Fuente: (Dunnett, Nagase, Booth, & Grime, 2008)
Como se muestra en la Gráfica 9. Influencia de los diferentes tipos de vegetación en la escorrentía total, se realizó el experimento con 8 situaciones diferentes de composición vegetal. Un solo tipo de césped obtuvo el mejor desempeño. Estos resultados, hacen que en la actual investigación, no se implementen combinaciones para la capa vegetal, será totalmente uniforme conformada por un solo tipo de planta, además el enfoque esta dado hacia el funcionamiento y diseño del techo verde.
El experimento No 2 “apuntó a investigar con más detalle el potencial en: fluencia de tipo estructural de la planta, y la diversidad del sistema, en la reducción de la escorrentía de los techos verdes. No hubo ningún intento de utilizar la misma especie que se utilizó en el experimento No 1 (el experimento se centró exclusivamente en la vegetación de pastizales calcáreos). Doce especies fueron seleccionadas de los tres principales grupos taxonómicos empleados en techos verdes: forbs, sedums y pastos.” (Dunnett, Nagase, Booth, & Grime, 2008)
En dicha investigación, se construye un modelo para el análisis de lluvia en el cual se controla la cantidad de agua que cae sobre el techo verde, (dicho modelo
330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 suelo desnudo
una hierba 12 mezclas de especies cuatro hierbas cuatro juncias
una juncia cuatro
gramíneas una gramínea To ta l fi ltra d o 1997 -2000 Tipo de vegetación
Influencia de los diferentes tipos de vegetación en la
escorrentía total
servió como ejemplo para la construcción del prototipo del presente trabajo) simulando “lluvias fuertes (10 mm / h) y lluvia ligera (5 mm / h). Para las Lluvias fuertes, el tanque de agua se llenó hasta 39 cm y se dejó correr hasta que la profundidad fue de 37,4 cm (2 L para cada bandeja). Para la lluvia ligera, el tanque se llenó hasta 22,8 cm y se dejó caer hasta 22.0 cm (1 L para cada bandeja). Cada precipitación duró 15 min. Los eventos de lluvias fuertes se alternaron con eventos de lluvias ligeras durante el período de 12 semanas.” (Dunnett, Nagase, Booth, & Grime, 2008)
Los resultados de este experimento contribuyeron positivamente para el desarrollo de la investigación en curso. Los resultados indicaron que “hubo una diferencia altamente significativa entre la cantidad de escurrimiento de agua y los diferentes tipos de vegetación. Las especies de gramíneas fueron las más efectivas para reducir el escurrimiento de agua, seguidas por herbáceas y luego las plantas tipo sedums.” (Dunnett, Nagase, Booth, & Grime, 2008) Dado que las plantas sedum clasifican en este experimento como una de las especies con mayor rendimiento en reducir el escurrimiento de agua, y al adaptarse a las condiciones climatológicas de Bogotá, la convierten en la planta con las características adecuadas para el prototipo de techo verde.
En la etapa de diseño del prototipo del techo verde, se tendrá en cuenta dicha información acerca de la eficiencia de las plantas gramíneas con respecto a la planta sedum, para una mejor elección de la capa vegetal.
Cuando se prevé la implementación de techos verdes para mejorar la calidad ambiental, o en este caso para recolectar aguas lluvias, es necesario conocer las propiedades físicas que poseen estos techos, y los beneficios que pueden aportar a una edificación. Es por esto, que a continuación se va a realizar el análisis del artículo titulado caracterización experimental de los componentes de techos verdes, escrito por Salah-Eddine Ouldboukhitine y Rafik Belarbi, de la universidad de Rochelle, Francia, en el año 2015. Este artículo estudia 3 componentes primordiales, que son las propiedades termo-físicas del sustrato, el almacenamiento de humedad y las propiedades micro-estructurales del sustrato del techo verde. “Los resultados experimentales fueron implementados para estimar los parámetros utilizados como datos de entrada en el modelo de techo verde, desarrollado para evaluar la eficiencia energética de un edificio” (Ouldboukhitine & Belarbi, 2015), elementos que se tuvieron en cuenta, en el diseño del prototipo del actual proyecto.
