Introducción

¿Cómo se genera el trazo geométrico de una estructura delgada de hormigón llamado también cascarón de concreto? ¿Un cascarón de concreto puede ser una solución estructural para cubrir espacios religiosos? ¿Quiénes fueron precursores en su uso en edificios religiosos de México y otras partes del mundo? ¿Respondieron como solución espacial a necesidades religiosas? Estas son las preguntas que guían este trabajo con la expectativa de responder los cuestionamientos.

La Capilla fue proyectada y construida inicialmente en 1964 dentro del conjunto del Seminario Mayor Palafoxiano de Puebla, como comedor de seminaristas. Actualmente se está construyendo un nuevo santuario en los terrenos del seminario, así que la capilla presta ahora servicio mayormente a los seminaristas, aunque en alguna ocasión se realiza ahí alguna celebración de otra envergadura. El propósito es describir la relación de la solución geométrica y el diseño estructural con base en paraboloides hiperbólicos, materializada en cascarones de concreto armado, la cual es complementada con la expresión arquitectónica de los vitrales de Fernando Rodríguez Lago, como solución de espacios religiosos de los años sesenta del siglo XX. El artículo se estructura a partir de enunciar algunas preguntas que guiarán el contenido.

El trazo hiperbo-parabólico y los cascarones de concreto

¿Cómo se genera el trazo geométrico de un paraboloide hiperbólico considerado dentro de la clasificación de estructura laminar y conocido comúnmente como cascarón de concreto?

Las cubiertas formadas por paraboloides hiperbólicos se consideran estructuras laminares, las cuales se han usado desde la primera mitad del siglo XX. Distintas disciplinas intervienen en su desarrollo, desde la geometría y el cálculo hasta la selección de materiales y su construcción.

Las estructuras laminares son elementos que cubren espacios en los que predominan las dimensiones de la planta frente al espesor de la lámina; tienen que ser lo suficientemente delgadas para no desarrollar fuertes tensiones de flexión, corte o torsión. De manera general se clasifican en:

El arquitecto español Antonio Gaudí (1852-1926) fue uno de los primeros en utilizar superficies alabeadas como parte de las llamadas estructuras laminares. Eduardo Torroja Miret (1899-1961) y Félix Candela Outeriño² (1910-1997), ingeniero y arquitecto españoles, respectivamente, fueron dos de las figuras reconocidas dentro del mundo de las estructuras laminares de hormigón armado en el siglo XX.

Expresado desde el punto de vista de una superficie reglada, se define al paraboloide hiperbólico como aquel en el que las líneas rectas que incluyen su superficie se denominan generatrices. Se pueden distinguir a través de dos familias de rectas, una serían las asíntotas de las hipérbolas, generatrices que se desplazan de manera paralela, apoyándose sobre otras formadas por dos directrices que se cruzan, de inclinaciones diferentes y separadas una determinada distancia.

Figura 1 Principios geométricos de las superficies regladas que al cubrir el espacio se convierten en un envolvente curvo. Elaboración: Moisés Barrera Sánchez, Julia Judith Mundo Hernández y María Cristina Valerdi Nochebuena. 

Al tratarse de una superficie reglada su encofrado se genera colocando tablas rectas en la dirección de una de las familias de generatrices. Cubre espacios con envolventes curvos.³

Así entonces, el proceso de construcción de un paraboloide contempla los siguientes pasos: dados cuatro puntos en el espacio, que no estén en un mismo plano, hay un único paraboloide hiperbólico que pasa exactamente por estos cuatro puntos. Esta es la misma propiedad que dice que dos puntos determinan una única recta. Constructivamente, lo que tenían que hacer los obreros era unir con barras uno de los pares de puntos de una parte y el otro par opuesto por la otra.

Figura 2 Procedimiento de ejecución de un cascarón de concreto. 

