Uso de techos verdes para mejoramiento del confort térmico en

Uso de techos verdes para mejoramiento del confort térmico en

“Incorporación de techos verdes para mejorar el
confort térmico en viviendas techadas con
láminas metálicas, en zonas de alta marginación
del Estado de San Luis Potosí”
SALVADOR CHÁVEZ DELGADO
Director de tesis:
DR. GERARDO JAVIER ARISTA GONZALEZ
Sinodales:
M.D.I. Fernando Madrigal Guzmán
M. en ARQ. Juan Carlos Aguilar Aguilar
Asesores:
M.C.D.B. Jorge Aguillón Robles
I.A.F. Francisco R. Sánchez Barra
ABRIL 2011
INTRODUCCIÓN
El cambio climático ha provocado la pérdida de algunos recursos
naturales como la palma y la paja entre otros, utilizados en la
construcción de la vivienda rural en condiciones de marginación, por
lo cual algunos de estos materiales naturales han sido sustituidos
paulatinamente por materiales manufacturados, tales como las
láminas metálicas para las techumbres de estas viviendas.
En SLP, la SEDESOL a través de los Programas de Desarrollo para
Zonas Prioritarias (PDZP), la participación de los gobiernos
municipales y la colaboración de las familias de estas comunidades
marginadas, se logra el otorgamiento de “paquetes de materiales” que
son entregados a las familias bajo el esquema “llave en mano” con el
propósito de mejorar las condiciones de habitabilidad de estas
viviendas que pertenecen a comunidades con niveles elevados de
marginación.
Concepto de naturación de construcciones
Marco teórico
Tratamiento técnico de superficies de construcción edificadas en forma
horizontal, vertical o inclinada con vegetación, siendo esta especialmente
adaptada conformando una capa multifuncional (Rudolf et al.,1995).
Azoteas naturadas:
Capas de vegetación sobre un sistema de cubierta
Propósitos
Públicos
Mejoramiento estético
Separación de residuos
Manejo de agua de lluvia
(Calidad y cantidad)
Privados
Según proyecto
Eficiencia energética
Mejora el diseño fotovoltaico
Incrementa la durabilidad de la
Aporta créditos a la
membrana impermeabilizante
certificación LEED ®
Retardante del fuego
Aumenta la biodiversidad
Mejoramiento de calidad del aire
Bloqueo de la radiación
electromagnética
Reducción del ruido
Nuevos espacios recreativos
Mejor comercialización
Mejora el bienestar y
salud de las personas
Agricultura urbana
Tratamiento local
del agua residual
Oportunidades educativas
Reducción del efecto isla de calor
Creación local de empleos
Tipos de azoteas naturadas
Marco teórico
Extensiva
• Requerimientos de mantenimiento muy bajos
• Capa de substrato ≤15 cm
• Peso de la capa de substrato y vegetación (en
estado saturado) entre 110 y 140 kg/m2.
Semi-intensiva
• Requerimientos de mantenimiento normales
• Capa de substrato de al menos 15 cm a 30 cm
• Peso de la capa de substrato y vegetación (en
estado saturado), entre 140 y 250 kg/m2.
• Arbustos/Setos/Plantas intermedias
Intensiva
(GODF, 2008; AMENA, 2006)
• Requerimientos de mantenimiento normales o
frecuentes
• Capa de substrato de 40 cm
• Peso de la capa de substrato y vegetación (en
estado saturado) ˃250 kg/m2.
