Arquitectura y construcciones en zonas de climas extremos

Arquitectura y construcciones en zonas de climas extremos

Comentarios a propósito de algunos casos recientes
F. Pfenniger

Desde su aparición estimada en hace 150.000 años, la evolución del Homo Sapiens ha estado vinculada a la incursión en nuevos territorios. El habitar del hombre y su distribución sobre el planeta parece haber salido de África para conquistar progresivamente el Oriente Medio, Europa y Australia, Eurasia y América. Dataciones recientes de Monteverde (Chile) sugieren fechas entre 12.000 y 30.000 años, aunque son aún discutidas por algunos. En este peregrinar el hombre ha desarrollado habilidades y tecnologías crecientes que fueron marcando su devenir y dejando huellas en el territorio que nos permiten entender hoy parcialmente parte de este devenir. Hace poco compartimos en este sitio un pequeño proyecto que honra uno de estos hallazgos arqueológicos (Ver ). Hoy parece que no quedara rincón en la tierra que no haya sido visitado por alguno de los descendientes del Homo Sapiens, aunque conviven distintos grados de organización y desarrollo y, en algunos casos, quedan zonas aisladas en las que aún se encuentran comunidades que viven como pensamos que lo hacíamos hace mucho. Hasta hace poco, los Selknam en los canales del sur extremo de América, o algunas comunidades amazónicas, o los pueblos de las tierras altas de Nueva Guinea. Una gran cantidad de información y una interesante perspectiva de esta actividad humana se puede encontrar en los libros del geógrafo Jared Diamond (especialmente en Armas, gérmenes y acero y en El hombre hasta ayer) cuya lectura recomendamos ampliamente. Pero si en los ejemplos comentados es posible encontrar aún hoy unas pocas poblaciones con estructuras sociales y tecnológicas distantes de lo que comúnmente entendemos como ‘desarrolladas’ y que pronta y ligeramente calificaríamos de ‘primitivas’ (sin hacernos cargo de lo despectivo y sesgado de estos términos) hay otros territorios en los que el poblamiento humano es aún incipiente, incierto y evidentemente experimental. Uno de estos lugares es la Antártica.  No se trata aquí de una ocupación histórica de nuestros antepasados migrantes y colonizadores si no de una ocupación moderna.

El clima antártico es de los más severos del planeta, siendo el continente con el promedio de temperaturas más bajas y la menor humedad promedio del planeta. Con escasas precipitaciones, presenta temperaturas usualmente bajo cero, y las extremas máximas registradas de -88ºC  lo convierten en unos 10ºC a 15ºC más frío que el ártico. Lo cruzan vientos inestables de 100km/h promedio y registros de hasta 350km/h. Por su posición extrema, y dependiendo de la latitud, tiene largos inviernos de 6 meses de duración con escasa y hasta casi nula luz solar y veranos de otros seis meses con mucha luz solar en el que se da también el día más largo, de casi 24 horas. Aunque se producen diferencias de temperaturas, vientos y precipitaciones entre invierno y verano, éste escasamente puede ser considerado más que un “invierno menos frío”, ya que los registros de temperaturas bajo cero son abundantes y frecuentes. Ha sido objeto de interés desde hace muchos siglos. La exploración de los mares australes se remonta al siglo XV, pero recién en el siglo XIX el continente Antártico es descubierto casi simultáneamente por tres exploradores independientemente.

Lo que en un principio fueron expediciones heroicas, como la conquista del polo Sur protagonizada paralelamente por Amundsen y Scott o la fallida tercera travesía de Ernest Shackelton en su barco Endurance que quedó atrapado en los hielos antárticos. Amundsen logró el éxito al llegar al Polor Sur el 14 de diciembre de 1911, mientras Scott llegó en enero de 1912, pero no pudo completar su regreso muriendo la totalidad del equipo expedicionario a solo 600km de su campamento base. Sus cuerpos fueron encontrados en noviembre de ese año, junto a su diario que, publicado 10 años después, que comparte la historia de esta trágica expedición.  La expedición Imperial Transatlántica -como se denominó el tercer intento de Sheckleton por cruzar el continente antártico- culminó con la pérdida del Endurance (imagen 1 y 2) y una larga deriva en los hielos antárticos. La sobrevivencia en la isla Elefante, la salida en un pequeño bote reacondicionado en busca de ayuda hasta las Islas Georgia del Sur en una travesía de 1.300km y el posterior rescate por la escampavía Yelcho de la Armada de Chile, pertenecen a las historias de esfuerzo, resistencia y sobrevivencia más conmovedoras imaginables y han sido largamente comentados y documentados.


