Universidad de los Andes
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Estado del arte: Análisis de la capacidad de reducción de ruido mediante la implementación de techos verdes.
Proyecto de Grado
Presentado por: Maria Alejandra Parra Sierra Director: Juan Pablo Rodríguez Sánchez
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Tabla de contenido
1. Introducción ... 3
2. Objetivos ... 3
2.1. Objetivo general ... 3
2.2. Objetivos específicos ... 3
3. Contextualización del problema ... 4
3.1. Efectos fisiológicos ... 4
3.2. Efectos psicológicos ... 6
4. Estado del arte ... 6
4.1. Historia de los techos verdes ... 7
4.2. Clasificación de techos verdes ... 8
4.3. Revisión de literatura acerca de la capacidad de aislamiento acústico de los techos verdes ... 8
4.3.1. Profundidad y características del sustrato ... 10
4.3.2. Contenido de agua en el sustrato ... 12
4.3.3. Área y posición del techo verde ... 14
4.3.4. Tipo de vegetación en la cobertura ... 17
4.4. Beneficios obtenidos al reducir en nivel de ruido al que se expone la población .. 18
5. Conclusión y recomendaciones ... 21
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1. Introducción
El ruido está definido como un sonido no deseado o molesto al oído del ser humano cuya intensidad es cuantificada y medida en decibeles (dB) en escala logarítmica (U.S. Department of Health & Human Services, 2014). Así mismo, la percepción del ruido en el oído varía según el individuo, la edad y frecuencia de la onda, por lo que el daño ocasionado por la exposición puede depender de las características intrínsecas del individuo, la intensidad del ruido y la duración de la exposición al mismo (U.S. Department of Health & Human Services, 2014).
Por otra parte, un incremento en la exposición a ruido procedente de fuentes móviles por parte de la población se ha observado en los últimos años debido al crecimiento urbanístico en ciudades. Lo anterior repercute directamente en la reducción de zonas verdes en los centros urbanos, razón por la cual la tendencia a vivir en zonas cercanas a vías de tráfico ha aumentado (Wong, Kwang Tan, Tan, Chiang, & Wong, 2010).
Siguiendo lo anterior, el desarrollo e implementación de medidas que permitan reducir la exposición a ruido en los habitantes de las ciudades ha sido uno de los objetivos a alcanzar en términos de sostenibilidad y bienestar (Wong, Kwang Tan, Tan, Chiang, & Wong, 2010). Para ello, se ha planteado el uso de distintos materiales que actúan como aislante acústico, entre los que se encuentran materiales artificiales como vidrios aislantes, y estructuras verdes como lo son los jardines verticales (Green walls) y los techos verdes (Green roofs) (Yang, Kang, & Choi, 2012).
A partir del desarrollo de este trabajo se busca establecer un estado del arte referente a la capacidad de reducción de ruido mediante el uso de techos verdes. El desarrollo de este estudio está basado en artículos de revista publicados en los últimos años. Aunque cabe aclarar que el tema en estudio sigue siendo un aspecto de estudio reciente en techos verdes, por lo que aún no existen casos de estudio realizados en ciudades a gran escala, sino que la información se ha obtenido principalmente mediante ensayos de laboratorio y algunos ensayos in-situ.
2. Objetivos
2.1. Objetivo general
Establecer un estado del arte referente a la capacidad de reducción de ruido mediante el uso de techos verdes a partir del desarrollo de una revisión de literatura de artículos científicos, identificando las variables que benefician y perjudican la capacidad de reducción acústica de estas estructuras, y los beneficios que se obtendrían al reducir el nivel de ruido ambiental.
2.2. Objetivos específicos
Describir los problemas en términos de salud pública asociados a la exposición a niveles por encima de los recomendados por la WHO.
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Examinar qué variables determinan la capacidad de reducción de ruido al hacer uso de techos verdes y de qué manera influyen.
Analizar los beneficios obtenidos en términos de salud y bienestar humano obtenidos al reducir los niveles de ruido al que la población está expuesta.
3. Contextualización del problema
En principio, los efectos que tiene el ruido sobre la salud humana y bienestar han sido subestimados debido a que el ruido como contaminante actúa de manera indirecta en el ser humano, contrario a lo que sucede con contaminantes presentes en el medio ambiente, como el caso de material particulado en el aire o metales pesados en el agua (Sobotova, Jurkovicova, Stefanikova, Sevcikova, & Aghova, 2010). De la misma manera, se ha observado que diferente a lo que sucede con otros contaminantes, los niveles de ruido en el medio ambiente tienden a aumentar en el tiempo, y su control es muy débil, si no nulo (Berglund, Lindvall, & Schwela, 2000). Por lo anterior la Organización Mundial de la Salud ha sugerido que en nivel máximo de ruido al que la población humana puede ser expuesta corresponde a 55 dB (Basner, y otros, 2014). A continuación se explicarán algunos de los efectos que tiene la exposición a ruido en la salud y bienestar humano.
3.1. Efectos fisiológicos
El ruido actúa como un factor de estrés ambiental, activando a su vez el mecanismo compensatorio del cuerpo ante el estrés (Maschke, Rupp, & Hecht, 2000). Lo anterior conlleva a la activación de respuestas por parte de algunos de los sistemas, como es el caso del sistema endocrino. A continuación se realizará una explicación con mayor detalle.
