Hiperboloidul de rotaţie este suprafaţa dublu riglată cu geometrie hiperbolică descrisă de ecuaţia implicită: x2/a2 + y2/b2 – z2/c2 = 1. Modelul fizic de hiperboloid este uşor de creat şi de reprodus în scop didactic, el constituind una dintre primele machete realizate în studiul arhitecturii şi al artelor vizuale. Din acelaşi motiv, al simplităţii de materializare a structurii hiperboloidului de rotaţie prin intermediul unor bare, construcţia sa, inţiată de Vladimir Şukov în 1896, a fost o tipologie de succes continuu în arhitectura secolului XX.
Vladimir Şukov şi hiperboloidul de rotaţie
Inginerul rus Vladimir Grigorievici Şukov (1853 – 1939) a fost un polimat al timpului său, el fiind matematician, medic şi petrochimist. Născut la Graivoron, Belgorod Oblast, în mijlocul stepei cazace, într-o familie de oficiali guvernamentali, şi-a arătat talentul spre ştiinţele exacte încă din gimnaziul terminat în 1871, la Sankt Petersburg, unde a arătat profesorilor şi colegilor o demonstraţie originală a teoremei lui Pitagora.
După absolvirea gimnaziului se înscrie la Şcoala Tehnică Imperială din Moscova, unde îi are ca profesori pe reputatul matematician Pafnuti Cebîşev şi pe marele pionier al aerodinamicii Nikolai Jukovsky. Şukov absolvă Şcoala Imperială cu medalia de aur în 1876, fiindu-i propusă de către Cebîşev poziţia de lector în matematică în cadul Şcolii Imperiale, poziţie pe care o refuză, preferând a se dedica unei cariere în inginerie.
În 1876, Şukov pleacă la Philadelphia, pentru a lucra la ridicarea pavilionului Rusiei la Centennial Exposition, prima expoziţie universală deschisă în Statele Unite.
În timpul şederii la Philadelphia, Şukov îl cunoaşte pe Alexander Veniaminovici Bari, un antreprenor american de origine rusă implicat în organizarea prezenţei ruse la expoziţie.
La reîntoarcerea în Rusia, Şukov se alătură biroului de proiectare al noii căi ferate Varşovia – Viena. După doar câteva luni, frustrarea unei munci lipsite de creativitate îl fac să abandoneze acest proiect şi să înceapă studii de medicină militară. La întoarcerea în Rusia, Alexander Veniaminovici Bari îl determină pe Şukov să abandoneze cariera medicală şi să redemareze o carieră în inginerie, de această dată ca şef de proiect al unui birou de cercetări în inginerie. Colaborarea dintre cei doi a avut drept rezultat invenţii care au revoluţionat multe domenii în construcţii civile, construcţii navale şi chiar petrochimie. Şukov era şi un fotograf pasionat, fiind unul din pionierii fotografiei artistice, aproximativ două mii de clişee realizate de el păstrându-se până astăzi.
După Revoluţia bolşevică, Şukov decide să rămână în Uniunea Sovietică, deşi primise foarte multe oferte importante din străinătate. A simţit nevoia să-şi argumenteze poziţia în 1919 astfel: „Ar trebui să lucrăm independent de politică. Clădirile, boilerele şi grinzile vor fi întotdeauna necesare şi noi împreună cu ele”.
A fost decorat cu Premiul Lenin în 1929 şi i s-a conferit titlul de Erou al Muncii în 1932. În timpul marilor epurări staliniste din anii ’30 Şukov a fost pensionat, dar nu a fost arestat sau persecutat.
Este foarte probabil ca relativ îndelungatul contact pe care l-a avut Şukov cu ingineria americană să-i fi pus la dispoziţie paradigma tehnică necesară revoluţiei pe care a început-o în structuristică. Astfel, revoluţia începe nu cu o singură structură, ci cu trei structuri de mari dimensiuni, turnul de apă, Pavilionul eliptic şi Rotunda de la Expoziţia întregii Rusii de la Nijni-Novgorod din 1896, toate acestea fiind fără precedent în teoria şi practica arhitecturală şi de inginerie de structuri.