• Arbustos grandes, árboles
Características de los tipos de azoteas naturadas
Marco teórico
Características
Profundidad de
sustrato
Accesibilidad
Peso a Saturación
Total
Extensivo
Semi-Intensivo
Intensivo
10 ≤ X ≤ 15 cm
15 ˂ X ≤ 30 cm
40 cm ˂
Muy reducida o
Reducida o parcial Generalmente alta
inexistente
110 ˂ X ≤ 140
140 ˂ X ≤ 250
250 kg/m² ˂
kg/m²
kg/m²
Diversidad de Plantas
Baja
Amplia
Muy amplia
Costo
Bajo
Variable
Alto
Mínimo
Variable
Generalmente alto
Mantenimiento
Cobertura Vegetal
Crasuláceas
Crasuláceas,
Crasuláceas,
pastos arbustos y
pastos y arbustos
árboles
Altura de Crecimiento
de Plantas
5 - 50 cm
5 - 100 cm
5 - 400 cm
Diámetro de Copa
No aplica
No aplica
300 cm máximo
Marco teórico
Ventajas generales de los
tipos de azoteas naturadas.
Extensivo
Ligero
Bajos Costos de
Mantenimiento
Apropiado para
Proyectos de
Remodelación
Menores Costos de
Intervención
Fácil Reposición
Semi-intensivo
Intensivo
Combinación de las
Gran Diversidad de
Mejores
Plantas
Mejor aprovechamiento Mejor Desempeño en
de Áreas con Mayor
aislamiento y manejo de
Capacidad de Carga
Agua
Mayor Cobertura a
menor Costo
Mantenimiento
Promedio
Mayores Posibilidades
Estéticas que el
Extensivo
Amplio Margen para el
Diseño
Versatilidad de Uso
Mayor Potencial de
biodiversidad
Componentes de azoteas naturadas
Plantas
Marco teórico
Sustrato vegetal
Compuesto para
reforzamiento de raíz
(opcional)
Compuesto drenante
Barrera de raíz (opcional)
Membrana impermeable
reforzada
Losa de concreto semilisa
Marco teórico
Tipo de plantas y profundidad de sustratos
Tipo de planta
Profundidad de sustrato
Tipo de sistema
Crasuláceas
Cubre pisos y pasto
Arbustos
Arbustos grandes y
árboles pequeños
Árboles
25 - 76 mm ˂
152 - 250 mm ˂
457- 610 mm ˂
Extensivo
Extensivo / Intensivo
Intensivo
610 - 91 cm ˂
Intensivo
191 cm ˂
Intensivo
Composición volumétrica de sustratos
Tipo de Naturación
Intensivo y Semi-intensivo
Más de 15 cm de prof. de sustrato.
Extensivo
De 10 a 15 cm de prof.de sustrato.
Componentes
Agregados ligeros
Arena gruesa
Materia orgánica
Agregados ligeros
Materia orgánica
Arena gruesa
% del volumen
35 - 60
25 - 50
5 - 20
60 -100
0 - 25
0 - 35
Componentes usados en la preparación de sustratos
Inorgánicos
Marco teórico
Arenas gruesas
Tierra de
diatomeas
Arcilla, pizara o
esquisto
expandidos
Las arenas finas no son muy usadas debido a que son pesadas, no
retienen bien los nutrientes y pueden obstruir la capa filtrante y la capa
drenante.
Es una roca que existe en la naturaleza, suave y con consistencia de
gris, que se desmorona fácilmente. Contiene 86% de sílice, 5% de sodio,
3% de magnesio y 2% de hierro.
Contienen minerales expandidos en un horno rotatorio a temperaturas
arriba de 1093° C.
Perlita
Vidrio volcánico amorfo con un contenido relativamente alto de agua,
generalmente formado por hidratación de la obsidiana.
Lana mineral
Silicato fibroso y amorfo manufacturado de roca.
Piedra pómez
Roca volcánica que se solidificó en forma de espuma.
Rocas
volcánicas
Difiere de la piedra pómez en que es más densa, presenta cavidades
más grandes, es más pesada y no flota.
Vermiculita
Zeolita
Tejas o baldosas
trituradas
Es una mica calentada arriba de los 300° C, muy ligera y con gránulos
esponjosos.
Son minerales aluminosilicato hidratados con estructuras de microporos.
Puede ser usada en lugar de ingredientes gruesos. Asegura que los
materiales usados sean inertes y no filtren contaminantes en los
escurrimientos.
