Métodos de simulación en Arquitectura Histórica

por: Davide Garda, David Ernest

Publicado en febrero de 1989


Diagrama 1

Históricamente, los arquitectos han tenido el reto de entender y de ilustrar a otros las características de sus diseños a través del uso de dibujos con perspectiva y maquetas. En los últimos años la llegada de las computadoras, adelantos en fotografía y filmación, y refinamientos en la simulación aerodinámica y de iluminación, han expandido las posibilidades de el modelado. La profesión del diseño tiene ahora a su disposición herramientas para crear ambientes mejores, mas cómodos y mas eficientes energéticamente. Poner a prueba una maqueta de un rascacielos en una ciudad ventosa como San Francisco nos permite adelantarnos a potenciales problemas térmicos que afecten a transeúntes en el área. La eficiencia de una “light shelf” en una ciudad soleada como Phoenix puede ser mejorada a través de una maqueta y el uso de un heliodón afuera o un domo de luz en interiores. Interiores mas placenteros y energéticamente eficientes en todas partes están siendo diseñados utilizando computadoras que simulan de luz artificial y calefacción, ventilación y aire acondicionado. El uso de Computer aided design and drafting (CADD) combina representación gráfica con la capacidad de cálculo y uso de grandes bases de datos. Vistas en perspectiva desde diferentes ángulos, conos de visión y condiciones de iluminación son estándar en sistemas CADD modernos. Nosotros tenemos una visión de un futuro en el que modelos de confort térmico y simulación de iluminación serán incorporados en éstos programas como un paquete que ayudará al diseñador a modelar muchos aspectos de su edificio simultáneamente.

Palacio de los Murciélagos 1

Pero el valor de éstos modelos no esta limitado a proyectar el futuro potencial; pueden ser utilizados para explorar aquello que ha existido en el pasado. Frecuentemente la evidencia arqueológica necesaria para comprender el estilo de vida y valores de civilizaciones antiguas es insuficiente. Los restos de edificios y sus alrededores han cambiado significativamente a través de los años y pueden confundir mas que aclarar su significado. Este es el caso de las ruinas mayas en Tikal, ubicadas en el departamento del Peten en Guatemala. A pesar de que bastante información ha sido acumulada a través de muchos años de estudio, muchas preguntas siguen sin respuesta. El propósito de las edificaciones conocidas en términos occidentales como palacios aún no han sido aclarados; algunos creen que eran viviendas de los sacerdotes que gobernaban ésta sociedad, mientras otros creen que se utilizaban para rituales de corte como atender a nobles visitantes, inauguraciones de nuevos regentes, dar tributo y exhibición de cautivos.

Palacio de los Murciélagos 2

El Palacio de los Murciélagos es de particular interés, quizás uno de los últimos edificios eregidos en Tikal. EL Palacio de los Murciélagos es uno de los pocos edificios Mayas en los cuales ventanas fueron introducidas como una característica arquitectónica planeada. Extremadamente curiosos acerca del significado que éstas ventanas podrían haber tenido para los ocupantes de estos edificios, decidimos explorar un conjunto de posibilidades que incluían; proveer luz natural, incrementar el confort térmico, incrementar la calidad del aire, monitorear cambios en las puestas del sol a través de las temporadas y proveer una vista de los alrededores del Palacio y eventos relacionados con la puesta del sol.

En vista de que la condición del Palacio de los Murciélagos y sus alrededores han cambiado considerablemente desde la época en que Tikal era ocupado en el período Clásico Tardío, sería irrelevante, si no imposible, estudiar los fenómenos hoy en día in situ. Nosotros, entonces, desarrollamos una serie de estudios con modelos físicos y generados en computadora hechos a medida para comprobar cada una de estas hipótesis. Los modelos y sus ajustes simulan el palacio original y las condiciones ambientales cómo comprendemos que fueron el el período Clásico Tardío. Además, algunas de éstas hipótesis necesitaban ser probadas en diferentes épocas del año, para lo que estos modelos son particularmente adecuados.


Evidencia Física Existente


Palacio de los Murciélagos 3

Tikal, hoy en día presenta una imagen muy diferente que la que tenía en el período Clásico Tardío. Ahora solo es posible admirar la crestería de los templos mayores por sobre el dosel forestal, unos 50 mts. sobre el suelo. EN el período Clásico Tardío, en cambio, la selva en los alrededores había sido talada dejando que se vieran todos los edificios desde el suelo. Además, después de doce siglos de erosión general, falta de mantenimiento infiltración de lluvia y crecimiento de vegetación, la forma original de muchos de los edificios es casi irreconocible. De hecho, en el Palacio de los Murciélagos, solo pa parte oeste del edificio se mantiene relativamente intacta.