3.1.1. Pérdida auditiva progresiva
La pérdida auditiva inducida por el ruido puede ser causada por una exposición aguda a un nivel de ruido elevado, así como por una exposición crónica a niveles de ruido moderado, puede ser temporal o permanente, y puede afectar un oído o los dos en simultaneo (U.S. Department of Health & Human Services, 2014). Para entender como la exposición a ruido está relacionada con la pérdida auditiva es necesario comprender como funciona este sentido en los seres humanos.
En funcionamiento del oído humano se da mediante el cambio de las ondas de sonidos presentes en el ambiente a señales eléctricas. Para que esto ocurra, la onda de sonido entra al oído y viaja a través del canal auditivo conectado con el tímpano, el que vibra por acción de la onda y a su vez envía esta señal a los huesecillos localizado en el oído (Martillo, yunque y estribo), los que envían la señal a la cóclea (estructura en forma de concha de caracol) dando paso a una partición elástica del líquido contenido en esta. Lo anterior permite que una onda generada por el movimiento del fluido alcance las células ciliadas, lo que hace que proyecciones similares a pelos microscópicos se estabilicen sobre las células previamente mencionadas (Hearing Health Foundation, s.f.). Cuando esto sucede, una serie de productos químicos se precipitan en las células ciliadas, lo que impulsa la generación de una señal
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eléctrica, esta señal eléctrica es llevada al cerebro y se transforma en lo que se conoce como sonido (Hearing Health Foundation, s.f.).
Teniendo en cuenta lo anterior, la pérdida auditiva inducida por el ruido se da por el daño y muerte de las células ciliadas cuando estas son expuestas a niveles de ruido anormales en periodos de tiempo cortos, o incluso aún con una única exposición, o cuando estas son expuestas a niveles de ruido alto-moderado de forma crónica (Wang & Green, 2011). Cabe resaltar que estas células no se regeneran en el ser humano, evento que en sí se traduce en la pérdida auditiva (U.S. Department of Health & Human Services, 2014).
3.1.2. Alteración en el funcionamiento del sistema endocrino
La exposición a contaminación auditiva en zonas residenciales ha mostrado tener repercusiones en la población debido a que el exceso de ruido está asociado a alteraciones en los ciclos de sueño, así como la actividad involuntaria del sistema nervioso autónomo (Schmidt, y otros, 2013). A la vez, experimentos conducidos han mostrado que la interrupción del sueño causada por la exposición a ruido, pero más importante aún, la restricción de sueño por la misma razón son causantes de cambios en producción hormonal y cambios metabólicos (Schmidt, y otros, 2013).
Las modificaciones en el funcionamiento endocrino y el sistema nervioso autónomo pueden causar cambios temporales en el cuerpo, como lo es el aumento del ritmo cardiaco, incremento en la presión sanguínea y constricción sanguínea (Sobotova, Jurkovicova, Stefanikova, Sevcikova, & Aghova, 2010). Además, la exposición a ruido intenso ha mostrado efectos en el aumento de adrenalina en los seres humanos, principalmente debido a que, tal como se mencionó anteriormente, el ruido es considerado un estresor ambiental (Stansfeld & Matheson, 2003).
3.1.3. Aumento en el riesgo a desarrollar enfermedad coronaria
Actualmente se cree que la constante exposición a ruido es uno de los factores responsables del incremento en el riesgo a desarrollar desordenes cardiovasculares, mostrando asociaciones con hipertensión y enfermedades isquémicas del corazón (Sorensen, y otros, 2011). Así mismo recientemente meta-análisis han indicado que el riesgo a padecer infarto de miocardio al ser expuesto a ruido generado por tráfico vehicular aumenta a medida que aumenta la intensidad del ruido de exposición (Sorensen, y otros, 2011).
De igual manera, diversos estudios han sido conducidos con el fin de determinar si existe alguna asociación estadísticamente significativa entre la exposición de ruido durante el día o la noche y el desarrollo de enfermedades cardiovasculares. Los resultados han mostrado que no existe una relación estadísticamente significativa entre la exposición a ruido durante el día y el incremento en el riesgo referente al desarrollo de enfermedades cardiovasculares; sin embargo, si se ha encontrado una asociación entre la exposición a ruido en horario nocturno y
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el aumento del riesgo de presentar enfermedades cardiovasculares (Münzel, Gori, Babisch, & Basner, 2014).
El incremento del riesgo a padecer enfermedades cardiovasculares producto de la exposición nocturna a ruido parece estar relacionado a la importancia de alcanzar un nivel de presión sanguínea bajo durante las horas de sueño, lo que es indispensable para que se restauren las condiciones estables del sistema cardiovascular, así como para garantizar la salud cardiovascular a largo plazo (Münzel, Gori, Babisch, & Basner, 2014).
Pese a lo mencionado previamente, es necesario aclarar que aún no se ha encontrado una relación fuerte entre la exposición a ruido y el riesgo a desarrollar enfermedades isquémicas del corazón, por lo que se recomienda realizar más estudios epidemiológicos con el fin de confirmar que efectivamente existe una asociación estadísticamente significativa. Sin embargo, esto no descarta la posibilidad de que las consecuencias de la exposición a ruido en la presión sanguínea y otros factores cardiovasculares puedan desencadenar en este tipo de enfermedades.
