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1. Introducción
La luz natural en la arquitectura siempre ha tenido un papel importante para el arquitecto y para el proceso de diseño en cada etapa. El diseño de la forma y el ingreso de la luz que el arquitecto genera no son algo casual, o al menos no debería. La realidad es que la luz es de vital importancia para el cuerpo y para las percepciones que cada usuario siente. Los estudios demuestran que la luz natural incrementa la productividad en las oficinas y escuelas (Charles & Veitch, 2002), así como incide en el aumento de la satisfacción en el trabajo (Yildirim, Akalin-Baskaya, & Celebi, 2007).
El patio de luces es un elemento arquitectónico al interior de los edificios en forma de solario central. La utilidad que se le da es la de iluminar los diferentes espacios que conforman el edificio. Debido a su ubicación, el patio permite el ingreso de la luz del sol de una forma indirecta; a su vez, funciona como medio de ventilación natural por las aberturas que se generan en las distintas fachadas.
La importancia del patio de luces es fundamental en el proceso de diseño de un edificio, y podemos obtener resultados muy importantes con un debido conocimiento de las potencialidades que posee. Al tiempo, por la proporción en tamaño de estos patios se los puede considerar como grandes conductores de luz.
El presente trabajo se concentra en el estudio de la luz natural cenital del patio de luces de la Casa Batlló, obra del arquitecto Antoni Gaudí, construida entre los años 1904-1906, ejemplo paradigmático de arquitectura donde la luz natural llega a los diferentes recintos.
En esta obra en especial, Gaudí explota su creatividad en su máxima expresión, en donde funde el uso de materiales como son el hierro, la madera, cerámica, vidrio y piedra arenisca. La casa es un conjunto de expresiones artísticas, y es así como la luz juega un papel crucial en su diseño, ya que Gaudí quiso que cada rincón tuviera el ingreso de iluminación natural, ya fuera mediante ventanas, lucernarios y principalmente a través de la creación del patio de luz.
Esta obra es, sin duda alguna, magnifica en cuanto a concepción, forma y uso de los materiales. El conocimiento de las reflectancias de cada material está implícito, pues todo fue pensado para que el patio de la casa fuera una cascada de luz. Gaudí sabía que en los pisos superiores la incidencia de la iluminación solar es mucho más potente, y se debilita conforme la luz recorre el patio hacia los pisos inferiores. Asimismo, Gaudí deseaba proporcionar la sensación de estar en el fondo del mar, y de ahí nace la idea del uso del color azul en las baldosas esmaltadas que conforman las superficies del patio.
Quizá Gaudí se basaba mucho en sus intuiciones y en las sensaciones que buscaba dar en sus obras, pero cabe mencionar que siempre utilizaba artilugios que le permitían el ingreso de la luz natural, como son los lucernarios, muy característicos de esta casa. Además, trató de compensar la diferencia de iluminación natural que llega a cada piso mediante el agrandamiento de las ventanas conforme a la necesidad de luz.
En este trabajo se investigó el ingreso de la iluminación natural en las áreas de estudio y se comparó con distintos casos y variables. Sometiendo la casa a una simulación lumínica, se obtuvo los resultados en base al factor de luz de día (FLD), y fueron esos los datos analizados.
La luz en el espacio
Reflexión- Transmisión- Absorción
La luz se propaga por el espacio a una velocidad que, de acuerdo a usos y conceptos arquitectónicos, es prácticamente instantánea, toda vez que hemos de considerar que, al encontrarse con algún obstáculo, la luz es en parte reflejada y en parte absorbida (Florensa & Roura, 2001).
Le Corbusier en El viaje de Oriente (1911), señalaba que la percepción de la luz exterior es resultado de la interior, describiendo la Mezquita Verde de Bursa y su composición en base a la luz natural (Vásquez, 2010). En efecto, la luz es un elemento matérico, un material medible y cuantificable, y así como acontece con la gravedad, la luz es algo inevitable, por lo que cuando el arquitecto le pone al sol las trampas adecuadas puede romper su hechizo, hacerla flotar, levitar y volar en el espacio (Campo Baeza, 1996).