Imagen 1 - El Endurance capturado por los hielos antárticos

Imagen 2 - Frank Hurley en  http://www.amnh.org/exhibitions/shackleton/the-expedition/beset/

Los logros de éstos y muchos otros pioneros abrieron el camino a un proceso de instalación de campamentos y bases progresivo en el territorio de más de 14.000.000 km². El primero de ellos es la actualmente llamada Base Orcadas de Argentina en 1904, y sigue recién cuatro décadas después con las bases Chilenas Arturo Prat y Bernardo O’Higgins en 1947 y 1948 respectivamente. Hoy se cuentan más de 40 bases permanentes en el territorio Antártico, correspondientes a 20 países. En ellas habitan poco más de 1.100 personas en invierno y unas 3.600 en los seis meses de verano. Por otra parte, se sabe de 43 bases de verano de unos 21 países que albergan poblaciones variables de cercanas a las 900 o mil personas. 

El esfuerzo de algunos países de marcar presencia en el territorio con bases de investigación y exploración se hace con respeto al Tratado Antártico, que regula las condiciones de ocupación y uso del territorio a los países adheridos. Entre estas condiciones se habla de que la Antártica es una zona desmilitarizada, que promueve la libertad de investigación científica y la cooperación pacífica. Con posterioridad, el tratado de Madrid incorpora al Tratado las condiciones que regulan la actividad humana en atención a la preservación y conservación del medio ambiente y al ecosistema, imponiendo criterios de evaluación ambiental que incorporan parámetros como la conservación de la flora y fauna, tratamiento y eliminación de residuos, prevención de la contaminación marina y la administración y manejo de áreas protegidas. Si el clima antártico es extremo e impone condiciones ya muy exigentes a las construcciones en su territorio (tanto para su construcción como en su uso), los acuerdos internacionales agregan requerimientos que suman a estas edificaciones desafíos técnicos y constructivos.

El interés creciente de las naciones por ocupar, conocer y explorar este vasto territorio se ha reflejado también en el interés tanto académico como profesional por estudiar y proponer edificios que permitan asegurar la vida en la Antártica, mejorando las condiciones de habitabilidad y contribuyendo a una calidad de vida que permita extender su uso en el tiempo a personas cada vez menos entrenadas, o sea, a personas como Ud. o como yo. La vida en las bases antárticas somete a los habitantes a condiciones de estrés que las nuevas instalaciones intentan considerar en sus proyectos e instalaciones. En efecto, en un trabajo de campo realizado en 2010 por la arquitecta Carla Antognini (Chile 2010), se pudo constatar que entre los aspectos negativos del habitar antártico -que lo hacen especialmente difícil para los ciudadanos no especialmente entrenados –se cuentan las difíciles relaciones  interpersonales debido al aislamiento, la lejanía de la familia, la falta de privacidad y la incomodidad de instalaciones; la falta  de espacios de reunión y de equipamiento deportivo e intelectual; la distancia entre las construcciones en el caso de las bases con construcciones aisladas; el frio y el viento y la carencia de vegetales frescos sumados a la poca diversidad en la alimentación. Muchas de estas incomodidades suelen ser estoicamente soportadas por personal entrenado pero afectan seriamente a personas sin entrenamiento.

Según el estudio para postular a su título profesional del arquitecto chileno  Hernic Jara, los asentamientos existentes en la Antártica se pueden entender según su escala (campamentos, módulos, estación o base), según su agrupamiento (edificaciones aisladas o grandes estructuras concentradas) y según la tipología constructiva (viviendas –de madera o acero–, pequeños prefabricados –contenedores y túneles– y grandes prefabricados –domos, módulos acoplados y edificios compactos).

