Semana de la Sustentabilidad CyAD 2015
Arquitectura bioclimática y sustentable basada en los requerimientos del usuario/sitio. Diseño de biblioteca pública en Santiago de Querétaro, Querétaro.
Jaime Dávila Arribasa a UAM Azcapotzalco, Av. San Pablo 180, Col. Reynosa Tamaulipas, Azcapotzalco, México DF. C.P. 02 2000, México
Abstract
The aim of this article is to show the methodology developed to generate habitable spaces and sustainably integrated buildings with the surroundings. To accomplish this, site analysis, both with regard to the natural environment (climate) and the artificial environment (urban), users requirements (spatial and comfort) and the architectural style of the surrounding buildings were considered. Based on this information a diagnostic and the site selection was established, the design concepts, the main activities and the architectural formal expression. This is expected to contribute to designing process including sustainable design. The design of the public library discussed in this paper was presented at the bioclimatic architecture Biennial José Miguel Aroztegui 2013. Where environmental performance, context integration, architectural expression, originality of solutions, among others [1] were judged, obtaining the third place. © 2015 Published by UAM Azcapotzalco. Selection and/or peer-review under responsibility of UAM Azcapotzalco chair Keywords: sustainable architecture; site analysis; architectural and bioclimatic design. E-mail address:
[email protected]
Jaime Dávila Arribas/ Semana de la Sustentabilidad 2015
Resumen
El objetivo de este artículo es mostrar la metodología desarrollada para generar espacios habitables integrados de forma sustentable al contexto que los rodea. Para esto se consideró el análisis de sitio tanto lo relativo al medio ambiente natural (clima y geografía) como al artificial (urbano), los requerimientos de los usuarios (espaciales y de confort) y la tipología arquitectónica de las construcciones circundantes. En base a esta información se generó un diagnóstico y se fundamenta la selección del sitio, los principales conceptos de diseño, el programa de usos y la expresión arquitectónica. Con esto se espera contribuir a los procesos proyectuales propios del diseño arquitectónico y sustentable. El diseño de la biblioteca pública expuesto en este trabajo se presentó en la Bienal José Miguel Aroztegui 2013 de arquitectura bioclimática, donde se juzga el desempeño ambiental, integración al contexto, expresión arquitectónica, originalidad de las soluciones, entre otras [1], obteniéndose el tercer lugar. © 2015 Publicado por la UAM Azcapotzalco. Selección y aceptación de artículos bajo responsabilidad del organizador, UAM Azcapotzalco. Palabras clave: arquitectura sustentable; análisis de sitio; diseño arquitectónico y bioclimático.
1. - Introducción La principal fuente de información del diseño arquitectónico es el análisis de los requerimientos y problemáticas de los usuarios y del sitio. Las necesidades de los usuarios pueden ubicarse entre las funcionales y espaciales que dan sustento a las actividades que demanda la sociedad. Los requerimientos de bienestar y confort higrotérmico, lumínico, acústico, de calidad del aire, entre otros y las necesidades de carácter psicológico. Las problemáticas del sitio pueden dividirse de forma general en las correspondientes al medio natural, el medio artificial y el medio socioeconómico. El primero está conformado por los factores geográficos y climáticos. El segundo principalmente representado por los factores urbanos, como usos de suelo y vialidades. El último incluye factores económicos, políticos, normatividad o legales. La definición de conceptos de diseño fundamentados en estos requerimientos y problemáticas permite proponer soluciones arquitectónicas y urbanas informadas en datos específicos. Según Jan Bazant los conceptos de diseño son una propuesta teórica, una abstracción de la realidad de cómo solucionar los distintos aspectos de un problema urbano. Y es en base a estos análisis que es posible relacionar los distintos componentes del problema sobre los cuales es posible plantear una solución [2]. Esta metodología no es excluyente de los procesos creativos, está orientada a proporcionar la base para interrelacionar creativamente los factores del usuario/sitio y a partir de ahí darles concreción material a través de los elementos expresivos de la arquitectura, como el esquema, la forma, los materiales, el ritmo, ejes compositivos, etc.
Figura 1: Campos interrelacionados del equilibrio climático según Victor Olgyay (2010).
Figura 2: Esquema para generar conceptos de diseño en base al análisis de usuario/sitio. Elaboración propia.