3.2. Efectos psicológicos
Por otra parte, la exposición a ruido implica un déficit en el bienestar psicológico en los seres humanos. Entre estas alteraciones se encuentran trastornos de sueño, pérdida de la capacidad de concentración y memorización, déficit de atención, rendimiento cognitivo y dificultad de aprendizaje en niños, dificultad de comunicación, estrés psicológico, cambios de comportamiento, irritabilidad y malestar (Gidlöf-Gunnarsson & Öhrström, 2007; Basner, y otros, 2014).
4. Estado del arte acerca de la capacidad de reducción de ruido mediante el uso de techos verdes
Los techos verdes corresponden a una herramienta tecnológica útil para alcanzar una mejora estética y ambiental en las ciudades por los beneficios que han sido encontrados mediante el desarrollo de estudios, además de ofrecer una ventaja adicional al no requerir espacio adicional para su construcción (Getter & Rowe, 2006; Williams, Rayner & Raynor, 2010). Algunos de estos beneficios corresponden a mejora en la calidad del aire por su capacidad de secuestrar carbono (Luo, y otros, 2015) y por actuar como sumidero para otros contaminantes atmosféricos (Rowe, 2011), propiedades aislantes que propician una reducción en gasto energético (Refahi & Talkhabi, 2015), mejora en el ambiente local por ser un hábitat potencial para biodiversidad (Brenneisen, 2006), reducción del volumen de escorrentía en ciudades (Carter & Jackson, 2007; Mentens, Raes & Hermy, 2006) y mejora en la calidad de la misma (Berndtssonyna, 2010), y atenuación de ruido en ambientes interiores y exteriores (Yang, Kang, & Choi, 2012). En la Figura 1 se presentan algunos ejemplos de techos verdes en distintos tipos de edificios, en este caso se ilustrarán los techos verdes premiados con Awards of Excellence en el año 2014.
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Figura 1 Techos verdes seleccionados como ganadores del Awards of Excellence en el 2014 para distintos usos: reconocimiento especial (1,2); residencial (3); industrial/comercial (4); institucional (5). Adaptado
de (Green Roofs for Healthy Cities, 2014).
4.1. Historia de los techos verdes
El origen del uso de techos verdes data cerca de los años 4000 a 600 a.C. en la cultura mesopotámica, quienes construyeron estructuras de piedra llamadas Zuriggats en las que se establecieron flores y árboles con el fin de otorgar un espacio fresco y con sombra bajo el sol (Shimmy, 2012). Por otra parte, en el siglo V la cultura babilónica creó jardines colgantes cuya estructura sostenía árboles, flores exóticas, animales salvajes y pasto en un área total de 37,16 m2 (Shimmy, 2012). En Roma, en la Villa de los Misterios en la ciudad de Pompeii historiadores descubrieron que los techos verdes eran una parte esencial en sus construcciones puesto que otorgaban calor al interior de las construcciones (Shimmy, 2012).
Así mismo, en países nórdicos como Noruega, los techos verdes fueron utilizados en el siglo XVIII como medida de protección contra la lluvia, prevención de daño temprano de los techos, refuerzo de estructuras de la casa y como aislante térmico (Shimmy, 2012). Paralelamente, en este mismo periodo de tiempo, en New York en el año 1882 se construyó el primer techo verde en el “Casino Theatre”, lo que permitió extender la duración de las presentaciones en el verano puesto que los techos verdes actuaron como un aislante térmico durante esta estación;
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similarmente, se desarrolló esta idea como parte de una propuesta planteada por arquitectos americanos para integrar los edificios y la naturaleza (Shimmy, 2012).
Análogamente, una implementación intensiva de techos verdes surgió en Alemania, Francia y Suiza alrededor del año 1970 (Dunnett & Kingsbury, 2008). Así mismo, Japón y Estados Unidos han planteado en los últimos años el uso de techos verdes como solución al problema de calor durante el verano, incluso han sido promovidos como tecnología principal en el desarrollo de ciudades sostenibles (Shimmy, 2012). Por último, en la actualidad, la implementación de techos verdes ha sido promovida en ciudades por los beneficios que estos brindan, igualmente son identificados como una solución al problema de pérdida progresiva de espacios verdes que estas enfrentan (Williams, Rayner, & Raynor, 2010).
4.2. Clasificación de techos verdes
La literatura existente indica que los techos verdes a su vez se encuentran clasificados en dos grupos principales, intensivos y extensivos; aunque también existen autores que incluyen una clasificación semi-intensiva, esta última no corresponde a una clasificación oficial de techos verdes (Berardi, GhaffarianHoseini, & GhaffarianHoseini, 2014).
Los techos verdes intensivos están diseñados de tal manera que exista un soporte adecuado para comunidades vegetales entre las que se pueden incluir cubiertas con plantas, arbustos o pequeños árboles en sustratos con una profundidad superior a 20 cm, además de esto requieren irrigación, mantenimiento constante y adecuación del techo con refuerzo por tener un peso superior a 300 kg/m2 (Oberndorfer, Lundholm, Bass, Coffman, & Doshi, 2007).
En contraste, los techos verdes extensivos están diseñados con sustratos con profundidad inferior a 20 cm, y contrario a los previamente mencionados, requieren poca o nula irrigación, mantenimiento y refuerzo en el techo ya que su peso oscila entre 60 y 150 kg/m2, y son sembrados con plantas que no alcanzan un gran tamaño y pastos (Oberndorfer, Lundholm, Bass, Coffman, & Doshi, 2007).