Entre los proyectos extremos relativamente recientes figura la Estación Polar Teniente Arturo Parodi (EPTAP) de la Fuerza Aérea de Chile, obra de los arquitectos de la oficina ARQZE, bajo la dirección de Pol Taylor y con la colaboración del arquitecto Marcelo Bernal, la participación de un Taller de Arquitectura de la Universidad Técnica Federico Santa María con el apoyo de un equipo interdisciplinario de amplio espectro. Dicen los autores que ‘El desafío de diseñar instalaciones de cero impacto que permitan la introducción controlada de actividad humana requiere de una aproximación integrada que combine dimensiones logísticas, medioambientales y programáticas’ (http://www.plataformaarquitectura.cl/cl/750204/estacion-polar-teniente-arturo-parodi-arqze-arquitectura-de-zonas-extremas, visitado 22.07.2016). El proyecto se trata de la construcción de una instalación permanente  en Patriot Hills, (Lat. 80º19’ Sur; Long. 80º18’ Oeste) a unos 1.000km de distancia del Polo Sur. A partir de la existencia de 6 unidades de módulos la EPTAP es una pequeña instalación que reproduce un pequeño mundo urbano relacionando los módulos de habitación y otros servicios a través de un túnel que responde a los vientos catabáticos situándose a sotavento de las unidades permitiendo que la nieve acumulada sobre sus laterales contribuya al refuerzo estructural de este espacio cuyo acondicionamiento térmico se logra sólo a partir del efecto invernadero. (imagen 4). El diseño del túnel incluye consideraciones ergonométricas, pero se adapta al diámetro de carga de los pallet de los aviones Hércules que atienden la Estación (imagen 5). Fueron construidos en tubos de acero soldados (imagen 6). La envolvente del túnel fue realizada en PVC reforzado con fibras de poliéster de 750grs./m2 con terminación anodizada y tratamiento anti UV (imagen 7). Conjuntamente, los arcos y las membranas, forman un sistema estructural flexible y extremadamente resistente (Arquitectura y Acero; Borgheresi, H y Pfenniger, F.; Icha 2001)

Imagen 3
 

Imagen 4 y 5

Imagen 6

Imagen 7

 
Imagen 8

En el otro extremo, se sitúa la Estación Halley VI, de Gran Bretaña. Las instalaciones británicas Halley están operativas desde 1956 en Lat. 75°35'0"S, Long. 26°39'36"W. La capa de hielo sobre la que se sitúan que tienen un avance promedio de 400m y un incremento de la capa de nieve de hasta 1,0m  anuales. Lo anterior resulta en una complicación importante para las construcciones en la zona. El proyecto de la Haley VI fue realizado por la oficina de arquitectos de Hugh Broughton Architects y está operativa desde 2012 (imagen 9) Consiste en un conjunto de 8 módulos montados sobre robustas patas hidráulicas que terminan sobre mecanismos similares a esquíes. De esta forma, pueden ser desplazadas mediante arrastre por equipos pesados. Recientes monitoreo han demostrado que la estación está situada aguas abajo de una grieta en el hielo en constante expansión, por lo que será relocalizada en una posición más segura el año 2017.
 



Imagen 9 - Estación Antártica Halley VI -

El layout responde a una disposición lineal que interconecta los distintos módulos diferenciados por uso (residenciales, comando, estar, generadores y servicios y ciencia)

Imagen 10. https://www.bas.ac.uk/wp-content/uploads/2016/01/Halley-V1-station-layout.jpg


Imagen 11 – Sección del interior módulo Estar. Broughton architects. Fuente http://www.metalocus.es/es/noticias/halley-vi-tras-la-estacion-de-investigacion-antartica-juan-carlos-i

Imagen 12 –Estación Antártica Haley VI en invierno. Fuente https://www.bas.ac.uk/about/about-bas/our-history/british-research-stations-and-refuges/halley-z/

Otro ejemplo reciente de base antártica lo constituye la Estación belga Princess Elizabeth, ubicada sobre la cresta Utsteinen Nunatak, a 200 km de la costa y a 1.300msnm, en las coordenadas 71°57’S 23°20’E. En 2004 el gobierno Belga encarga a la Fundación Polar Internacional el diseño y construcción una estación de investigación antártica en el marco de una alianza público-privada.

Imagen 13 - Vista general de la Base belga Princesa Elizabeth – Fuente http://www.antarcticstation.org/station

Concebida y realizada a partir de la integración de tecnologías existentes, la estación es la primera en postular un edificio ‘cero emisión’ aspirando a ser un legado del Año Polar Internacional  2007-2008.  Para ello, desarrolla el proyecto en base a cuatro pilares básicos.