Para la evaluación de la conductividad térmica se implementó “la sonda TP08 Hukseflux, que consiste en un alambre de calefacción y un sensor que mide la temperatura de la fuente” (Ouldboukhitine & Belarbi, 2015). Los resultados indicaron que el sustrato de la empresa Siplat tuvo una mayor conductividad térmica con diferentes capacidades de agua.
En cuanto a la resistencia térmica del techo verde se implementaron “dos túneles de viento superpuestos; el túnel de viento en la parte superior simula las condiciones externas, por esta razón fue necesaria la instalación de calefacción con el fin de mantener una temperatura de aire caliente; el túnel de viento en la parte inferior simula las condiciones interiores, el cual está equipado con un aire acondicionado para mantener una temperatura de aire frío.” (Ouldboukhitine & Belarbi, 2015) Se instalaron dos bandejas de techos verdes en el túnel, una con vegetación y la otra sin capa vegetal, los resultados de la prueba muestran que tanto la evaporación como la evapotranspiración de las bandejas con vegetación eran siempre mayor que las bandejas sin una capa vegetal.
En cuanto al almacenamiento de humedad se utiliza la técnica DVS
(Dynamic Vapor Sorption) para determinar la sorción1 y desorción. Este método se
utiliza para caracterizar la transferencia de masa dentro del medio del sustrato. El método se basa en la determinación de la masa para diferentes niveles de humedad relativa. Se observa que el “exceso de agua retenida en los poros más grandes, durante la fase de desorción se mantiene atrapada, generando de este modo un mayor contenido de agua en el caso de sorción. La brecha se reduce debido a que los poros más pequeños se llenan, y la humedad relativa aumenta.” (Ouldboukhitine & Belarbi, 2015) Esta información no proporciona una ayuda concisa para la investigación en curso.
Por último “el análisis de la estructura de un material poroso es esencial para el estudio de la durabilidad. Para soportes de techo verde, la permeabilidad debe ser cuantificada en función de su alta porosidad. Una relación entre la estructura porosa y la permeabilidad se determinó usando una distribución estadística de poros. En este estudio, se utiliza la técnica de porosimetría de mercurio para determinar dicha relación.” (Ouldboukhitine & Belarbi, 2015)
“Mediante la aplicación de la técnica de porosimetría a los materiales de cubierta de cuatro construcciones (2 tipos de hormigón, una teja romana y un sustrato de techo verde), se obtienen los siguientes resultados; los dos tipos de concretos tienen comportamientos casi idénticos. Sin embargo, la porosidad de la teja romana es más alta que las de los dos concretos. La permeabilidad del sustrato del techo verde es cinco veces mayor que la de los concretos, debido a la concentración de la porosidad.” (Ouldboukhitine & Belarbi, 2015)
Esto revela la superioridad del techo verde en cuanto a la capacidad de poder filtrar agua lluvia, lo cual es ideal para el actual trabajo.
1 Sorción: “es un proceso determinante en el transporte de compuestos orgánicos en suelo y agua;
es un término general utilizado para describir la asociación de compuestos químicos en forma disuelta o gaseosa en el suelo” (Allen-King, Mckoy, & Trudell, 1997)
La tecnología de los techos verdes, está siendo cada vez más estudiada e investigada en todo el mundo, uno de los países con mayor auge es Estados Unidos, “en Chicago se dan subvenciones a los dueños de las edificaciones que instalen techos verdes” (Sonne, 2006). Este podría ser un buen incentivo en Colombia, para mejorar las condiciones ambientales que a medida que pasa el tiempo empeoran.