Orgánicos
Marco teórico
Componentes usados en la preparación de sustratos
Este producto resulta de la descomposición biológica
Composta
controlada de material orgánico, que ha sido desinfectado por
calor , estabilizado para facilitar el crecimiento de plantas y que
(Humus)
no contiene semillas de maleza.
Vermicomposta / La lombricomposta es un producto de materia orgánica rico en
nutrientes resultante de la descomposición de algunas especies
Abono de
de lombrices de tierra. Son un fertilizante natural y
lombriz
acondicionan el medio de crecimiento.
El aserrín y la viruta de madera muchas veces son utilizados
Aserrín y virutas como abono. Son bajos en nitrógeno y por tanto, cuando se
descomponen atrapan este nutriente del suelo. Para evitar esto
de madera
se debe utilizar aserrín y viruta de madera totalmente
composteado.
La turba es un material vegetal parcialmente descompuesto
formado a lo lago de cientos de años y conformado en su
mayor parte por musgo (Sphagnum) y juncos. Este material
orgánico puro tiene una muy alta capacidad de retención de
Turba negra y
agua pero cuando se seca se torna hidrofóbico. La turba es una
buena fuente de material orgánico pero es poco nutritivo y tiene
rubia (Peat
una población microbiana pobre. Las ciénagas de turba son un
moss)
recurso limitado que necesita ser aprovechado de forma
sustentable. Son depósitos significativos de carbón y su
explotación es una gran preocupación de grupos ecologistas y
ambientalistas.
Materiales para reforzamiento de raíz
Marco teórico
Materiales
Resistencia Tipo de barrera
propia
Necesaria
Concreto impermeable
Si
No aplica
Cloruro de Polivinilo
(PVC)
Si
No aplica
Etileno Propileno Dieno
Monómero (EPDM)
Si
No aplica
Observaciones
Especial atención a las Juntas
de expansión
Membrana de 80 milésimas
(2.03 mm) mínimo de espesor y
reforzada.
Membrana de 60 milésimas
(1.52 mm) mínimo de espesor y
reforzada. Requiere refuerzo en
traslapes.
Poliolefina
Termoplástica (TPO)
Asfalto: SBS, APP
Si
No aplica
No
Física o química
Traslapes de 10 cm mínimo.
Espuma de poliuretano
No
Física
60 milésimas (1.52 mm) de
espesor (en seco) mínimo.
Traslapes reforzados.
Materiales para la creación de una barrera anti-raíces
Material
Condiciones mínimas de aplicación
Polietileno de alta densidad
(HDPE)
20 milésimas (0,51) de espesor mínimo.
Las juntas deberán ser termo fusionadas.
Polietileno
20 milésimas (0,51) de espesor mínimo y traslapes sin
soldar a 1.5 m o traslapes soldados y 30 cm mínimo de
traslape.
Sistemas impermeabilizantes
Material Base
Marco teórico
Plástico
Principales
Representantes
PVC (Cloruro de
Polivinilo)
Método de
Aplicación
Soplete de aire
caliente
Sistema Típico
de Fijación
Pros
Flotante
Amplia ventana de
instalación. No
requiere
protección contra
la penetración de
raíces.
EPDM (Etileno
Propileno Dieno
Monómero)
Adhesión
Integral
TPO (Poliolefina
Termoplástica,
Mezcla de Caucho y
Plástico)
Soplete de aire
caliente
Flotante
SBS (Estireno
Butadieno Estireno).
APP (Polipropileno
Actactico)
Soplete de flama
abierta
Integral
Aspersión
Integral
Caucho
Asfalto
Poliuretano
Espuma de
Poliuretano
Contras
Escaso número
de Fabricantes.
Contiene
Plastificantes
Las Juntas no
cumplen con el
Amplia ventana de
estándar FLL.
instalación.
Pobre resistencia
Lienzos Anchos
al daño físico de
(Menor cantidad
membranas
de Juntas)
delgadas sin
refuerzo
No requiere
Escaso número
protección contra de Fabricantes
la penetración de de experiencia
raíces
probada.