Supranumit Edison al Rusiei, Şukov a dat omenirii cu ocazia acestui eveniment, prima membrană metalică, chiar prima suprafaţă minimală, folosită pentru acoperirea unei construcţii, în Pavilionul Oval, şi primul hiperboloid de rotaţie prin turnul de apă de la Expoziţia Întregii Rusii, 1896.
O asemenea structură, perfect echilibrată şi cu o rezistenţã remarcabilă, nu putea să nu aibă utilizări imediate, una dintre acestea fiind construcţia Farului din Agighiol de lângă Cherson, Ucraina de astăzi. Proiectat în 1910 şi construit în 1911, Farul din Agighiol ocupă şi astăzi poziţia a 16-a în rîndul celor mai înalte faruri pentru navigaţie în construcţie tradiţională, fiind totodată şi cel mai înalt far din Ucraina.
Capodopera lui Şukov şi totodată una dintre capodoperele arhitecturii şi ingineriei universale este reprezentată de ansamblul celor două turnuri din cartierul Şabolovka din Moscova, din care astăzi se păstrează unul singur, cel de-al doilea fiind distrus în 2005. Denumit astăzi Şukov Tower, el şi-a păstrat, contrar pandantului său din Paris, La Tour Eiffel, calitatea utilitară, aceea de turn de retransmisie pentru radiocomunicaţii (Big Komintern, TV Moscova). Planul iniţial prevedea o construcţie înaltă de 350 de metri, redusă Ia 160 metri din cauza penurie de fier din acei ani. Încă o dată geniul lui Şukov inovează, pentru că structura nu este cea a unui simplu hiperboloid de rotaţie, numeroasele segmente din care ar fi trebuit să fie construite riglele hiperboloidului alterând necesara rezistenţă conferită de forma ideală. În locul unui hiperboloid supradimensionat, aşa cum sunt cele ale secolului XXI (de exemplu proiectul Vortex Tower din Londra, ce va fi detaliat ulterior), Şukov proiectează o serie de hiperboloizi suprapuşi, diametrul micşorându-se gradual spre vârf, într-o aproximare destul de fidelă a unui con. Zonele de inflexiune sunt armate de cercurile generatoare şi forma conică garantează stabilitatea, chiar şi pentru înălţimea proiectată iniţial, de 350 metri. Chiar şi pentru înălţimea sa iniţială de 350 metri, greutatea totală a construcţiei ar fi fost de 2200 tone, în timp ce greutatea Turnului Eiffel este de 7300 tone la o înălţime de 324 metri.
Cele şase segmente hiperboloidale ale turnului Şabolovka au fiecare o înălţime de 25 metri. Baza este montată pe o fundaţie de beton cu diametrul de 40 metri şi o adâncime de 3 metri. Construcţia a fost înălţată printr-o metodă cu totul nouă pentru acele vremuri şi deseori utilizată astăzi, încă o dovadă a geniului lui Şukov. Metoda de construcţie a fost telescopică, fără macarale şi fără eşafodaje, fiecare secţiune superioară, de diametru mai mic decât al celor deja montate, a fost asamblată integral în interiorul sectiunii de turn deja construit şi ridicată cu scripeţi până la locul de montaj.
Unul din cele două turnuri Şabolovka a fost scos din funcţiune în 1988 şi demolat în anii 2005-2006. În ianuarie 2014, Comitetul de Stat pentru Radio şi Televiziune din Rusia a propus demolarea celui de-al doilea turn.
În urma unei campanii a societăţii civile şi a unui protest de anvergură mondială al arhitecţilor şi inginerilor, Consiliul Local al oraşului Moscova a emis în septembrie 2014 o decizie de prezervare a construcţiei rămase.
Hiperboloidul de rotaţie
în arhitectura secolului XX
Unul din proiectele seminale majore care nu au rămas, din nefericire, decât în stadiul de proiect, a fost Hyperboloid New York, conceput de celebrul arhitectul american de origine chineză Ieoh Ming Pei (n.1917) în anul 1956.