La construcción pasiva: Pese a estar energizada a partir de las energías renovables, la base está diseñada para minimizar la demanda energética fundada en una muy eficiente aislación de la envolvente (constituida por 9 capas de exterior a interior: chapa de acero inoxidable de 1,5mm; sello de celdas cerradas de espuma de poliestirenode 4mm; sello de silicona EPDM de 3mm de alta resistencia a la tracción para asegurar la impermeabilidad al agua y aire; planchas de madera contrachapada de 80mm; capa de aislación térmica de 400mm de poliestireno con grafito; planchas de madera contrachapada de 60mm; papel Kraft; barrera de vapor de aluminio de una sola pieza que cubre completamente toda la envolvente; fieltro de lana, inspirado en las yurtasmongoles, que suma a las propiedades aislantes de los paneles mientras mejoran las barreras de vapor y agua). A lo anterior se suman los sistemas de ventilación e intercambiadores de calor, que permiten una renovación eficiente del aire interior y una distribución efectiva de las ganancias térmicas (imagen 15) . Una mención aparte dentro de este concepto lo constituye el aprovechamiento máximo de lasganancias solares. Esto permite que la Base logre las condiciones de habitabilidad térmica sólo a partir de las ganancias solares y la actividad humana, no requiriendo de energía adicional para calefaccionar el espacio interior.

Imagen 14 – Secciones Base Princesa Elizabeth – Fuente http://www.antarcticstation.org/station/passive_building/

Imagen 15 – Sistema de ventilación e intercambiadores de calor. Fuentehttp://www.antarcticstation.org/station/passive_building/

Imagen 16 – Montaje Paneles Base Princesa Elizabeth - Fuente- http://www.antarcticstation.org/station/passive_building/

El uso de energías renovables: En base a un sistema mixto de generación, la base convierte las restricciones del clima antártico en una oportunidad aprovechando las condiciones del largo verano. La solución incluye 9 turbinas de generación eólica cuyas aspas se pueden plegar a fin de resistir los grandes temporales de viento (imagen 17); dos tipos de paneles solares: celdas fotovoltaicas que cubren la casi totalidad de la cubierta (imagen 18) y paneles solares térmicos utilizados para derretir la nieve y atender las demandas de agua caliente en los baños y la cocina (imagen 19); una sala que incluye un banco de baterías convencionales que permite almacenar el exceso de energía producido y dos generadores de respaldo.

Imagen 17. Turbinas eólicas en Base Princesa Elizabeth. . Fuente http://www.antarcticstation.org/station/renewable_energies/

Imagen 18. Celdas fotovoltáicas en Base Princesa Elizabeth. Fuente http://www.antarcticstation.org/station/renewable_energies/

Imagen 19. Colectores solares térmicos  en Base Princesa Elizabeth. Fuente http://www.antarcticstation.org/station/renewable_energies/

Imagen 20. Energías renovables en http://www.antarcticstation.org/station/renewable_energies/

Una red inteligente de administración de los recursos energéticos hace que el edificio sea tres veces más eficiente que las soluciones tradicionales apelando a una administración eficiente de los recursos disponibles, la priorización de las demandas y la atención a los usuarios finales. Aunque los elementos de generación que componen la red han estado disponibles en el mercado desde hace algún tiempo, en este proyecto se les integra en una red de manera muy efectiva. El sistema está conectado vía satélite y puede ser monitoreado a distancia, enviando y recibiendo información en tiempo real. 

El tratamiento de las aguas está inspirado en las estaciones espaciales, la base trata y reutiliza el agua, minimizando su consumo. Al no haber flujos de agua disponibles, la nieve y el hielo se convierten en la única  fuente del recurso. Al analizarse el emplazamiento de la base, se consideró la disponibilidad de sol y viento como fuentes energéticas y la disponibilidad de hielo para suministro de agua (imagen21). La base trata 100% de sus aguas antes de ser vertidas en una grieta en las cercanías, cumpliendo con el protocolo de protección ambiental del tratado Antártico.  El sistema cuenta con dos bíorreactores (uno aeróbico y otro anaeróbico) y un tratamiento de carbono activado que elimina los compuestos por absorción de las moléculas contaminadas que se concentran en forma natural en la superficie del agua. Finalmente un tratamiento de radiación UV actúa como germicida y permite esterilizar el agua potable. Aproximadamente el 60% del agua es reutilizada.

Imagen 21 - El hielo como base del suministro de agua. http://www.antarcticstation.org/station/water_treatment/

El concepto de diseño de la base apela a un edificio muy compacto en que se privilegia la eficiencia de aprovechamiento del espacio, la creación de condiciones adecuadas de habitabilidad (incluyendo las consideraciones relativas al bienestar sicológico de la tripulación) y la eficiencia en materia de demanda y generación de energía.  Se trabajó en un proceso integrado de diseño en el que cada aspecto  de la base fue procesado y reprocesado para minimizar las pérdidas energéticas y de materiales mientras se optimizaba el espacio y el desempeño.