Buena resistencia
al transito. Alta
resistencia de las
Requiere
juntas, al
protección contra
punzado. Con
la penetración de
certificación no se
raíces. Uso de
requiere
flama abierta.
protección contra
la penetración de
las raíces.
Requiere equipo
especial.
Sin juntas. Alta
Uniformidad de la
resistencia a la
capa. Requiere
humedad
protección contra
la penetración de
raíces.
Problemática y justificación
El uso de las láminas acanaladas para este tipo de techumbres
generan condiciones de inhabitabilidad debido a los factores climáticos
de las zonas geográficas y a los efectos de la radiación solar (actuando
como un verdadero radiador que puede elevar temperaturas de más de
40°C en los momentos de sol y frío excesivo durante la noche) esto
altera significativamente la “condición mental en la que se expresa la
satisfacción con el ambiente térmico” (Norma ISO 7730) originándose
problemas de confort por debajo del mínimo aceptable, haciendo que la
convivencia del espacio de sus habitantes sea tanto incómodo como
perjudicial para la salud a largo plazo.
Como respuesta a la problemática del efecto del cambio climático, se
propone la incorporación de una nueva técnica alterna de protección
térmica de bajo costo titulada “techos verdes sobre lámina” basada en
la tecnología de “Naturación de Azoteas” siendo ésta una técnica
amigable con el entorno natural de estas comunidades, y como una
importante herramienta para el desarrollo regional y urbano
sustentable.
Problemática y justificación
La tecnología de “Techos Verdes” se pretende aplicar en viviendas
techadas con lámina metálica (Pintro, galvanizada y/o zinc), con la
finalidad de “mejorar las condiciones de confort térmico al interior
de la vivienda” y además contribuir con la naturación de azoteas con
la recuperación, rescate y conservación de áreas verdes, como
reposición de la productividad natural de nuestros ecosistemas.
Aunque esta tecnología verde no es nueva, se pretende darle impulso
en las áreas rurales para que los resultados de esta investigación se
apliquen en las comunidades más vulnerables de San Luis Potosí, y
sigan complementando el desarrollo de programas que promuevan el
cuidado de los recursos naturales y se mejoren las condiciones de
confort en la viviendas localizadas en comunidades que presentan
una alta concentración de pobreza.
Objetivo general
Incorporar “Techos verdes” sobre construcciones techadas con
láminas metálicas (pintro, galvanizadas y/o zinc) con la finalidad de
mejorar el confort térmico en el interior de las viviendas, generar el
aislamiento térmico, además de la protección de la edificación
contra los efectos de los rayos solares directos sobre las láminas,
para mejorar el confort de los espacios y la calidad de vida de los
habitantes de estas edificaciones.
Objetivos particulares:
•Conocer la vegetación como una adaptación a las condiciones
físicas y climáticas de la zona.
• Analizar la vegetación endémica de la zona.
• Aprovechamiento de los recursos naturales de la región como el
uso de materiales para construcción que garanticen el correcto
funcionamiento de dicho sistema.
Hipótesis
Mediante la incorporación de una capa de sustrato, con espesor
suficiente para la siembra de algún tipo de especies vegetales
endémicas y resistentes a las condiciones climáticas de un lugar,
colocada sobre una techumbre debidamente reforzada edificada
con láminas metálicas de zinc (láminas entregadas como apoyo
al mejoramiento de la vivienda rural por la Sedesol a través del
Programa de Desarrollo de Zonas Prioritarias), se mejorarán en
buena medida los niveles de confort térmico en el interior de
estos espacios y se mejorarán sensiblemente las condiciones de
habitabilidad de los mismos.
Selección y descripción de las especies vegetales
Especies vegetales
Criterios para selección de especies vegetales para la naturación de la
techumbre metálica.
•Se seleccionan aquellas plantas o especies vegetales adecuadas al
clima y al suelo de la región o localidad seleccionada.
•Otra opción es utilizar especies vegetales suculentas del tipo inducidas.