Luminancias
Una definición operativa, para nuestros objetivos, podría ser la siguiente: “Efecto de luminosidad que produce una superficie en la retina del ojo, tanto si procede de una fuente primaria que produce luz, como si procede de una fuente secundaria o superficie que refleja luz” (Giménez, Cabanes, Antón, & Villa, 2011).
Reflectancias
¿Qué quiere decir este concepto? Para nuestro objetivo, hemos de estimar primeramente que “El poder reflectante de las superficies que rodean a un local, juega un papel muy importante en el resultado final del proyecto de iluminación” (Laszlo, 2008).
Por otro lado, es también un factor a considerar que “la reflexión de las superficies puede cambiar con el tiempo, debido a suciedad, degradación de los pigmentos, cambios en los materiales, como oxidación, etc.” (Evans, Bogatto, Eguía, & Baroldi, 1999).
En el presente estudio, el poder de los índices de reflectancia de los materiales de las superficies del patio juega un papel técnico y compositivo muy importante, en especial en el caso de las cerámicas esmaltadas, las cuales a su vez realizan un control al ingreso de la iluminación natural mediante la reflexión de la luz y equilibran los contrastes de luminancias a lo largo del patio.
Factor de luz de día - FLD (Daylight factor)
¿Cómo podríamos definir el factor de luz diurna? En realidad, es la relación entre la iluminancia interior y la iluminancia exterior, medido en porcentaje. Se puede medir para un punto específico o para un promedio de un espacio. La siguiente fórmula muestra cómo calcular el factor de luz diurna a partir de los niveles de iluminancia (Baker & Steemers, 2014).
𝐷𝐹 = 100 ∗ 𝐸𝑖𝑛 𝐸𝑒𝑥𝑡
Dónde:
𝐸𝑖𝑛: nivel de iluminancia interior y
𝐸𝑒𝑥𝑡: nivel de iluminancia exterior
Muchos métodos de análisis de iluminación diurna han sido desarrollados y utilizados por estudiantes, diseñadores y consultores. Desde modelos físicos hasta simulaciones basadas en computadoras, se utilizan métodos de análisis para predecir el rendimiento de los sistemas de iluminación natural antes de que se complete un edificio. Utilizando estos métodos pueden medirse o calcularse valores cuantificables tales como los niveles de iluminancia. Sin embargo, no es fácil obtener valores precisos, predecibles o incluso coincidentes entre las técnicas, debido a la excesiva multitud de variables, entre las que llega a incluirse la selección del cielo (Kensek & Suk, 2011).
Deslumbramiento
El deslumbramiento es la sensación producida por áreas brillantes dentro del campo de visión, y puede ser experimentado bien como deslumbramiento molesto o como perturbador.
Es importante limitar el deslumbramiento para evitar errores, fatiga y accidentes, prestando un cuidado especial para evitar el deslumbramiento si la dirección de visión está por encima de la horizontal (CEI-IDAE, 2005).
2. Método
El estudio de este artículo se basó en analizar el comportamiento de la luz natural cenital de forma difusa a lo largo de los espacios que conforman un patio de luces, así como también los contrastes de luminancias que dan como resultado del manejo del color en la arquitectura y las superficies reflectantes. Se ha tomado como caso de estudio la Casa Batlló, ubicada en Barcelona (España), obra de Antoni Gaudí, máximo representante del modernismo catalán, considerando las siguientes coordenadas geográficas: Latitud 41’38’’N.