Desde tiempos pasados, una de las mayores dificultades de esta estructura ha sido el controlar la calidad y la homogeneidad del hormigón dentro del mismo elemento o la obra.⁴

La desventaja fundamental del paraboloide hiperbólico actualmente, como de otras formas de membrana, más allá de las corrientes o los estilos arquitectónicos, se debe a la elaboración del encofrado. A partir de los años setenta, el incremento del costo de la mano de obra hacía difícil la construcción de este tipo de cubiertas, pese a que los encofrados son fáciles de montar por medio de tablas rectas, una contra otra, siguiendo las direcciones de las generatrices, pero son laboriosos de realizar, además de no ser reutilizables. La prefabricación, tanto de las cubiertas como de los encofrados, no ha sido posible llevarla a cabo hasta ahora.⁵

Figura 3 Encofrado y colado de la iglesia de San Antonio de Padua, colonia Xotepingo, Coyoacán. Proyecto: arquitectos Carlos González Lobo y Leonardo Vilchis Plata; diseño estructural: Juan Antonio Tonda. Fuente: Novena Conferencia Ciclo de Seminarios Virtuales. Arquitectura Religiosa, 19 octubre 2020. 

Género religioso y el uso de cascarones de concreto

¿Un cascarón de concreto puede ser una solución estructural para cubrir espacios religiosos? El concreto es un material que presenta una gran complejidad técnica e infinitas posibilidades. En México,⁶ en la década de los cincuenta y sesenta, y algunos años más, tuvo gran presencia y esto se observa en la construcción del espacio religioso cubierto con los conocidos como “cascarones de concreto”, particularmente en algunas edificaciones católicas de la ciudad de Puebla, tema que nos ocupa a través de la capilla del Seminario Palafoxiano.

El género religioso no sería la excepción: iglesias, sinagogas y templos evangélicos se adhirieron a las innovaciones morfológicas, constructivas y estructurales con independencia de su adscripción religiosa […] En las cubiertas de los templos hicieron su aparición los llamados “cascarones” de concreto, superficies regladas que podían alcanzar mayores claros y al mismo tiempo adelgazar su espesor y cuya construcción implicaba una barata mano de obra de albañiles y carpinteros para la realización de las cimbras de madera, lo que indudablemente repercutía en el bajo costo del elemento estructural.⁷

Estas cubiertas fueron un medio para que el usuario tuviera una percepción distinta del espacio religioso después de 400 años de práctica; además, concordaron con el movimiento litúrgico del siglo XX, previo a la celebración del Concilio Vaticano II (1965-1969). La reforma litúrgica del Concilio promovió la participación más consciente, activa y fructuosa de los fieles en el santo Sacrificio del altar (Instrucción Redemptionis Sacramentum sobre la Eucaristía No. 4), lo que se suma la creación de los ambientes de provocación a la meditación y participación en las acciones litúrgicas.⁸

De igual manera, este tipo de estructuras permitieron crear formas, texturas y ambientes, así como distintos mensajes y significaciones entre el objeto-sujeto, por medio de nuevos símbolos, lo que posibilitó contar con nuevas tipologías que apoyaron la forma de hacer liturgia, además de contribuir en el habitar en relación con la espiritualidad por medio de ambientes diferentes pero propicios para el recogimiento y la meditación.⁹

Fue a partir de la segunda mitad del siglo XX que los sistemas estructurales de cubiertas a base de cascarones fueron utilizados en la arquitectura religiosa, en los que se “encontraría la posibilidad de conjugar magistralmente la forma con un comportamiento estructural eficiente […], convirtiéndose en un ámbito con suficiente calidad espacial”; aunque, mención aparte, para la cimbra se ocupaba gran cantidad de madera, sin embargo se utilizaba un mínimo de material con la “nueva manera de construir”, facilitando la rápida construcción de los cascarones.¹⁰

En casos fuera de México se utilizaron cubiertas geométricas donde las superficies curvas fueron definidas por una fórmula matemática, que llevaron a las cubiertas de concreto a un nivel de “arte estructural”.¹¹

