El comportamiento térmico de la arquitectura subterránea

La arquitectura bajo tierra es una tipología arquitectónica tradicional y común a muchas culturas. El cobijo bajo el terreno resuelve necesidades básicas del hábitat en condiciones confortables, teniendo en cuenta parámetros muy sencillos.

El cuerpo humano tiene una capacidad de resistencia al medio limitada, como mamífero necesita unas condiciones higrotérmicas que se mueven en un segmento concreto muy estrecho. Por ello no es casual que de manera instintiva la cueva se convierta en ese primer hábitat confortable, en el que se puede desarrollar la vida sin los peligros de las condiciones exteriores; arquitectura subterránea que ha llegado hasta nuestros días y que en algunos puntos del planeta está teniendo un resurgir por su comportamiento bioclimático.

“El trogloditismo no implica necesariamente un bajo nivel cultural. La imagen del hombre de las cavernas arrastrando a su compañera por su pelo es un cliché caricaturesco, que traiciona la nostalgia de tiempos pasados, en lugar de un retrato de una clase de personas que prefieren vivir bajo tierra” Bernard Rudofsky.

La vida en contacto directo con el terreno es una forma de habitar que se repite en todos los lugares del mundo. Con el avance de la tecnología, esas condiciones excepcionales, pero naturales, que permite el terreno se convierten en una búsqueda y en una tipología arquitectónica más, que forma parte de la tradición vernácula. La arquitectura enterrada o excavada está presente en todo el mundo, en todas las culturas, que han visto en la inmediatez de transformar de manera consciente el territorio para adaptarlo a la vida, una forma de crear un hábitat con recursos mínimos.

Setenil de las Bodegas, España. Fotografía: Nuria Prieto

Setenil de las bodegas, España. Fotografía: Nuria Prieto

El hábitat bajo tierra, presenta una serie de características que independientemente del tipo de terreno o de condiciones exteriores, son comunes a todas las arquitecturas bajo tierra. Pero es precisamente el lugar el que matiza las condiciones generales y dota de una identidad particular a cada construcción. El uso de los materiales, las formas de vida, la domesticidad y la relación con el exterior, son aspectos culturales y sociológicos que dotan de una capa más que transforma la tipología desde su génesis.

Construcciones en Mesa Verde, Colorado, EEUU. Vía Wikimedia Commons

Nagdan Lodge, EEUU. Vía Wikimedia Commons

Construcciones trogloditas en Gageac, Dordoña, Francia. Vía Wikimedia Commons

Esta tipología arquitectónica es a menudo desconocida, y sin embargo está de actualidad, no sólo porque muchas de estas viviendas se siguen utilizando hoy en día tal y como fueron concebidas, sino porque sus características intrínsecas son objetivos que la arquitectura contemporánea investiga.

Palacio de Inestrillas La Rioja, España. Via Wikimedia commons

El factor más inmediato por el que resguardarse bajo el terreno es la temperatura, bajo el terreno ésta se vuelve constante.

Inercia térmica en la arquitectura bajo tierra

Dicha estabilización se produce debido a la masa del terreno y a la inercia térmica de éste. La inercia permite varias condiciones como la amortiguación de los cambios bruscos de temperatura, lo cual favorece esa constancia de las condiciones higrotérmicas que son tan adecuadas para la biología humana. La temperatura bajo el terreno es estable y a partir de los 10 cm de profundidad en climas continentales no suele congelarse, a medida que aumenta la profundidad, la temperatura tiende mantenerse constante e igualarse a la temperatura media anual.

Diagrama psicrométrico

Desde la superficie hasta 10 m, la temperatura de la tierra varía en función a la profundidad y al tipo de suelo que permite según su morfología determinadas condiciones de conductividad, difusividad, calor específico o porosidad. Este conjunto de aspectos determinan lo que se conoce como gradiente térmico, definido como la variación de temperatura con la profundidad en ºC/km. Exceptuando las zonas con actividad magmática, existen tres tipos de profundidad típica:

Hasta 50 m de profundidad; las condiciones térmicas son dependientes por el intercambio con la atmósfera, entre 50 y 100 m a temperatura es constante aunque se incrementa con la profundidad a un ritmo de 15-30ºC/km; y finalmente a partir de los 100 m, las condiciones son estables pero la temperatura sigue aumentando.

Cuevas en Guadix, España. Vía Wikimedia commons

Desde un punto de vista arquitectónico, las profundidades que se manejan son más modestas. Por ello las valoraciones se ajustan a profundidades de entre 5 y 10 m. A partir de los 10 m de profundidad la temperatura se mantiene constante y se aproxima a la temperatura media anual del aire en ese lugar.

