proyecto, el cual se dibujaba poco a poco gracias a las fotografías a las que él mismo daba color. Esta experiencia del modelo funicular en la Colonia Güell le sirvió de base para el cálculo en la Sagrada Familia, como reconocería el propio Gaudí.
No obstante, toda esta enorme atención al comportamiento estructural con respecto a los pesos de los materiales, es decir, las cargas permanentes del edificio, gravitatorias y verticales, queda descompensada por una cierta desatención a la fuerza del viento o de los seísmos. Si las primeras cargas son verticales y elásticas, como la gravedad, las segundas, en cambio, son horizontales y dinámicas. Por lo tanto, el método de las funículas con pesos y cordeles no le servía.
Los textos de los discípulos de Gaudí nos dicen que el maestro había tenido en cuenta el viento en la construcción del templo. No obstante, estas consideraciones seguramente suponían unos cálculos realizaos aparte del modelo funicular, que es esencialmente gravitatorio y estático. La realidad es que, en tiempos de Gaudí, los cálculos estructurales no estaban regulados como hoy en día. Los requisitos actuales para los edificios de gran altura, como nuestro templo, son hoy en día muchísimo más importantes de lo que Gaudí hubiese podido considerar entonces. De hecho, actualmente resulta impensable calcular la resistencia al viento de un edificio que llega a los 170 metros de altura con unas simples comprobaciones complementarias, ya que el cálculo para resistir los esfuerzos horizontales que representan las cargas del viento es tan importante a la hora de definir y condicionar la estructura como las cargas gravitatorias de los pesos propios del edificio.
FUERZAS VERTICALES Y FUERZAS HORIZONTALES
Por lo tanto, vemos que los pesos son fuerzas verticales que Gaudí ensayaba con modelos colgantes, pero que el viento y los seísmos son fuerzas horizontales que actúan sobre el edificio tratando de doblegarlo. Por ejemplo, para afrontar el cálculo del viento, normalmente se equipara su fuerza dinámica con una fuerza estática, la máxima previsible, que actúa horizontalmente y se reparte en toda el área expuesta del edificio.
En el caso del seísmo, las fuerzas horizontales no actúan sobre la parte aérea del edificio, sino directamente sobre su base, es decir, sobre sus cimientos. Es como una sacudida en dirección horizontal que, en pocos segundos, puede cambiar, alternando su sentido en diversas ocasiones. Esta sacudida hace vibrar todo el edificio, doblegándolo como una cuerda cuando se zarandea desde un extremo, lo que provoca que el extremo opuesto sea el que más se agite.
Si tenemos en cuenta que el viento puede soplar desde cualquier dirección, se puede comprender que tanto el tratamiento del cálculo del viento como el de los seísmos tengan tantas cosas en común. Por este motivo también resulta usual calcular los seísmos como si fuesen una fuerza horizontal y estática, aumentada tanto como convenga según el grado sísmico de la zona en la que se ubique el edificio.
Estos cálculos ponen de manifiesto que, cuanto más alto sea el edificio, más se multiplicará el movimiento en su parte superior. Desde este punto de vista, podríamos decir que la masa del edificio que está alejada de la base lo pone en mayor peligro.
Para comprenderlo mejor, podemos imaginar cómo en una pirámide, al disponer de una base tan ancha, la vibración horizontal hará vibrar poco el pico superior. En cambio, en un edificio en forma de pirámide invertida, con una masa elevada sobre un mástil estrecho, esta entrará con facilidad en una vibración pendular y podrá suponer el colapso de la parte más vulnerable: el mástil.
Teniendo esto en cuenta, resulta comprensible la necesidad de hacerse cargo de la importancia de este cálculo en el caso de la Sagrada Familia, ya que en el plano del templo tenemos una planta baja diáfana en la que solo se encuentran los troncos de unos árboles que se ramifican para sostener unas bóvedas mucho más pesadas. Además, sobre estas bóvedas nacen las torres centrales, que llegan a triplicar la altura de las bóvedas a partir de las que arrancan. La masa está realmente alejada del suelo y, por lo tanto, el efecto de la vibración de los seísmos se debe tener en cuenta previamente.