Crassula cultrata
CRASSULACEAE
Siempreviva
(Sempervivum tectorum),
Especies vegetales
Selección y descripción de las especies vegetales
Clima
1. Luz
2. Temperaturas
3. Lluvia
4. Humedad del aire
5. Vientos
SEDUM PLATYPHYLLUM
Suelo
1. Textura
2. Profundidad
3. Drenaje
4. PH
5. Humus y nutrientes
6. Suelo salino
El dedo Moro
(Lampranthus- Aizoáceas),
•Forma de prisma de base cuadrada cortado en talud (estructura de perfil con
ángulo de 2”, ajustable en su pendiente desde 2° hasta 30° de inclinación).
•Techumbre de lámina metálica cal.22 y 24, de 1.65 x 0.80mts, con una capa de
polietileno cal. 600, de alta densidad y color negro, adherida a la lámina con
emulsión asfáltica.
Características
Modelos experimentales
Para medir las variaciones térmicas al interior de espacios techados con lámina
de zinc naturadas, se construyeron cuatro modelos experimentales: uno en la
zona altiplano (Matehuala), dos en la zona centro (San Luis Potosí y Villa de
Reyes), uno en la zona media (Rioverde) y uno en la zona huasteca (Ciudad
Valles).
•30° con respecto a la horizontal del suelo para colocar un módulo de medición
(Hobo) de temperatura y humedad.
•Placas de poliestireno de 2” para aislar las caras del modelo.
Impermeabilización de la
lámina de zinc, con
polietileno doble color
negro fijado a la lámina
con asfalto
•Que operan como dren del sistema (empaques de huevo,
etc.)
Materiales utilizados
Especies vegetales
Insumos alternos de bajo costo:
Perforaciones en el empaque de cartón para el drenado
de excedentes de agua (Capa drenante).
•Que sustituyen a la geo-membrana (costal de fibra sintética,
malla sintética para invernadero, etc.).
Impermeabilización
Modelos experimentales
Para una mejor impermeabilidad, a los empaque de cartón de
huevo, se le hicieron múltiples perforaciones para un drenado
más rápido. Adicionalmente se recubrió la superficie con
diversos materiales para lograr una película impermeable en
el cartón, tales como:
•Emulsión asfáltica rebajada con solvente y luego recubierta
con baño de arena fina;
•Resina poliéster catalizada;
•Goma-laca diluida en alcohol industrial.
Empaque de cartón de huevo
asfaltado para su
impermeabilización
Empaque de huevo
impregnado de resina para
impermeabilización y posible
almacenamiento de agua.
Modelos experimentales
Otro material importante es la geo-membrana (geo-textil), la cual es una
malla filtrante sintética que permite el paso del agua que no es retenida en el
sustrato y evita el paso de raíces y partículas del sustrato hacia el material
drenante y evita la perforación de la cubierta.
Colocación de material drenante (cartón de huevo con
resina) sobre lámina acanalada del módulo
Materiales alternos seleccionados para sustituir la geo-membrana o
geo-textil (malla filtrante):
•Tela sintética para fabricación de costales
•Malla sintética para cubrir invernaderos
Modelos experimentales
Colocación del sustrato: Altura (4 cm) del cartón de huevo, altura
perimetral del modelo de 10 cm a 20 cm.
Altura de sustrato: entre 8 y 12 cm (se colocaron bandas de lámina
negra de 20 cm en el perímetro del modelo).
Colocación de sustrato preparado (10 cm. de espesor)
sobre la membrana anti-raíz (costal sintético).
Modelos experimentales
Una vez puesta la capa de material drenante (cartón de huevo) sobre la lámina
metálica del modelo, inicialmente instalada horizontal, previamente recubierta
con plástico negro y colocada la membrana anti-raíz (tela sintética de costal), se
procede a la naturación del modelo, es decir, la colocación del sustrato
preparado para la adecuada adaptación de la variedad vegetal conocida como
dedo moro (crasulácea tipo suculenta) y posteriormente se procede al riego para
saturar el sustrato.