Interior de una cueva en Matmata, Túnez. Vía Wikimedia commons

Ventilación: chimeneas y patios

La condiciones de humedad del terreno, que pueden alterar la sensación térmica, son intrínsecas a las características geológicas y topológicas del terreno. Si bien la temperatura bajo el terreno es un factor que no puede alterarse de manera controlada, las condiciones de humedad sí. Para ello, la construcción tradicional bajo tierra se dota de condiciones de ventilación particulares. La ventilación mediante chimeneas o patios, permite reducir la humedad, y por lo tanto controlar de manera efectiva la humedad y de forma consecuente variar ligeramente la temperatura.

La ventilación de los espacios bajo tierra es un factor de especial importancia en esta tipología. La renovación del aire es necesaria no sólo para que la vida pueda tener lugar en un sentido estricto, si no también como mantenimiento que permite eliminar sustancias nocivas y controlar la temperatura y especialmente el grado de humedad.

Dentro de cualquier tipología arquitectónica se ha de garantizar la calidad del aire interior y su salubridad (humedad, concentración de gases o partículas en suspensión), el acondicionamiento térmico, la eliminación de humos, la disminución de la concentración de gases o partículas nocivas, la protección frente a patógenos.

En una arquitectura enterrada, la ventilación es compleja porque el contacto con el exterior es más escueto, para ello existen dos estrategias básicas: generar fachadas (bien a través del terreno o bien a través de patios) o a través de chimeneas. No obstante la chimenea está presente en muchos casos, ya que es necesaria para generar la diferencia de presión. Esto es debido a que existen dos tipos de ventilación: directa e indirecta. La directa es aquella en la que se elimina el paramento que separa exterior de interior de manera puntual, es decir, una ventana o una puerta, y la indirecta, que es aquella que se encuentra siempre presente para permitir una renovación constante del aire. Esta ventilación indirecta es básica en las viviendas enterradas, y se produce por diferencia de presiones en el aire contenido en la habitación (que penetra por las fisuras de las carpinterías o huecos de fachada) y las chimeneas que se encuentran abiertas en todo caso y protegidas del agua. Por otra parte existe un tipo de ventilación específica, la propia de gases nocivos para la salud, como el caso de las cocinas o de cualquier tipo de combustión. Para ello se dispone un chimenea específica para estos focos de humo en caso de que el humo se realice dentro de la casa.

Iluminación natural en viviendas enterradas

Resueltas las condiciones de ventilación bajo tierra, uno de los mayores problemas que ha de resolver esta tipología arquitectónica es la iluminación natural. Para ello, la mayor parte de las arquitecturas tradicionales lo resuelven incorporando una fachada, patio o chimenea que ilumina el interior.

La orientación de estos huecos para la iluminación natural es fundamental. Resulta determinante la cantidad de iluminación y la intensidad de ésta para crear no sólo confort térmico sino también espacial, en estrecha relación con el programa funcional. En este sentido la apertura de la vivienda hacia un patio garantiza la protección frente al medio y la posibilidad de ajustar las orientaciones de las diferentes partes de la vivienda. En los casos en los que se utiliza la iluminación cenital, se tiene en cuenta el recorrido de la luz en el espacio inmediatamente inferior.

Refugio subterráneo en Búðahraun, Islandia. Vía Wikimedia commons

Tipologías del hábitat subterráneo

La tecnología del hábitat subterráneo incluye varios aspectos como la facilidad de tratar el territorio, o los aspectos defensivos, pero atendiendo únicamente a las características bioclimáticas, algunas de ellas destacan especialmente, creando subtipologías propias.

En Anatolia central son muy comunes las construcciones excavadas construidas entre el s IV y s III a.C, todas las construcciones de la Capadoccia, que conforman verdaderas ciudades enterradas. Las ciudades enterradas de Irán con sus ingenios hidráulicos, las viviendas patio enterradas chinas, las galerías bajo tierra en Vietnam, las construcciones pueblo o las viviendas trogloditas en el sur de España, entre muchas otras alrededor del mundo. Todas estas viviendas constituyen subtipologías, en las que cada a una a su manera resuelven los condicionantes particulares del lugar, pero con el mismo comportamiento energético, ya que todas ellas tienen en común la ventilación y la forma de entender el hábitat bajo tierra.

Resulta especialmente interesante, el momento en que el ser humano comienza a comprender las condiciones de este lugar especial que habita, a partir de la tecnología, emprende su propia investigación, desarrollando construcciones que trabajan con las condiciones térmicas de la arquitectura bajo tierra.