Metodológicamente, el trabajo fue realizado a partir de un levantamiento en tres dimensiones de la Casa Batlló. Este levantamiento se lo consideró en el estado original de la casa. El software utilizado para el modelado en 3 dimensiones de la Casa Batlló es SketchUp, para posteriormente someterlo al software Daylight Visualizer (VELUX. Versión 3.0.22 BETA).Cabe mencionar que todo el proceso de modelado y sometimiento al software de luz natural viene siendo una aproximación a la realidad y que para efectos de cálculo se simplificaron varios parámetros de la forma del patio y ventanas. Con respecto a las ventanas, la simplificación es la siguiente, como se indica en la figura 1
Esta simplificación en las aberturas se las realizó en todos los pisos y en todos los casos, para que ese margen de error se lo considere en todo el proyecto sin afectar la simulación y su respectivo cálculo.
En relación con la cubierta de la Casa Batlló, como se ve en la figura 2, el material del cerramiento es de un tipo difusor que transforma la luz directa del sol en una luz difusa, simulando de esta manera las condiciones de cielo nublado, ya que esos son los parámetros que utiliza el software Daylight Visualizer (VELUX. Versión 3.0.22 BETA).
Fuente: laspiedrasdebarcelona.blogspot.com/2014/10/la-casa-batllo.html
Figura 2: Cubierta Casa Batlló.
De esta manera, en la simulación el material de la cubierta se considera 100% transparente, con las siguientes condiciones de cálculo ingresadas en el software:
- Cielo: nublado.
- Fecha: 21 de marzo.
- Hora: 12 de medio día.
- Latitud: 41’38’’N.
Adicionalmente, como se observa en la figura 3, junto a la Casa Batlló existe una construcción de mayor altura, ubicada al noroeste de ésta. Se trata de una construcción que se considera parte de la simulación, debido a que puede generar obstáculo y reflexión al paso de la luz.
Fuente: Google earth - postproducción propia
Figura 3: Volumen de la casa junto con la edificación existente.
Se generaron tres modelos adicionales del patio de luz de la Casa Batlló para poder comparar los resultados con sus distintas variables.
Las variables realizadas en los distintos casos, como se ve en la tabla 2, son las siguientes:
- Cambio de colores (porcentaje de reflexión distinta con cada color).
- Cambio de tamaños de las ventanas.
Mediante estas variables se hicieron cuatro combinaciones a las que llamaremos “casos”. La simplificación y las distintas variables de los modelos a manera de explicación gráfica son las siguientes:
Tabla 2: Tabla de resumen de los casos y sus variables que se estudiaron (a manera de esquema)
Fuente: Elaboración propia
En la tabla 2, los valores de reflexión de cada caso son referenciales y van en aumento basados en la visita de campo al sitio, para simular las condiciones del patio.
El cálculo del factor de luz de día (FLD) en los espacios contiguos al patio de luces, como se indica en la figura 4, son áreas de circulación y pequeñas áreas de estancia. Estas simulaciones fueron realizadas con el software Daylight Visualizer (VELUX. Versión 3.0.22 BETA), software especializado en cálculos de luz natural. Los espacios donde se hicieron las observaciones fueron las siguientes:
1. Áreas de estancia (área de cálculo).
2. Áreas de circulación- pasillos.
3. Patio de luces.
4. Ascensor y gradas.
Las dimensiones del patio son de 16.75m de largo por 5.25m de ancho, y una profundidad de 30m.
Se calculó el factor de luz de día (FLD) en cada planta, para su comparación entre los distintos modelos y con las distintas variables.
El siguiente análisis que se realizó fue el de obtener las imágenes que nos permitirían observar los contrastes de luminancias en cada caso, y poner en comparación las distintas variables.
El software Daylight Visualizer (VELUX. Versión 3.0.22 BETA), utilizado para cálculo lumínico, es un software especializado para el sometimiento de los proyectos a ser estudiados y el comportamiento de los mismos con luz natural.
3. Resultados
En la tabla 3 se observan los resultados de luminancias en cada caso de estudio con sus diferentes variables, y se presentan de una manera general para que se visualice en contexto cómo influyen estas variaciones en el ingreso de la luz natural en los espacios.