4.3. Revisión de literatura acerca de la capacidad de aislamiento acústico de los techos verdes
A partir de estudios realizados en el campo de estructuras verdes, se ha encontrado que en efecto, este tipo de estructuras otorgan una reducción de ruido a través de mecanismos de reflexión y difracción de las ondas sonoras, fenómenos que se dan por acción del sustrato y las plantas presentes en el área de cobertura (Azkorra, y otros, 2015). Existen tres mecanismos principales por los que los techos verdes pueden actuar como una barrera acústica. El primero consiste en el uso de materiales con el fin de aumentar la carga de masa lo que aumenta la pérdida de transmisión de sonido, el segundo consiste en el uso de un techo adicional para reducir el coeficiente de transmisión, y por último, la presencia de plantas proporciona reducción de aproximadamente 10 dB en el ruido percibido (Connelly & Hodgson, 2013). Adicional a esto, se ha encontrado que los techos verdes tienen un gran potencial como mitigante de ruido originado por fuentes móviles, por lo que pueden ser de
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gran utilidad al combatir el problema de ruido al que se enfrentan los grandes centros urbanos (Van Renterghem, Hornixk, Forssen, & Botteldooren, 2013).
Por otra parte, en un ensayo in-situ realizado por Van Renterghem & Botteldooren (2011) se buscó determinar el efecto que tiene la implementación de techos verdes en edificios, para lo que se plantearon 5 casos de estudio en los que se realizaron mediciones de ruido antes y despúes (línea continua gris clara) de la instalación de techos verdes haciendo uso de un equipo para generar ondas de sonido a distintas frecuencias. Los resultados obtenidos se muestran en la Figura 2, a partir de la que los autores infieren que los techos verdes podrían tener una reducción significativa de ruido en los sitios en los que se reciben ondas de sonido difractadas, reducción que podría incluso alcanzar una reducción en la presión de sonido por encima de 10 dB (Van Renterghem & Botteldooren, 2011).
De la misma manera, lo anterior fue estudiado de manera teórica por los mismos autores a partir del modelo FDTD (the finite-difference time-domain method) con el fin de evaluar la reducción de ruido por techos verdes intensivos y extensivos. Los resultados obtenidos indican que la capacidad de reducción de ruido proporcionada por los dos tipos de techos verdes mencionados es adecuada e incrementa en la medida que aumenta la frecuencia de la onda y la profundidad del sustrato (Van Renterghem & Botteldooren, Numerical evaluation of sound propagating over green roofs, 2008). Sin embargo, es necesario destacar que a bajas frecuencias no se observó gran diferencia en el nivel de reducción de ruido (Van Renterghem & Botteldooren, Numerical evaluation of sound propagating over green roofs, 2008).
Figura 2 Niveles de presión sonora medidos a distintos octavos de banda en ausencia (línea continua negra) y presencia (línea continua gris) de techos verdes en los distintos casos de estudio. Tomado de (Van
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A continuación se describirán las variables que hasta el momento han sido estudiadas en ensayos de laboratorio, las cuales influyen en la capacidad de disipación de ruido por parte de los techos verdes, entre estas variables se encuentran la profundidad y las características del sustrato, contenido de agua en el sustrato, área y posición del techo verde, tipo de vegetación en la cobertura y pendiente de la superficie en la que se encuentra posicionado el techo verde (Van Renterghem & Botteldooren, 2011; Yang, Kang & Choi, 2012; Conelly & Hodgson, 2015).
4.3.1. Profundidad y características del sustrato
El sustrato de los techos verdes es considerado como un material granulado no consolidado capaz de absorber ondas de sonido a distintas frecuencias debido a que los materiales que lo conforman, como lo son arena, materia orgánica y minerales determinan la porosidad del material (Conelly & Hodgson, 2015). Al haber un grado adecuado de porosidad en el medio se da paso a la expansión y contracción irregular del flujo de aire a través de los poros al interior de este, lo que resulta en una pérdida de momentum de la onda (Delany & Bazley, 1970).
Con el propósito de determinar el efecto de la profundidad y características del sustrato en la capacidad de absorción de ondas de sonido Conelly & Hodgson (2015) condujeron un experimento empleando arena, compost, piedra pómez y 6 tipos de sustrato usados típicamente en techos verdes, cuyas características se encuentran presentadas en la Tabla 1.
Tabla 1 Características de las muestras empleadas para determinar la absorbancia de ondas de sonido. Adaptado de (Conelly & Hodgson, 2015).
Muestra % Materia orgánica Densidad de partículas
(kg/m3)
Porosidad total (%vol.) Capacidad de almacenamiento (%vol.) Capacidad a punto de marchitamiento (%vol.) Distribución de partículas Partículas >6,3 mm (%masa)
Arena <1 2704.3 36.6 7.5 3.6 0.43 0.10
Compost 32 1755.9 72.6 46.7 36.7 0.28 1.10
Piedra pómez <1 1996.5 74.7 31.3 27.1 0.28 20.1
Sustrato 1 15 1980.9 72.4 33.0 23.7 1.00 7.60
Sustrato 2 14 1909.9 74.9 30.6 29.4 0.70 4.40
Sustrato 3 15 2196.0 63.0 31.1 25.0 1.00 6.30
Sustrato 4 14 2447.2 57.6 18.7 12.5 0.57 50.6
Sustrato 5 2 2361.6 61.5 30.5 23.3 1.00 7.00
Sustrato 6 25 2205.0 57.7 17.9 15.5 0.86 1.70
Los resultados obtenidos luego de conducir el ensayo en el laboratorio se exponen en la Figura 3, a partir de los que Conelly & Hodgson (2015) infieren que de las características físicas tomadas al realizar la comparación entre las muestras, las más determinantes corresponden al porcentaje de materia orgánica y a la porosidad; sin embargo esta última no varía mucho entre las muestras. El contenido de materia orgánica afecta positivamente el
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coeficiente de absorción, es decir, a medida que aumenta el contenido de materia orgánica se observa un incremento en el coeficiente de absorción para un octavo de banda entre 250 Hz y 2000 Hz; a frecuencias inferiores no se observa una diferencia significativa entre los coeficientes de absorción de las muestras (Conelly & Hodgson, 2015).
