Introducción
El edificio de la Ópera de Sídney es una de las obras arquitectónicas más reconocibles a nivel mundial, no siendo sólo un símbolo de la ciudad y de Australia, sino que es considerado por críticos como un «Monumento mundial» a la altura de la pirámide de Gizeh, el Taj Mahal o la Torre Eiffel. El edificio, ubicado en la península de Bennelong Point en plena Bahía de Sídney, fue inaugurado oficialmente por la Reina Isabel II el 20 de Octubre de 1973 y declarado por la UNESCO Patrimonio de la Humanidad en 2007, siendo el edificio más moderno en recibir ese reconocimiento. Actualmente es el centro de artes y espectáculos más visitado del mundo, con cerca de 11 millones de visitantes y más de un millón de asistentes anuales a sus representaciones.
El carácter icónico alcanzado por el edificio se debe principalmente a la fuerza expresiva de sus cubiertas, cuyas formas fueron concebidas por el arquitecto danés Jørn Utzon, ganador del concurso convocado a finales de 1955. En palabras del propio Utzon, buscaba crear una «escultura que cubra todos los usos necesarios. En otras palabras, los habitáculos hablan por sí mismos, el tamaño de cada uno de ellos se ve reflejado en su cubierta. Si piensas en una catedral gótica estarás cerca de lo que iba buscando. Uno nunca se cansa de observar una catedral gótica…»
El éxito que ha alcanzado el edificio contrasta con el tortuoso proceso de diseño de las cubiertas y de construcción del edificio. Esto tiene su origen principal en el hecho de que en la propuesta presentada por Utzon la geometría de las cubiertas no estaba definida, limitándose a unas cáscaras escultóricas de forma libre. Esta condición, unida a que en la época no existían los ordenadores personales, y por tanto tampoco programas informáticos en el ámbito de la representación gráfica y el análisis estructural, ocasionó un retraso total acumulado respecto de las estimaciones iniciales de aproximadamente una década y un sobrecoste aproximado del 1.300%, que fue costeado mediante un exitoso sistema de lotería.
Reseña histórica
Acuarela elaborada por Eero Saarinen de la propuesta de Utzon para la Ópera de Sídney, con fecha 1957
La idea de construir un teatro de ópera en Sídney comenzó a gestarse en los últimos años de la década de los cuarenta y promovida por el propio gobierno local de Nueva Galés del Sur venía a dotar a la ciudad de un lugar adecuado para grandes producciones de teatro a la vez que una sede apropiada para la Orquesta Sinfónica de Sídney. El concurso se convocó en diciembre de 1955 estableciéndose hasta diciembre de 1956 para entregar las propuestas. Se recibieron cerca de 230, de más de 32 países, haciendo de la convocatoria un inesperado éxito para sus organizadores. El fallo del jurado, seleccionando por unanimidad la propuesta de Utzon como la «más original y creativa», se hizo público en enero de 1957. El jurado estaba compuesto por cuatro arquitectos expertos, entre los que destaca Eero Saarinen cuya visión poética de la arquitectura coincidía enormemente con la de Utzon. Se dice que quedó encantado con la propuesta y que «convenció» al resto del jurado, que según algunas versiones ya había descartado la propuesta por defectos de forma, al llegar Saarinen unos días tarde a la deliberación.
A mediados de 1957 arranca el proyecto con un plazo de 18 meses para la elaboración completa de los planos del edificio más 36 meses para la construcción del mismo. La empresa de ingeniería Ove Arup & Partners fue contratada directamente por la administración local desde el arranque del proyecto como consultores de estructuras, compensando la juventud de Utzon, de 38 años de edad y sin apenas obra construida, con la experiencia de Arup, ingeniero de 62 años. Sin embargo, el plazo inicial pronto se comprobó totalmente insuficiente, entre otros motivos, por la falta de definición en la propuesta de Utzon para el concurso, cuyo equipo tardó 6 meses en elaborar una primera e incompleta colección de planos de la propuesta, recogida en el denominado Libro Rojo. En la presentación del mismo, Utzon comunica a las autoridades locales que las obras podrían comenzar tras los 18 meses previstos, las cuales fueron favorables al coincidir con un ciclo electoral. Las autoridades, a pesar de desoír la indicación de Arup de no iniciar las obras antes de tener un diseño estructural básico finalizado, algo que ya se aventuraba imposible en ese plazo, sí aceptaron su propuesta de dividir las obras en tres fases (podio, cubiertas e interiores) al prever que la definición de todos esos elementos se iba a dilatar en el tiempo. Hasta Noviembre de 1958 Utzon no envió a Arup unos planos, de nuevo incompletos y faltos de suficiente detalle, para que los ingenieros desarrollasen el trabajo necesario para el inicio de las obras de la fase 1 a principios de 1959.