Precursores en la construcción de cascarones de concreto en espacios religiosos

¿Quiénes fueron precursores en su uso en edificios religiosos de México y otras partes del mundo? Con base en esta segunda pregunta guía, se muestra la obra arquitectónica y estructural de la Holy Spirit Church, en Lommiswil, Suiza, cuya autoría fue de Roland Hanselmann y Heinz Isler;¹² y la Heilig-Geist Church de Darren Bradley en Santee, California, Estados Unidos. Asimismo, Robert DesLauriers diseñó la Carlton Hills Lutheran Church (1959), situada en la misma localidad californiana; en ella utilizó un hiperboloide parabólico para la cubierta y construyó numerosas iglesias luteranas, así como la St. Edmon’s Episcopal Church en Elm Grove, Wisconsin (1957), diseñada por William P. Wenzler. Estos son algunos ejemplos de edificios de diferentes religiones que utilizaron cubiertas con diseño parabo-hiperbólico, cuyos diseñadores-constructores podrían ser considerados precursores del uso de concreto en espacios religiosos con este tipo de cubiertas llamados comúnmente cascarones de concreto.

Figura 4a-b Exterior e interior de la Holy Spirit Church (1967-1969), en Lommiswil, Suiza. Fuente: http://mapio.net/pic/p-86581154  

Figura 5a-b Exterior e interior (en el que se observa el uso de vitrales) de la Carlton Hills Lutheran Church (1959), situada en Santee, California. Fotografía exterior: Darren Bradley, 14 de marzo de 2018. http://www.modernsandiego.com/RobertDesLauriers.html. Fotografía de vitrales: Flickr https://midcenturymodernist.tumblr.com [consulta: 14 de marzo de 2019]. 

Figura 6a-b St. Edmund’s Episcopal Church en Elm Grove, Wisconsin, Estados Unidos. Diseño de William P. Wenzler, capacidad para 200 personas. Fuente: http://berghammer.com/cool_timeline/1957-st-ed-munds-church-elm-grove [consulta: 14 de marzo de 2019]. 

Como estos casos hay muchos en todas las latitudes de la tierra. En particular, las obras del suizo Heinz Isler son reconocidas ya que empezó a utilizarlas desde la década de los sesenta, pero siguió experimentando con formas diferentes y nuevas tecnologías en la cimbra para erigir las cubiertas que diseñó no solo para edificios religiosos sino para otras tipologías arquitectónicas.¹³ Asimismo, en Norteamérica William P. Wenzler fue el primer arquitecto que usó, a los 27 años de edad, un cascarón de concreto en un espacio religioso, para lo cual solicitó la asesoría de Félix Candela.

En México destacaron los arquitectos Enrique de la Mora y Palomar y Félix Candela, y sus discípulos José Enrique Ruiz-Castillo y Ricardo Urgoiti, Joaquín Álvarez Ordoñez, Fernando López Carmona, Juan Antonio Tonda Magallón y Alberto González Pozo.

Como ejemplos se resaltan: La parroquia de La Purísima (1941-1943), la de San Antonio de Padua (1956-1962) y la iglesia de Santa Teresa del Niño Jesús (1957-1958) en Monterrey, Nuevo León; la capilla de la Inmaculada y Purísima Concepción en la colonia Roma (19421945), la parroquia de la Medalla Milagrosa (1953-1957) en la colonia Vértiz Narvarte y la de Nuestra Señora de la Aparecida (1958-1959) en la colonia Jardín Balbuena, en la Ciudad de México; y el santuario de La Lomita (1957-1967) en Culiacán, Sinaloa. De todas ellas, Ivan San Martín¹⁴ ha hecho un exhaustivo estudio.

Toda vez que se ha descrito someramente acerca de los precursores en el uso de los cascarones de concreto, se continúa tratando de contestar la última pregunta: ¿respondieron como solución espacial a las necesidades religiosas? Esto, por supuesto, en el caso particular de la capilla del Seminario Mayor en la ciudad de Puebla.