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2. - Análisis de sitio. 2.1. Medio ambiente natural 2.1.1
Factores geográficos
La ciudad de Santiago de Querétaro esta localizada al centro de la República Mexicana, latitud 20° 36' N y longitud 100° 24' W, con una altitud de 1,820 msnm y consta de una superficie de 2 760km . La topografía es relativamente plana, con pendientes menores al 5%, posee algunas cadenas montañosas que rodean la ciudad desde el Norte, pasando por el Este y culminando por el Sur [3]. Los escurrimientos son escasos, mientras que el río Querétaro atraviesa la ciudad de E-W y corre a lo largo de la Av. Universidad, una de las más representativas y turísticas del sitio, la cual a sido recientemente restaurada. El uso de suelo es principalmente urbano, sin embargo la vegetación nativa puede dividirse entre la selva caducifolia (copal, oyamel, amapola, junípero) y las zonas de matorral xerófilo (agave, mezquite, huizache, cactáceas, crasuláceas). El tipo de suelo es vertisol compuesto por arcillas expansivas que tienden a fisurar los basamentos de las construcciones. 2.1.2
Factores climáticos
Según la clasificación climática Köppen-García, el clima es BShw(e)g, templado seco estepario. Clima de estepa con vegetación xerófila (BS), clima cálido con temperatura media anual superior a los 18°C y la media del mes más caluroso por debajo de los 18°C (h). Lluvias se presentan en otoño (w), oscilación de temperatura extremosa a lo largo del año, entre 7 y 14°C (e). Por último en este tipo de clima el mes más caluroso se presenta en primavera (g). • Temperatura y humedad
Figura 3: Gráficas de temperatura y humedad con base a los datos del Servicio Meteorológico Nacional (1951-2010). Rango de temperatura de confort a partir de la temperatura neutra (Tn) establecida en 23.4°C anual. Gráficas generadas en la herramienta BAT, Rincón Martínez y Fuentes Freixanet, 2013 [4].
La temperatura máxima sobrepasa el rango de confort en los meses de primavera, mientras que la temperatura mínima esta por debajo de confort durante todo el año, particularmente en invierno. Esto demuestra una oscilación térmica extremosa, es decir en promedio hay un gradiente de temperatura de 15°C entre las primeras horas del día y las 3 de la tarde. La humedad relativa mínima se encuentra prácticamente dentro del rango de confort durante todo el año, mientras que la Hr máxima sobrepasa el rango del 70% durante casi todo el año. Lo cual indica también una importante diferencia entre la Hr durante las madrugadas y las horas de la tarde cuando se presenta en su menor valor. La precipitación pluvial total anual es de 638 mm, por debajo del rango 650mm lo que la ubica como una localidad con requerimientos bioclimáticos de templado – seco, presentándose precipitación desde abril a agosto con lluvias de entre los 50 y los 150mm mensuales.
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• Viento y radiación solar
Figura 4: Izquierda, rosa de los vientos mensual donde se observa que la frecuencia de los vientos dominantes proviene del NE y en menor medida del SW. Derecha, gráfica de radiación mensual Total, Directa y Difusa. Ambas generadas en la herramienta BAT, Rincón Martínez y Fuentes Freixanet, 2013 [4].
El viento tiene una velocidad promedio anual de 1.3m/s y proviene principalmente del NE excepto de febrero a abril que proviene del SW. En los meses de diciembre (NE), febrero (NW) y marzo (SE) alcanza los 3m/s desde distintas orientaciones. Por lo que habrá que proteger los espacios particularmente por las mañanas de este tipo de ráfagas. La radiación solar total 2 rebasa el rango de los 700w/m en los meses de marzo, abril y julio, donde hay que tener protección solar particularmente desde el SW para la tardes más cálidas. 2.2. Medio ambiente artificial 2.2.1
Usos del suelo y tipologías arquitectónicas
El polígono de estudio se definió a partir de las vialidades principales que definen el cuadrante central norte de la ciudad. Al N el Boulevard Bernardo Quintana, al E la continuación de la vialidad anterior, al S la Av. Ignacio Zaragoza y al W Av. 5 de Febrero, todo el polígono ocupa 2 un área de 13.7km . Los principales usos de suelo existentes en la zona son el habitacional – comercial (HC), el residencial (R), el comercial de gran escala (CG), el de educación (E), el industrial (I) y por último se ubicó como un área en particular el centro histórico, (CH). Las áreas compuestas por la zona (HC) son principalmente de 1 a 2 niveles, en pocas ocasiones edificios de departamentos. Las banquetas son estrechas y poco arboladas por lo que se presentan como demasiado asoleadas por las tardes. Las áreas (R) son muy similares a las anteriores con la diferencia de que los acabados exteriores de las construcciones se encuentran en mejor estado y las banquetas aunque estrechas están más arboladas. El uso (CG) está ocupado principalmente por comercios de gran escala como supermercados o tiendas departamentales, las cuales tienen un impacto importante en la vida de la ciudad por la alta concentración de personas, vehículos y por el uso de estacionamientos exteriores sin vegetación. El área de (E) incluye algunas escuelas de educación básica y algunas universidades y particularmente la U. Autónoma de Querétaro. Estas áreas son arboladas y con vialidades orgánicas que le dan una mejor calidad de vida al peatón. La zona (I) está ocupada por edificios de grandes naves metálicas, las banquetas son muy angostas con escasa vegetación, sin mobiliario urbano. También en esta área existe una vía férrea que a traviesa la ciudad de E a W con características similares. La calidad del espacio urbano en estas áreas y en el perímetro de las vías férreas es claramente hostil hacia los peatones. El área de (CH) consta de hoteles, restaurantes, comercios, museos, iglesias, teatros, que si bien sus calles y andadores peatonales son estrechos cuenta con numerosas plazas y jardines.
