1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS REGION POZA RICA – TUXPAN “ANALISIS COMPARATIVO ENTRE ESPECIES VEGETALES, TROPICALES Y DESERTICAS UTILIZADAS EN AZOTEAS VERDES PARA DISMINUIR LA ISLA CALORIFICA EN ZONAS URBANAS” TESIS PARA ACREDITAR EL EXAMEN DEMOSTRATIVO DE EXPERIENCIA RECEPCIONAL PRESENTA: MAQUIR ZIMRI OSORIO HUERTA. DIRECTOR DEL TRABAJO RECEPCIONAL: M.C.A. SERGIO NATÀN GONZÀLEZ ROCHA ASESOR DEL TRABAJO RECEPCIONAL: M.C. AURORA E. GALICIA BADILLO. POZA RICA DE HIDALGO, VERACRUZ. FEBRERO 2013 2 INDICE INTRODUCCIÓN Descripción del problema. Justificacion. OBJETIVOS Página 7 7 8 General. Específicos. 9 9 9 CAPÍTULO I.- MARCO TEÓRICO. 9 1.1 Calentamiento global y cambio climático. 10 1.2 Contaminación atmosférica y calidad del aire. 13 14 15 15 1.2.1 Contaminantes primarios. 1.2.2 Contaminantes secundarios. 1.2.3 La calidad del aire. 1.3 Isla de calor. 1.3.1 Tipos de islas de calor. 1.3.2 Características de las islas de calor. 1.3.3 Intensidad de la isla de calor. 1.3.4 Características de la superficie y la isla de calor. 1.3.5 Forma temporal de la isla de calor. 1.3.6 Factores de formación y control de las islas caloríficas. 1.3.7 Soluciones biológicas para aliviar las islas urbanas de calor. 1.3.8 Afectaciones en el ambiente causadas por las islas de calor. 17 17 18 19 19 19 20 21 23 1.4 Efecto de temperatura en zonas urbanas. 24 1.5 Albedo. 25 26 1.5.1 Variación del albedo. 1.6 El suelo y el cambio en el uso del suelo. 1.6.1 Uso del suelo. 1.6.2 Uso de la tierra. 1.6.3 Intensidad de uso. 1.6.4 Procesos del cambio del uso del suelo. 1.6.4.1 Deforestación. 1.6.4.2 Alteración de bosques y selvas. 1.6.4.3 Degradación de matorrales. 1.6.4.4 Fragmentación. 1.6.4.5 Zonificación. 27 27 27 29 29 30 31 32 32 33 1.7 Sistemas pasivos de enfriamiento. 34 1.8 Recursos del enfriamiento pasivo. 35 35 1.8.1 Depósitos energéticos ambientales. 3 1.8.2 Mecanismos de transferencia de calor. 1.8.3 Temperatura. 1.8.4 Humedad relativa. 36 37 38 1.9 La vegetación como sistema de enfriamiento. 38 1.10 Las azoteas verdes. 40 41 41 43 45 45 46 1.10.1 Origen de las azoteas verdes. 1.10.2 Beneficios de una azotea verde. 1.10.3 Tipos de azoteas verdes. 1.10.4 Clasificación de jardines sobre techo. 1.10.5 Costo y efectividad de la implementación de un techo verde. 1.10.6 Factores a considerar en la construcción de un jardín sobre techo. 1.11 Cubierta vegetal. 1.11.1 Posición respecto al sol. 1.11.2 Materiales de construcción. 1.11.3 Intensidad de radiación. 1.11.3.1 Radiación ultravioleta. 1.11.3.2 Luz visible. 1.11.3.3 Radiación infrarroja. 49 49 50 51 52 52 52 1.12 Criterios para la elección de las especies vegetales. 53 1.13 Mantenimiento y control de las especies vegetales. 55 1.14 Clasificación de especies vegetales. 56 57 57 1.14.1 Plantas tropicales. 1.14.2 Plantas desérticas. 1.15 Iresine, amaranto (Iresine). 60 1.16 Golden Duranta (Durante Sp). 60 1.17 Aloe, sábila (Aloe Barbadensis). 62 1.18 Agave, maguey (Agave Tequilana). 64 CAPÍTULO II.- METODOLOGÍA. 67 2.1 Descripción del área de trabajo. 67 2.2 Instrumentos de medición utilizados en la toma de datos. 69 2.3 Técnica de construcción y selección de especies para la cubierta vegetal en la azotea verde. 2.3.1 Espacio destinado al proyecto. 2.3.2 Preparación de superficie. 2.3.3 Aplicación de la capa impermeabilizante (Geo-membrana). 2.3.4 Instalación perimetral para el soporte de la cubierta vegetal. 2.3.5 Definición y recubrimiento de la barrera anti-raíz. 2.3.6 Elección e instalación de los medios de crecimiento en la cubierta vegetal. 70 70 71 71 72 74 75 4 2.3.7 Siembra y elección de especies vegetales. 2.4 Azotea verde terminada. 77 2.4.1 Programa de riego y mantenimiento. 2.4.2 Monitoreo del comportamiento de la cubierta vegetal. 78 79 80 2.5 Cálculos estadísticos y análisis de la información. 80 CAPÍTULO III.- RESULTADOS Y DISCUSIONES 81 CONCLUSIONES 85 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 87 INDICE DE FIGURAS 1.1 Contaminantes ambientales y sus efectos. 1.2 Efecto isla de calor. 1.3 Efecto isla de calor en centros urbanos. 1.4 Efecto albedo. 1.5 Principales causas de la degradación de suelos en México. 1.6 Diseño azotea verde. 1.7 Sistema techos verdes intensivo 1.8 Sistema techos verdes extensivo 1.9 Azotea inaccesible 1.10 Azotea accesible 1.11 Capas de una azotea verde. 1.12 Radiación solar. 1.13 Clasificación de especies vegetales según su tamaño. 1.14 Planta de Iresine. 1.15 Planta de Golden Duranta. 1.16 Planta de Sábila 1.17 Planta de Maguey. 2.18 Mapa Poza Rica Veracruz. 2.19 Vista aérea del edificio B de la Facultad de Ciencias Químicas 2.20 Termómetro ACU-RYTE 2.21 Espacio destinado a la construcción de la azotea verde. 2.22 Superficie donde se instalara el techo verde. 2.23 Instalación de la Geomembrana 2.24 Geomembrana instalada 2.25 Bastidores de madera. 2.26 Instalación del área perimetral. 2.27 Representación del orden de los módulos colocados en la azotea verde. 2.28 Tereftalato de polietileno (PET) 12 17 25 25 29 41 44 44 45 45 49 53 56 60 62 64 66 67 69 69 70 71 72 72 72 73 73 74 5 2.29 Colocación de la barrera anti raíz. 2.30 Barrera anti raíz instalada 2.31 Tierra negra 2.32 Piedra volcanica (tezontle) 2.33 Hidrogel 2.34 Instalacion de los medios de crecimiento 2.35 Modulo A 2.36 Modulo B 2.37 Modulo C 2.38 Módulo D 2.39 Modulo F 2.40 Modulo E 2.41 Azotea verde terminada. 2.42 Riego delas plantas durante la mañana 2.43 Riego de las plantas durante la tarde. 2.44 Calibración de los termometros 2.45 Toma de datos 75 75 76 76 76 76 77 77 78 78 78 78 79 79 79 80 80 INDICE DE TABLAS. 1.1 Contaminantes naturales del aire. 1.2 Albedo y emisividad superficial para distintas superficies. 1.3 Clasificación de las azoteas verdes. 1.4 Clasificación científica Iresine 1.5 Clasificación científica Golden Duranta. 1.6 Clasificación científica Sábila. 1.7 Clasificación científica Agave. 2.8 Parámetros Climáticos de la ciudad de Poza Rica. 2.9 Siembra de especies dependiendo del medio de crecimiento. 3.10 Resultado de temperaturas maximas en la azotea verde. 3.11 Resultado de temperaturas minimas en la azotea verde. 14 26 43 59 61 63 65 68 77 82 84 INDICE DE GRAFICOS 1.1 Composición promedio de emisiones de contaminantes industriales. 3.2 Comparativo de temperaturas máximas en los módulos A, B y C de la azotea verde. 3.3 Comparativo de temperaturas máximas en los módulos D, E y F de la azotea verde. 3.4 Comparativo de temperaturas mínimas en los módulos A, B y C de la azotea verde. 3.5 Comparativo de temperaturas mínimas en los módulos D, E y F de la azotea verde. 16 81 82 83 83 6 INTRODUCCIÓN Debido a la concentración de edificios y tránsito vehicular, la vida en nuestras ciudades se ha vuelto insana. Los autos y la calefacción consumen el escaso oxígeno de hoy día y producen sustancias nocivas en abundancia. Enormes superficies de hormigón y asfalto llevan a un sobrecalentamiento de la atmósfera de las zonas urbanas y dan lugar a que la suciedad y partículas de sustancias nocivas que se depositan en el suelo, suban en remolino por el calor generado y se desparramen sobre la ciudad entera. Por ello, ante la preocupación mundial por revertir los daños al ambiente ocasionados por la mano del hombre, algunos científicos y planificadores urbanos construyen las llamadas azoteas verdes, que además de brindar excelentes condiciones de habitabilidad y un consumo energético mínimo, reflejan grandes beneficios al planeta y al bolsillo, pues ahorran consumo de energía y suprimen la emisión de una tonelada y media de dióxido de carbono. Los techos verdes además de influir en el mejoramiento del clima de la ciudad, también optimizan la aislación térmica, el almacenamiento de calor del edificio, y su aislación acústica. En distintas regiones de nuestro país y en particular en la ciudad de Poza Rica Veracruz, dadas las condiciones climáticas predominantes, es necesario hacer uso de sistemas de climatización para enfriar las viviendas y edificios, por lo que el uso de azoteas verdes como medio de enfriamiento parece una opción atractiva, sobre todo en esta región, donde la humedad relativa y precipitación pluvial anual hacen más sencillo el cuidado de los jardines. Descripción del problema. El cambio en el uso de suelos y al incremento en la construcción de edificios, han provocado que el clima en la ciudad de Poza Rica se haya modificado bruscamente lo que conlleva un mayor consumo de energía y por lo tanto un incremento de gases de efecto invernadero. Enormes superficies de concreto y asfalto llevan a un sobrecalentamiento de la atmósfera de las zonas urbanas a diferencia de las áreas suburbanas, generando el efecto de las islas de calor, 7 estas incrementan la temperatura en la zona urbana de forma tal, que modifica los patrones térmicos y convectivos de la ciudad. Justificación. El presente tema es abordado con la finalidad de demostrar de una manera concreta la importancia que actualmente tienen las azoteas verdes como una nueva forma de incorporación de masa vegetal en la vida urbana, en aquellos espacios donde actualmente por el desarrollo urbano, comercial, e industrial; el cambio de uso de suelo se ha hecho patente, como es el caso de la ciudad de Poza Rica. La estrategia que se implementara para reducir el efecto de calor es cubrir mediante las azoteas verdes estos espacios, lo cual ayudara a mejorar significativamente el clima y la contaminación atmosférica de la zona, buscando con esto disminuir las variaciones de temperatura, controlar la humedad relativa, purificar el aire, y controlar las partículas, esto con la finalidad de mantener un clima urbano saludable. Un aspecto a considerar por clima de la región es la temperatura y condiciones de lluvias en el municipio, por lo que las especies utilizadas en el proyecto, se someterán a un estudio para ver el impacto que tiene en la mitigación del efecto de la isla de calor. Esta forma de climatización pasiva, además de reducir el flujo de calor al interior de las edificaciones, reduce también la reflexión de la radiación al entorno inmediato, además de capturar CO2 y liberar oxígeno; por otro lado, embellece el entorno y proporciona un refugio para animales silvestres que dentro de la ciudad ven cada vez más reducido su hábitat. Los techos enjardinados conducen, en esencia, a una construcción ecológica y económica. Además de influir en el mejoramiento del clima de la ciudad, también optimizan la aislación térmica, el almacenamiento de calor del edificio, y su aislación acústica. 