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Resumen: T-083 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2006 El ladrillo cerámico cocido como materializador de la estructura en la edificación arquitectónica. Jacobo, Guillermo J. Cátedra “Estructuras II” – Facultad de Arquitectura y Urbanismo – Universidad Nacional del Nordeste Avenida Las Heras N° 727 - (3500) Resistencia - Provincia del Chaco, Argentina E-Mail: [email protected] ANTECEDENTES Se pueden comentar dos sucesos históricos en las construcciones arquitectónicas ejecutadas con ladrillos cerámicos cocidos comunes, los cuales evolucionaron en su uso en obra a partir de las experiencias artesanales de la “prueba y el error”, y también, de la “intuición” del constructor, hasta evolucionar en la técnica constructiva de los refuerzos metálicos, mediante cálculos (teóricos y/o gráficos) rigurosos. El primer hecho a destacar es el largo proceso evolutivo que tuvo el ladrillo común como material estructural, por medio de la prolífica tarea profesional desarrollada por el catalán Rafael Guastavino en las últimas décadas del siglo XIX, quien fue un pionero en la aplicación de los métodos gráficos de la estática, nueva disciplina científica desarrollada entre 1850 y 1880, para determinar las formas y dimensiones de los elementos estructurales en obras de arquitectura. Rafael Guastavino diseñó y construyo diferentes obras de arquitectura con el material “ladrillo común”, como material estructural principal, con un carácter singular algunas de ellas, con el uso de los métodos gráficos de la estática como una herramienta de diseño arquitectónico- estructural-tecnológico. El segundo hecho histórico, en el campo del ladrillo común como material estructural, es el caso de las obras de otro catalán, Antonio Gaudí, quien también utilizo la misma metodología de diseño y el mismo material de construcción, ladrillo común, y también, piedras talladas. Algunos otros contemporáneos de Gaustavino y Gaudí, también utilizaron el método gráfico de la estática como herramienta de diseño, pero optaron por otros materiales, más revolucionarios que el tradicional ladrillo común, como ser Gustaf Eifel con los perfiles y chapas metálicas, Robert Maillart con el hormigón armado. Todos estos pioneros del diseño estructural dejaron una escuela de conocimientos desarrollados para la siguiente generación de emprendedores dentro del campo del diseño estructural en obras de arquitectura, como ser Freysinnet, Eduardo Torroja y Eladio Dieste. La estructura de ladrillos comunes más tradicional y con historia en la cultura occidental fue conformada por el “arco”, la “bóveda” y la “cúpula”, producto de la herencia dejada por la arquitectura romana en Europa Occidental en los últimos 2000 años. La “técnica romana” del mampuesto se basaba en la “geometría del círculo” para materializar diferentes obras de arquitectura y de ingeniería (“acueductos romanos”), utilizando un repertorio de soluciones tecnológico-estructurales conformadas por el “arco de medio punto” como elemento estructural básico