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Las construcciones son de 1 o 2 niveles a base cantera, mampostería o adobe, construcción pesada en general, puertas y ventanas con postigos de madera y herrería exterior. Pisos de barro o cantera y techumbres con vigas de madera, usualmente poseen un patio central vegetado o con algún estanque o fuente que permite ingresar aire más fresco al interior de los espacios. Existen en muchas ocasiones andadores con pórticos, ya sea hacia la calle o hacia los patios internos. A diferencia de el resto de las áreas identificadas es únicamente en el centro histórico donde se encuentra una tipología local o regional bien definida, en el resto de las zonas de estudio podría decirse que los edificios no conforman una tipología que responda al sitio, al clima, a un cierto momento histórico. 2.2.2
Movilidad
La problemática más evidente en cuanto a movilidad, es el borde urbano que se crea a lo largo de las vías del tren, ya que no solo es un corte que divide por completo la ciudad sino que existen muy pocas vialidades que reconecten ambos extremos, particularmente para el peatón que se ve obligado a utilizar andadores inseguros e inadecuados pensados para dar prioridad al automóvil, por lo que la necesidad de mejorar y aumentar estos puntos es fundamental.
Figura 5: Izquierda, polígono de estudio y principales usos del suelo. Derecha, propuesta de circuito de bajas emisiones como conector urbano – cultural que permite dispersar los servicios de la biblioteca por la ciudad. Elaboración propia.
3. - Análisis de los requerimientos de usuario. 3.1. Requerimientos espaciales y elección del sitio Se ubicaron 9 bibliotecas dentro del polígono de estudio, 4 pertenecientes a universidades, 4 independientes y 1 biblioteca estatal. Según el Manual Normativo de Equipamiento Urbano de SEDESOL [5] una biblioteca pública regional requiere al menos 100 sillas de lectura, donde al 2 menos el 30% será dedicado a dar servicio a niños. Entre 450 y 645 m de construcción y puede atender un radio de servicio de 2.5 km para una población de 50,000 a 500,000 personas. Por otro lado el concepto tradicional de biblioteca, como mero almacén de libros, el cuál no es aprovechado como un atractivo real de las ciudades contemporáneas y por tanto cumple de manera parcial sus objetivos de formar parte de la vida cultural del sito. Se identificó así, la necesidad de replantear las actividades que conforman el edificio y por tanto el concepto general diseño en su relación con los usuarios y con la ciudad. El sitio elegido para ubicar el proyecto actualmente es un parque público, se encuentra al margen de las vías férreas y de la propuesta de un circuito vial que intenta reconectar la ciudad distribuyendo los servicios de la biblioteca creando estaciones de transporte/biblioteca. Esta ubicación permite que el conjunto de la biblioteca funcione como un integrador de las distintas actividades que componen los distintos usos del suelo cercanos.
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3.2. Requerimientos de confort y estrategias de diseño pasivo Para evaluar las necesidades de confort de los usuarios, se utilizaron los datos climáticos obtenidos durante el análisis de sitio y se evaluaron a través de las principales cartas bioclimáticas y a partir de ahí definir las estrategias de diseño pasivo con mayor potencial.