8 OBJETIVOS Objetivo general. Determinar el efecto de temperatura en una azotea verde. Objetivos específicos. Elegir especies vegetales de la región cactáceas. Determinar las temperaturas ambientales sobre las especies seleccionadas. Realizar un análisis costo beneficio. 9 CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO. 1.1 Calentamiento global y cambio climático. El clima siempre ha variado, el problema del cambio climático es que en el último siglo el ritmo de estas variaciones se ha acelerado de manera anómala, a tal grado que afecta ya la vida planetaria. Al buscar la causa de esta aceleración, algunos científicos encontraron que existe una relación directa entre el calentamiento global o cambio climático y el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, provocado principalmente por las sociedades industrializadas. Destacados científicos coinciden en que el incremento de la concentración de gases efecto invernadero en la atmósfera terrestre está provocando alteraciones en el clima. Coinciden también en que las emisiones de gases efecto invernadero han sido muy intensas a partir de la Revolución Industrial, momento a partir del cual la acción del hombre sobre la naturaleza se hizo intensa. Sin embargo, no hay duda que el mayor efecto dañino contra el clima del planeta lo realizan los países desarrollados, pues el mantenimiento de su alto nivel de vida requiere de grandes gastos de electricidad, un consumismo excesivo de productos y un gran uso de vehículos, además de otros recursos naturales extraídos generalmente del mundo en desarrollo, que promueven la incontrolada explotación maderera y minera en las zonas tropicales. Si a esto le sumamos en mayor consumo de estos mismos recursos en los países del tercer mundo, tendremos un cuadro bien preocupante para el siglo venidero y los siguientes, si no cambiamos el patrón de desarrollo actual a uno más sustentable y menos nocivo para el medio ambiente (Planetseed, 2005). El término calentamiento global se refiere al aumento gradual de las temperaturas de la atmósfera y océanos de la tierra que se ha detectado en la actualidad, además de su continuo aumento que se proyecta a futuro. 10 Si se revisa el gráfico de las temperaturas de la superficie terrestre de los últimos 100 años, se observa un aumento de aproximadamente 0.8ºC, y que la mayor parte de este aumento ha sido en los últimos 30 años. Nadie pone en duda el aumento de la temperatura global, lo que todavía genera controversia es la fuente y razón de este aumento de la temperatura. Aun así, la mayor parte de la comunidad científica asegura que hay más que un 90% de certeza que el aumento se debe al aumento de las concentraciones de gases invernadero por las actividades humanas que incluyen deforestación y la quema de combustibles fósiles como el petróleo y el carbón. Estas conclusiones son avaladas por las academias de ciencia de la mayor parte de los países industrializados. Otros efectos incluirían clima extremo más frecuente, lo que incluye sequías, olas de calor y precipitaciones fuertes. Se esperan extinciones de especies debido a los cambios de temperatura y variaciones en el rendimiento de las cosechas. Se postula que si el aumento de la temperatura promedio global es mayor a 4ºC comparado con las temperaturas preindustriales, en muchas partes del mundo ya los sistemas naturales no podrán adaptarse y, por lo tanto, no podrán sustentar a sus poblaciones circundantes. En pocas palabras, no habrá recursos naturales para sustentar la vida humana El cambio climático es definido como un cambio estable y durable en la distribución de los patrones de clima en periodos de tiempo que van desde décadas hasta millones de años. Pudiera ser un cambio en las condiciones climáticas promedio o la distribución de eventos en torno a ese promedio (por ejemplo más o menos eventos climáticos extremos). El cambio climático puede estar limitado a una región específica, como puede abarcar toda la superficie terrestre (Planetseed, 2005). El término, a veces se refiere específicamente al cambio climático causado por la actividad humana, a diferencia de los cambios causados por los procesos naturales de la tierra y el sistema solar. En este sentido, especialmente en el contexto de la política ambiental, el término "cambio climático" ha llegado a ser 11 sinónimo de "calentamiento global antropogénico". En las revistas científicas, calentamiento global se refiere a los aumentos de temperatura superficial, mientras que cambio climático incluye al calentamiento global y todos los otros aspectos sobre los que influye un aumento de los gases invernadero. La evidencia del cambio climático se basa en observaciones de los aumentos de temperatura del aire y de los océanos, el derretimiento de hielos y glaciares y el aumento de los niveles de mar a nivel mundial. Hay más CO2 en la atmósfera, el dióxido de carbono es el contribuidor principal y dominante al cambio climático actual y su concentración atmosférica ha aumentado desde un valor de 278 ppm en la era preindustrial hasta 393 ppm en la actualidad (Planetseed, 2005). Los científicos mundiales han determinado que el aumento de la temperatura debiera de limitarse a 2ºC para evitar daños irreversibles al planeta y los consiguientes efectos desastrosos en la sociedad humana. Para lograr evitar este cambio climático irreversible y sus efectos, las emisiones de gases invernaderos debieran de alcanzar su máximo en el 2015 y disminuir progresivamente después de esa fecha hasta alcanzar una disminución del 50% para el año 2050. Figura 1.1 Contaminantes ambientales y sus efectos. Fuente: www.eea.europa.eu/es/publications/92-9167-059-6-sum/page001.html 12 1.2 Contaminación atmosférica y calidad del aire. Se entiende por contaminación atmosférica la presencia en el aire de sustancias y formas de energía que alteran la calidad del mismo, de modo que implique riesgos, daño o molestia grave para las personas y bienes de cualquier naturaleza. Se considera el aire como un bien común limitado, indispensable para la vida; por lo tanto, su utilización debe estar sujeta a normas que eviten el deterioro de su calidad por el uso o abuso indebido del mismo, de tal modo que se preserve su pureza como garantía del normal desarrollo de los seres vivos sobre la tierra y de la conservación del patrimonio natural y artístico de la humanidad. Todos tenemos el deber de trabajar para lograr un mundo limpio y habitable, sustento de una mejor calidad de vida para las generaciones futuras. La atmósfera es la envoltura gaseosa, de unos 200 kilómetros de espesor, que rodea la tierra. Constituye el principal mecanismo de defensa de las distintas formas de vida. Ha necesitado miles de millones de años para alcanzar su actual composición y estructura que la hacen apta para la respiración de los seres vivos que la habitan (jmarcano, 2005). Una de las funciones más importantes que realiza la atmósfera es proteger a los seres vivos de los efectos nocivos de las radiaciones solares ultravioleta. La tierra recibe todo un amplio espectro de radiaciones procedentes del sol, que terminarían con toda forma posible de vida sobre su superficie de no ser por el ozono y el oxígeno de la atmósfera, que actúan como un filtro absorbiendo parte de las radiaciones ultravioleta. Todas las actividades humanas, el metabolismo de la materia humana y los fenómenos naturales que se producen en la superficie o en el interior de la tierra van acompañados de emisiones de gases, vapores, polvos y aerosoles. Estos, al difundirse a la atmósfera, se integran en los distintos ciclos biogeoquímicos que se desarrollan en la tierra (jmarcano, 2005). 13 Tabla 1.1 Contaminantes naturales del aire. FUENTE CONTAMINANTES Volcanes Óxidos de azufre, partículas Fuegos forestales Monóxido de carbono, dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, partículas Vendavales Polvo Plantas (vivas) Hidrocarburos, polen Plantas (en descomposición) Metano, sulfuro de hidrógeno Suelo Virus, polvo Mar Partículas de sal Fuente: www.planetseed.com 1.2.1 Contaminantes primarios. Entendemos por contaminantes primarios aquellas sustancias que son vertidas directamente a la atmósfera. Provienen de muy diversas fuentes dando lugar a la llamada contaminación convencional. Su naturaleza física y su composición química es muy variada, si bien podemos agruparlos atendiendo a su peculiaridad más característica tal como su estado físico (partículas y metales), o elemento químico común (contaminantes gaseosos). Entre los contaminantes atmosféricos más frecuentes que causan alteraciones en la atmósfera se encuentran: Aerosoles Óxidos de azufre, SOx. Monóxido de carbono, CO. Óxidos de nitrógeno, NOx. Ozono, O3. Anhídrido carbónico, CO2. Además de estas sustancias, en la atmósfera se encuentran una serie de contaminantes que se presentan más raramente, pero que pueden producir 14 efectos negativos sobre determinadas zonas por ser su emisión a la atmósfera muy localizada. Entre otros, se encuentra como más significativos los siguientes: Otros derivados del azufre. Halógenos y sus derivados. Arsénico y sus derivados. Componentes orgánicos. Partículas de metales pesados y ligeros, como el plomo, mercurio, cobre, zinc. Partículas de sustancias minerales, como el amianto y los asbestos. Sustancias radiactivas. 1.2.2 Contaminantes secundarios. Los contaminantes atmosféricos secundarios no se vierten directamente a la atmósfera desde los focos emisores, sino que se producen como consecuencia de las transformaciones y reacciones químicas y fotoquímicas que sufren los contaminantes primarios en el seno de la misma. Las principales alteraciones atmosféricas producidas por los contaminantes secundarios son: la contaminación fotoquímica; la acidificación del medio; y la disminución del espesor de la capa de ozono. 