Figura 3 Coeficientes de absorción medidos para distintos octavos de banda en cada muestra. Tomado de (Conelly & Hodgson, 2015).
Así mismo, al comparar el contenido de materia orgánica de los sustratos se obtuvieron los resultados señalados en la Figura 4, en la que se comparan sustratos con un porcentaje de materia orgánica de 2%, 14% y 25%. Es posible observar que la curva del coeficiente de absorción correspondiente al sustrato con un contenido de materia orgánica del 2% es similar a la curva obtenida para arena mostrada en la Figura 3, mientras que en los sustratos con 14% y 25% de materia orgánica se observa un incremento del coeficiente de absorción (Conelly & Hodgson, 2015).
Figura 4 Coeficientes de reducción de ruido medidos para distintos octavos de banda y porcentajes de contenido de materia orgánica en los sustratos. Tomado de (Conelly & Hodgson, 2015).
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Por otra parte, en este mismo estudio Conelly & Hodgson (2015) tomaron como variable de estudio la profundidad del sustrato, para lo que se usaron sustratos con 50, 75,100, 125, 150, 175 y 200 mm de profundidad. Los coeficientes de reducción de ruido son mostrados en la Figura 5, a partir de la que es posible determinar que los coeficientes de reducción de ruido de los sustratos tienden a aumentar en frecuencias entre 200 Hz y 1250 Hz y luego se estabilizan en frecuencias entre 1250 Hz y 4000 Hz (Conelly & Hodgson, 2015). De la misma manera, el coeficiente de absorción tiende a incrementar en la medida que la profundidad del sustrato también aumenta. El coeficiente de reducción de ruido promedio corresponde a 0.62 para sustratos con una profundidad entre 50 y 200 mm (Conelly & Hodgson, 2015).
Figura 5 Coeficientes de reducción medidos a distintos octavos de banda para sustratos con profundidades entre 50 mm y 200 mm. Tomado de (Conelly & Hodgson, 2015).
Acorde a los resultados representados en la Figuras 5 es posible determinar que una forma de aumentar la eficiencia de los techos verdes como medida mitigante ante el ruido podría ser el uso de sustratos relativamente profundos, quizá con profundidades superiores a 100 mm. Asimismo, otorgarle al sustrato un alto contenido de materia orgánica puede ser una medida para mejorar la capacidad de absorción de ruido por parte de este tipo de estructuras verdes, tal como se mostró en las Figuras 3 y 4.
4.3.2. Contenido de agua en el sustrato
Cuando se presenta un alto contenido de humedad en materiales porosos la capacidad de absorción de ondas sonoras se ve afectada de manera negativa debido a que en general, la eficiencia de absorción decrece cuando el espesor de la capa porosa se ve reducida, lo que ocurre cuando el contenido de humedad aumenta en el medio bien sea por irrigación de este o por el incremento en el contenido de agua posterior a un evento de lluvia (Van Renterghem & Botteldooren, 2014). Con el fin de estudiar la capacidad de reducción de ruido mediante el uso de techos verdes, Van Renterghem & Botteldooren (2014) estudiaron el efecto de la lluvia, mientras Conelly & Hodgson (2015) determinaron como el porcentaje de contenido de humedad interferia con el coeficiente de absorción.
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En principio, es necesario aclarar que los techos verdes demandan un contenido de humedad determinado para garantizar el adecuado desarrollo de las plantas sembradas según su especie, razón por la que siempre debe haber un porcentaje de agua en el medio (Luckett & Ap, 2009). Sin embargo, con el fin de determinar el impacto del contenido de agua en el sustrato, Conelly & Hodgson (2015) señalan el impacto del contenido volumétrico de agua y la compactación en el sustrato mediante el uso de cuatro sustratos; dos con un contenido volumétrico de agua a punto de marchitamiento y dos a capacidad de campo, en donde cada una de estas categorías se empleó un sustrato compactado. La variación de los coeficientes de absorción en los cuatro casos se muestra en la Figura 6, de la que se puede determinar que en la medida en que el sustrato se encuentra compactado su eficiencia al absorber sonido se reduce. De la misma manera, al comparar el sustrato bajo de las dos condiciones de contenido de agua, se puede inferir que con el aumento en el contenido volumétrico de agua hasta punto de saturación el coeficiente de absorción se reduce significativamente, particularmente a frecuencias entre los 500 Hz y 2000 Hz (Conelly & Hodgson, 2015).
Figura 6 Variación en el coeficiente de absorción a distintas frecuencias con el contenido de humedad. Tomado de (Conelly & Hodgson, 2015).