para luego ampliarse a las bóvedas y cúpulas (de “medio punto” como forma generadora). Estos elementos estructurales se ejecutaban con la ayuda de “cimbras” (encofrados temporarios), que daban la forma necesaria sobre las cuales se ubicaban los ladrillos cocidos de punta. La “estructura romana” se caracterizaba por las dimensiones importantes que poseía y también por la gran masa de material (piedras talladas, ladrillos cocidos y adobe) que utilizaban, lo que generaban “imágenes pesadas”, pues se hacia también necesario el uso de grandes “contrafuertes laterales” para absorber las reacciones horizontales de la forma (medio círculo). Sin embargo, en Medio Oriente se desarrolla otra tendencia utilizando otro material, el bloque de adobe no cocido, (por ausencia de madera para “cocinar” los bloques y para utilizar en las cimbras, además es una zona geográfica con un clima seco, por tal motivo los bloques de adobes no se desintegran), pero bajo la misma técnica del mampuesto, considerada como una “evolución de la técnica romana”, pues se erigieron (y todavía se lo ejecuta así, sino ver las obras de Hassan Farhy en Egipto y en África del Norte) arcos y bóvedas sin utilizar cimbras, pues la forma no es “semicircular” (romana) sino “parabólica”, por lo que los esfuerzos internos son casi de compresión pura y la reacción horizontal no necesita de grandes refuerzos laterales para ser absorbida. La concreción de la forma parabólica se realiza a partir de la técnica constructiva, pues se “inclinan las fajas de ladrillos de punta hacia un lateral”, en el caso de las bóvedas, en cambio para las cúpulas se ejecuta según una direccional en “espiral” (vale aclarar que en todos los casos se hacen necesarios contrafuertes laterales, la reacción horizontal nunca desaparece, solo es de menor magnitud). Estas “estructuras arábicas” se caracterizan por tener menores espesores que las “romanas” por ser ejecutadas en bloques de adobe cocido de dimensiones mínimas. Una tercera variante del uso el ladrillo como material estructural es según la “técnica catalana” (una suerte de mezcla de la técnica romana y la árabe, reacuérdese que España estuvo ocupada por los árabes durante casi 800 años), originaria de la región de Cataluña en España, con la gran característica de su extrema liviandad. La técnica catalana para ejecutar estructuras de ladrillos comunes cocidos se basa en la “superposición en diferentes dirección de múltiples capas de ladrillos con mínimos espesores”. Los ladrillos se ubican de plano y no se necesitan encofrados para su ejecución, resultado formas cuasi planas (arcos, bóvedas y cúpulas rebajadas con flechas que no superan el 10% de la luz estructural), en estos casos se necesitan refuerzos laterales, debido a la gran magnitud del la reacción horizontal. Con la técnica catalana se han ejecutado (y se ejecutan todavía) arcos, bóvedas, cúpulas, escaleras y entrepisos (las famosas “bovedillas” con separaciones de no más de 50 cm). Antes de la aparición del cemento como material Técnica romana Técnica arábica Técnica catalana