1.2.3 La calidad del aire. La exigencia de un aire limpio y puro proviene, en principio, del público en general ante su creciente preocupación por los problemas de contaminación atmosférica originados como consecuencia de la evolución de la tecnología moderna y la previsión de que las cada vez mayores emisiones de contaminantes a la atmósfera alteren el equilibrio natural existente entre los distintos ecosistemas, 15 afecten la salud de los humanos y a los bienes materiales o, incluso, provoquen cambios catastróficos en el clima terrestre. La emisión a la atmósfera de sustancias contaminantes en cantidades crecientes, han provocado ya concentraciones de estas sustancias a nivel del suelo que han ido acompañadas de aumentos espectaculares de la mortalidad y morbilidad, existiendo pruebas abundantes de que, en general, las concentraciones elevadas de contaminantes en el aire atentan contra la salud de los seres humanos. Para la definición de criterios y pautas de salubridad del aire, se pueden utilizar varios procedimientos. Son muy útiles para el estudio de los efectos fisiológicos, bioquímicos y sobre el comportamiento, producidos por supuestos contaminantes. Los estudios epidemiológicos permiten investigar los efectos producidos por las fluctuaciones de la contaminación atmosférica sobre la totalidad de la población, o sobre grupos seleccionados y definidos. Generalmente, la calidad del aire se evalúa por medio de los denominados niveles de inmisión, que vienen definidos como la concentración media de un contaminante presente en el aire durante un periodo de tiempo determinado. La unidad en que se expresan normalmente estos niveles son microgramos de contaminante por metro cúbico de aire, medidos durante un periodo de tiempo determinado. Nox HC PST CO SO2 Gráfico 1.1 Composición promedio de emisiones de contaminantes industriales. Fuente: INE 16 1.3 Isla de calor. La isla de calor es una situación urbana, de acumulación de calor por la inmensa mole de hormigón, y demás materiales absorbentes de calor; y atmosférica que se da en situaciones de estabilidad por la acción de un anticiclón térmico. Se presenta en las grandes ciudades y consiste en la dificultad de la disipación del calor durante las horas nocturnas, cuando las áreas no urbanas, se enfrían notablemente por la falta de acumulación de calor. El centro urbano, donde los edificios y el asfalto desprenden por la noche el calor acumulado durante el día, provoca vientos locales desde el exterior hacia el interior. Comúnmente se da el fenómeno de elevación de la temperatura en zonas urbanas densamente construidas causado por una combinación de factores tales como la edificación, la falta de espacios verdes, los gases contaminantes o la generación de calor. Se ha observado que el fenómeno de la isla de calor aumenta con el tamaño de la ciudad y que es directamente proporcional al tamaño de la mancha urbana (actionbiosciencie, 2009). Figura 1.2 Efecto isla de calor. Fuente: www.uclm.es/users/higueras/mam/MMAM2.htm 1.3.1 Tipos de islas de calor. Los tipos de isla de calor varían en cuanto a su forma, características temporales (relacionado con el tiempo), y algunos de los procesos físicos subyacentes que contribuyen a su desarrollo. 17 Por lo tanto, podemos clasificarlas de la siguiente manera: Isla de calor de la capa de dosel (ICCD) Isla de calor de la capa de perímetro (ICCP) Isla de calor de superficie (ICS) Las dos primeras se refieren a un calentamiento de la atmósfera urbana; la última se refiere al calor relativo de las superficies urbanas. La capa de dosel urbana (CDU) es la capa de aire de las ciudades que está más cercana a la superficie, la cual se extiende hacia arriba aproximadamente hasta la altura media de las edificaciones. Por encima de la capa de dosel urbana se encuentra la capa de perímetro urbana la cual puede ser de 1 kilómetro o más de espesor durante el día, y encogerse a cientos de metros o menos durante la noche. La ICCP es la que forma una cúpula de aire más caliente que se extiende en dirección del viento más allá de la ciudad. El viento a menudo le cambia la forma a la cúpula por una forma de pluma (actionbiosciencie, 2009). Los científicos miden las temperaturas del aire para la ICCD y la ICCP directamente usando termómetros, mientras que la ICS es medida con sensores remotos instalados sobre satélites o aviones. 1.3.2 Características de las islas de calor. Las isotermas, o líneas de igual temperatura, forman un patrón que es semejante al de una “isla” que sigue aproximadamente la forma de la región urbanizada, rodeada por zonas más frías. A menudo hay un aumento intenso de la temperatura del aire en la capa de dosel, en el límite entre áreas rurales y suburbanas, seguido por un aumento lento y a menudo variable hacia el núcleo de la ciudad donde ocurren las temperaturas más altas. Las islas de calor de la capa de perímetro muestran mucho menos variabilidad que los otros tipos de islas de calor, y un corte transversal muestra que su forma se parece a una simple cúpula o pluma, donde el aire más caliente es transportado con el viento fuera de la ciudad. 18 1.3.3 Intensidad de la isla de calor. La intensidad de la isla de calor es una medida de la fuerza o magnitud de la isla de calor. Por la noche la intensidad de la isla de calor de la capa de dosel típicamente se encuentra en un rango de entre 1° y 3°C, pero bajo condiciones óptimas, intensidades de hasta 12°C han sido registradas. La ICCP tiende a mantener una intensidad de isla de calor más constante tanto durante el día como en la noche (-1.5° a 2°C). La ICS es generalmente más definida durante el día cuando el fuerte calentamiento solar puede llevar a mayores diferencias de temperatura entre las superficies secas y aquellas mojadas, sombreadas o con vegetación. 1.3.4 Características de la superficie y la isla de calor. El tipo de superficie es un factor importante en cuanto a los patrones espaciales de las capas de temperatura del aire superficial y de dosel en la ciudad. Las temperaturas son más altas en aquellas zonas con mayor densidad de construcción, y son más bajas cerca a parques o zonas más abiertas. Las temperaturas de la superficie son especialmente susceptibles a las condiciones de la superficie: durante el día las superficies secas y oscuras que absorben luz solar fuertemente se vuelven muy calientes, mientras que las superficies más claras y/o mojadas son mucho más frías. El sombreado de la superficie también ayuda a controlar la temperatura. 1.3.5 Forma temporal de la isla de calor. Todas las islas de calor se forman debido a las diferencias en las tasas de calentamiento y enfriamiento de las ciudades con relación a sus entornos. ICCD: la intensidad de la isla de calor aumenta con el tiempo, partiendo desde la puesta del sol hasta un máximo entre un punto unas pocas horas después de la puesta del sol y las horas previas a la madrugada. Generalmente durante el día la intensidad de la ICCD es bastante débil, y a veces es negativa (una isla fría) en 19 algunas partes de la ciudad donde altos edificios u otras estructuras proveen sombra extensa, y donde hay una carencia de calentamiento debido al almacenamiento de calor en los materiales de construcción. ICS: es fuertemente positiva tanto durante el día como durante la noche debido a superficies urbanas más calientes. La ICS diurna es generalmente mayor puesto que la radiación solar afecta las temperaturas de las superficies. ICCP: es generalmente positiva tanto en el día como en la noche pero mucho menor en magnitud que la ICCD o la ICS. 1.3.6 Factores de formación y control de las islas caloríficas. Varios factores contribuyen a la ocurrencia e intensidad de las islas de calor; estos incluyen: El clima: en particular el viento y las nubes, influyen en la formación de islas de calor. Las magnitudes de la isla de calor son mayores bajo condiciones climáticas calmadas y claras. A medida que los vientos aumentan, mezclan el aire y reducen la isla de calor. A medida que las nubes aumentan reducen el enfriamiento nocturno por radiación, y también reducen la isla de calor. Las variaciones estacionales de los patrones climáticos afectan la frecuencia y la magnitud de la isla de calor. La localización geográfica: influye sobre el clima y la topografía de la zona, así como sobre las características de los alrededores rurales de la ciudad. Las influencias climáticas regionales o locales, tales como los sistemas locales de vientos, pueden afectar las islas de calor; por ejemplo, las ciudades costeras pueden experimentar un enfriamiento de las temperaturas urbanas durante el verano cuando las temperaturas de la superficie del océano están más frías que las de la tierra y el viento sopla hacia tierra firme. Donde las ciudades están rodeadas por superficies rurales mojadas, el enfriamiento más lento de estas superficies puede reducir las magnitudes de la isla de calor, especialmente en climas cálidos y húmedos. 20 Hora del día/estación: Los impactos diurnos fueron discutidos en la sección llamada “Forma temporal de la isla de calor.” Las estaciones juegan un papel también. Las islas de calor de ciudades localizadas en latitudes medias, generalmente son más fuertes en el verano o en el invierno. En climas tropicales, la estación seca puede favorecer grandes magnitudes de las islas de calor. La forma de la ciudad: incluye los materiales usados en la construcción, las características de las superficies de la ciudad, tales como las dimensiones y espaciamiento de las edificaciones, las propiedades térmicas, y la cantidad de espacios verdes. La formación de islas de calor es favorecida por materiales de construcción relativamente densos que son lentos en calentarse y enfriarse, y almacenan una cantidad de energía el reemplazo de las superficies naturales por superficies impermeables o a prueba de agua, lo que induce un área urbana más seca, en donde hay menos agua disponible para la evaporación, lo cual contrarresta el calentamiento del aire una menor capacidad de las superficies de reverberar la radiación solar; las superficies oscuras, tales como las carreteras de asfalto, absorben más luz solar y se ponen mucho más calientes que las superficies de color claro (actionbiosciencie, 2009). Las funciones de la ciudad: regulan la emisión de contaminantes a la atmósfera urbana, el calor por uso de energía, y el uso de agua en irrigación. El calor antropogénico, o calor generado por las actividades humanas, principalmente la combustión de combustibles fósiles, puede ser importante para la formación de islas de calor. El calentamiento antropogénico generalmente tiene mayor impacto durante la estación de invierno de los climas fríos, en el núcleo del centro de la ciudad. En casos selectos, ciudades construidas en forma muy densa pueden presentar calentamiento antropogénico severo durante la época de verano, como consecuencia de un alto uso de energía para enfriar las edificaciones. 