Por otra parte, Van Renterghem & Botteldooren (2014) analizaron cómo un evento de lluvia puede repercutir en el efecto acustico que puedan tener los techos verdes. Según los resultados presentados en la Figura 7, se puede determinar que en un rango de frecuencia entre 315 Hz y 1250 Hz la atenuación promedio de sonido decrece considerablemente a medida que el contenido voluméntrico de agua aumenta, mostrando consecuencias más notorias a frecuencias entre 315 Hz y 400 Hz, rango en el que la reducción de la presión de sonido puede disminuir hasta 10 dB (Van Renterghem & Botteldooren, 2014). Simultáneamente, los autores buscaron predecir cómo la disminución de ruido procedente de fuentes móviles se podría ver afectada por el aumento de la humedad contenida en el sustrato, concluyendo que la atenuación de ruido podría ser menor a 2 dB, por lo que el impacto para este caso podría no ser muy negativo (Van Renterghem & Botteldooren, 2014).
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Figura 7 Atenuación de la presión de sonido para 6 distintos contenidos volumétricos de agua para diferentes frecuencias. Tomado de (Van Renterghem & Botteldooren, 2014).
4.3.3. Área y posición del techo verde
El área ocupada por un techo verde está estrechamente relacionada con la capacidad de atenuación acústica por parte del mismo, debido a que es esta variable la que determina la extensión de la capa porosa disponible para interactuar con las ondas de sonido sobre los techos verdes (Van Renterghem, Hornixk, Forssen, & Botteldooren, 2013). Con el propósito de determinar el efecto del área en la reducción del nivel de presión de sonido por parte de los techo verdes, Yang, Kang, & Choi (2012) realizaron un ensayo en laboratorio empleando techos verdes en modulos de 0.96 m2, usando un total de cinco módulos como área máxima, es decir 4.8 m2 y se empleó el micrófono recibidor a una altura de 1 metro y de 1.6 metros.
A continuación, en la Figura 8 se exhibe la atenuación de presión de sonido medida en función del área del techo verde haciendo uso de modulos de techo verde con áreas de 0.96 m2 (1 row), 1.92 m2 (2 rows), 2.88 m2 (3 rows), 3.84 m2 (4 rows) y 4.8 m2 (5 rows), en donde se observa que un sistema de techos verdes posicionado sobre una estructura con altura relativamente baja, se puede alcanzar una reduccion de ruido por encima de 20 dB a altas frecuencias en la medida que aumenta el área del techo verde (Yang, Kang, & Choi, 2012). Igualmente, al evaluar el efecto de atenuación contra un espectro típico de tráfico vehícular a una velocidad de 70 km/h se observa que este incrementa en la medida que aumenta el área
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del techo verde, alcanzando un valor máximo de 9.7 dB, valor obtenido al emplear el área máxima del techo verde (Yang, Kang, & Choi, 2012).
Figura 8 Atenuación del nivel de presión de sonido (SPL) medida para distintas frecuencias y área de techo verde. Tomado de (Yang, Kang, & Choi, 2012).
Por otra parte, se cree que la posición del techo verde afecta directamente la capacidad de reducción acústica a distintas frecuencias, por lo que Yang, Kang, & Choi (2012) investigaron el efecto de ubicar el techo verde directamente en la zona más cercana a la fuente de ruido hacia el centro, y en la zona más alejada de la fuente de ruido. Los resultados ilustrados en la Figura 9 indican que los patrones de atenuación sonora tienden a variar con la posición en la que se encuentra el techo verde y la frecuencia de la onda. También se puede inferir que la atenuación a altas frecuencias puede superar los 15 dB al ubicar el techo verde en la zona frontal, mientras que a bajas frecuencias no se observa mayor diferencia en la atenuación proporcionada en las distintas posiciones (Yang, Kang, & Choi, 2012).
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Figura 9 Atenuación del nivel de presión de sonido medida para distintas frecuencias y posición del techo verde. Tomado de (Yang, Kang, & Choi, 2012).
Acorde a los resultados ilustrados en la Figura 8 y en la Figura 9 es posible concluir que el efecto del área del techo verde en la capacidad de atenuación tiene un mayor impacto en comparación al efecto que tiene la posición del techo verde. Asimismo, el efecto atenuante aumenta proporcionalmente con el área, alcanzando una reducción alrededor de 20 dB a frecuencias altas haciendo uso de un techo verde con un área de 4.8 m2. También, es posible determinar que no existe gran diferencia en el efecto que tiene la posición del techo verde a bajas frecuencias; sin embargo, a altas frecuencias un techo verde ubicado en la región más
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próxima a la fuente de ruido parece ser más eficiente, otorgando una disminución incluso superior a 15 dB.
4.3.4. Tipo de vegetación en la cobertura
La vegetación tiene potencial como medida de reducción de ruido mediante el uso de estructuras verdes (Van Renterghem & Botteldooren, 2009; Van Renterghem & Botteldooren, 2011; Wong, Kwang Tan, Tan, Chiang & Wong, 2010). Las características de esta incluyen formas complejas y características no lineales, por lo que sus propiedades acústicas pueden variar con la especie y localización, por lo que no siempre se va a percibir una reducción similar y constante en interiores (Van Renterghem, Hornixk, Forssen & Botteldooren, 2013; Jang, Kim & Jeon, 2015)
La presencia de una cobertura vegetal puede reducir el nivel de presión de sonido, particularmente a altas frecuencias, por medio de tres mecanismos. El primero se da mediante la reflexión y difracción de las ondas por acción de los elementos de las plantas (Azkorra, y otros, 2015). El segundo corresponde a absorción por la vegetación, lo que se atribuye a la disipación de energía por medio de la vibración mecánica que se produce por acción de las ondas en elementos de las plantas, como las hojas (Azkorra, y otros, 2015). Y finalmente, como tercer mecanismo se encuentra la destrucción de ondas sonoras por la interferencia generada por la presencia de plantas (Azkorra, y otros, 2015).