Încă de la mijlocul anilor 1950, dezvoltatorii imobiliari au început să exploreze ideea construirii unui imobil de mare înălţime deasupra principalei gări din New York, Grand Central, imobil construit în stilul Beaux Arts în anul 1913. Este de remarcat faptul că ideea suprapunerii unei construcţii peste acel terminal data din momentul proiectului iniţial, chiar arhitecţii gării, Reed&Stem, propunând o soluţie proprie pentru o astfel de dezvoltare ulterioară prezentată odată cu proiectul original.
Angajat de dezvoltatorii Webb & Knapp, Ieoh Ming Pei a propus un turn cu o structură hiperboloidală exterioară, având 108 de etaje. Cladirea urma să fie deschisă la bază pentru un spaţiu public şi, repetitiv, la fiecare grup de 15 etaje. Clădirea originală a Gării Grand Central ar fi urmat să fie demolată pentru a face loc noului proiect, la fel cum o altă gară centrală a oraşului Penn Station, a fost demolată pentru a face loc noii arene Madison Square Garden.
Deşi proiectul lui Pei nu s-a materializat, iar gara a fost declarată monument istoric la începutul anilor ’60, în partea de nord a gării a fost construit în 1963 imobilul Pan Am Building (actualmente Met Life Building) de către arhitecţii Walter Gropius, Pietro Belluschi şi Emery Roth.
Hiperboloidul New York a influenţat arhitectura deceniilor ce au urmat, cu reverberaţii în secolul XXI. El poate fi astfel considerat arhetipul construcţiei hiperboloidale de anvergură. De exemplu structura exterioară care rezolvă cea mai mare parte din rezistenţa totală, pentru o libertate creativă a volumului interior, a devenit ea însăşi o paradigmă în ultimii ani, cu exemple strălucite cum ar fi imobilul HSBC din Hong Kong (1992, autor Norman Foster). La fel şi gruparea etajelor, cu spaţii deschise la intervale regulate, care a fost preluată direct în proiectul clădirii din Taiwan Taipei 101(2004, autor C.Y. LEE) această permeabilitate generând un avantaj de rezistenţă la vânturile musonice frecvente în acea regiune.
O dezvoltare contemporană a arhetipului hiperboloidului de rotaţie este Canton Tower, o reinterpretare realizată cu ajutorul modelărilor digitale de către arhitecţii olandezi Mark Hemmel şi Barbara Kuit (International Based Architecture). Pentru Canton Tower, cea de-a cincea structură a lumii ca înălţime (600 m), alterarea formei prin înscrierea într-o elipsă, fără a părăsi tipologia suprafeţei dublu riglate, aduce o nouă dinamică.
În afara tipologiei alterate generatoare de spirit dinamic şi într-un filon umil, utilitar, la fel ca în spiritul original al lui Vladimir Şukov, arhitectul polonez Jan Boguslawski (1910 – 1982) concepe în 1972, la periferia oraşului Ciechanow, Voievodatul Mazovia, Polonia, un turn de apă care arată printr-un exemplu extrem excepţionala rezistenţă a structurii hiperboloidale. Dacă la turnul de apă al lui Şukov rezevorul era de un diametru cu mult mai mic decât al bazei, ca un fel de prim „test“ al tipologiei structurale, Jan Boguslawski proiectează turnul la extrema posibilă a formei, şi anume doar jumătatea superioară a unui hiperboloid de rotaţie, pentru care diametrul rezervorului depăşeşte cu mult diametrul structurii.
Vizual, construcţia pare chiar o iluzie optică prin faptul că se imaginează cu uşurinţă greutatea volumului care rezistă pe o suprafaţă de sprijin de un diametru mult mai mic.
Construcţia hiperbolică a lui Boguslawski a generat o tipologie proprie, arhitecţii descoperind şi utilizând cu gust această soluţie care le oferă rezistenţa necesară şi, în plus, un argument de singularitate care este de cele mai multe ori generator de succes şi anume iluzia optică. De exemplu o asemenea iluzie optică nu putea fi ignorată de un creator extrem de versatil precum Ricardo Bofill, care o foloseşte într-o materializare adecvată din punctul de vedere al plasării volumului şi greutăţii utile la partea superioară a structurii, la turnul de control al aeroprtului El Prat din Barcelona, creaţie din 1992.