1.3.7 Soluciones biológicas para aliviar las islas urbanas de calor. La comprensión de los mecanismos físicos subyacentes a la formación de las islas de calor provee la base para el desarrollo de controles que pueden promover o 21 aliviar las islas de calor, pero en algunos casos la aplicación de esos controles es difícil. Por ejemplo, el cambio extenso en la geometría de la superficie urbana a través del espaciamiento de las edificaciones, generalmente no es factible. Sin embargo, otras estrategias son posibles, tales como, usar tejados y pavimentos blancos o de otro color claro (actionbiosciencie, 2009). Una solución de tipo biológico es usar vegetación para reducir el calor urbano. La vegetación provee importantes efectos de sombra al igual que enfriamiento a través de la evaporación. Algunos ejemplos incluyen: Sembrar árboles alrededor de edificaciones individuales para sombrear las superficies urbanas y así reducir su temperatura. La reducción en la temperatura de la superficie también conduce a reducciones substanciales en el uso de energía para el aire acondicionado. Los árboles también pueden ser usados para sombrear calles y parqueaderos, los cuales de otra manera se pondrían muy calientes durante el día y almacenarían calor para luego liberarlo durante la noche. El sombreado de vehículos en los parqueaderos puede reducir la emisión de vapores de gasolina, lo cual contribuye a incrementar los niveles de ozono urbano. Los “tejados verdes” utilizan vegetación viva en los tejados para reducir la acumulación de calor de las edificaciones. Un tejado verde es mucho más frio que un tejado tradicional puesto que una fracción significativa de la energía absorbida es usada para evaporar agua en vez de calentar el techo y el aire encima de éste. La creación de espacios verdes tales como parques puede ser usada para ayudar al enfriamiento de los vecindarios, y un “reverdecimiento” general de la ciudad puede llevar a una atmósfera urbana más fresca. Estas estrategias pueden proporcionar beneficios de costos. El dueño de una edificación se beneficia con menores costos de consumo de energía. Los residentes en la dirección del viento más allá de la zona urbana se benefician con mejoras en la calidad del aire porque: 22 Los contaminantes se depositan en los árboles Se reducen el gas de efecto invernadero y las emisiones contaminantes provenientes del uso del aire acondicionado Se disminuyen las emisiones de compuestos orgánicos volátiles que contribuyen al smog urbano Se reduce potencialmente la tasa de formación de ozono 1.3.8 Afectaciones en el ambiente causadas por las islas de calor. Las islas urbanas de calor por sí mismas no son responsables del calentamiento global porque son fenómenos de pequeña escala y cubren tan solo una minúscula fracción de la superficie de la tierra. Sin embargo, hay algunas conexiones urbanoglobales dignas de mencionar: Aproximadamente la mitad de la población del mundo vive actualmente en ciudades, y se espera que esta cantidad aumente al 61% para el 2030. La alta tasa de urbanización, especialmente en los trópicos, implica que un futuro, un número de personas cada vez mayor se verá expuesto a los impactos que resultan de la isla de calor. Las zonas urbanas han sido históricamente el lugar de algunas de las estaciones de observación más tempranas usadas para construir el record global de temperatura de la superficie, utilizado para documentar cambios climáticos de larga escala. A lo largo del tiempo, los efectos de la urbanización, y en consecuencia las islas de calor en estas estaciones, pueden llevar a algo de “contaminación” del record de temperatura. La habilidad de eliminar totalmente estas influencias sigue siendo tema de debate puesto que los cambios pueden darse en forma independiente de la población, y las técnicas corrientes que se utilizan para eliminar los efectos urbanos pueden ser inadecuadas. La mayoría de las emisiones de gas de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático global, provienen de zonas urbanas. Por consiguiente estas emisiones contribuyen a las condiciones del tiempo a escala local y global, y también a la modificación del clima. Una mayor urbanización 23 aumentará las emisiones que se originan en las ciudades. La investigación de los impactos de mayor escala de las emisiones urbanas es considerada como una importante área futura de investigación. Las modificaciones climáticas que han ocurrido en las grandes ciudades en el último siglo muestran similitudes en términos de las tasas y magnitud esperadas con respecto a los cambios climáticos proyectados hacia el futuro. Por lo tanto, las ciudades pueden servir como modelo para evaluar los impactos del cambio climático así como las estrategias de adaptación al mismo, tanto a escala local como global. Estos factores subrayan la importancia de los climas urbanos no solo para el ambiente local sino también para el estado del medio ambiente en el planeta en su totalidad (actionbiosciencie, 2009). 1.4 Efecto de temperatura en zonas urbanas. Las islas de calor tienen rangos de impactos para los habitantes de ciudad, incluyendo Confort humano: positivo (invierno), negativo (verano) Uso de energía: positivo (invierno), negativo (verano) Uso de agua: negativo Actividad biológica: positivo Hielo y nieve: positivo Las islas de calor del verano pueden aumentar la demanda de energía para aire acondicionado, lo cual libera más calor al aire y también gases de efecto invernadero, degradando así la calidad del aire local. Las temperaturas urbanas más elevadas durante el día en la ICCP pueden aumentar la formación del smog urbano, puesto que tanto las emisiones de contaminantes precursores, como las tasas de reacciones fotoquímicas de la atmósfera, aumentan. Las islas de calor también pueden afectar en forma directa la salud humana exacerbando el estrés por calor durante las oleadas de calor, especialmente en zonas temperadas, y 24 creando las condiciones adecuadas para que se distribuyan las enfermedades transmitidas por vectores Figura 1.3 Efecto isla de calor en centros urbanos. Fuente: www.acca.it/euleb/es/glossary/index.html 1.5 Albedo. El albedo es la reflectividad de la superficie terrestre y se refiere a la energía reflejada desde la Tierra al universo. La radiación total (radiación global) que llega a la superficie terrestre se compone de la suma de la radiación solar y la radiación difusa del universo. Figura 1.4 Efecto albedo. Fuente: www.laalertaverde.com/2011/04/conozcan-sobre-el-efecto-albedo.html 25 Un aumento de los gases de invernadero disminuye el albedo, lo mismo que el enriquecimiento de la atmósfera en polvo atmosférico debido a erupciones volcánicas. En ambos casos se interpone materia adicional entre la superficie del planeta y el universo, disminuyendo así el retorno de energía al universo. Desde un punto de vista más general, el albedo es "la relación de la luz reflejada desde una partícula, un planeta o un satélite, con la luz incidente. Por eso, el valor del albedo es siempre menor a uno o igual a uno" (Porteous, 1992) 1.5.1 Variación del albedo. Las variaciones del albedo global, son un hecho natural producido continuamente a lo largo de la historia geológica, debido a variaciones de origen exogénico y endogénico. A estas variaciones se superponen los intensos cambios ambientales potenciados por la actividad del hombre (utilización de combustibles fósiles para el tránsito vehicular, la actividad industrial y el uso doméstico). Estas actividades provocan un aumento peligroso de los gases de invernadero, por consiguiente una disminución del albedo y un calentamiento global. Tabla 1.2 Albedo y emisividad superficial para distintas superficies. ALBEDO (Α) EMISIVIDAD (ЄIR) Tierra/cemento 0,05-0,40 0,90-0,98 Desierto 0,20-0,45 0,84-0,91 Césped 0,16-0,26 0,90-0,95 Suelo agrícola 0,15-0,25 0,90-0,99 Bosque 0,15-0,20 0,97-0,98 Agua 0,03-0,10 0,92-0,97 Nieve 0,40-0,95 0,82-0,99 Hielo 0,20-0,45 0,92-0,97 TIPO DE SUELO Fuente: http://mct.dgf.uchile.cl/AREAS/meteo_mod2.htm 26 Una caída tan pequeña como de un 0,01 en el albedo de la tierra tendría una influencia en el clima mayor que el efecto de doblar la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera. En física nuclear, el albedo es la capacidad, por parte de una sustancia, de reflejar neutrones. Se mide por el cociente entre el número de neutrones reflejados y el número total de neutrones emitidos. 1.6 El suelo y el cambio en el uso del suelo. 1.6.1 Uso del suelo. Dentro de las definiciones de carácter general hemos de tener en cuenta el concepto de uso del suelo, entendido como cualquier tipo de utilización humana de un terreno, incluido el subsuelo y el vuelo que le correspondan, y en particular su urbanización y edificación. También se usa en referencia a los distintos usos urbanos de la tierra en la zonificación. 1.6.2 Uso de la tierra. El uso de la tierra es la modificación antrópica del ambiente natural o naturaleza en ambiente construido como campos de cultivo, pasturas, asentamientos urbanos. El efecto mayor del uso de la tierra en cobertura de tierras ha sido la deforestación de regiones templadas. Más recientes efectos significativos del uso de la tierra incluye crecimiento urbano descontrolado, erosión de suelo, degradación de suelo, salinización, desertificación. Cambios en el uso de la tierra, junto con el uso de los combustibles fósiles, son las mayores fuentes antropogénicas de dióxido de carbono, dominante gas de invernadero. Uso predominante: El uso característico de un ámbito, de tal forma que sea mayoritario respecto del aprovechamiento, definido por su índice de edificabilidad, total del mismo. Uso compatible: Todo uso respecto del cual resulta admisible su coexistencia con el uso predominante del ámbito de que se trate. 