En estas secciones de la casa, como se indica en la tabla 3, se puede observar cómo en los casos donde las superficies de las paredes del patio son blancas, la influencia de la luz es más fuerte y debido al porcentaje de reflectancia de estos colores hace que la luz llegue más profundamente en los pisos bajos del patio y cause también un mayor deslumbramiento en los pisos superiores.
Tabla 3: Comparación de luminancias obtenidas a lo largo del patio de luz y la incidencia del cambio de color en las superficies.
Fuente: Elaboración propia
En esta comparativa, vista a la altura del ojo humano desde un espacio interno hacia el patio, se aprecia cómo con el uso del color podemos controlar los contrastes de luminancia, tal y como se ve en la tabla 4.
Asimismo, se observa en la tabla 4 (caso 1), que el contraste de luminancias es bastante notorio. En el área exterior (en el patio) se obtiene una luminancia de 38 cd/m2. Comparando el mismo espacio, pero cambiando los colores de las superficies del patio con un índice de reflexión menor, se obtiene 16 cd/m2.
De igual forma, en la siguiente comparación entre el caso 2 y el caso 4, las luminancias también decrecen de 31 cd/m2 a 25 cd/m2, considerando que en estos casos el tamaño de las ventanas es más pequeño.
Cabe mencionar también que en este espacio la luz ingresa de forma cenital, ya que posee en la parte superior de la ventana un lucernario que, como se aprecia en la tabla 4 en todos los casos, arroja una mancha de luz en el piso del espacio que influye en el ingreso de la iluminación natural. Se pueden comparar las luminancias que se ven en el piso:
- -En el caso 1 se obtiene 26 cd/m2, a diferencia del caso 3, que es de 19 cd/m2.
- -En el caso 2 se obtiene 24 cd/m2 en comparación con los 17 cd/m2 del caso 4.
En la tabla 5, se pueden comparar gráficamente todos los resultados obtenidos en relación con el factor de luz de día (FLD) de cada piso con todas sus variables.
Tabla 4: Comparación del contraste de luminancias en los espacios internos y la incidencia de los colores en el patio de luz.
Fuente: Elaboración propia
Tabla 5: Resultados obtenidos en planta en cada piso de factor de luz de día (FLD).
Fuente: Elaboración Propia
Tabla 6: Resultados obtenidos en cada piso de factor de luz de día (FLD).
Fuente: Elaboración Propia
En la tabla 6 se puede analizar cómo los factores de luz de día son muy similares en cada piso, considerando sus variables respectivas. Sin embargo, en los casos 3 y 4, que son los casos en donde los colores en las superficies del patio van cambiando según su índice de reflexión y varía el tamaño del vano de la ventana, se ve un decrecimiento en relación con los casos en donde las superficies del patio son blancas.
¿En dónde se nota claramente que el color influye de manera considerable? Por ejemplo, en el piso con nivel N+19.65 de factor de luz de día (FLD). En el caso 1 es 6.50 % y en el caso 3, que tiene el mismo tamaño de los vanos de las ventanas, es de 5.10 %, como se ve en la tabla 7:
Tabla 7: Comparación entre el caso 1 y caso 3, con la diferencia de factor de luz de día (FLD).
Fuente: Elaboración propia
En la figura 5, los resultados indican que en cada espacio comparado decrece el porcentaje de luz de día, haciéndose muy notorio que el uso del color influye de manera tal que se puede controlar este porcentaje con el manejo de colores con un índice de reflectancia menor, recordando que en esta comparación el tamaño de las ventanas son las mismas y solamente se analiza la influencia del color; cabe mencionar que el caso 3 es el estado actual del patio.
Entre el caso 1 y el caso 2, como se ve en la figura 6, el color se mantiene (blanco) y la variable que se cambia es el tamaño del vano de las ventanas, siendo que éstas en el primer caso van creciendo y en el segundo caso los vanos tienen las mismas dimensiones.