Así mismo, se ha determinado que la capacidad de absorción y reflexión sonora entre distintos de plantas puede depender de la masa, densidad y tamaño de las hojas (Horoshenkov, Khan, & Benkreira, 2013). Sin embargo, no es sabido si la variabilidad en las especies de plantas y la raíz de estas pueden afectar la absorción de sonido por acción de la vegetación presente en un techo verde; aunque algunos ensayos en diferentes suelos sugieren que la capacidad de absorción de un suelo con vegetación está determinada por las características del medio hasta alcanzar una profundidad de 90 mm (van der Heijden , Claessen, & de Cock, 1979).
Entre las especies vegetales comúnmente plantadas en techos verdes se encuentran Sedum kamtschaticum, Sedum sexsangulare, Sedum reflexum, Sedum album murale, Sedum album coral carpet, Sedum spurium, Sedum weihenstephaner gold, entre otras (Luckett & Ap, 2009). Aunque el efecto acústico de estas especies en techos verdes no han sido estudiadas en detalle, Yang, Kang, & Choi (2012) realizaron un ensayo en el que se simularon dos escenarios, en el primero se hizo uso de algodón, con el fin de simular la mejor situacion; mientras que en segundo se emplearon hojas podadas recientes con el propósito de representar las especies empleadas en la siembra de techos verdes, aunque su especie no se especifica.
Los resultados obtenidos a partir del estudio desarrollado por Yang, Kang & Choi (2012) se encuentran representados en la Figura 10. Acorde a estos resultados es posible determinar que se observa una diferencia significativa en la atenuación de sonido sólo a frecuencias altas, particularmente para frecuencias por encima de 3.15 kHz, lo que se puede atribuir principalmente a la densidad y vibración de las hojas (Yang, Kang, & Choi, 2012). Además de
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esto, los resultados obtenidos al hacer uso del algodón como especie sembrada permiten sugerir que se puede alcanzar una disminución de ruido entre 3 dB y 4 dB, aunque la atenuación podría ser superior sí la distribución de las especies de plantas a usar en el techo verde es mejor diseñada (Yang, Kang, & Choi, 2012).
Figura 10 Atenuación del nivel de presión de sonido medida para distintas frecuencias haciendo uso de dos tipos de vegetación. Tomado de (Yang, Kang, & Choi, 2012).
4.4. Beneficios obtenidos al reducir en nivel de ruido al que se expone la población
Tal como se mencionó en la descripción del problema, la exposición a niveles de ruido por encima de 55 dB está estrechamente relacionada con el aumento en el riesgo a desarrollar
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problemas cardiovasculares, auditivos y endocrinos. Así mismo, puede afectar negativamente el bienestar psicológico del ser humano, por actuar como un estresor en el mismo.
Estimativos de algunos de los posibles impactos del ruido en la salud pública fueron desarrollados en países europeos durante el año 2011, tal como se muestra en la Tabla 2, donde se cuantifica el impacto causado en la salud pública como función del número de años de discapacidad ajustados1 (DALYs) (Murphy & King, Environmental Noise Pollution, 2014).
Tabla 2 Carga de enfermedades producto del ruido ambiental en Europa. Adaptado de (Murphy & King, 2014).
Respuesta a la
exposición de ruido Impacto en la salud pública
Molestia 587.000 DALYs perdidos por habitantes de pueblos con una población
superior a 50.000 habitantes
Disrupción del sueño 903.000 DALYs perdidos por habitantes de pueblos con una población
superior a 50.000 habitantes
Enfermedades cardiovasculares
61.000 años por enfermedades isquémicas del corazón en países Europeos con altos ingresos
Sensación de ruido en
ausencia de este 22.000 DALYs perdidos por la población Europea adulta.
Impedimento cognitivo en
niños 45.000 DALYs perdidos por niños con edades entre 7 y 19 años.
Lo anterior permite sugerir que uno de los beneficios obtenidos al reducir el nivel de ruido al que una población es expuesta corresponde a la reducción del número de años de vida potenciales perdidos, bien sea por muerte o por el desarrollo de alguna enfermedad que pueda estar relacionada con el deterioro de la salud del ser humano, por lo que se mejoraría la calidad de vida del mismo.
Adicionalmente, otros beneficios obtenidos en términos de salud humana hacen referencia a la reducción de la probabilidad a desarrollar enfermedades enfermedad isquémica de corazón, hipertensión, pérdida auditiva y problemas endocrinos y hormonales pueden ser
1 Medida que suma el total de años de vida potenciales perdidos debido a una muerte prematura y los
años de vida “saludable” perdidos producto del desarrollo de enfermedades o causantes de deterioro de la salud. Lo anterior se puede resumir en la siguiente función matemática:
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alcanzados al reducir el nivel de ruido ambiental (Nijland, Van Kemper, Van Wee, & Jabben, 2003; Murphy & King, 2014).