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El ladrillo cerámico cocido como materializador de la estructura en la edificación arquitectónica.

Jacobo, Guillermo J.

Cátedra “Estructuras II” – Facultad de Arquitectura y Urbanismo – Universidad Nacional del Nordeste Avenida Las Heras N° 727 - (3500) Resistencia - Provincia del Chaco, Argentina E-Mail: [email protected] ANTECEDENTES Se pueden comentar dos sucesos históricos en las construcciones arquitectónicas ejecutadas con ladrillos cerámicos cocidos comunes, los cuales evolucionaron en su uso en obra a partir de las experiencias artesanales de la “prueba y el error”, y también, de la “intuición” del constructor, hasta evolucionar en la técnica constructiva de los refuerzos metálicos, mediante cálculos (teóricos y/o gráficos) rigurosos. El primer hecho a destacar es el largo proceso evolutivo que tuvo el ladrillo común como material estructural, por medio de la prolífica tarea profesional desarrollada por el catalán Rafael Guastavino en las últimas décadas del siglo XIX, quien fue un pionero en la aplicación de los métodos gráficos de la estática, nueva disciplina científica desarrollada entre 1850 y 1880, para determinar las formas y dimensiones de los elementos estructurales en obras de arquitectura. Rafael Guastavino diseñó y construyo diferentes obras de arquitectura con el material “ladrillo común”, como material estructural principal, con un carácter singular algunas de ellas, con el uso de los métodos gráficos de la estática como una herramienta de diseño arquitectónico-estructural-tecnológico. El segundo hecho histórico, en el campo del ladrillo común como material estructural, es el caso de las obras de otro catalán, Antonio Gaudí, quien también utilizo la misma metodología de diseño y el mismo material de construcción, ladrillo común, y también, piedras talladas. Algunos otros contemporáneos de Gaustavino y Gaudí, también utilizaron el método gráfico de la estática como herramienta de diseño, pero optaron por otros materiales, más revolucionarios que el tradicional ladrillo común, como ser Gustaf Eifel con los perfiles y chapas metálicas, Robert Maillart con el hormigón armado. Todos estos pioneros del diseño estructural dejaron una escuela de conocimientos desarrollados para la siguiente generación de emprendedores dentro del campo del diseño estructural en obras de arquitectura, como ser Freysinnet, Eduardo Torroja y Eladio Dieste. La estructura de ladrillos comunes más tradicional y con historia en la cultura occidental fue conformada por el “arco”, la “bóveda” y la “cúpula”, producto de la herencia dejada por la arquitectura romana en Europa Occidental en los últimos 2000 años. La “técnica romana” del mampuesto se basaba en la “geometría del círculo” para materializar diferentes obras de arquitectura y de ingeniería (“acueductos romanos”), utilizando un repertorio de soluciones tecnológico-estructurales conformadas por el “arco de medio punto” como elemento estructural básico para luego ampliarse a las bóvedas y cúpulas (de “medio punto” como forma generadora). Estos elementos estructurales se ejecutaban con la ayuda de “cimbras” (encofrados temporarios), que daban la forma necesaria sobre las cuales se ubicaban los ladrillos cocidos de punta. La “estructura romana” se caracterizaba por las dimensiones importantes que poseía y también por la gran masa de material (piedras talladas, ladrillos cocidos y adobe) que utilizaban, lo que generaban “imágenes pesadas”, pues se hacia también necesario el uso de grandes “contrafuertes laterales” para absorber las reacciones horizontales de la forma (medio círculo). Sin embargo, en Medio Oriente se desarrolla otra tendencia utilizando otro material, el bloque de adobe no cocido, (por ausencia de madera para “cocinar” los bloques y para utilizar en las cimbras, además es una zona geográfica con un clima seco, por tal motivo los bloques de adobes no se desintegran), pero bajo la misma técnica del mampuesto, considerada como una “evolución de la técnica romana”, pues se erigieron (y todavía se lo ejecuta así, sino ver las obras de Hassan Farhy en Egipto y en África del Norte) arcos y bóvedas sin utilizar cimbras, pues la forma no es “semicircular” (romana) sino “parabólica”, por lo que los esfuerzos internos son casi de compresión pura y la reacción horizontal no necesita de grandes refuerzos laterales para ser absorbida. La concreción de la forma parabólica se realiza a partir de la técnica constructiva, pues se “inclinan las fajas de ladrillos de punta hacia un lateral”, en el caso de las bóvedas, en cambio para las cúpulas se ejecuta según una direccional en “espiral” (vale aclarar que en todos los casos se hacen necesarios contrafuertes laterales, la reacción horizontal nunca desaparece, solo es de menor magnitud). Estas “estructuras arábicas” se caracterizan por tener menores espesores que las “romanas” por ser ejecutadas en bloques de adobe cocido de dimensiones mínimas. Una tercera variante del uso el ladrillo como material estructural es según la “técnica catalana” (una suerte de mezcla de la técnica romana y la árabe, reacuérdese que España estuvo ocupada por los árabes durante casi 800 años), originaria de la región de Cataluña en España, con la gran característica de su extrema liviandad. La técnica catalana para ejecutar estructuras de ladrillos comunes cocidos se basa en la “superposición en diferentes dirección de múltiples capas de ladrillos con mínimos espesores”. Los ladrillos se ubican de plano y no se necesitan encofrados para su ejecución, resultado formas cuasi planas (arcos, bóvedas y cúpulas rebajadas con flechas que no superan el 10% de la luz estructural), en estos casos se necesitan refuerzos laterales, debido a la gran magnitud del la reacción horizontal. Con la técnica catalana se han ejecutado (y se ejecutan todavía) arcos, bóvedas, cúpulas, escaleras y entrepisos (las famosas “bovedillas” con separaciones de no más de 50 cm). Antes de la aparición del cemento como material