Uno de los factores a mejorar con la implementación de las cubiertas verdes es el flujo de calor en la cubierta, dado que, en un techo común, dicho flujo puede llegar a afectar la comodidad de los habitantes de la vivienda. En días con altas temperaturas, el calor se concentrará al interior de la edificación, caso contrario ocurre con un techo verde, ya que este mantiene en su interior una temperatura fresca, agradable para los habitantes del inmueble. Para profundizar más en este tema se va a discutir el artículo elaborado por Jeff Sonne en el año 2006, titulado Evaluación de la eficiencia energética del techo verde.
El proyecto que se condensa en este artículo fue desarrollado en la Universidad de Florida Central. Se compara un techo verde con un techo convencional, en cuanto a la reflexión que provocaba cada uno, al igual que las temperaturas que registraba cada cubierta a diferentes horas del día.
Esta investigación presenta un techo verde experimental y un techo común, “según la metodología del ASTM Estándar EI 918-97, la reflexión del techo convencional y del techo verde resultaron ser del 58% y el 12% respectivamente.” (Sonne, 2006) El inconveniente de la reflexión, es que al filtrarse con los gases, el aire, o la contaminación, afectan la visibilidad de los objetos celestes en la noche. Es un problema que afecta de manera radical, por ejemplo, a la ciudad de México, en donde la contaminación lumínica es tan alta, que en la noche solo se puede percibir una gran masa de luz amarillenta en el firmamento.
En las cubiertas también se ubicaron sensores en la zona inferior de cada techo, con el fin de registrar la temperatura de cada techo a lo largo del día, obteniendo que “la temperatura máxima promedio al día visto para la superficie del techo convencional era de 54°C, mientras que la temperatura promedio máxima para la superficie del techo verde, oscilo de 33°C a 22ºC más bajo que el techo convencional.” (Sonne, 2006) Esta reducción representa un gran avance para reducir la contaminación lumínica de algunas ciudades que tienen este problema. En la presente investigación se quiere desarrollar un prototipo de techo verde con el fin de recolectar agua pluvial y evitar una inundación, la información recolectada del anterior artículo no es primordial para la continuación del proyecto, pero se tiene en cuenta como un beneficio adicional al implementar las cubiertas verdes. Un ejemplo claro de la investigación en techos verdes, como solución a la escorrentía generada por las cubiertas cuando llueve, es la ciudad de New York.
Leslie Hoffman escribió un documento titulado “modelado de aguas pluviales de techos verdes” en el año 2006, donde explica como la gran manzana, al tener un alcantarillado combinado, es decir, una mezcla de aguas residuales y aguas lluvias, produce una liberación de patógenos, bacterias, y otros contaminantes tras el desbordamiento de algunos emisarios, cuando se presentan eventos de lluvia. Este documento muestra un análisis en el cual se comparan los resultados obtenidos para un techo verde, y para un techo convencional, acerca de la eficiencia que tienen las cubiertas para desviar la escorrentía, y evitar que el agua lluvia llegue al alcantarillado pluvial.
El comportamiento de los techos verde tras seis horas de precipitación es muy satisfactorio, ya que la “escorrentía máxima generada por los techos verdes es cercana a un metro cubico, mientras que para el techo convencional, la escorrentía máxima que generó fue cercana a cuatro metros cúbicos.” (Hoffman, 2006)
En la ciudad de New York, se espera que esta solución sea apropiada para evitar los desbordamientos, que se presentan en los emisarios cuando hay eventos de precipitaciones fuertes. Así mismo, en la ciudad de Bogotá seria idónea la implementación de esta solución, en donde la investigación que está en curso, muestra un acercamiento a la salida de los inconvenientes de inundaciones mediante la instalación de cubiertas verdes en áreas afectadas de la ciudad.