Colocación de vegetal
conocido como Dedo Moro
de la variedad Crasuláceas,
del tipo suculenta
Trasplante de vegetal
(Dedo moro) para enraizar
en sustrato vegetal,
posteriormente se levanta
el módulo.
Modelos experimentales
Elaboración del sustrato: se mezclaron diferentes compuestos: arena cernida
para evitar la presencia de gravilla gruesa, mezclada con tierra negra arcillosa,
mantillo de mezquite, tezontle usado como mineral drenante, además de
estiércol de borrega en diferentes proporciones, para que el suelo posea los
nutrientes necesarios.
Naturación total de la superficie del módulo en posición horizontal.
Pasadas dos semanas, tiempo necesario para el correcto enraizado del
vegetal, se procedió a levantar la cubierta que contiene el sustrato dándole la
pendiente prevista (30° del suelo), luego se colocaron las piezas de
poliestireno previamente cortadas, en el piso y costados del modelo, para
aislar el interior que simula el espacio interior de un cuarto techado con
lamina y luego naturado para hacer el correcto registro de temperatura y
humedad.
Modelos experimentales
Para el monitoreo de temperatura y humedad en cada uno de los
sitios antes mencionados se instalan Hobos (dispositivos de
medición), tanto en el interior del modelo como en el entorno exterior,
con objeto de registrar datos de forma sistematizada y periódica, y
una vez recabada suficiente información, llevar a cabo el análisis
comparativo de los datos registrados en ambos equipos de medición.
Recolector de datos (Hobo), de
temperatura y humedad relativa con
protección especial para el exterior.
Recolector de datos (Hobo), de
temperatura y humedad relativa con
protección especial para el interior del
modelo naturado.
Modelos experimentales
Los Hobos son dispositivos para medición de factores de clima y
ambiente que registran información meteorológica y de acuerdo
al modelo utilizado pueden capturar datos del ambiente tales
como temperatura y humedad relativa (a la sombra), y registrar
información diversa como incidencia de radiación solar, velocidad
y dirección de viento, precipitación pluvial, etc.
Modelo Naturado (Dedo
Moro) a 30° de inclinación
con respecto al suelo
Hobo en el exterior.
El monitoreo y registros de datos deberá completar un ciclo anual
por lo que los resultados del análisis comparativo final se
obtendrán hasta ese momento. El material con el cual se simulan
los muros y el piso es placa de poliestireno el cual es un buen
aislante térmico,
Conclusiones
•Los modelos experimentales permitirán monitorear las
variaciones de temperatura y humedad registradas al interior y
exterior del modelo, y de forma equivalente predecir las
probables variaciones en estos factores climáticos al interior de
un espacio que previamente ha sido acondicionado con una
masa de amortiguación térmica (techo verde o azotea naturada).
•Entre los datos climatológicos factibles de registrar y monitorear
con los Hobos se cuentan la temperatura y humedad, y aunque
para esta investigación específica no han sido estimados
factores como velocidad y dirección del viento, éstos son
variables que pueden mejorar sensiblemente condiciones de
confort tanto al interior del modelo como de los espacios objeto
de esta investigación acondicionados con techos verdes.
Conclusiones
•Si se incorporan ventilaciones cruzadas a los modelos
(perforaciones laterales) para que sea posible monitorear otros
factores tales como: velocidad y dirección de viento, a su vez,
nos permitirá modelar el confort térmico interior, evaluar los
niveles de habitabilidad en los cuartos techados con lámina
metálica de zinc (Programa de Sedesol), y los espacios
acondicionados con amortiguación térmica (techo verde) objeto
de estudio en esta investigación.
•Las diferencias que pretendemos alcanzar con el análisis
comparativo de temperaturas, entre las registradas en el
interior del modelo y las registradas en el exterior oscilan
alrededor de los +5°, -5° C., lo cual, para efectos de
mejoramiento del confort térmico en el interior de las
habitaciones, representa mejoras muy importantes en los
niveles de habitabilidad de estos espacios.
Gracias
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