Los principales participantes se encontraban distribuidos en diversas localizaciones como Londres (equipo de Arup), Hellebaek cerca de Copenhague (equipo de Utzon), Berlín (modelos a escala) o Sídney. La incapacidad de cumplir los plazos de proyecto y el gradual sobrecoste con la creciente definición de los distintos elementos del edificio fueron incrementando la presión con la que trabajaban los equipos de arquitectos e ingenieros.
Avance en la construcción de las cubiertas hacia 1966.
En paralelo a otras dificultades, el equipo de Arup llevaba intentando resolver el diseño estructural de las cubiertas desde que se involucró en el proyecto, problema que constituía el principal obstáculo desde que Utzon resultase ganador del concurso. Después de aproximadamente cuatro años, los ingenieros habían estudiado sin éxito hasta ocho alternativas para materializar las indefinidas formas concebidas por el arquitecto, apoyándose en un uso pionero de ordenadores comerciales y programas de cálculos específicamente desarrollados. Fue en el verano de 1961 cuando la interacción entre ambos equipos, llevó al propio Utzon a la idea para materializar las cubiertas de una manera satisfactoria tanto arquitectónica como económicamente. Esta solución para las cubiertas, fue presentada a principios de 1962 en el conocido como Libro Amarillo, que anulaba las formas recogidas en el Libro Rojo.
Las obras de la fase 1 no terminaron hasta Agosto de 1962 mientras que la ejecución de las cubiertas no comenzó hasta Noviembre de 1963. Antes, en Marzo de 1963, algunos de los pilares del podio tuvieron que demolerse para reforzarlos, ya que el peso de las estructuras de cubierta superó al inicialmente estimado. La situación fue enfriando las relaciones entre Utzon y las autoridades locales. Con las elecciones regionales de Nueva Galés del Sur celebradas en Mayo de 1965 se constituyó un nuevo gobierno local que, además de abrir una investigación para aclarar las causas del fuerte incremento de presupuesto y de plazos, tiene la idea de apartar a Utzon del proyecto al verle incapaz de dirigir una obra de tal magnitud. Tras el establecimiento de una oficina técnica sin él para la elaboración de los planos de la fase 3, se ve apartado del proyecto y termina dimitiendo a su pesar en Marzo de 1966. Esta decisión fue controvertida a nivel público, pues tenía el respaldo de parte de la ciudadanía local así como de importantes arquitectos internacionales. Todos los intentos de reconciliación fueron infructuosos y Utzon abandona Sídney en Abril de 1966, trabajando durante dos años más en el proyecto remotamente pero sin llegar a volver a Australia. Los planos de la fase 3 serían terminados a finales de 1966 por un equipo de arquitectos liderado por Peter Hall, que termina rediseñando una parte considerable de los interiores. El edificio es finalmente inaugurado en 1973 con mayores desvíos presupuestarios y superando los ingresos conseguidos en el sistema de lotería implantado en Marzo de 1958.
Concepto
El requerimiento del concurso era diseñar dos salas principales, una con entre 3000-3500 asientos y otra con unos 1200. La propuesta de Utzon fue la única que disponía los dos auditorios uno al lado del otro a pesar del limitado ancho disponible en el solar. Se caracteriza por enmarcarse dentro de la alternativa “organicista» a la imperante corriente racionalista del Movimiento Moderno dentro del panorama arquitectónico de la época. El original diseño de las cubiertas era en realidad la expresión externa del plan interior, y sus formas suaves y redondeadas se oponían a la tendencia de volúmenes «tipo caja» en los edificios contemporáneos, como puede verse en el siguiente vídeo.
La influencia de las cubiertas laminares de hormigón que se habían popularizado durante las décadas de los cuarenta y los cincuenta es clara, principalmente con las construcciones de Eduardo Torroja, Pier Luigi Nervi y Félix Candela. Incluso el propio Saarinen tenía como realización reciente el auditorio de Kresge para el MIT en Cambridge (lámina de hormigón con forma de un octavo de esfera), y estaba comenzando la construcción de la nueva terminal TWA del aeropuerto de Nueva York, con una cubierta con una lámina de hormigón (que sin embargo no es un ejemplo paradigmático de una cubierta laminar de hormigón trabajando por forma).