Si se hace una analogía entre un ecosistema de bosque y la ciudad de Bogotá, se podrá entender mucho mejor el concepto de inundación. En primera instancia un bosque está cubierto de grandes y tupidos arboles con una vasta cantidad de hojas, características que no posee la ciudad de Bogotá. Y, en segundo lugar, cuando llueve en el bosque; las hojas y árboles se encargan disipar, retardar y absorber el agua lluvia, que finalmente caerá al suelo en donde se embeberá lentamente. Caso contrario es lo que pasa con la capital colombiana, porque, esta ciudad al estar construida mayormente en concreto, asfalto y techos de barro español o fibrocemento conduce agua lluvia directamente sobre las vías, parques, y tejados, que la guiaran al alcantarillado pluvial.
Como en el bosque, Bogotá necesita un elemento que cumpla la función de almacenar temporalmente, disipar, y retardar el proceso en el que las aguas lluvias llegan al drenaje. Mediante esta investigación se evalúa la factibilidad que tienen los techos verdes para cumplir eficientemente la función de los árboles en el bosque, pero sobre la ciudad de Bogotá; reteniendo el agua lluvia, y demorando el trayecto que tiene hasta que llega al alcantarillado pluvial.
Un parámetro significativo en cuanto al problema de la temperatura en una ciudad es, como se anotaba anteriormente, la cantidad de verde que tiene un área.
La isla de calor es un problema de temperatura, en donde el concreto y el asfalto que tiene una ciudad, absorbe el calor de los rayos del sol para luego emitirlos y aumentar la temperatura, envolviendo a la ciudad en una especie de burbuja de calor. Para mitigar el efecto de la isla de calor, es necesario contar con más zonas verdes en la ciudad, y una manera de hacerlo es mediante los techos verdes. El próximo artículo titulado “El rol de los techos verdes en la mitigación de la isla de calor y sus efectos sobre el área metropolitana de Adelaide, Sur de Australia” elaborado por Mostafa Razzaghmanesh, Simos Beecham y Telma Salemi en el año de 2016, compara diferentes categorías de techos verdes, en cuanto al albedo que reflecta cada material en varias zonas del sur de Australia.
“El efecto urbano de la isla de calor, es una de las muchas consecuencias del cambio climático en las ciudades. El efecto de la isla de calor, es atribuido al incremento de la temperatura en la ciudad, que es mayor comparada con la de sectores suburbanos, de la periferia o áreas rurales.” (Razzaghmanesh, Beecham, & Salemi, 2016) Esto explica de manera resumida, el impacto que se tiene en la temperatura de una ciudad la cual al tener mayor cantidad de zonas en concreto y asfalto, aumenta el efecto de la isla de calor en comparación con las áreas rurales. En la investigación realizaron estudios de la temperatura de los techos convencionales más comunes, expuestos a la radiación solar, y se obtuvieron temperaturas de “54°C” para techos de metal, “41°C” para pavimento, y “48°C” para asfalto, mientras que para un techo verde la máxima temperatura que se obtuvo fue de 14°C.
Este artículo muestra los beneficios en cuanto a temperatura de una ciudad, al implementar el techo verde como solución al problema de la isla de calor. Esta idea también se puede desarrollar para la ciudad de Bogotá, en donde el auge de la construcción está siendo perjudicial para la temperatura promedio de la ciudad. Los techos verdes se caracterizan por traer beneficios ambientales, un mayor confort térmico, gran capacidad de retención de escorrentía, un buen aspecto estético, capacidad para cultivo, y uno de los elementos del cual no se ha investigado mucho, es el desempeño que tienen las plantas y el medio de crecimiento, como filtro de aguas lluvias para mejorar sus condiciones de potabilidad. El siguiente artículo explica como los techos verdes al poseer gran variedad de vegetación y sustratos, pueden contribuir al mejoramiento de la calidad de las aguas lluvias.
En el año 2015, Sajedeh Sadat Ghazizadeh, Hilmi Bin Mahmud y Muhammad Aqueel Ashraf, realizaron una investigación titulada “rendimiento del techo verde con respecto a la calidad de agua y reducción del consumo de energía en el trópico”. “Generalmente las aguas lluvias son consideradas aguas puras, pero pueden contener una elevada cantidad de contaminantes, incluyendo metales
pesados y microorganismos patógenos,” (Ghazizadeh, Mahmud, & Ashraf, 2015) los cuales podrían afectar negativamente la integridad del techo verde.