Plano del Palacio de los Murciélagos

Plano del Palacio de los Murciélagos


El Palacio de los Murciélagos es el palacio mas grande que existe en Tikal. Consiste de tres edificios rodeando un patio hacia el este. La parte Oeste del Palacio, compuesta de catorce cámaras entre el primer y segundo nivel, contiene las ventanas de interés. Las cámaras centrales son accesibles desde el patio a través de una secuencia de cinco puertas orientadas hacia el este. Desde la cámara trasera central (7), las dos cámaras adyacentes, una que contiene una banca o “altar” (9), y una que contiene una plataforma (5), pueden ser alcanzadas a través de dos pequeñas puertas ubicadas en las paredes norte y sur. Las dos cámaras también pueden accederse a través de las cámaras que tienen vista al patio (6,10). La distribución de esta parte central con seis cámaras proveía privacidad visual a estas cámaras especiales. Las otras cuatro cámaras de la sección central estan ubicadas en pares de cada lado y pueden accederse a través de cámaras adyacentes al patio (4,12) o a través de las cámaras laterales (2,13).


Plano del Palacio de los Murciélagos


Palacio de los Murciélagos 4

La cámara del altar contiene una ventana centrada sobre la banca. Dos paredes, cuya altura esta precisamente alineada con la base de la ventana, enmarcan la banca. El forro del dintel aún muestra la viga de madera de zapotilla original, parcialmente cubierta de yeso. La ventana mide aproximadamente 0.5 mts. por 1.0 mts. y está centrada sobre la banca. La cámara de la plataforma presenta la misma configuración general, pero una plataforma de 1 metro de altura reemplaza la banca. Las otras ventanas de interés están ubicadas en las cámaras 3 y 11. Éstas también están centradas con respecto a las paredes exteriores de las cámaras. Su apertura es de aproximadamente 0.5 mts. por 1.0 mts., y su base esta a una altura de 1.3 mts. sobre el suelo interior.Vista desde afuera, las ventanas están aproximadamente debajo de los mascarones.

El segundo nivel esta incompleto, sus muros nivelados, no hay vestigios de su colapso alrededor; entonces no hay manera de saber si el techo tenía cresta. Las bóvedas corbeladas del primer nivel difieren considerablemente; El perfil de la fila que da hacia el patio consiste de bóvedas escalonadas ricamente decoradas mientras que la fila trasera tiene un techo convexo.


Hipótesis y métodos de prueba


Hipótesis 1


Comúnmente pensamos en las ventanas como una fuente primaria de luz solar en espacios interiores. Esto es cierto en menor grado para el Palacio de los Murciélagos, donde las aperturas son pequeñas y los muros extremadamente gruesos. No obstante, la cantidad limitada de luz que pasa a través de la ventana podría haber sido suficiente para ciertas actividades, como rituales religiosos, recepción de visitantes importantes, pintar murales o dibujar grafitti. En su estado actual las cámaras traseras reciben mas luz indirecta de la que recibían ya que la boveda escalonada frontal ha colapsado parcialmente, por estouna maqueta de las cámaras en su condición original fue utilizada para cuantificar la luz natural disponible. La geometría de la maqueta fue basada en medidas del lugar n condiciones actuales y las formas de las cuales aparentemente se deterioraron. La maqueta fue modelada con un cuidado extremo al calcular su geometría y las superficies reflectantes, ya que éstas causan un gran impacto en las lecturas de luz. Asumimos que el yeso blanco presente en el palacio actualmente era el acabado original y utilizamos reflectividad correspondiente en la maqueta. Hicimos pruebas con esta maqueta enel domo de luz artificial de la Universidad de California en Berkeley, simulando un cielo nublado, la situación mas común en Tikal. Medimos los niveles de luz en cuatro puntos, correspondientes a los centros de las cámaras 7 y 8, la banca en la camara 9 y un punto de referencia exterior. Las lecturas fueron tomadas en estos puntos con tres diferentes configuraciones, solo ventanas abiertas, solo puertas abiertas y con ambas abiertas. Las lecturas indican que cada ventana contribuía a mas de la mitad de la luz disponible en las cámaras traseras, el resto de la luz provenía de las puertas. La proporcion de las lecturas exteriores (factor luz de día) indica el porcentaje de luz disponible en el punto de interés. con un factor de luz de día de 1.0%, éstas cámaras se mantenían relativamente oscuras. Sabinedo que los niveles de lz en un día nublado estan en el orden de 10,000 lux, hemos determinado que los niveles típicos de luz dentro de las cámaras serían de 100 lux, apenas sufucuente para percibir el entorno. ENtonces vemos que las ventanas contribuían solamente un mínimo de luz ambiental.


Hipótesis 2


Maqueta de Palacio de los Murciélagos

LAs ventanas eran utilizadas para incrementar el confort térmico en las cámaras dotandolas de aire acondicionado natural. Tikal se encuentra ubicado 17 grados Norte en una selva tropical, a una altitud promedio de 200 mts. sobre el nivel del mar. La precipitación varía con la temporada, con picos entre mayo y diciembre y un total anual promedio de 1500 mm. La temperatura estacional diurna se mantiene bastante constante con un promedios de 25 grados centígrados de temperatura y 65% de humedad relativa. Estas condiciones crean una situación en la que el confort térmico solamente puede ser mejorado incrementando el movimiento del aire alrededor del cuerpo. Las aperturas en el Palacio de los Murciélagos pudieron haber sido diseñadas para introducir ventilación natural dentro de las cámaras. De hecho en Tikal los vientos predominantes soplan perpendicularmente a la fachada este del edificio. Es mas, el Palacio de los Murciélagos esta situado sobre una plataforma de 6 mts. de altura. Juntas, estas condiciones crean un fuerte potencial para ventilación cruzada. Hemos dirigido un estudio en el tunel de viento de la Universidad de California en Berkeley para determinar la velocidad el aire dentro de las cámaras. Construimos una maqueta de escala 1:100 y la sometimos a las condiciones típicas del lugar: los elementos a contraviento simulaban un terreno sin arboles. La distribución de la velocidad del viento alrededor del edificio fue calculada tanto para un techo con crestería como sin ella.