Técnica romana Técnica arábica Técnica catalana

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Rafael Guastavino

comercial, se utilizaba el yeso mezclado con cal como material de unión entre los ladrillos, pero debido a las precipitaciones y la humedad del aire perdían consistencias las juntas y se hacían inestables. Luego con el uso cemento se pudo evitar, utilizándolo en las capas superficiales como aislante a la humedad. MATERIALES Y MÉTODOS El trabajo se desarrolla partiendo de la información brindada por la bibliografía consultada y trabajos precedentes (ver bibliografía). Se estudian casos concretos relacionados al diseño estructural en edificación arquitectónica y sus impactos, evaluando los resultados obtenidos en diferentes experiencias internacionales, con el objetivo de formular recomendaciones y soluciones concretas. Se utilizan los recursos que se crean apropiados para la comprensión de la temática para que sea una herramienta de consulta accesible por cualquier interesado. DISCUSIÓN DE RESULTADOS En general, hasta fines del siglo XVII no se comprendía de manera científica el comportamiento mecánico de las estructuras de compresión (arcos, bóvedas y cúpulas), pues la transmitían los conocimientos (no científicos) por la manera tradicional del “maestro y el aprendiz”, o sea como “artesanía” de práctica intensiva a partir de la técnica de la “prueba y el error”. En 1748 publico Giovanni Polenni un tratado de estática denominado “El descubrimiento de la forma adecuada para cúpulas”, pero recién un siglo después, en 1866, se desarrolla un método científico para estudiar la “forma estructural”, y se publica “Die Graphische Statik” (la estática gráfica) por parte del Prof. Dr. Ing. Kart Cullmann de la Universidad Politécnica Federal de Zürich (ETH-Zürich, Suiza). Esta publicación fue el primer tratado científico de un “método gráfico” (con usos de escalas) para diseñar estructuras, con formas optimizadas según las acciones externas predeterminadas (análisis de estados de cargas) y sus transmisiones internas (determinación de los esfuerzos dominantes) para establecer las dimensiones adecuadas según el material utilizado. El “método de Culmann” se basa en la construcción de polígonos (de fuerza y funicular), dibujados a escalas representativas, que como resultado “muestran la forma ideal” de la transmisión de las cargas externas por los “caminos internos” de un elemento estructural hasta sus apoyos (sea en otros elementos estructurales o en el suelo de fundación). Estos “caminos interno de las cargas externas” no son ni más ni menos que los esfuerzos internos que se materializan de manera “funicular” (del Latín: “funiculus” = “línea”), todo esto significa: “la línea principal interna de los esfuerzos” de un elemento estructural. Con este método científico se pudo determinar la forma estructural óptima para edificaciones arquitectónicas, evitando la aparición de la flexión y haciendo trabajar al objeto a esfuerzos simples (tracción y compresión). Así la morfología final del objeto arquitectónico responde a la forma óptima estructural, la cual está en función del estado de carga (acciones externas) y de los tipos de vínculos (fundaciones). Este método de trabajo fue adoptado por la gran mayoría de ingenieros, arquitectos y constructores a partir de 1870. Uno de los que adopto este método de trabajo científico fue Rafael Guastavino, quien desde 1860 ejecutó muchas obras en Barcelona y alrededores (España), pero siguiendo la técnica catalana empirista tradicional. En 1881 decide Guastavino radicarse en New York (USA), donde se estable como empresario de la construcción, utilizando la técnica catalana para ejecutar sus obras, pero diseñadas según el método científico de Cullmann, así materializo un gran números de obras en toda Norteamérica (USA y Canadá), la gran mayoría importantes y singulares, como constructor y calculista de proyectos de arquitectura realizados por importantes arquitectos de la época. Vale citar que solo en Manhattan, New York, construyo cerca de 100 edificios, entre los que se encuentran la Catedral St John (1911), la Gran Central Station (1913), Ellis Island Inmigrant may

Método Gráfico de Karl Cullmann

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Eladio Dieste: Casa Berlingieri e

Iglesia del Cristo Obrero, Uruguay.

Ing. Maurice Koechlin:

diseño la “forma

estructural” de la “Torre

Eiffel”, París.

Antonio Gaudí

Ing. Robert Maillart:

puentes de h° a°.