Figura 6: Izquierda, carta bioclimática de Olgyay, para una Tn de 23.4°C y un metabolismo de 130W, donde se muestra la necesidad de calentar por las mañanas (hasta 490W). Derecha, carta psicrométrica de Givoni, puede notarse la recomendación de ganancias solares, materiales masivos y ventilación natural.
Figura 7: Izquierda, triángulos de confort de Evans. Derecha, gráfica solar de proyección estereográfica, para el 1er trimestres. Elaboración propia.
Se observa en las cartas y gráficas anteriores que las principales estrategias de diseño pasivo se encuentran en permitir el calentamiento solar por las mañanas para todo el año, el uso de materiales masivos de la envolvente particularmente al SW para desplazar la energía almacenada para la tarde noche, tanto en el verano como en invierno. Y la ventilación controlada para disipar calor por las tardes de primavera y verano, misma que debe evitarse por las mañanas de todo el año. Sin embargo también hay que considerar otras estrategias como el uso de un patio central que permita interactuar con un exterior más controlado ya sea a base de vegetación o la utilización de fuentes y estanques. Otra estrategia importante a considerar es el sombreado de la envolvente, lo que permite prevenir el sobrecalentamiento. Las estrategias de climatización pasiva de la arquitectura tradicional del centro histórico resultan una interesante fuente de información, ya que contiene varios de los mecanismos mencionados en las distintas herramientas de diseño bioclimático, esto es una clara evidencia de la utilidad concreta del análisis de sitio como fuente de información para el diseño de espacios integrados al contexto natural y artificial.
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4. – Conceptos de diseño.
Figura 8: Matriz de conceptos de diseño en base a los requerimientos del sitio y los usuarios. 1 – Factores geográficos, 2 – Factores climáticos y de confort de los usuarios, 3 – Factores urbanos y de movilidad, 4 – Tipologías.
Se observa en la matriz anterior como es que el diagnóstico de los distintos factores que componen el sitio y las necesidades de los usuarios permiten, primeramente plantear una propuesta de solución de las problemáticas priorizadas, para en base a esto proponer conceptos de diseño. También hay que notar que los conceptos más eficientes son aquellos que pueden contener más de una posible solución a los requerimientos del usuario/ sitio e interrelacionarlos. Así el concepto La cultura en lo cotidiano esta orientado en proponer distintas actividades como el transporte y los servicios de biblioteca (estaciones de transporte / biblioteca), esto propicia la conectividad y la movilidad urbana, Creando un Cinturón Cultural a base de una serie de edificios de piedra fracturados, que conforman la Biblioteca Dispersa. Por otro lado existen conceptos que aunque no están relacionados con el resto, pueden coexistir. 5. – Expresión arquitectónica de los conceptos de diseño y conclusiones. La concreción material a través de los elementos expresivos de la arquitectura, es la parte culminante de la metodología de diseño, sin embargo hay que notar que los elementos formales se presentan en la parte final, una vez que se ha generado la información suficiente en cuanto a las problemáticas de los usuarios y del sitio donde puede argumentarse el uso de tal o cual solución formal. Es por esto, que los conceptos de diseño fundamentados en la mera expresión formal resultan superficiales ya que no plantean en su origen soluciones para las problemáticas de la sociedad, ni toman en cuenta la gran relevancia que tiene la creación de espacios habitables para las ciudades y para el medio ambiente.
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Figura 9: Arriba, Planta de conjunto, donde se observa el pasaje peatonal. Derecha, detalle del mismo y de los edificios se encuentran fracturados para dispersar los servicios de la biblioteca a través del circuito de transporte. En medio, planta baja, donde el edificio al norte se levanta sobre su estructura para permitir el paso del viento hacia el patio central, aquí se ubica la biblioteca para adultos y al centro del foro exterior se proyectan filmes nocturnos. La planta alta contiene una guardería al norte, la biblioteca infantil que une ambos edificios y parte de la biblioteca para adultos. Abajo, vistas del modelo a escala.
Referencias [1] www.encac2013.unb.br. (2013). Regulamento VIII Bienal José Miguel Aroztegui. [2] Bazant, Jan S. (2011). Manual de Diseño Urbano. Trillas. México. [3] INEGI. (2015). Instituto Nacional de Estadística y Geografía. [4] Rincón Martinez, J.C, Fuentes Freixanet, V. (2013). Bioclimatic analysis tool: An alternative to facilitate and streamline preliminary studies, Energy Procedia 57. [5] SEDESOL. (1986). Manual Normativo de Equipamiento Urbano, Tomo I, Educación y Cultura.