Cascarones de concreto en la ciudad de Puebla: la capilla del Seminario Mayor Palafoxiano de Puebla

Puebla es una ciudad importante de la República mexicana con una población de 1’692,181 habitantes, según datos del año 2020. Está situada a una distancia de 130 kilómetros al sureste de la Ciudad de México, y cuenta con una superficie de 524.31 kilómetros cuadrados.¹⁵ Sus coordenadas geográficas son 19° 00’45” latitud norte y 98° 11’35” longitud oeste; su altitud es de 2 222 msnm.

Es ciudad Patrimonio de la Humanidad desde 1987 y en ella se encuentran numerosos edificios religiosos católicos construidos desde el siglo XVI, tanto para el culto como para la instrucción y formación religiosa, tal como el Seminario Tridentino fundado en 1644, antecedente del Pontificio Seminario Mayor Palafoxiano. Este último fue construido en terrenos de la colonia El Porvenir, y es, por supuesto, el contexto de construcción del objeto de estudio: la capilla, actualmente para uso de los seminaristas.

Figuras 7a Encofrado de las hipérbolas de La Purísima, Monterrey, Nuevo León. Fuente: https://patrimoniomoderno.mx/hitos/iglesia-la-purisima [consulta: 18 de agosto de 2019]. 

7b. Exterior actual de La Purísima, Monterrey, Nuevo León. Fuente: E. Sotelo Ávila, 2009. 

Figura 8 Iglesia de Santa Teresa del Niño Jesús (hoy capilla de Santa Teresita del Niño Jesús), situada en Tacubaya 200, Churubusco, Monterrey, Nuevo León, México, 1957-1958. Arquitectos: Domingo Viesca y Félix Candela. Fuente: https://structurae.net/structures/church-of-santa-teresa-del-nino-jesus (Foto id: 87120© Yoshito Isono, 4 de febrero de 1994). 

Figura 9 Santuario de La Lomita, Culiacán Sinaloa. Fuente: Ivan San Martín, La arquitectura religiosa del Movimiento Moderno en la ciudad de México, 2017, 145. 

Figura 10 Colocación de la primera piedra en 1956 y recorrido por el avance de la construcción del nuevo Pontificio Seminario Mayor Palafoxiano. Fuente: ^{palafoxianum 4 (1956): 20}. 

[El Pontificio Seminario Mayor Palafoxiano] Amaneció, por fin, el espléndido y hermoso día 7 de octubre de 1956, cuya memoria perdurará en la historia de la Casa Palafoxiana, ya que éste fue el designado por la providencia para depositar en el seno de la tierra la diminuta semilla que, al germinar, dará vida a un majestuoso y gigantesco árbol: el nuevo edificio del seminario Palafoxiano […] La piedra fue un hermoso bloque de mármol rosa, obsequio del Sr. Mariano López, que contenía en su interior un pergamino redactado en latín, en el que se hacía constar: la fecha de la colocación - 7 de octubre de 1956 -el nombre del Arzobispo -Dr. Octaviano Márquez y Toriz-, el Rector del Seminario -Dr. Alfonso Reyes […]¹⁶

Figura 11 Localización de la capilla del Seminario Mayor, ubicada en el Seminario Palafoxiano. 

Así, la fecha de colocación de la primera piedra para la construcción del nuevo edificio del Pontificio Seminario Mayor Palafoxiano fue en 1956. El inicio de las actividades formales fue el 16 de agosto de 1964, después de ocho años de haber iniciado la construcción. Su inauguración y bendición sucedió seis días después por el delegado apostólico en México monseñor Luigi Raimondi y por excelentísimo señor arzobispo Dr. Octaviano Márquez y Toriz.¹⁷

El Pontificio Seminario Mayor Palafoxiano de Puebla tiene como meta la formación de los futuros sacerdotes. Se ubica en la antigua garita de Amozoc, entre las colonias El Porvenir, México 68 y Joaquín Colombres. El conjunto arquitectónico se localiza en la 44 norte y avenida Morelos (Prolongación Circuito), en la colonia El Porvenir, Puebla.