(1917), The Federal Reserve Bank (1924), The Riverside Church (1930). También, en Boston (USA) construyo Boston Library(1898), el Capitolio en Minnesota (1903) y en Nebrasca (1932). Se encuentran edificios de Guastavino en 41 estados federales de USA, y en cinco de Canadá. La “ventaja comparativa” de Rafael Guastavino, desde el punto de vista comercial-empresarial, fue la de aplicar una tecnología constructiva ventajosa (el ladrillo común con la técnica catalana, material noble, bajo consumo de material, barato, de uso sencillo, casi sin residuos) según un diseño científico (Método Gráfico de Cullmann), que le posibilito ejecutar obras importantes bajo costos acotados y en adecuados tiempos de ejecución. Rafael Guastavino construyó el edificio de la “Fabrica Batllo” en Barcelona (1869-75), el cual fue visitado por anualmente, como ejemplo de buena arquitectura regional, por los estudiantes de la “Escuela Superior Técnica de Arquitectura de Barcelona”, entre los que se encontraba un joven estudiante catalán, Antonio Gaudí (1852-1926), quien se interesaba por la “arquitectura natural”. Gaudí estaba impresionado por los resultados prácticos que posibilitaba la “Estática Gráfica”, por esto, se dedica de por vida a la búsqueda de la “forma natural” para sus obras de arquitectura, a las que denomino “formas funiculares”. Así, Gaudi diseñó y construyo “formas no ortogonales” (naturales), cuyo real objetivo eran ser soportes de entrepisos y cubiertas, evitando el uso de columnas y vigas tradicionales, como las que se encuentran en el Campo Güell (1900-14), la Capilla Güell (1898-1915) y en la iglesia (inconclusa) de la Sagrada Familia, iniciada en 1884 en Barcelona. Además, desarrolla su propio método de trabajo, modelos experimentales (maquetas) de hilos colgados de ambos extremos para conformar “formas naturales” (estructurales), a las que posteriormente, las invertía y verificaba su comportamiento estructural con el método gráfico de Cullmann. Posteriormente construía sus obras previamente diseñadas con la técnica catalana, utilizando ladrillos cocidos, y también piedras talladas. Otros contemporáneos a Gaustavino y Gaudí utilizaron también el método de Cullmann como herramienta de diseñó estructural, tal es el caso un alumno de Kart Cullmann, el Ing. Maurice Koechlin (1856-1946), quien trabajaba junto al Ing. Gustav Eiffel en París (Francia). El Ing. Koechlin fue quien diseñó estructuralmente la famosa “Torre Eiffel”, pues determino el estado de las cargas externas (acciones laterales por viento) y luego determino la “forma óptima” de la torre según el método gráfico de Cullmann. La “Torre Eiffel” es una ménsula vertical empotrada en el terreno, a la que accionan cargas dinámicas externas horizontales instantáneas, que aumentan de magnitud a medida que aumenta la altura de la torre (la acción del viento). El sucesor del Prof. Cullmann en el cargo docente fue el Ing. Wilhelm Ritter, quien tuvo un alumno destacado, el Ingeniero Suizo Robert Maillart (1872-1940), quien aplico comercialmente los conceptos del método gráfico de Cullmann, perfeccionado por el Prof. Ritter, (método gráfico de Ritter), para el diseño de todos los puentes en hormigón armado que construyó en Suiza y Francia. En todos los casos citados (“Guastavino-Gaudi” con “ladrillos”, “Eiffel-Koechlin” con “acero”, y “Ritter-Maillart” con “hormigón armado”) se observa que la aplicación de un “método científico de diseño” (Estática gráfica de Cullmann) es independiente del material de construcción que se utilice. Otros que aplicaron una metodología similar, pero perfeccionada con el método numérico de cálculo fueron Félix Candela (1910-1997) y Eduardo Torroja (1899-1961), siempre con el “hormigón armado” como material estructural principal, dejándose de lado paulatinamente el uso del “ladrillo común” como material estructural, solo como cerramiento de espacios, más que nada debido a las limitaciones tensionales del mismo (nulo a la tracción y mínimo a la compresión), además, la evolución tecnológica que tuvieron los materiales “hormigón” y “acero”, los hicieron casi ilimitados en sus aplicaciones. Sin embargo a mediados de la década de 1940 resurge el uso del “ladrillo común” como material principal para estructuras de edificaciones arquitectónicas, con el ingeniero uruguayo Eladio Dieste (1917-2000), quien utilizo el legado de “Cullmanm-Ritter” para diseñar sus obras, luego verificarlas con el método numérico de “Leonhardt-Torroja-Löser” y por último construirlas concientemente según la situación del sitio de implantación, o sea utilizar el material de construcción abundante y tradicional, la mano de obra existente, en el caso de Uruguay, el “ladrillo cocido común”. Su primera obra importante fue la “Casa Berlingieri” en Punta Ballenas, Uruguay (1946), quien la construyo junto con el arquitecto catalan Antonio Bonet (1913-1989), quien era un emigrado catalán por razonas