O dezvoltare recentă, neconfirmată încă este şi proiectul London Vortex Tower al arhitectului britanic Ken Shuttleworth (MAKE Places Ltd), un turn de 300 de metri care, dacã va fi realizat, va domina autoritar peisajul arhitectural al metropolei Regatului Unit
Pe lângă provocările urbanistice care au determinat reacţii vehemente justificate, construcţia nu inovează în sensul tipologic şi, mai mult decât atât şi oarecum problematic pentru autorul proiectului, a fost comparată ca fiind mult prea asemãnătoare cu turnul de control al Portului Kobe din Japonia, o structură utilitară terminată în anul 1963, devenită un simbol al acelui oraş.
MuIt mai meritorii în sensuI inovaţiei tipologice par a fi două noi proiecte care nu beneficiază de acelaşi sprijin logistic şi de aceeaşi mediatizare ca Vortex Tower. Primul dintre acestea este VTP Vortex, un proiect de Vertical Theme Park, dezvoltat de VTP Global (şef de proiect Christopher Hunt). Cel mai interesant proiect este, însã, propunerea echipei norvegiene Various Architects pentru concursuI arhitectural Cheongna City Tower din Taiwan. Turnul este o reinterpretare în sens strict contemporan care nu are aleatoriul unor suprafeţe generate exclusiv parametric. Structura pare a fi generată printr-un un algoritm hibrid, foarte exact în ritmicitatea sa, ca un fel de flux Ricci preluat direct din teoria matematică şi materializat pe verticală într-o structură hibridă de tipul hiperbolo/onduloid. Partea mediană nu este doar un artificiu de formă, ea cuprinde câteva incinte ovoidale, spaţii care aduc proiectului necesarul spaţiu util la înălţime, cerut de comanditari, de organizatorii concursului.
Echipa norvegiană de arhitecţi condusă de Alexander H. Berg şi Isabell Adamofski îşi asumă direct preluarea geometriei hiperbolice în descrierea propunerii de concurs. Şi, ca o reverenţă, una din vizualizări aduce exact perspectiva arhicunoscută din interiorul Turnului Şabolovka, ceea ce este şi o declaraţie de încredere în propriul proiect, pentru că perspectiva rezistă comparaţiei cu modelul arhetipal din Moscova.
O interpretare recentă a hiperboloidului de rotaţie aduce geometria hiperbolică în arealul vernacularului, printr-un demers cu resurse minimale, dar cu un rezultat de excepţie – Turnul Boruvka din Hluboka, Regiunea Pardubice, Republica Cehă, construit în 2005 şi denumit în onoarea matematicianului Otokar Boruvka. Serveşte în principal ca turn de observaţie către panorama castelelor din regiunea Toulovcové Maštale.
De remarcat este şi coerenţa vizuală cu scara elicoidală din interior, deşi materialele şi formele compoziţiei sunt diferite.
O schimbare de optică a structurii hiperboloidale în chiar sensul propriu al opticii o aduce Norman Foster prin luminatorul nodului de transport intermodal Fulton Center din Lower Manhattan, prevăzut a fi inaugurat în decembrie 2014, în care hiperboloidul este utilizat ca o lentilă sui generis pentru a augmenta iluminarea naturală a circulaţiei subterane.
Finalul descrierii îndelungatei cariere a hiperboloidului de rotaţie în arhitectura secolelor XX şi XXI aduce în atenţie o creaţie arhitecturală, pasarela peste Corporation Street din Londra din 1999, ce nu prezintă pretenţii de prim-plan, dar este extrem de inovativă exact prin amănuntul ignorat subliminal, în genul detaliat de Edward de Bono în a sa Lateral Thinking.
Începând cu viziunea lui Şukov, concretizată în 1896, hiperboloidul de rotaţie pare a constitui un fel de cornucopia cu peren succes pentru arhitecţi şi ingineri deopotrivă. Exemplele sunt numeroase şi descrierea anterioară a avut în principal rolul unui comentariu tipologic.