Por otra parte, la Organización Mundial de la Salud sugiere que el ruido ambiental debe ser incluido en las políticas de salud pública a nivel mundial por las consecuencias que puede tener, haciendo un énfasis particular en la exposición a un nivel de presión de sonido superior a 40 dB en la noche (World Health Organisation, 2009). A continuación, en la Tabla 3 se muestran los efectos en la población general a distintos niveles de ruido.
Tabla 3 Efectos en la salud de varios niveles de ruido en la población general. Adaptado de (World Health Organisation, 2009).
Nivel de ruido promedio en
la noche durante un año [dB] Efectos observados en la salud de la población
Menor a 30
Corresponde al nivel de ruido equivalente al NOEL (no observed effect level), por lo que no tiene implicaciones biológicas
observables.
30-40
Algunos de los efectos observados a este nivel de ruido comprenden movimiento del cuerpo, disrupción del ciclo normal de sueño y
dificultad para conciliar el mismo, especialmente en grupos vulnerables como infantes. Sin embargo, este rango de exposición a ruido corresponde al LOAEL (lowest observed adverse effect level).
40-55 Algunos efectos adversos en la salud son observados en la población
expuesta, afectando más severamente a los grupos vulnerables.
Mayor a 55
Este nivel de ruido es considerado como punto crítico en términos de salud pública. Efectos adversos en la salud ocurren frecuentemente, y una porción significativa de la población puede indicar que presenta molestia e interrupción del suelo. Además del
aumento de la probabilidad a desarrollar enfermedad cardiaca.
A partir de la información contenida en la Tabla 3 se puede inferir que el nivel de ruido máximo que debería ser permitido para garantizar la salud y bienestar del ser humano es inferior a 30 dB; sin embargo, este nivel de ruido es normalmente excedido, teniendo en cuenta que sólo un vehículo puede dar paso a un nivel de ruido superior a 65 dB a una velocidad de 72 km/h, por lo que en principio se debería velar por el cumplimiento de la recomendación de 55 dB dictada por la WHO (Murphy & King, 2014).
Finalmente, en un estudio realizado por Nijland, Van Kemper, Van Wee & Jabben (2003) en Países Bajos se estimó que el costo que implica reducir el ruido ambiental a niveles aceptables (55 dB) puede alcanzar 1.4-2.0 billones de euros; mientras que los beneficios obtenidos producto de esta reducción pueden verse traducidas en un beneficio económico de 4.4-5.7
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billones de euros. Lo que indica que los beneficios obtenidos al reducir la contaminación auditiva más allá de beneficiar la calidad de vida de la población en el lugar, pueden traer consigo un beneficio económico.
5. Conclusión y recomendaciones
Este trabajo de desarrolló con el objetivo de establecer un estado del arte alusivo a la capacidad que tienen los techos verdes de actuar como medida de mitigación frente a la contaminación auditiva a la que se enfrentan los grandes centros urbanos, proveniente principalmente de fuentes móviles. Para ello se realizó una revisión de artículos publicados en revistas referentes al tema de ruido y las propiedades acústicas que proveen los techos verdes. Sin embargo, es necesario aclarar que la mayoría de estos estudios han sido desarrollados en laboratorio, por lo que sería pertinente evaluar el desempeño de los techos verdes en un aspecto acústico representando las condiciones bajo las que puedan operar una vez sean implementados.
De la misma manera, la información encontrada confirma que los techos verdes pueden actuar como una herramienta útil en lo que concierne al ruido como contaminante ambiental. Sin embargo, su funcionamiento y eficiencia está estrechamente relacionado con las características del sustrato, contenido de materia orgánica, contenido de humedad, área del techo verde, y la vegetación sembrada en el medio. Los resultados obtenidos en los estudios en los que este trabajo se basó sugieren que las variables más importantes en un aspecto acústico corresponden a la profundidad del sustrato, contenido de materia orgánica, contenido de humedad y área del techo verde, principalmente. Dicho esto, la capacidad acústica de los techos verdes mejora en la medida que aumenta la profundidad del sustrato, contenido de materia orgánica en el medio y área; y disminuye en la medida que aumenta el porcentaje de contenido de humedad.
Así mismo, al desarrollar políticas de salud pública para combatir el problema de ruido en ciudades se podría obtener beneficios, no solo en términos de bienestar y salud del ser humano, sino que también se puede incurrir en obtener un beneficio económico, tal como lo indica el estudio realizado en Países Bajos. Aunque un análisis Costo-Beneficio no es un aspecto que haya sido estudiado en detalle para distintos casos, es evidente que el reducir el nivel de ruido ambiental se mejoraría la calidad de vida de los habitantes en las ciudades. No obstante, la implementación de medidas adecuadas para combatir el problema de ruido no debería ser considerada como una opción, ya que como se mencionó previamente, la WHO resalta el efecto que la exposición a ruido tiene en la salud humana.
Finalmente, es necesario destacar que en principio uno de los objetivos de este estudio era determinar las zonas potenciales en las que la implementación de techos verdes podría tener un impacto positivo en la reducción de en Bogotá; sin embargo, no existe una red de monitoreo de ruido ambiental en la ciudad, por lo que se recomienda la implementación de una por parte de la Secretaria Distrital de Ambienta con el fin de poder confirmar y verificar que existe cumplimiento de los estándares desarrollados por el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial Colombiano en todo momento, no sólo para eventos de ruido
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extraordinarios. Lo anterior permitiría estudiar a futuro las medidas que podría ser implementadas en la ciudad para combatir el problema de ruido y de esta forma garantizar el bienestar y salud de la población que la habita.
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