Dentro de estas instalaciones se localiza la capilla del Seminario Mayor Palafoxiano, sitio en el que Juan Pablo II dirigió el 28 de enero de 1979 el mensaje inaugural de la III Conferencia del Episcopado Latinoamericano (CELAM), previo a la misa que celebró en los campos del Seminario Palafoxiano.

Figura 12 Reunión CELAM 1979, celebrada en la Capilla de Diario del Seminario. Fue presidida por el Papa Juan Pablo II; a su izquierda se encuentra el arzobispo D. Rosendo Huesca. Fuente: http://whispersintheloggia.blogspot.com/2006/11/speaking-of-episcopal-plenaries.html  

El proyecto para el Seminario Mayor se realizó a través de la convocatoria de un concurso; la obra fue ejecutada por el Arq. Miguel Pavón Rivero por encargo del arzobispo Márquez y Toriz en una superficie de 6400 m², en la que se encuentra el área de religiosas y la zona de comedores con 1350 m². El despacho Barocio y Estrada Ingenieros participó, entre otros, particularmente con el diseño de esta zona de comedores. El ingeniero Luis Vigil Ávalos hizo un estudio acerca del sistema estructural titulado “Aplicación al cálculo de la techumbre de un salón que servirá de comedor en el Seminario Palafoxiano de la ciudad de Puebla” en su tesis de licenciatura llamada Cálculo de cascarones en forma de paraboloides hiperbólicos.¹⁸

La forma de los comedores en el proyecto original es de planta cuadrada con superficie de 960 m², con características iguales tanto formales como estructurales, de los que uno de ellos sigue funcionando como comedor y en algunas ocasiones para otro tipo de eventos internos. Se comunica con el comedor de los superiores y el otro es el que ocupa la capilla de diario, objeto de nuestro trabajo.

Figura 13 Vista aérea y tridimensional de la zona de comedores de alumnos, comedor de superiores y casa de religiosas, espacios originalmente para ese uso en el proyecto; se resalta el área que actualmente ocupa la capilla. Fuente: Google Earth, 13 de febrero de 2020. 

Figura 14 Se muestran las tres áreas: la Casa de las religiosas, el comedor de los superiores y los comedores de los seminaristas en su época de construcción 

Proceso de construcción de los comedores del Seminario Mayor Palafoxiano, actual Capilla de Diario

Particularmente la capilla, originalmente comedor de seminaristas, cuenta con dos accesos centrales, está cubierta por cuatro mantos de trazo parabo-hiperbólico de concreto colado de alta densidad con cuatro centímetros de espesor, recubiertos con una capa de ladrillo, soportados por cuatro nervios sostenidos por sendas columnas a manera de contrafuerte, igualmente de concreto armado.

Figura 15a Aspecto exterior de la cubierta paraboloide hiperbólica; se observan los mantos que la conformaban en 1961 los nervios y los cuatro brazos de concreto que los soportan. Fotografía: Luis Castro, ^{Palafoxianum, junio 1961}. 

Figura 15b Vista lateral de acceso y del soporte de los nervios que sostienen la cubierta de la Capilla de Diario. Fotografía: María Cristina Valerdi Nochebuena, 2018. 

Figura 16a Vista interior de la construcción de los mantos de forma paraboloide hiperbólica y de los nervios que los soportan. Fotografías: Luis Castro, ^{Palafoxianum, junio 1961}. 

Figura 16b Vista de los mantos de forma paraboloide hiperbólica ya en funcionamiento, terminados con un aplanado y posteriormente pintado. 

El manto de la cubierta tiene forma trapezoidal y cubre una planta cuadrada que mide 30 por 30 metros, más 60 metros de los volados de la cubierta trapezoidal.

