Urban solutions for playground applying the method of shadow diagram

SOLUCIONES URBANAS PARA UN PARQUE INFANTIL APLICANDO EL MÉTODO DE ANÁLISIS DE LA PROYECCIÓN DEL DIAGRAMA DE SOMBRA

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Valentina AMAYA 2 Danny OSORIO3 Laura RENDÓN 1 2 3

Facultad de Arquitectura, Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales, Manizales, Colombia, valen_amaya@hotmail.com Facultad de Arquitectura, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, Medellín, Colombia, doggato@hotmail.com Facultad de Arquitectura, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, Medellín, Colombia, supergirl_887@hotmail.com

Keywords: Urban shadow, green filter, sun lighting, solar trayection

Summary This document and all of the research and tests that were made are results of an academic exercise of the Énfasis I: Proyecto Tecnológico course, from the architecture falculty of Universidad Nacional de Colombia.

This consisted of developing a series of urban strategies for the location of four apartment buildings including green spaces with limitated size, as well as the inclusion of a playground within the city of Medellín. The proyects main focus was on solar efficiency.

To find the best urban placements of elements we used the Systematic method of sun projection for determing the best configuration. This document includes the apartments´ different positional options and how we decide the best option to locate them to produce the best thermic conditions and solar protection for the park and the towers.

1. Introducción En un clima cálido tropical como el de la ciudad de Medellín son fundamentales el análisis y evaluación de los niveles tanto de sombra como de asoleamiento a los que se ve sometido el espacio público. No es posible encontrar una sola condición de asoleamiento que sea agradable o cómoda para todos los espacios o usos, por eso es importante estudiar a fondo no sólo el carácter de los espacios en sí, sino las características socio culturales de quienes van a usarlos y las actividades que realizarán en ellos.

El objeto de estudio en este caso es un parque infantil, en donde para proporcionar unas óptimas condiciones de habitabilidad se procuró proporcionar niveles de sombra a espacios que sin ella tendrían muy poco o ningún uso, pero también se plantearon niveles de asoleamiento en intervalos controlados con el objetivo de cualificar ciertas zonas del parque según la actividad, usuarios y mobiliario urbano. En cuanto a la ubicación y selección de la vegetación urbana es primordial tener en cuenta todas las condiciones estéticas y técnicas de las especies, garantizando así que son apropiadas y seguras para un espacio determinado. Además se deben tener en cuenta las características de la sombra que proyectan sobre los espacios para optimizar el confort de los transeúntes.

Dentro de las premisas más importantes para optimizar el confort de los usuarios del parque infantil se tuvieron en cuenta la ubicación estratégica de tres torres de vivienda con el objetivo de aprovechar su sombra proyectada sobre el parque, así como la ubicación y selección de la arborización, con la intención de generar unas condiciones deseables de insolación y sombreamiento que correspondieran a lo requerido por cada zona y actividad del parque.

2. Objetivo Encontrar la mejor ubicación urbana de tres torres de vivienda y una masa arbórea alrededor de un parque, para asegurar las mejores condiciones de incursión solar, para los diferentes espacios (y usos) del parque, como para las torres.

3. Metodología Inicialmente se eligieron diferentes elementos que debe haber en un parque para niños y se categorizaron según la cantidad de asoleamiento que requieren, o por el contrario la cantidad de sombra que necesitan para su óptimo funcionamiento; y así asegurar un buen uso del espacio. De esta manera se logró un esquema urbano de parque sobre el cual trabajar.

Partiendo de una organización típica para un conjunto de torres de vivienda unifamiliar, se evaluaron los puntos clave en los cuales era necesario unas condiciones especiales de incursión solar o de sombra, y a partir de las observaciones y los resultados obtenidos, se crearon estrategias de posicionamiento para garantizar unas buenas condiciones ambientales al interior de las edificaciones como en los mencionados puntos clave.

Figura 1. Emplazamiento y zonificación parque infantil, teniendo en cuenta la configuración típica de unidades de vivienda unifamiliar.

3.1 Enunciado del ejercicio Se partió de un terreno plano donde se ubicó un parque infantil de forma rectangular de 55m x 91,4m que equivale a un área de 5027 m2. Alrededor de éste se emplazaron tres torres de vivienda con un área de 300 m2 y una altura de 40m y una masa arbórea con un área aproximada a la de una de las torres.

El objetivo fue lograr un parque que incluyera todos los conceptos bioclimáticos de confort térmico, confort visual, sombra vegetal, etc. Para garantizar unas condiciones óptimas para la variedad de usos y usuarios que pudieran utilizar un espacio como éste; teniendo también como condición mantener un alto nivel de habitabilidad al interior de las torres.