Auditorio de Kresge para el MIT en Cambridge
Terminal TWA del aeropuerto de Nueva York en construcción
Siguiendo esta influencia, Utzon imaginó que las superficies propuestas para las cubiertas se construirían con estructuras laminares de hormigón de pocos centímetros, como se refleja tanto en los dibujos presentados como en la maqueta que aportó inmediatamente después de resultar vencedor del concurso. Parece ser que no tuvo asistencia de ingenieros durante esta fase de concepción. Así, las formas escultóricas ideadas por Utzon, todas diferentes entre sí, no se basaban en ningún fundamento geométrico o matemático necesario para la resistencia y economía, como sí lo estaban las cubiertas laminares de los citados afamados constructores. Esto, unido a los medios de análisis disponibles en la época, hacía que la propuesta de Utzon no fuese factible.
De esto fueron conscientes los ingenieros de Arup, que desde el primer momento buscaron la manera de adaptar la geometría libre planteada por Utzon a formas de definición geométrica conocida, que fueran analizables y construibles con los medios de la época además de preservar el espíritu original. La tarea no resultó nada fácil, pues durante aproximadamente cuatro años se estudiaron más de ocho alternativas, planteando formas parabólicas y elípticas con distintos sistemas estructurales en hormigón y en acero, pero ninguna resultó completamente satisfactoria tanto estructuralmente como arquitectónicamente. Uno de los aspectos más condicionantes de la propuesta era que todas las láminas fuesen diferentes lo cual encarecía enormemente el coste de construcción, al necesitar encofrados distintos para cada una de las formas. Arup y sus ingenieros sabían de la idoneidad de encontrar formas que permitiesen prefabricar parte o toda la cubierta además de reutilizar los encofrados para hacer la obra viable económicamente, siguiendo el sistema utilizado por Nervi.
Después de muchos intentos infructuosos, en el verano de 1961 el equipo de Arup propone a Utzon que las cubiertas estén constituidas por una serie de costillas de hormigón adosadas unas a otras saliendo de los apoyos en forma de abanico. Utzon acepta la propuesta motivado por la capacidad de dicha solución de reflejar fácilmente su comportamiento estructural, algo que no se daba en otras propuestas en los que la estructura y su comportamiento quedaban más ocultos. Sin embargo la manera de dotar a estas vigas de la doble curvatura requerida, de una manera económica y teniendo en cuenta la distinta forma de cada cubierta seguía sin resolverse. Fue entonces cuando Utzon tuvo la idea de utilizar formas esféricas para las cubiertas, de manera que las vigas que iban a constituir la cubierta fuesen trozos (cuñas) de la superficie de una misma esfera. La adopción de una forma esférica permitía obtener superficies de doble curvatura utilizando una familia de encofrados común para todas las piezas, lo cual abarataba enormemente la construcción de la cubierta, manteniendo las secciones de las cubiertas como arcos ojivales. Además el cálculo se simplificaba también de forma importante. Fueron estas dos ideas combinadas, costillas prefabricadas de hormigón con forma de trozos de una misma esfera, las que permitieron resolver el problema de las cubiertas y evitar el fracaso del proyecto.
En este vídeo se muestra la construcción de la geometría de las cubiertas cuyo dibujo fue la portada del Libro Amarillo.
Finalmente, este video incluye un fragmento de la entrevista que Jørn Utzon y Jack Zunz, responsable del equipo de ingenieros de Arup, concedieron en 1962 presentando las formas actualizadas recogidas en el Libro Amarillo.
Diseño estructural
Cimentación
Hay dos tipos de cimentaciones que soportan el edificio de la Ópera, en función del terreno sobre el que se apoyan:
- Unos 700 pilotes de hormigón en masa de 0.9 m de diámetro, revestidos con una camisa metálica, soportan principalmente el perímetro y la zona norte, donde la roca está muy alterada e intercalada con estratos de arcilla y arenisca. Capacidad aproximada de la roca: 1.3 Mpa.
- En la zona central, se sustituyó parte del terreno superficial, rellenos, por hormigón en masa, cimentando después encima con zapatas y losas. Capacidad aproximada de la roca: 0.65 Mpa.