27 Uso prohibido: Todo uso incompatible con el uso predominante del ámbito de que se trate. En suelo rural, todo uso incompatible con su régimen de protección Uso provisional: Uso para el que se prevea un plazo de ejercicio concreto y limitado, sin que resulten relevantes las características constructivas. Uso privado: Todo uso no dotacional así como las dotaciones urbanísticas privadas, y excluyendo las dotaciones urbanísticas públicas. A la hora de definir el aprovechamiento urbanístico o aprovechamiento lucrativo tendremos en cuenta exclusivamente la cantidad de metros cuadrados de techo edificables destinados al uso privado. Uso de la tierra municipal: Las villas, ciudades, pueblos, condados, barrios, tienen un agrupamiento legal de designaciones para cada parcela particular de tierra. Cada designación, conocida como zonificación parcelaria, viene con una lista de usos aprobados que pueden legalmente operar en la parcela zonificada. Esto se encuentra en las ordenanzas y legislaciones gubernamentales o regulaciones de zonificación. El uso de la tierra y las prácticas de manejo de tierras tienen impactos importantes en los recursos naturales como agua, suelo, nutrientes, plantas, animales. La información del uso de la tierra puede usarse para desarrollar soluciones para el manejo de los recursos naturales, tales como salinidad, calidad del agua. La degradación de tierras ha sido exacerbado donde hay ausencia del Estado en planificar el uso de la tierra, o por la existencia de incentivos planificados financieros y/o legales que produce decisiones erradas con el mal uso del recurso, o planificar sobre-utilizando los recursos de tierra. Como consecuencia el resultado ha sido a menudo el empobrecimiento de una gran parte de la población local y la destrucción de ecosistemas valiosos. Tales enfoques superficiales han de ser remplazados por una técnica de planeamiento y gestión de los recursos territoriales que sea holística e integrada y que esté centrada en los usuarios del territorio. Esto asegurará la calidad del territorio a largo plazo para los usos humanos, la prevención o resolución de los conflictos sociales relacionados con el 28 uso del territorio, y la conservación de los ecosistemas de alto valor de biodiversidad (FAO 2005) 1.6.3 Intensidad de uso. Edificabilidad. La intensidad de uso, también llamada índice de edificabilidad, es la cantidad de metros cuadrados de techo edificables, que asigna o permite el planeamiento urbanístico, sobre un ámbito determinado. Figura 1.5 Principales causas de la degradación de suelos en México. Fuente: SEMARNAT. Inventario Nacional de suelos 2002. 1.6.4 Procesos del cambio del uso del suelo. De los diferentes procesos que determinan el cambio en el uso del suelo algunos han recibido especial atención. Tal es el caso de la deforestación, que es el cambio de una cubierta dominada por árboles hacia una que carece de ellos. La alteración (también llamada degradación) implica una modificación inducida por el hombre en la vegetación natural, pero no un reemplazo total de la misma, como en el caso de la deforestación (FAO, 2005) 29 La fragmentación es la transformación del paisaje dejando pequeños parches de vegetación original rodeados de superficie alterada. El cambio de uso de suelo en matorrales no ha recibido un nombre específico, aunque a veces se le incluye bajo el rubro de desertificación en el sentido de que se trata de degradación ambiental en zonas áridas. De acuerdo con la Ley General de Desarrollo Forestal Sustentable, los matorrales de las zonas áridas y semiáridas del país son también vegetación forestal, por lo que bien se podría aplicar también el término deforestación, aunque para diversos órganos internacionales la deforestación se restringe a zonas arboladas. 1.6.4.1 Deforestación. El principal motivo de preocupación mundial en torno a la deforestación se refiere al calentamiento global y a la pérdida de los servicios ambientales que prestan los bosques y selvas. Los bosques proporcionan servicios de gran importancia: forman y retienen los suelos en terrenos con declive evitando la erosión; favorecen la infiltración de agua al subsuelo alimentando los mantos freáticos y también purifican el agua y la atmósfera. Además son fuente de bienes de consumo tales como madera, leña, alimentos y otros “productos forestales no maderables” (alimentos, fibras, medicinas), cuya importancia para la industria y para los campesinos es muy elevada en México. Las comunidades vegetales dominadas por formas de vida arbórea constituyen, además, enormes reservas de carbono en forma de materia orgánica. Estimaciones recientes muestran que los bosques del planeta almacenan unas 280 giga toneladas de carbono en la biomasa de los árboles. Este mismo trabajo señala que la suma total del carbono retenido en la biomasa forestal, en los árboles muertos, la hojarasca y el suelo, supera en alrededor de 50% la cantidad total de carbono contenido en la atmósfera. Al emplear el fuego para eliminar la cubierta forestal, ese carbono es liberado a la atmósfera donde contribuye al efecto invernadero. (FAO 2005) 30 1.6.4.2 Alteración de bosques y selvas. Un proceso menos visible pero tal vez igualmente importante por sus efectos ambientales y económicos es la degradación o alteración de los bosques y selvas. Aunque este proceso no implica la remoción total de la cubierta arbolada (como sucede en la deforestación), sí puede implicar cambios importantes tanto en la composición por específica como en la densidad de las especies que ahí habitan lo que, a su vez, afecta la estructura y funcionamiento de estas comunidades naturales. La alteración de los ecosistemas naturales tiene también efectos negativos directos sobre los servicios ambientales y con ello, sobre la posibilidad de un aprovechamiento sostenible por parte de las sociedades. De acuerdo con la evaluación global más reciente de los recursos forestales, sólo el 36% de los bosques remanentes en el mundo son primarios y se están perdiendo a una tasa de 6 millones de hectáreas anuales. El caso de México es también preocupante, ya que actualmente sólo el 44% de la superficie del país está cubierto por vegetación primaria o con poca perturbación apreciable (de acuerdo con la Carta de Uso Actual del Suelo y Vegetación Serie III), en tanto que la vegetación secundaria ha venido aumentando a ritmos superiores a las 170 mil hectáreas por año (durante el periodo 1993–2002), siendo los bosques templados los que han sufrido una degradación más intensa superior a las 250 mil hectáreas anuales (FAO, 2005) Tanto la deforestación como la alteración afectan negativamente a los bienes y servicios que proveen los ecosistemas naturales. El considerar de manera conjunta a la deforestación y la alteración permite obtener una evaluación aproximada del ritmo de deterioro global de la vegetación. De la década de los 1970’s al 2002, la tasa anual de deterioro de los bosques y selvas fue de 518 mil hectáreas por año. Esta cifra pone de manifiesto el impacto que los procesos de alteración tienen sobre nuestro territorio y, a pesar de ello, generalmente no se les da la importancia debida. La vegetación secundaria que cubre actualmente grandes extensiones del territorio nacional es el resultado tanto de la regeneración de sitios que fueron previamente deforestados, como del deterioro (sin remoción 31 completa de árboles) de la vegetación primaria. Sin embargo, no se cuenta con datos suficientes para cuantificar la importancia relativa de cada vía. (FAO 2005) 1.6.4.3 Degradación de matorrales. Los matorrales, huisáchales y mezquitales que caracterizan a las zonas áridas de México también han sido deteriorados por el hombre. Sin embargo, en muchos casos no se da la importancia debida a la degradación de estos tipos de vegetación ya que se les considera más un problema que un recurso. Es frecuente la concepción errónea de que los desiertos son un producto indeseable de las actividades humanas y a menudo se habla de “convertir el desierto en un vergel” a fin de remediar sus pobres condiciones. Por el contrario: los desiertos mexicanos son ecosistemas ricos en especies, muchas de ellas endémicas. Los matorrales desérticos son ecosistemas sumamente frágiles. Los ritmos ecológicos de los desiertos son de los más lentos del mundo, razón por la que los efectos de las actividades humanas tardan mucho tiempo en ser borrados del ecosistema y van, por tanto, acumulándose a través del tiempo. Consecuentemente, la vegetación de las zonas secas es muy susceptible a los procesos de alteración y degradación, ya que los procesos de aceleración y sin energía típica del disturbio crónico son muy intensos; de hecho reciben un nombre especial: desertificación (FAO; 2005) 1.6.4.4 Fragmentación. Cuando se elimina la vegetación original de una zona, con frecuencia quedan pequeños manchones intactos inmersos en una matriz sumamente degradada. Las barrancas y las cúspides de cerros y montañas constituyen los únicos remanentes de vegetación que quedan en muchas regiones de México. Cada una de estas islas de vegetación generalmente alberga a un número menor de sus especies nativas que una superficie equivalente embebida dentro de una gran extensión de vegetación ininterrumpida. Esto se debe a que varias de las especies nativas son incapaces de vivir en los fragmentos pequeños y a que numerosos 32 procesos de degradación tienen lugar en los bordes. Por estas razones, cuando se busca conservar la vida silvestre no basta conocer la superficie que abarca la vegetación. No es lo mismo contar con una gran masa selvática de 100 mil hectáreas que con cien fragmentos de mil hectáreas cada uno. Sin embargo, pocos esfuerzos se han hecho para reconocer la magnitud del problema. Un trabajo pionero ha elaborado las primeras estimaciones para selvas y bosques a nivel mundial. Las cifras son alarmantes: apenas el 35% de la superficie arbolada no está fragmentada (formando zonas continuas de más de 80 kilómetros cuadrados) ni sufre efectos de borde (se encuentra a más de 4.5 kilómetros de un borde). Si bien en Norte y Centroamérica la