"Había multitud de Yakhchals en Ispahan; algunos de ellos eran de uso privado. Sin embargo, los pobres también podían usar el Yakhchal para enfriar agua. Sorbetes y frutas eran conservados con hielo en todas las tiendas. Grandes trozos de hielo eran llevados por burros y vendidos en toda la provincia. En Ispahan, la gente podía comprar hielo en el bazar o directamente del edificio del Yakhchal". Ernest Holster, 1870

Yakhchal en Meybod, Irán. Vía Wikimedia commons

Yakhchal en Meybod, Irán. Vía Wikimedia commons

Una de las más paradigmáticas al respecto es el Yakhchal, una bóveda que permite mantener y crear hielo en el desierto. El funcionamiento del Yakhchal utiliza la temperatura, la ventilación y la humedad como las tres herramientas básicas para garantizar la estabilidad del hielo y aumentar de manera epitelial la capa exterior compensando las pérdidas. El yakchal es una construcción en forma de bóveda con torres, cuya parte inferior se encuentra enterrada. Dentro de ella circula el agua procedente de un qanath (canales de agua) y de la condensación de ventilación de las torres. Durante la estación fría, se almacenaban pedazos de hielo, el aire atrapado dentro de esta bóveda se calentaba en la parte superior, condensando y bajando de nuevo a formar parte del bloque de hielo, ya se congelaban a su contacto.

La construcción bajo tierra es una arquitectura de rasgos contemporáneos en cuanto a su comportamiento bioclimático.

Arquitectura subterránea contemporánea

La construcción bajo tierra es sin embargo una arquitectura de rasgos contemporáneos, en cuanto a su comportamiento bioclimático. Los objetivos que este tipo de arquitectura es capaz de obtener con un gasto de energía mínimo.

La arquitectura subterránea consigue un comportamiento térmico idóneo siempre y cuando las condiciones de ventilación sean las adecuadas, por lo que el aporte energético que necesitan de una fuente de calor primaria es mínimo y únicamente destinado a la obtención de agua caliente. Además las condiciones de inercia térmica que permite la gran masa de terreno, hace que los saltos térmicos no sean bruscos, y mantiene las condiciones de estabilidad higrotérmica durante mucho tiempo, lo que hace que sea capaz de mantener la temperatura e los fluidos: aire y agua, a una temperatura más o menos constante durante todo el año. El gasto energético se reduce ya que las condiciones higrotérmicas son simbióticas con respecto a las necesidades del hábitat humano.

El Hotel Sidi Driss, un edificio tradicional bereber troglodita subterráneo en el pueblo de Matmata, Túnez. El hotel sirvió de set en las películas de Star Wars. Fotografía: Andy Carvin. Licencia Creative Commons via Wikipedia.

La ciudad excavada de Coober Pedy en Australia

La arquitectura contemporánea utiliza menos que la tradicional la estrategia de utilizar el terreno como medio de cobijo, especialmente a nivel urbanístico. En Australia existe, sin embargo, una población entera bajo tierra debido a los condicionantes térmicos de su entorno. La ciudad de Coober Pedy, es un asentamiento subterráneo vinculado a una explotación minera de ópalo. Las condiciones del lugar son tales que resulta imposible permanecer al exterior en los meses de verano. El tipo de terreno, permite una excavación limpia con los medios disponibles para la extracción de mineral, ya que se trata de un sustrato rocoso blando. Para ello se utilizó maquinaria sencilla de perforación como bulldozers y sierras para roca,

De esta forma se han creado galerías y diferentes espacios públicos y privados, configurando una ciudad completa y sostenible. Esta enorme estructura excavada incorpora las instalaciones de climatización y ventilación necesarias para un hábitat que garantice la salubridad y la sostenibilidad.

Vista interior de una habitación del hotel de Coober Pedy, por Michael

Vista de un espacio público en la ciudad de Coober Pedy, por Albert Llausas

Capilla de Coober Pedy, por Steve Collis

Por otra parte la integración natural de este tipo de arquitecturas en muchas ocasiones reduce la huella humana en la transformación territorial, ya que de alguna forma, su fortuito abandono sería fagocitado de nuevo por la naturaleza. Las arquitecturas subterráneas se caracterizan es este sentido en la búsqueda de una bioclimática no forzada, sino la búsqueda de un equilibrio natural. La arquitectura subterránea puede ser una solución sometida a debate como estrategia de crecimiento sostenible con bajo impacto ambiental.

La arquitectura bajo tierra es una tipología integrada en el paisaje cuya huella pasa a formar parte del paisaje. Además este tipo de arquitectura tiene en su propia génesis de diseño la condición bioclimática, si se realiza siguiendo la tradición constructiva de la misma, incluso modernizada con nuevas tecnologías.

Bibliografía:

"Arquitectura sin arquitectos: breve introducción a la arquitectura sin genealogía". Bernard Rudofsky. Editorial Universitaria, 1973.

"Arquitectura bioclimatica en un entorno sostenible" F Javier Niela González, Ed. Munillaleria. Madrid, 2004