Podio
El edificio, sin las cubiertas, consta de dos partes diferenciadas: la base de hormigón armado sobre la que se sitúan las mismas, y un gran vestíbulo abierto de acceso de hormigón pretensado. Estructuras destacadas:
Drama theater ceiling
- Techo del “drama theatre”: es un emparrillado de vigas de hormigón armado que conforman una superficie de 6 lados, aproximadamente de 22×21 m. Estas vigas tienen cantos de 762 mm y 805 mm, y espesores de 305 mm.
- Vestíbulo: con un ancho de 95 m, permite el acceso peatonal a la ópera, y cubre el acceso principal de vehículos así como otras áreas de entrada. La estructura es de vigas de hormigón pretensado con luces principales de 49 y 41 m, en dirección norte-sur. Estas vigas se construyeron en parejas de 3.7 m de ancho, separadas de la siguiente por una junta, de manera que se pudieran tesar de forma independiente. Las secciones de las vigas van variando, como se observa en la figura. Encima de ellas se dispusieron losas de hormigón prefabricadas.
Concourse beams variable sections
En este corte se aprecian las distintas zonas de las que hablamos:
Las cubiertas
Cubiertas principales en verde, de cerramiento en rojo, de borde en azul y arcos de borde en morado
Las cubiertas de la Ópera de Sydney cubren tanto los dos auditorios, como el restaurante situado al sur. Están formadas por una serie de cáscaras que se describen en este apartado.
La estructura de las cubiertas consta de una serie de costillas de hormigón armado, obtenidas a partir de la superficie de una esfera de 75 m de radio cortada por planos que pasan por su centro, separados 3.65º, formando al final un abanico de costillas.
En el siguiente vídeo se muestra la generación de la geometría de las cubiertas a partir de trozos de una misma esfera.
La sección transversal de las costillas de las cubiertas principales varía desde una forma de «T» maciza en el arranque hasta una sección con forma de «Y», para aligerar peso. Cada costilla está formada por elementos prefabricados de 4.6 metros de longitud unidos con resina epoxi y tendones de pretensado, a lo cual contribuyó de forma decisiva la constructora Hornibrook. Durante el proceso constructivo, se utilizaron unos arcos metálicos ajustables para soportar las costillas, evitando la necesidad de disponer un cimbrado completo debajo de las mismas, siendo ésta otra aportación importante de la constructora.
Dimensiones principales:
- Altura de la cascara más grande desde su arranque: 54.6 m.
- Longitud del hall mayor: 121 m, medidos entre los extremos de las cáscaras.
- Anchos de las cáscaras: entre 22 y 57 m.
En la parte inferior las costillas confluyen en un pedestal macizo de hormigón armado, mientras que la parte superior se cierra con una viga de borde, clave del arco ojival de las secciones de la cubierta, marcando el eje de simetría de las mismas. Cada pieza de clave es temporalmente atornillada y finalmente toda la viga de borde se pretensa.
Todo el diseño permitió la estandarización de las piezas y la repetición para optimizar la construcción.
Las cáscaras de cerramiento (rojo) siguen el mismo concepto que las principales, pero formadas únicamente por dos costillas.
Las cáscaras de borde (azul) son triángulos esféricos que conectan las cubiertas principales y las de cerramiento a través de unos arcos de borde (morado). Cada arco está formado por dovelas pretensadas con sección variable de hormigón hueca. Entre arcos se disponen unas vigas horizontales separadas unos dos metros, sobre las que se disponen losas prefabricadas de hormigón de 63.5 mm de espesor, que conforman la cáscara de borde.
Las cubiertas principales están apoyadas sobre las de borde, sobre el pedestal, y son continuas gracias a la viga de clave. Esto permite considerarlas como “lateralmente pretensadas”, aunque de forma conservadora se estudiaron también como simplemente apoyadas.
Modelo 3D
Échale un ojo a este modelo 3D de las cubiertas de la Ópera de Sydney:
Referencias
Rey Rey, Juan Ignacio (2013). La barrera del análisis estructural y la representación gráfica en el desarrollo de los proyectos arquitectónicos: el caso de la Ópera de Sidney. Tesis (Doctoral), E.T.S. Arquitectura (UPM).
https://www.sydneyoperahouse.com/our-story.html
Arup Journal 1973 Issue 3. https://www.arup.com/perspectives/publications/the-arup-journal/section/the-arup-journal-1973-issue-3