En este artículo se dice que “la retención de agua de un techo verde es muy buena para tormentas cortas, por ejemplo; Carter y Rasmussen estudiaron un techo verde extensivo de sedum y encontraron que ellos retenían el 88% del agua durante tormentas pequeñas (25.4mm de precipitación), pero solo el 48% en tormentas de larga duración (76.2 mm de precipitación).” (Ghazizadeh, Mahmud, & Ashraf, 2015) Dado que el actual diseño de prototipo de techo verde tiene como principal función el almacenamiento de aguas lluvias para evitar una inundación, se deben hacer pruebas simulando una tormenta de corta y de larga duración para prever cualquier anomalía a la hora de retener la escorrentía.
En la investigación se evaluó el efecto que tienen las plantas del techo verde, con respecto a la retención de elementos como el fosforo y el nitrógeno. Se obtuvo que para el tipo de techos verdes que no cuentan con una capa vegetal, los niveles de retención de fosforo son de aproximadamente “0.4” mg/l, y de aproximadamente “6” mg/l para el nitrógeno, este comportamiento es muy similar al del techo verde con una vegetación tipo sedum kamtscha-ticum, por el contrario para las cubiertas que poseen una capa vegetal a base de T. Calycinum y D. Cooperi, los valores aproximados tanto para la cantidad de nitrógeno, como de fosforo retenido, oscilan entre los “0.2” mg/l y “0.4” mg/l.
Los resultados anteriores indican el alto rendimiento de las plantas sedum, en cuanto a la retención no solo de la escorrentía como se habló en artículos anteriores, sino también de elementos contaminantes. Para el caso en estudio, se tuvo en cuenta el análisis de la calidad de agua una vez pase todas las capas del prototipo de techo verde.
5. CARACTERIZACIÓN DE LA LOCALIDAD DE CHAPINERO: COLOMBIA
Este capítulo presenta diferentes características propias de la localidad de Chapinero, en donde se relaciona cada una con el problema de las inundaciones que sufre la comunidad.
UBICACIÓN 5.1.
“La localidad de Chapinero es la número 2 de Bogotá, está ubicada en el centro- oriente de la ciudad y limita, al norte, con la calle 100 y la vía a La Calera, vías que la separan de la localidad de Usaquén; por el occidente, el eje vial Autopista Norte-Avenida Caracas que la separa de las localidades de Barrios Unidos y Teusaquillo; en el oriente, las estribaciones del páramo de Cruz Verde, la Piedra de la Ballena, el Pan de Azúcar y el cerro de la Moya, crean el límite entre la localidad y los municipios de La Calera y Choachí. El río Arzobispo (calle 39) define el límite de la localidad al sur, con la localidad de Santa Fe” (Alcaldia Mayor de Bogotá).
Figura 3. Ubicación de la zona afectada
Fuente: Oscar Contreras Bejarano
La circunferencia de color morado oscuro que predomina en la Figura 3. Ubicación de la zona afectada, abarca el área en la que se concentran la mayoría de eventos de inundación en la localidad de Chapinero. Los puntos de color azul claro dispersos en toda la zona, corresponden a los lugares en donde se han reportado inundaciones o encharcamientos (ver Tabla 1. Zonas Inundadas del área en estudio).
HIDROLOGÍA 5.2.
“El clima de la localidad de Chapinero es frío, subhúmedo, con tendencia a la sequía a medida que se avanza en sentido sureste, con vientos de baja intensidad y frecuentes heladas que en época de verano favorecen fenómenos de inversión térmica. Temperatura Promedio 14.2°C Humedad relativa en los meses lluviosos 74 a 77% Humedad relativa en los meses secos 66 a 74% Precipitación 1200 y