maqueta de cámaras del Palacio de los Murciélagos

Posteriormente hemos hecho pruebas con una maqueta a escala 1:25 de las cámaras 5 a 10 (incluidas plataforma y banca) para medir la velocidad en el interior. las bóvedas corbeladas fueron moldeadas en acrílico para permitir visualización del flujo aéreo. Las velocidades obtenidas con la maqueta de escala 1:100 fueron comparadas contra las velocidades promedio en Tikal. Utilizamos ésta relación en conjunto con la relación entre las velocidades del interior contra exterior de las maquetas para determinar las velocidades en el interior del Palacio. Estos estudios en el túnel de viento determinaron que debido al pequeño tamaño de las ventanas y las bajas velocidades del viento en el sitio, la velocidad del viento dentro de las cámaras se mantenía baja (alrededor de 0.4 mts/s). Estas bajas velocidades, sin embargo, resultaban en una mejora significativa en las condiciones de confort térmico. En una Escala de Confort, el nivel promedio incrementaba de “ligeramente cómodo” a “cómodo”


Hipótesis 3


Las ventanas eran utilizadas para ventilar naturalmente, extrayendo el humo del incienso de las cámaras. Es muy probable que incienso dentro de las cámaras del Palacio, siendo esta actividad una parte importante de la mayoría de ceremonias religiosas. Esto requeriría de una manera de ventilar el humo y purificar el aire. Similarmente el ventilar serviría para reducir la humedad tanto del aire como los muros dentro de las cámaras. Para cuantificar el rendimiento de las aperturas de las ventanas como potencial de ventilación, se utilizaron los datos obtenidos en el estudio de la segunda hipótesis.Las velocidades medidas cerca de las ventanas fueron utilizadas para calcular los cambios volumétricos de aire por hora para el Palacio entero. Hemos determinado que el volumen total de aire dentro del Palacio era renovado 9 veces por hora, suficiente para ventilar el espacio y evacuar el humo de incienso.


Hipótesis 4


maqueta ventana Palacio de los Murciélagos

Las ventanas eran utilizadas para monitorear la posición del sol durante el atardecer a través de las temporadas. Debido a la orientación del Palacio de los Murciélagos las ventanas podrían haber proyectado sombras en los muros de las cámaras, proveiendo información de la fecha solar. A través de el año astronómico el sol se pone al norte o al sur del horizonte oeste. LA aparición o desaparición de haces de luz directos en la superficie del muro podrían haber sido utilizados para monitorear cambios de temporada. Una maqueta a estcala 1:25 de la cámara con ventana y muro opuesto fue utilizada para comprobar esta hipótesis.


maqueta ventana Palacio de los Murciélagos

La ventana estaba dividida en cuatro secciones iguales mediante una cruz para permitir seguimiento del punto específico. La mqueta fue puesta a prueba en exteriores usando un heliodón para determinar la entrada de rayos solares a la cámara durante diferentes épocas del año. Los resultados mostraron que rayos directos penetraban a la cámara del 15 de enero al 30 de noviembre; así el sol no penetraría directamente la cámara durante el solsticio de invierno.



Hipótesis 5


render ventana Palacio de los Murciélagos

Las ventanas proveían una vista de los edificios alrededor y eventos del atardecer. Otra posible función de las ventanas pudiera haber sido el permitir control visual de los alrededores al ocupante del edificio. Las aperturas del Palacio de los Murciélagos están ubicadas a tal altura que la típica persona Maya podría haber visto a través de ella estando parada en el suelo interior o sentada sobre la plataforma. El grosor de los muros, sin embargo, creaba una situación en la cual la vista solamente era permitida al ver la ventana de frente. Lo que podía observarse desde la ventana en la época en que Tikal era ocupada no puede ser determinado in situ con ningún grado de certeza debido al crecimiento de la selva. El plano del área, sin embargo, muestra que el Templo IV, el más alto de los templos en Tikal, ubicado a unos 300 metros oeste del Palacio de los Murciélagos, probablemente podía ser visto. Decidimos comprobar esta hipótesis con el uso de un modelo generado por computadora de la vista desde la ventana. Esta simulación muestra que el Templo IV, con su crestería y cámaras superiores podían ser observadas desde la ventana. Es más, esta simulación nos ilustra que en el solsticio de verano, el sol se pone por detrás de las pirámides gemelas.