3.2 Análisis zonal de asoleamiento De acuerdo a las distintas actividades y a la variedad de juegos infantiles que conforman el parque de niños se clasificaron las zonas en tres grupos: un grupo con asoleamiento la mayor parte del tiempo, otro grupo con condiciones de sombra la mayor parte del tiempo y finalmente un grupo mixto con zonas que requieren asoleamiento y condiciones sombra, ya sea simultáneamente o en intervalos.

La zonificación fue la siguiente: Zona/condición solar

Asoleamiento

Sombra

Mixto Sol y sombra Sol y sombra simultáneos en intervalos

Areneros Zona de picnic Asoleamiento a.m.

Bancas Asoleamiento p.m.

Sombra Módulos de juego Columpios Mataculines Ruedas

Figura 2. Cuadro de condiciones solares óptimas según la zona.

La zona de los areneros requiere unas condiciones de asoleamiento constante para garantizar que estén secos en el menor tiempo posible, especialmente a mediados del año pues es la época de vacaciones de los niños. La zona de Picnic está conformada por dos áreas, una donde se ubica mobiliario de permanencia y un área libre; las condiciones ambientales deseables para el uso adecuado de este espacio son mixtas pues se requiere la presencia de sol y sombra simultáneamente. La zona de bancas se dispone perimetralmente para asegurar una prudente distancia entre los adultos y los infantes, a los cuales vigilan. Esta zona se divide en tres categorías dispuestas aleatoriamente en todo el perímetro: Las bancas que reciben insolación únicamente en las horas de la mañana, las bancas que reciben insolación sólo en las horas de la tarde, y las bancas que no reciben sol en ningún momento del día. La disposición de los módulos de juego está condicionada para garantizar asoleamiento en áreas críticas como la llegada del deslizadero al suelo, y a su vez propiciar sombra en la parte restante del módulo para evitar el recalentamiento de la estructura. Tanto

los columpios como los mataculines deben tener condiciones de asoleamiento continuo con el propósito de evitar el encharcamiento de la superficie donde se ubican. Por su parte, las ruedas deben permanecer sombreadas la mayor parte del tiempo para asegurar el confort visual de los niños al usarlas, pero es necesario el asoleamiento hasta las 10:00 a.m. aproximadamente con el objetivo de mantener libre de humedad el terreno circundante.

Figura 3. Planta zonificación. Situación inicial.

3.3 Metodología del análisis solar Para llevar a cabo un análisis completo y detallado sobre las zonas que reciben sol y sombra durante todo el año, utilizamos un sistema de observación apoyado en el uso del diagrama de sombras; se proyectó dicho diagrama en una superficie vertical (que para este ensayo hará las veces de bóveda celeste), utilizando una luz LED y dando como resultado todas las trayectorias que recorre el sol para la ciudad de Medellín en un año completo.

Figura 4. Método de proyección del diagrama de sombras.

Posteriormente se ubicó un modelo tridimensional del parque y los elementos urbanos en escala 1:500, haciendo coincidir su norte con el norte del diagrama. En el modelo se eligieron algunos puntos geográficos representativos del parque, o que requirieran especial tratamiento en cuanto a la incursión solar.

Figura 5. Reproducción de la proyección del diagrama de sombra.

Partiendo de un ordenamiento clásico de las torres se evaluaron las condiciones solares y de sombra en cada uno de los puntos y se tabularon y graficaron los resultados. Se analizó cada punto desde las necesidades de la zona donde se encuentra, para hallar las condiciones de asoleamiento que tiene y compararlo con las condiciones óptimas requeridas enunciadas en el punto anterior.

A partir de este análisis, se identificaron todas las falencias que tenía el espacio en materia de asoleamiento y se ideó una serie de estrategias para la reubicación de los elementos urbanos.

Teniendo muy en cuenta los cambios que debían suceder en cada punto, se comenzó la reubicación de los elementos urbanos de manera manual sobre el modelo. El experimento consistió en hacer una proyección inversa de los rayos del sol, es decir, se trazaron (con el haz de luz) líneas imaginarias desde un punto determinado del parque hacia el cielo (la superficie donde está proyectado el diagrama) dando como resultado unas manchas de sombra que proyectan las torres y los árboles, que señalaron en el diagrama los días y las horas en los que hay sombra en dicho punto. El experimento transcurrió modificando las ubicaciones de las torres y los árboles de manera simultánea y haciendo un chequeo constante de todos los puntos, pues el más mínimo movimiento de cualquier elemento producía cambios drásticos en su sombra arrojada.