proporción es mayor (45%), tomando sólo los datos para los tipos de vegetación que hay en México, la cifra desciende a 33%. Las selvas constituyen los ecosistemas más fragmentados 1.6.4.5 Zonificación. La zonificación indica la división de un área geográfica en sectores homogéneos conforme a ciertos criterios. Por ejemplo: capacidad productiva, tipo de construcciones permitidas, intensidad de una amenaza, grado de riesgo, etc. Si nos referimos a recursos naturales renovables, la zonificación, es la clasificación de usos que se realiza dentro de las unidades territoriales en un distrito de manejo integrado de los mismos, conforme a un análisis previo de sus aptitudes, características y cualidades abióticas, bióticas y antrópicas. La zonificación la podemos clasificar en diferentes tipos: Zonificación de cultivos: Determinación de los cultivos que deben establecerse en determinadas áreas. Zonificación de las llanuras de inundación: Plano que define las zonas principales de áreas con inundaciones potenciales, usualmente acompañado por recomendaciones o restricciones tendientes a prevenir daños por inundaciones. Zonificación ecológica económica: es el proceso de sectorización de un área compleja, en áreas relativamente homogéneas, caracterizadas de acuerdo a 33 factores físicos, biológicos y socioeconómicos y evaluados en cuanto a su potencial de uso sostenible y restricciones ambientales. Zonificación urbana: La zonificación urbana es la práctica de dividir una ciudad o municipio en secciones reservados para usos específicos, ya sean residenciales, comerciales e industriales. La zonificación tiene como propósito encauzar el crecimiento y desarrollo ordenado de un área. 1.7 Sistemas pasivos de enfriamiento. Estos sistemas no necesitan la utilización de energía eléctrica o la de combustibles fósiles para transferir el calor de un edificio o persona a un depósito o absolvedor ambiental. Son los sistemas de enfriamiento tradicionales que constituían una parte fundamental del diseño arquitectónico en climas cálidos hasta antes de que la energía eléctrica fuera barata. (Izard, 1983). El intercambio de energía térmica entre el ambiente y los edificios se da de forma natural, cuando el hombre intenta controlar estos procesos para lograr un bienestar termo-fisiológico al interior de los edificios, utiliza tecnología de climatización pasiva o activa. (Szkolay, 1983) El término pasivo, se aplica a aquellos sistemas que se caracterizan por su nula dependencia a energéticos convencionales (combustibles fósiles y electricidad) pero si utiliza otras formas de energía para su funcionamiento. Es decir, en el caso del enfriamiento pasivo, el sistema requiere de energía para funcionar, pero ésta no es de fuentes convencionales. La aplicación de estos sistemas en la arquitectura contribuye al ahorro y uso eficiente de los recursos no renovables, lo que explica que a principios de los años setenta, cuando se planteó la urgente necesidad de construir edificios energéticamente eficientes por efecto de la crisis energética, se profundizó en su estudio y aplicación para solucionar los problemas de consumo de energía. El sistema de enfriamiento y su control de operaciones pueden estar incorporados en la construcción y organización del edificio (jerarquía de distribución espacial en 34 respuesta a la tendencia del flujo de energía), de tal manera que la energía del ambiente exterior, se puede captar, aprovechar, bloquear, transferir, almacenar o descargar en forma natural, de acuerdo con el proceso de climatización que se requiera para la región, sin necesidad de aislarse del clima local. De hecho, contrasta con la idea tradicional de climatización con medios activos, donde para lograr mantener el bienestar termo-fisiológico es necesario el aislamiento térmico del ambiente exterior. El enfriamiento por medio de sistemas pasivos involucra la descarga de energía con las partes más frías del medio ambiente (depósitos o sumideros naturales), buscando que ese flujo de energía se dé por mecanismos naturales. 1.8 Recursos del enfriamiento pasivo. 1.8.1 Depósitos energéticos ambientales. Los medios que hacen posible el enfriamiento pasivo son los depósitos energéticos ambientales los cuales permiten mantener el equilibrio entre la energía que llega a la tierra continuamente procedente del sol y la que debe ser disipada para mantener una temperatura adecuada para la vida sobre el planeta. Estos depósitos ambientales también reciben el calor descargado por los sistemas activos. Los tres depósitos energéticos ambientales son: La bóveda celeste. Es el único depósito energético que se encuentra fuera del planeta y es el depósito que finalmente recibe toda la energía que disipa el planeta. La transferencia de energía hacia la bóveda celeste se produce exclusivamente por radiación. La atmósfera. La transferencia de calor hacia la atmósfera implica la participación del viento, es decir, aire en movimiento que se produce en primera instancia a través de la convección. Esta transferencia de calor está influenciada también por el contenido de vapor de agua y la presión que constituyen las características físicas del aire. El enfriamiento por ventilación es el método de enfriamiento pasivo más utilizado, sobre todo en las regiones tropicales y subtropicales. En la mayoría 35 de los climas, con excepción de los más húmedos, el enfriamiento por evaporación presenta el recurso más potente de enfriamiento natural. En las regiones de clima cálido seco la evaporación del agua para efectos de enfriamiento del aire, ha sido una práctica cultural tradicional. El subsuelo. El enfriamiento mediante el uso del subsuelo es tal vez, el menos efectivo de los métodos de enfriamiento pasivo, a pesar de que es el más seguro. El subsuelo puede ser una fuente de calor o un absorbedor del mismo en su interacción con el edificio. Debido a su gran masa la temperatura subterránea durante el verano estará normalmente varios grados por debajo de la temperatura promedio ambiental. (Haro, 2009). 1.8.2 Mecanismos de transferencia de calor. Enfriamiento conductivo: proceso mediante el cual se transfiere calor entre partes de un sólido, o sólidos en contacto que presentan un gradiente de temperatura. Por ejemplo cuando la masa de la tierra, a menor temperatura que el piso o pared de una edificación, representa un pozo térmico de disipación de energía, enfriando por contacto directo o indirecto. Enfriamiento convectivo: proceso mediante el cual un cuerpo pierde calor al pasar sobre él un fluido a menor temperatura. La transferencia de calor por convección es proporcional a la diferencia de temperaturas y a un coeficiente de convección. Una manera de enfriamiento convectivo se presenta cuando el aire, a menor temperatura que un cuerpo, es capaz de enfriarlo convectivamente. Enfriamiento radiactivo: fenómeno mediante el cual un cuerpo pierde calor debido a un balance de radiación negativo. Todos los cuerpos a temperatura superior a 0°K emiten radiación electromagnética con espectros de diferentes longitudes de onda en función de su temperatura. Todos los cuerpos expuestos a la bóveda celeste pierden calor por emisión de radiación de onda larga. Un ejemplo de enfriamiento radiativo lo experimenta el calentamiento y enfriamiento cíclico al que se ve sometida la Tierra, debido a los flujos de energía que 36 intervienen en su balance térmico global. El componente de la edificación más recomendado para utilizar como superficie radiadora es el techo. Enfriamiento evaporativo: es un proceso que utiliza el efecto de la evaporación del agua como pozo térmico. Esto se debe a que el agua para evaporarse, requiere de suministro de calor. Por lo que la evaporación provoca un enfriamiento del aire y del agua. Este enfriamiento puede ser directo e indirecto. (Haro, 2009) 1.8.3 Temperatura. La temperatura es un parámetro termodinámico del estado de un sistema que caracteriza el calor, o transferencia de energía. La temperatura de un cuerpo no es una propiedad que pueda medirse directamente, sino que para obtenerla se emplean otras propiedades, ya sean del propio cuerpo a medir, o del aparato que se utiliza para tal fin, llamado termómetro. Este método de medir la temperatura es posible pues se conoce la relación entre la temperatura de un cuerpo y alguna otra propiedad, que puede ser, por ejemplo la dilatación. Dependiendo de la variable termométrica utilizada los termómetros reciben distintos nombres y funcionan de manera diferente. Se llama Temperatura de bulbo seco del aire de un entorno, o simplemente, Temperatura seca, a la del aire, prescindiendo de la radiación calorífica de los objetos que rodean ese ambiente concreto y de los efectos de la humedad relativa y de la velocidad del aire. Se puede obtener con el termómetro de mercurio, cuyo bulbo, reflectante y de color blanco brillante, se supone razonablemente que no absorbe la radiación. La temperatura radiante tiene en cuenta el calor emitido por radiación de los elementos del entorno. Se toma con un termómetro de bulbo, que tiene el depósito de mercurio encerrado en una esfera o bulbo metálico de color negro, para asemejarlo lo más posible a un cuerpo negro y absorba la máxima radiación. Para anular en lo posible el efecto de la temperatura del aire, el bulbo negro se aísla mediante otro bulbo en el que se ha hecho vacío. 37 1.8.4 Humedad relativa. Es la humedad que contiene una masa de aire, en relación con la máxima humedad absoluta que podría admitir sin producirse condensación, conservando las mismas. El higrómetro es el instrumento utilizado para medir la humedad relativa, es decir, la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Este tipo de instrumentos también es capaz de medir la temperatura. La unidad de medida de la humedad relativa se define como el porcentaje de la cantidad de vapor de agua presente en 1 m3 de aire en una temperatura Es importante controlar la humedad relativa en: El rendimiento y la calidad de los cultivos en invernaderos están condicionados por los niveles de humedad relativa. En la realización y mantenimiento de las instalaciones de condicionamiento y calefacción. Maduración y conservación de productos alimentarios que se deben realizar a una humedad controlada. Para la correcta conservación de las obras de arte y los libros en museos y bibliotecas. 