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políticas en Argentina y fue quien intereso a Dieste en la “técnica catalana”, pues se tenia un presupuesto mínimo para la ejecución de obra. Por tal motivo, a partir de dicha obra Eladio Dieste aplico la técnica catalana en sus obras, pero las adapto al material ladrillo cocido existente en Uruguay y a la mano de obra autóctona, además, desarrollo su propia técnica reforzando sus estructuras con barras de acero, así que las obras de ladrillo cocido de Dieste, trabajan también a la Flexión y con formas audaces. La obra que le dio trascendencia internacional a Dieste fue la “Iglesia de Cristo Obrero” (1958-60) en la localidad de Atlantida, Uruguay. Dieste diseñó la Iglesia según el principio del “pórtico”, pero como “una serie de pórticos ligados unos con otros” (conformados por planos verticales laterales ondulados y la superficie ondulada superior de la cubierta, o sea el uso del concepto de la doble curvatura), pero materializada con “ladrillos cerámicos cocidos comunes”. Esta técnica la aplicó en todas las obras posteriores que realizo en Uruguay y Brasil. CONCLUSIONES Como se observa en todo lo antes citado, no existe un material estructural específico para la edificación arquitectónica, por lo que el “ladrillo cocido común” tiene todavía una posibilidad práctica de ser utilizado masivamente en la construcción y no solo como un mero elemento de cerramiento perimetral de espacios arquitectónicos. El ladrillo cerámico común es un “material autóctono” de la región nordeste de Argentina (NEA), sin embargo es reemplazado por otros materiales foráneos (cemento y acero) para concretar estructuras en la edificación. Además, estos materiales foráneos tienen un costo superior en todos sentido (ecológico, económico, transporte, mano de obra, etc.), por lo que la región NEA produce una constante transferencia de divisas, que podrían ser invertidas en la misma región con solo aplicar métodos científicos de diseño para verificar la capacidad estructural del material ladrillo cerámico común. Los métodos científicos son conocidos por muchos profesionales de la construcción, pero la falta de incentivos oficiales, como para utilizar el material autóctono, hace que el mismo sea relegado a una función secundaria, solo cerramiento perimetral, pero vale comentar que algunos profesionales, con vida académica universitaria activa, tal es el caso del Ing. Jorge Bernal en la ciudad de Resistencia, Chaco, Argentina, han ejecutado obras de arquitectura, algunas importantes, con el material autóctono regional: ladrillo cocido común, como material estructural principal reforzado. Evidentemente hace falta una decisión política regional, para desactivar los lobyes que ejercen ciertas agrupaciones empresariales y comerciales, que “cuasi obligan” al consumo comercial de los materiales foráneos, principalmente en la obra pública oficial. El uso del ladrillo común en la edificación no tiene límites, ni constructivos ni estructurales, como se comento anteriormente, es un material que no requiere una alta especialización de la mano de obra, es mantenible y reparable a bajo costo económico y tecnológico, posibilita una expresión estética arquitectónica y es de bajo costo de producción, pero lo más importante, puede producir beneficios sociales de alto impacto, pues se caracteriza de uso intensivo de mano de obra regional. BIBLIOGRAFÍA AROCA HERNANDEZ-ROS, Ricardo (1999), ¿Qué es estructura?, Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid, España. ANDERSON, Stanforf (2004), Eladio Dieste, Princenton Architecttural Press, New York, USA. 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La “técnica catalana” aplicada escaleras, cubiertas y entrepisos, con ladrillos cerámicos cocidos.