¿CUÁL ES EL RIESGO SÍSMICO EN BARCELONA Y CATALUÑA?
La corteza terrestre está formada por una serie de placas tectónicas que se mueven e interaccionan entre ellas. Los científicos han definido unas grandes placas generales que, más o menos, se corresponden con los diferentes continentes, pero también placas más pequeñas, como, en nuestro caso, la placa ibérica. Esta placa tienda a separarse de la americana, pero, por el lado opuesto, se encuentra con la de Italia y Sicilia, con la del Atlas africano y fricciona con la placa europea en los Pirineos. Todo esto explica que nuestra zona pirenaica sea una zona inestable en la que también hay volcanes y más probabilidades de movimientos sísmicos.
Hoy en día, para detectar un terremoto utilizamos sismógrafos electrónicos sofisticados que permiten detectar hasta el más mínimo movimiento del suelo, en la superficie o a cualquier nivel de profundidad. Sin embargo, estas herramientas son relativamente recientes, por este motivo, para definir el grado sísmico de una zona, las normativas se deben basar en las crónicas y relatos que describen los daños causados por estos movimientos a lo largo de la historia. De esta manera, en el mapa de riesgo sísmico de Cataluña de 1997, la comarca del Barcelonès tenía asignada una intensidad sísmica de VI a VII de un máximo de XII, una clasificación muy condicionada por el terremoto de 1428, el cual, con epicentro en el Pirineo catalán, causó una treintena de muertos en la ciudad de Barcelona.
LAS ÚLTIMAS ACTUALIZACIONES DE LOS CÁLCULOS
Cuando Gaudí comenzó como arquitecto del templo, los cimientos de la cripta ya estaban construidos de acuerdo con el proyecto de del Villar, mucho menos ambicioso. Por este motivo, al aumentar la altura del proyecto con el gran cimborrio de la Virgen María sobre el ábside, y teniendo en cuenta el nuevo peso y la afectación del viento y los seísmos en la torre, fue necesaria una importante intervención de refuerzo de estos cimientos, que dejó a la cripta en obras durante dos años (2007-2009).
Asimismo, el tema de los seísmos se tuvo muy en cuenta al iniciar la construcción de los cimientos de la nave principal y del transepto en 1988. La zona del crucero que soporta los cimborrios centrales que se están levantando hoy en día ya se sustenta sobre los nuevos cimientos, a base de pilones de hormigón armado que alcanzan los 20 metros de profundidad. Para este cálculo se utilizaron aproximaciones estáticas de las acciones sísmicas según la Norma de Construcción Sismorresistente española de 1974.
Posteriormente, se afinó el análisis estructural. En el cálculo sísmico preciso es muy importante determinar las aceleraciones a las que se ve sometida la estructura, ya que la fuerza es igual a la masa por la aceleración (F = ma). De este modo, últimamente se ha utilizado el análisis dinámico en el tiempo con una serie de simulaciones virtuales sobre cómo se mueve el terreno y cómo hace vibrar al edificio.
También en esta línea se realizó un estudio in situ de las vibraciones del templo para analizar las frecuencias propias de la estructura construida hasta el momento y, de esta manera, poder calibrar mejor el modelo sometido al análisis sísmico.
Además, a medida que la construcción de nuestro edificio ha avanzado a lo largo de los años, se han ido definiendo con más precisión todos los elementos estructurales y, por lo tanto, se ha podido ir actualizando el modelo del edificio, que se ha recalculado según los nuevos datos para asegurar, entre otros aspectos, la resistencia ante los seísmos. Por esta razón, en el 2014, con el inicio de los proyectos de los cimborrios centrales, se actualizó el modelo estructural general del templo con la geometría, la masa y la rigidez de todos los elementos estructurales existentes, junto con la estructura del proyecto de las torres. Asimismo, para aportar más seguridad, se realizó un estudio específico de la afectación de los seísmos a las torres.
De esta manera, en vista de todo lo que se ha expuesto, podemos concluir que en el cálculo de la estructura del templo se han considerado las acciones sísmicas con el análisis necesario para que pueda resistir los seísmos que prevé la normativa vigente en nuestro territorio.