El encofrado utilizado quedó visible, mostrando lo atrevido de la capa de concreto de pocos centímetros de espesor y en donde exteriormente se observan los cuatro brazos de concreto armado que sostienen a los mantos de forma paraboloide hiperbólica; posteriormente fueron aplicados primero un aplanado y después pintura.

El espacio se delimitó del exterior con ventanales de herrería tubular, divididos en tres secciones asentados en un rodapié de piedra braza. La primera sección con persiana para ventilación. Respecto de la iluminación artificial, esta se encuentra embebida en la estructura.

Figuras 17a-b Delimitación del espacio con herrería tubular y vista de la iluminación artificial 

Figura 18 a-b. Interior de la capilla donde se observan los ventanales y los vitrales de temas acerca de la pasión de Cristo. 

Años más tarde, cuando uno de los comedores cambió su uso a capilla doméstica, se sustituyeron los cristales de la parte superior por vitrales de colores con figuras geométricas y temas alusivos a la pasión de Cristo, obra de arte del pintor, escultor y muralista poblano Fernando Rodríguez Lago,¹⁹ realizados por Roberto Rodríguez González y César Morales González del año 1993 al año 1997; fueron terminados totalmente e inaugurados en 2004, fecha inscrita en uno de los vitrales.

Reflexión final

La preservación de los edificios cubiertos con cascarones de concreto permitirá a las generaciones futuras usar, ver y admirar las estructuras espaciales diseñadas y construidas en el siglo XX como una contribución importante a la ingeniería, la tecnología y la arquitectura. En la actualidad, algunos investigadores han propuesto y probado el uso de encofrados de tela y neumáticos para la construcción de este tipo de cubiertas.²⁰ Esta contribución haría posible diseñar y construir formas innovadoras y modernas, sin la rigidez y planicidad de los encofrados tradicionales de madera o acero, sumado a la posibilidad de reducir los costos de construcción, ya que esta sería más sencilla y eficiente. Por otro lado, Caubert y colaboradores han hecho una revisión sobre la posibilidad de sustituir el refuerzo de acero tradicional por refuerzo textil, permitiendo construir la misma doble curvatura aplicada con materiales más flexibles y ligeros.²¹

Las envolventes con cascarón de concreto como una estructura muy ligera basados en el trazo parabo-hiperbólico utilizados en espacios religiosos proporcionan amplitud de claros, mayor iluminación, generan ambientes de oración y reflexión mediante el adecuado control de luz, temperatura y aislamiento acústico.

En acuerdo con el propósito de describir la relación de la solución geométrica y el diseño estructural con base en paraboloides hiperbólicos, materializada en cascarones de concreto armado, completando la expresión arquitectónica los vitrales, como solución de espacios religiosos de los años sesenta del siglo XX, la capilla del Seminario Palafoxiano es un ejemplo de un edificio que estaba destinado para otro uso. Sin embargo, se realizó una adaptación que ha cubierto las necesidades de culto para los seminaristas y en el caso de este trabajo ha mostrado la manera de cubrir un espacio con cascarones de concreto de trazo parabo-hiperbólico y que, al momento, denotan una época de apogeo en el uso de este tipo de cubiertas, no solo en espacios religiosos sino también de carácter civil.

Se concluye también que una cubierta no hace al género de edificio, ya que si no tuviera el mobiliario determinado para una liturgia podría tener un uso distinto y, por lo tanto, necesita de otros elementos como un programa litúrgico para darle el carácter de espacio religioso. Aunque en ocasiones no son suficientes para dotar al edificio del simbolismo que determina el carácter de un espacio destinado a tal fin, en este caso los vitrales, cuyo tema es la pasión de Cristo, han contribuido a darle un carácter religioso al edificio. Por lo tanto, la capilla se convierte en un caso pertinente a considerar como patrimonio del siglo XX en Puebla, con posibilidades arquitectónicas para hacer gestiones hacia su protección.