Figura 6. Esquema de puntos de evaluación 3.4 Reubicación de los elementos urbanos El resultado de la reubicación se logró de manera que se propiciaran las condiciones de asoleamiento que se determinaron anteriormente como óptimas, con unas tolerancias aceptables para que el espacio no perdiera su habitabilidad.

-Torre 1: Fue desplazada 11,02 m en sentido sur-occidente y girada 21,69°.

-Torre 2: Se desplazó 24,95 m hacia el sur-oriente y se giró 305,1°.

-Torre 3: Se trasladó 24,7 m en dirección nor-occidente y se giró 29,3°.

-La masa vegetal se dividió en dos grandes grupos que sirvieran en el interior del parque, y se ubicaron en la zona de módulos de juego y en la zona de picnic.

Figura 7. Planta reubicación de los elementos arquitectónicos y masas arbóreas

4. Resultados Para apreciar el mejoramiento de las condiciones de incursión solar en cada punto se presentaron cuadros, diagramas y fotos del proceso, tanto de la evaluación inicial de la situación de las sombras como de los resultados obtenidos después de realizar el experimento.

Con esta información se buscó hacer una comparación entre las condiciones anteriores y las obtenidas, y así poder medir los beneficios conseguidos en relación a la cantidad de modificaciones que se tuvieron que realizar.

Además de señalar que los cambios de posición de las torres fueron hechos cuidadosamente de manera que se mantuviera un alto nivel de confort visual, confort térmico y una ubicación privilegiada con relación al parque para garantizar una buena visual.

Figura 8. Configuración final de los elementos arquitectónicos y las masas arbóreas.

Las siguientes fotografías ilustran cómo se realizaron los ensayos en el cuarto oscuro, para las dos situaciones de las torres y a continuación se muestra una comparación, completa punto por punto, entre la evaluación previa y el análisis de la nueva distribución:

Figura 9. Fotografías sombras arrojadas por los elemetos en la proyección del diagrama - Punto 2 Situación inicial vs. Situación final

A continuación se muestran los cambios en los porcentajes de incursión solar en los 6 puntos durante todo el año:

Figura 10. Tabla resumen porcentaje de incursión solar - Situación inicial

Figura 11. Tabla resumen porcentaje de incursión solar - Situación final

5. Conclusiones El análisis del asoleamiento mediante la proyección del diagrama de sombra es una herramienta básica en la solución de problemas de insolación ubicando estratégicamente piezas arquitectónicas y masas arbóreas.

El método de análisis presentó ciertas falencias de precisión debido a factores de simplificación en la representación a escala de los fenómenos solares, dicha simplificación tuvo lugar debido a la poca complejidad en la construcción y representación de las manchas de sol en el área de trabajo. En cuanto a las masas arbóreas se trabajó con modelos de arboles con copas y dimensiones constantes que pueden generar variación en el asoleamiento de ciertas zonas del parque en ciertos momentos del año. El método de análisis empleado en este caso puede llegar a presentar un grado de precisión mayor con la implementación de herramientas más exactas como una superficie de proyección similar a la bóveda celeste, iluminación más puntual, etc. que permitan mejorar la calidad de la representación a escala y así consolidarlo como un método optimo en el ámbito del diseño urbano y el proceso de diseño arquitectónico tomando el asoleamiento como factor esencial en estos procesos.

Con la ejecución de este ejercicio se demostró qué tan drástico es el cambio de posición de la trayectoria solar a medida que transcurren los meses del año, entendiendo esto como un parámetro fundamental en la ubicación de las piezas arquitectónicas, por dos razones: inicialmente por la gran cantidad de áreas afectadas por las horas de asoleamiento más crítico a lo largo del año, y en segundo lugar, y como consecuencia de lo anterior, la gran sensibilidad que presenta una mancha de sombra al movimiento del objeto que la genera.

Referencias SALAZAR, J.H., 2009, Criterios para el diseño de fachadas utilizando elementos prefabricados en las torres de oficinas. Proyecto Centro Cívico de Antioquia, Plaza de la Libertad, Medellín, Colombia. X Encontro Nacional e VI Encontro Latino Americano de conforto no ambiente construído. Natal.

SALAZAR, J.H., 2009, Sombra vegetal. Diseño de un parque urbano aplicando el método de las huellas de sombra. X Encontro Nacional e VI Encontro Latino Americano de conforto no ambiente construído. Natal.

MELGUIZO, S., 1987, Asoleamiento, teoría general y diagramas. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, Facultad de Arquitectura, Medellín.