1.9 La vegetación como sistema de enfriamiento. Efectos de la sombra producida por los árboles y la vegetación. La antigua costumbre de rodear la casa con árboles, va mucho más allá del simple deseo de disfrutar la belleza de la naturaleza. Los árboles contribuyen al mejoramiento del entorno inmediato, pues si tienen una densa vegetación reducen efectivamente el ruido. Las hojas captan el polvo y filtran el aire, la vegetación proporciona privacidad visual y disminuye los efectos del deslumbramiento ( Minke 2004). Una de las principales ventajas de los árboles es su efecto térmico. Durante el invierno las pantallas formadas por arbolado perenne reducen las pérdidas de calor de los edificios e impiden la acumulación de nieve y, en verano, la superficie 38 del césped y las hojas absorben la radiación, y su proceso de evaporación puede enfriar la temperatura del aire. Los árboles nos brindan una generosa sombra en la estación adecuada, por lo que los árboles de hojas caducas son especialmente apreciados cuando estos se encuentran rodeando un edificio, pues una de las condiciones necesarias para el control solar es no interferir la radiación solar durante el invierno. Las enredaderas constituyen otro elemento de control solar de calor, refrescando el aire a través de la evaporación y proporcionando sombra. (Haro, 2009). Otros efectos que resultan muy atenuados por la luz difusa que es facilitada por la presencia de una cubierta vegetal son el deslumbramiento y la reverberación. Además las radiaciones absorbidas por suelos y fachadas son menores cuando la radiación directa se filtra. Por lo que en periodos de calor el calentamiento disminuye y se amortiguan las amplitudes. La dosificación dependerá por supuesto de las especies elegidas. En cuanto a la disminución de ruidos por el uso de vegetación, esto solo aplica cuando se trata de una franja de vegetación de varias decenas de metros. Su relevancia radica en una corrección acústica en la que el ambiente sonoro se encuentra amortiguado. La masa foliar vegetativa influye en la velocidad del viento, pues cuando fuertes vientos chocan contra ella, una parte del viento se filtra disminuyendo su velocidad y los fenómenos de remolino. (Haro, 2009). Otro papel importante que juega la vegetación que resulta de mucho interés en las ciudades es el de limpiar el aire; que depende de la localización, la extensión, su resistencia a los contaminantes, el periodo de vegetación y de la especie entre otros. Los contaminantes afectan los poros de los vegetales, ya sea disminuyendo el intercambio respiratorio o infiltrándose en el suelo acidificando los nutrientes. Las condiciones meteorológicas locales y topográficas también influyen en la difusión de los contaminantes sobre la masa vegetal (Minke 2004). La vegetación necesita de varias condiciones para poder cumplir una función microclimática en un plano térmico e higrotérmico. Una es que el elemento vegetal debe representar el 30% de la superficie urbanizada para que su efecto sea 39 importante. Se necesita proporcionar agua regular y la elección de especies (las cactáceas no emiten vapor de agua por lo que son un caso extremo). La vegetación emite vapor de agua por el follaje, esto se debe a la evaporación del agua de lluvia, rocíos y a la transpiración fisiológica de las plantas. Unas medidas comparativas de temperaturas nos muestran que puede existir una diferencia de entre 3.5 °C en el centro de la ciudad y los barrios extendidos a lo largo de una franja vegetal de entre 50 y 100 m. La vegetación puede ser utilizada como instrumento de climatización de un edificio en varias formas; ya sea rodeándolo con árboles y jardines, utilizando fachadas verdes o bien cubriendo el techo con vegetación (cubiertas verdes). La primera opción aunque no es costosa tiene las desventajas de que se necesita mucho tiempo y espacio adicional para que los árboles se desarrollen y nos protejan; las enredaderas se utilizan como protección solar en muros y espacios semiabiertos como porches y pérgolas, su costo de instalación y mantenimiento es bajo y es actualmente una estrategia muy usada en la región (Minke 2004) Las cubiertas verdes por otro lado consisten en general de la cubierta, un medio fértil para crecer las plantas (sustrato) y la plantación. Aunque su costo de instalación es alto comparado con las dos anteriores, tiene las ventajas de que aumenta la vida útil de la cubierta y el impermeabilizante al no estar expuesto directamente al sol, la inercia térmica es mayor y proporciona a los habitantes un espacio verde que de otra manera no tendrían. 1.10 Las azoteas verdes. Las azoteas verdes constituyen una alternativa viable para la maturación de la selva de asfalto como son la ciudades o áreas urbanas, a pesar que los costos son más elevados que las construcciones tradicionales, está a largo plazo representan un beneficio para la población y el medio ambiente, pues son muchos los beneficios que éstas áreas ofrecen mejorando la calidad de vida de las poblaciones urbanas. (López, 2010): 40 Una Azotea Verde es una superficie donde se siembran las plantas y estas crecen sobre la azotea de algún edificio o de casas. La azotea verde se puede construir con macetas en donde se siembran arbolitos, arbustos, hortalizas y plantas, esto permite ir transformando espacios grises en espacios vivos y armónicos, además de utilizar los productos que se pueden cosechar para nuestra alimentación y salud. Con una azotea verde se puede aprovechar la tercera dimensión, esto es los espacios verticales como son: muros, paredes, bardas, techos, y terrazas. (Urbieta, 2005). Figura 1.6 Diseño azotea verde. Fuente: www.econstruccion.com.mx 1.10.1 Origen de las azoteas verdes. Los techos verdes tienen su origen en la vegetación que crecía de manera espontánea en cubiertas de grava y otros materiales con los que se fabricaban los tejados de las casas. Islandia fue el único de los países nórdicos que mantuvo este tipo de arquitectura hasta finales del siglo XIX (el resto comenzó a sustituir estas construcciones por casas de piedra y madera en el siglo X). Hacia 1900, el 50% de la población de Islandia aún vivía en este tipo de casas. No obstante, 50 años después, muchas fueron abandonadas, quedando muy pocas en el país. El concepto de azoteas verdes no es nuevo, dos mil seiscientos años Antes de Cristo, los egipcios ponían patios y huertos que integraban a sus construcciones, 41 el ejemplo más representativo son los Jardines Colgantes de Babilonia del siglo, VI A.C. considerados una de las 7 Maravillas del Mundo Antiguo. 1.10.2 Beneficios de una azotea verde. A pesar de las dificultades y costos que pueda representar la implementación de los techos verdes, son muchos los beneficios y ventajas que tienen su establecimiento, entre estos beneficios y ventajas podemos mencionar los siguientes: El espacio verde recuperado ayuda a purificar el aire y reducir los gases contaminantes en el entorno. Reduce el nivel de ruido. Regula el clima local, pues ayuda a regular la temperatura interior de las casas, manteniéndolas frescas en verano y bloqueando el frío en invierno. Al tener una mayor superficie con follaje, se contribuye a la retención de polvo contaminante en el aire. Es un espacio para cultivar alimentos. Aprovecha el agua de lluvia y la luz solar. Reduce las aguas de lluvias, anegaciones y contaminación del agua. Reducen los niveles de gases con efecto invernadero Evitar los impactos provenientes por el calor o el frío excesivos Se convierte en un refugio para la vida humana, flora y fauna. Las plantas también son aislantes acústicos bajan el gasto en impermeabilización además de que añaden atractivo visual. Permite el cultivo de hortalizas y flores, convirtiéndose en un espacio productivo. Se convierte en un ecosistema para aves e insectos polinizadores Ofrece una actividad para relajarnos y salir de la tensión al cuidar las plantas y tener contacto con lo verde. Es una oportunidad de reconectarnos con la naturaleza y el trabajo con la tierra. (García, 2010). 42 Creación de ecosistemas de especial interés. Se reduce el consumo y costos de energía eléctrica por refrigeración (reducción del uso de aire acondicionado). Los techos verdes tienen una vida más larga que los tradicionales. 1.10.3 Tipos de azoteas verdes. Bajo el método de naturación tradicional o directa, existen básicamente tres tipos de azoteas verdes: extensiva, semi-intensiva o mixta e intensiva. La diferencia radica en la profundidad del sustrato vegetal, en las especies de plantas que se utilizan y en el nivel de mantenimiento que requieren. El diseño de una azotea verde depende del uso específico que se le dará al proyecto y del presupuesto. Para un proyecto con fines puramente ecológicos, se puede optar por un diseño extensivo. Si el área está diseñada como espacio urbano para ser disfrutado por varias personas, un proyecto intensivo o semiintensivo tendrá mejores resultados. Técnicamente la única restricción que existe es la capacidad estructural del inmueble. (Ibáñez, 2008). Tabla 1.3 Clasificación de las azoteas verdes. Característica Extensivo Semi-intensivo intensivo Espesor sustrato (cm) Hasta 15 Entre 10 y 20 Mayor que 15 Cobertura vegetal No transitable Parcialmente Transitable transitable Peso saturado (kg/m2) Entre 50 y 170 Entre 150 y 250 Mayor que 245 Diversidad vegetal Mínima Mayor Máxima Mantenimiento Mínima Variable Alta Tipo de vegetación Rastreras Arbustos y pastos Arbustos y árboles ornamentales pequeños Fuente: http://ciperperu.blogspot.mx/2011/06/azoteas-verdes_29.html 43 Azotea Verde extensiva: es la más económica, la que menor cuidado necesita y la más ligera, la vegetación se compone generalmente de plantas del género “sedum”, crasuláceas y/o suculentas que se propagan de manera natural en la región misma en donde se lleva a cabo el proyecto. Las características de las plantas hacen que la necesidad de riego, fertilización y mantenimiento sean mínimas. El espesor del sustrato vegetal es de entre 12 y 20 cm ya que las raíces crecen de manera horizontal. Su peso máximo completamente saturado de agua no supera los 200 kg/m2 y su proceso de maduración dura alrededor de cuatro a seis meses. (Ibáñez, 2008). Azotea Verde intensiva: puede albergar una amplia gama de árboles, plantas y flores con posibilidades de diseño casi ilimitadas. En este caso la única recomendación es que se utilice vegetación que se adapte a las condiciones climáticas del lugar del proyecto. El mantenimiento es el mismo que el de un jardín tradicional, requiere riego, fertilización y mantenimiento. La capa de sustrato vegetal es de 35 cm hasta más de 1 m. El proyecto arquitectónico debe contemplar la carga estructural que puede alcanzar los 1,200 kg/m2. Su maduración puede tardar varios años. Azotea Verde semi-intensiva o mixta: Combina ambos diseños dividiendo la carga de acuerdo con las características estructurales del inmueble. El peso de estas instalaciones puede variar entre los 200 y los 900 kg/m2. 