Imagen 22. Esquema de la base Princesa Elizabeth – Fuente http://www.antarcticstation.org/station/concept/

Imagen 23. Concepto compacto y servicios en Base princesa Elizabeth . – Fuente http://www.antarcticstation.org/station/concept/

Desde el punto de vista constructivo, la base se monta sobre una estructura de acero anclada sobre el granito en el lugar de emplazamiento. Esta estructura base recibe un sistema de cuadernas de madera laminada a la que se fijan los paneles de cerramiento de la envolvente prefabricados (incluyendo sus 9 capas). Todas las conexiones son apernadas, ya se trate de conexiones de la estructura a los anclajes, de los distintos miembros de la estructura de acero o de las conexiones entre ésta y la estructura de madera y/o los paneles prefabricados (imagen 24 y 25)

Imagen 24. Construcción Base Princesa Elizabeth – Fuente http://www.antarcticstation.org/station/construction/

Imagen 25_ Anclajes en granito Estación Princesa Elizabeth. Fuente http://www.antarcticstation.org/station/construction/

Imagen 26. Estructura de acero y madera – Conexiones-  Estación Princesa Elizabeth. Fuente http://www.antarcticstation.org/station/construction/

Imagen 27_ Montaje paneles de cerramiento Estación Princesa Elizabeth. Fuente http://www.antarcticstation.org/station/construction/

Finalmente la Base Antártica Princesa Elizabeth fue inaugurada en febrero de 2009.

Los tres casos presentados hablan de los desafíos de la construcción en condiciones tan extremas como las que se dan en el continente Antártico y responden a tres formas distintas de enfrentarlo: desde campamentos mínimos y muy optimizados, como la EPTAP hasta una base permanente compacta, eficiente y de cero emisiones, como la Princesa Elizabeth, pasando por la estrategia de una base móvil, como la británica Haley VI. Como en la mayoría de los proyectos (y en la vida) no existen soluciones únicas que resuelvan todas las incógnitas o los desafíos que un proyecto deba abordar. Lo interesante es el proceso riguroso de diseño integrado que estos proyectos demandan. No es posible pensar en compartimentos estancos y separados entre  diseño, fabricación, industria proveedora, sistemas de apoyo y  la construcción y la operación.  Sólo una coordinación temprana u oportuna en torno a objetivos claros y conocidos permitirá la integración de experticias tan especializadas como las necesarias para enfrentar un proyecto en zonas extremas. Allí, nuevamente se abren interesantes posibilidades a la industria del acero en colaboración con otros actores.

Por ello resulta estimulante que estos temas sean abordados en las etapas de investigación y de proyectos de título de las escuelas de arquitectura. Temas tan específicos y especializados suelen quedar fuera de las temáticas tradicionales de talleres y/o proyectos de título. En años recientes me ha tocado conocer de cerca algunos de estos proyectos que surgen, principalmente del interés de los alumnos. Es evidente que un alumno por sí solo no puede abordar la extensa complejidad que significa un proyecto de este tipo. Pero el sólo hecho de enfrentarlo, de visualizar las complejidades y de aspirar a dar una solución posible demandan una capacidad de investigación y desarrollo excepcionales en quienes lo intentan y tienen, por si solos un mérito extraordinario. El proyecto cuyas imágenes siguen corresponde al proyecto de título del hoy arquitecto Hernic Jara presentado en la Universidad de Chile en el proceso académico de título 2015.

Se trata de la Estación Polar de Asistencia Científica (EPAC) en Glaciar Unión, una base permanente de 365 días de uso anual, con capacidad de albergar hasta 100 personas bajo el concepto de ciudadela antártica. 4 edificios organizados como habitas diferenciados que combinan una estructura tipo domo doble de barras de acero con una estructura neumática interior interconectados son atendidos por un túnel subterráneo calado en el hielo que provee distribución de servicios, instalaciones y vías de evacuación y seguridad. Las consideraciones de habitabilidad integral (física y sicológicas), la sustentabilidad y eficiencia energética y la operación fueron determinantes en la propuesta que resuelve técnica y constructivamente las restricciones de acceso y el corto período de construcción en el emplazamiento elegido

(F. Pfenniger)

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