Se aprecia que el tamaño de las ventanas hace una pequeña diferencia en cuanto al porcentaje del factor de luz de día (FLD) que ingresa en los espacios. Los porcentajes, en general, varían en un promedio del 0.20 %.
La siguiente comparación será del caso 3 con el caso 4, como se ve en la figura 7. En esta comparación se observarán los porcentajes de la situación actual del patio, es decir, con las ventanas que van creciendo y el uso del color en degradé. En esta comparación el color permanece similar en los dos casos, pero el tamaño de las ventanas es el que varía.
Como se puede observar, la figura 7 nos indica que la estrategia de agrandar las ventas conforme se adentra en el patio da un buen resultado debido a que el porcentaje de luz de día que llega a los espacios aumenta en una media de 0.20 % de incremento, a diferencia que si tuviera las ventanas del mismo tamaño.
Para entender la distribución de la luz natural y de cómo influye el tamaño de los vanos de las ventanas, se comparará el gráfico de las isolíneas de las plantas de estudio como se ve en la tabla 8. Del mismo modo que se mencionó antes con respecto de esta variación, si bien no influye de manera muy significante con el porcentaje del factor de luz de día (FLD), se observa que el tamaño ayuda en una distribución más amplia de la luz a lo largo del espacio. Como ejemplo tomaremos las siguientes isolíneas tomadas del nivel N+12.75 de la tabla 8:
A manera de isolíneas vistas en planta, la diferencia se nota en el hecho de que con las ventanas más grandes la luz se reparte de mejor manera a lo largo del espacio, y la luz llega más profundamente.
4. Conclusión
Las principales conclusiones de esta investigación se resumen a continuación:
- En las comparativas donde se analiza la variable del color, con un tamaño de ventana similar entre sí, se puede decir que el color influye de manera más concluyente en 1.4% mayor aproximadamente de ingreso de luz natural.
- El uso de colores con un porcentaje de reflectancia alto en un patio de luces ayuda más favorablemente al ingreso de la luz natural en comparación con agrandar el tamaño de las ventanas.
El conocimiento de los niveles de reflectancia de los colores y de los materiales hace que se puedan controlar los deslumbramientos molestos en la arquitectura.
- Este tratamiento del color se ve reflejado en los porcentajes del factor de luz de día (FLD), debido a cómo las reflectancias de los materiales ayudan a transmitir la luz a los lugares deseados y a los niveles inferiores del patio.
- Otro punto que se abordó en este trabajo fue cómo influye el tamaño de las ventanas en el ingreso de la luz natural. En el caso de estudio, las ventanas se van agrandando según se baja de nivel y el comportamiento de esta variable nos dice que, si bien el porcentaje de luz de día no varía considerablemente en relación con el caso en donde las ventanas son iguales, se aprecia que con las ventanas más grandes la luz se reparte y se distribuye de una mejor manera en los espacios.
- Relacionando el tamaño de las ventanas y el cambio de colores en las superficies del patio, se logran mantener los porcentajes de luz de día en las áreas contiguas al patio en cada nivel, y se controlan de una manera adecuada los contrastes de luminancias.
- Si bien los resultados arrojados en esta investigación indican que el uso de un color altamente reflectante influye para un mayor ingreso de luz natural en relación con el tamaño de las ventanas, queda como posibilidad de estudio la forma de las ventanas y cómo esta variante podría incidir.
- Se considera al patio de luces como un gran elemento de conducción de la luz natural. Trabajarlo de una manera técnica puede ser de gran utilidad para el diseño arquitectónico de edificaciones.
- Es indudable la habilidad de Antoni Gaudí al intentar llevar luz natural a toda la casa Batlló, aunque sea en una mínima cantidad. Queda demostrado que la luz natural se puede conducir adonde el diseñador desee utilizando ciertos artilugios y, si bien en el levantamiento en tres dimensiones de la casa para la simulación no se modeló de una manera exacta, hubiera sido muy interesante entender la geometría de estos artilugios al detalle.