1.8 Sistema techos verdes Figura 1.7 Sistema techos extensivo verdes intensivo Fuente: http://bosquesurbanospanama.wordpress.com 44 1.10.4 Clasificación de jardines sobre techo. Inaccesibles: Son aquellos jardines dónde la vegetación actúa como una cubierta adicional a las que usualmente tiene el techo. Sirven sólo para mirar, no para caminar. Pueden instalarse en techos planos o con pendiente, son de bajo mantenimiento y en ellas crecen pastos o flores silvestres en una capa ligera de sustrato. (Ibáñez, 2008). Accesibles: Son verdaderas habitaciones verdes exteriores y por lo tanto deben responder a las normas de construcción. Generalmente se instalan sobre techos planos, con la vegetación a modo de carpeta, en maceteros o contenedores. Para poder diseñar un jardín sobre él se debe tener en cuenta la carga, no sólo de la tierra y plantas, sino el peso adicional de la gente, contenedores, embaldosado fuentes o cualquier otra estructura sobre el mismo. Los costos de instalación y mantenimiento de un jardín accesible son mayores que los de uno inaccesible. Figura 1.9 Azotea inaccesible Figura 1.10 Azotea accesible Fuente: tucasa-ecologica.blogspot.com 1.10.5 Costo y efectividad de la implementación de un techo verde. La instalación de azoteas verdes agrega la necesidad de mayor trabajo en las edificaciones, pues el peso adicional tiene que ser considerado durante la construcción haciéndola ligeramente más cara a la construcción tradicional. Los 45 costos de la implementación varían según el sitio previsto para la instalación y el tipo de materiales y especies utilizados en el proyecto. A pesar del costo, esta propuesta de techos verdes debería convertirse en parte de la cultura de vida en el DF, por lo que el gobierno debe emprender ciertas medidas como: la implementación de las azoteas verdes en los edificios públicos, como políticas públicas permanentes, modificar la legislación y modificar el código financiero para incentivar la instalación de este proyecto. Los beneficios económicos de una azotea verde se muestran en el incremento de entre un 15 y un 20% en el valor del inmueble. Garantiza una vida más larga a la estructura del edificio; reduce los costos de energía; capta agua pluvial que puede ser reutilizada para riego; garantiza la impermeabilización hasta por 30 años y aumenta la tasa de retención de los inquilinos gracias al aumento en confort, (Grupo técnico de techos verdes, 2008). 1.10.6 Factores a considerar en la construcción de un jardín sobre techo. Carga. La carga del techo, estructuras fijas, equipos, personas, agua de lluvia, nieve, etc., está relacionada con el diseño de la estructura misma del techo y de todo el edificio en general. Es importante tener la confirmación técnica del valor de carga adicional que cada edificio puede soportar, especialmente en edificios ya construidos. (Grupo técnico de techos verdes, 2008): La tierra mojada pesa aproximadamente 1600 kg por metro cúbico. Si se considera una carga mínima de 200 kg por metro cuadrado, sería posible colocar una capa de 12 cm de espesor de tierra negra suficiente para plantar césped o herbáceas de raíces poco profundas. La mayoría de las plantas, excepto árboles y arbustos en general, no necesitan de 30 cm de tierra para su desarrollo y, además, no es necesario el uso de tierra pura ya que ésta se puede aligerar con otros sustratos orgánicos e inorgánicos. Aun cuando sobre el techo sólo se pueda adicionar una carga muy ligera, las cargas de mayor peso se pueden distribuir sobre columnas y trabes. 46 Tipo de techo. En teoría, un jardín se puede construir sobre cualquier tipo de techo. Con pendiente o curvo, éste puede soportar una capa de césped o de flores silvestres. Una de las preguntas que uno podría hacerse en techos con pendiente es cómo lograr que el suelo no se lave mientras se espera a que las raíces de las plantas se desarrollen y lo afirmen. Una de las alternativas es el uso de césped en rollo y, si fuera en semilla, sembrando alguna semilla de rápido crecimiento que en poco tiempo fije al sustrato. Dependiendo del uso que se le va a dar al jardín y de la facilidad de acceso al techo será la plantación a realizar. Ciertamente, un techo cuyas características se aproximan a las condiciones del suelo, resultará mucho más sencillo. (Grupo técnico de techos verdes, 2008): Drenajes. Los drenajes del techo deben estar siempre limpios y nunca quedar obstruidos por material orgánico. Una alternativa es colocar un anillo de grava y tela filtrante alrededor de las zonas de drenaje y asegurar que los contenedores o maceteros no están ubicados justo en la línea de flujo del agua de lluvia. Capa de material vegetal rayado (puede ser mineral), que se usa para cubrir la parte superior del suelo para proteger, aislar, decorar, evitar el crecimiento de hierbas o retener humedad. Generalmente, la capa de tela filtrante se extiende sobre toda la superficie del techo para evitar este problema. Aislamiento. Un jardín sobre el techo no aumenta el riesgo de filtración de agua por ruptura de la membrana aislante en aquellas cubiertas verdes que la tengan, sin embargo pueden surgir algunos problemas: Se debe evitar la ruptura de la membrana durante las tareas de mantenimiento al emplear palas o herramientas punzantes. Si el sistema de drenaje de un techo se obstruyera por arena, tierra o restos de plantas, el agua quedaría retenida por largos períodos de tiempo pudiendo producir alguna ruptura en la membrana o colarse por las uniones. Se debe asegurar que los drenajes se encuentren correctamente protegidos con materiales filtrantes. Algunos sistemas de construcción de jardines sobre techos utilizados en Europa y Estados Unidos, especialmente en zonas áridas y mediterráneas, están diseñados para retener agua. 47 Ciertos fertilizantes y/o composta pueden tener compuestos químicos inorgánicos u orgánicos que perjudican la membrana aislante. En ese caso la plantación debe realizarse en contenedores aislados de la membrana mediante una capa de tela filtrante o sobre bandejas flotantes separadas del techo. Orientación. Una vez evaluados la orientación, la dirección de los vientos más fuertes y las sombras proyectadas, la zona de plantación del jardín puede ocupar todo o parte del techo. (Grupo técnico de techos verdes, 2008): La ubicación preferencial para aprovechar la mayor cantidad de horas luz es la misma que la de un jardín a nivel del suelo. Plantación. Un techo posee un micro clima específico. El viento, la lluvia, el exceso de sol, la contaminación ambiental, la altura del edificio, las sombras que se proyectan desde otros edificios, la profundidad limitada del suelo son factores determinantes en la selección de las plantas. Teniendo en cuenta que es posible aumentar la carga en zonas más reforzadas de la estructura del techo, las plantas de mayor tamaño pueden plantarse en contenedores de gran volumen o elevar el nivel del sustrato en determinados puntos de plantación. Debido a los vientos, los árboles deben ser sujetados mediante algún sistema de anclaje al techo mismo o a las paredes. Irrigación. La provisión de agua es uno de los requerimientos básicos al diseñar un jardín sobre el techo, particularmente por las condiciones climáticas antes mencionadas de excesivo sol y corrientes de aire casi constantes que incrementan la pérdida de agua de las plantas. (Grupo técnico de techos verdes, 2008): Cualquier sistema de riego se adapta bien, siendo el más eficiente aquél que lleva el agua directamente a las raíces y no por filtración desde la superficie. Esto favorece el crecimiento de las raíces hacia niveles más profundos del sustrato donde la temperatura y la humedad son más constantes. Por otro lado, la superficie se mantiene seca en períodos entre lluvias y evita la germinación de malezas. Además de evaluar el régimen de lluvias, se debe tener en cuenta el 48 medio de crecimiento para lograr una buena capacidad de retención de la humedad, óptimo drenaje y buen crecimiento vegetal. Figura 1.11 Capas de una azotea verde. Fuente: www.ecocosas.com 1.11 Cubierta vegetal. Del total de elementos que conforman el edificio, la cubierta tiene especial importancia para el comportamiento climático del interior. Controlando la radiación solar que recibe la cubierta, podemos controlar las condiciones climáticas de los espacios interiores, esto se debe a que la mayor aportación de energía térmica que recibe el espacio construido es resultado principalmente del flujo de energía que pasa a través de la cubierta, por tres factores: posición respecto al sol, materiales de construcción y de la intensidad de la radiación (Olgyay 1968). 1.11.1 Posición respecto al sol. La cubierta es el elemento más crítico de la edificación con respecto a la penetración de la energía solar, por su posición en la envolvente. La radiación solar que se recibe por la cubierta se convierte casi en un tercio de las ganancias de calor de una casa. Sin embargo, su misma posición, la convierte en el elemento de mayor importancia en el diseño bioclimático de las edificaciones, pues así como en el día recibe calor, por la noche, puede perderlo por ser el elemento más 49 expuesto a la bóveda celeste, considerada uno de los sumideros naturales de calor, irradiando calor al espacio. Además durante el día, simplemente controlando la exposición directa de los rayos solares, es posible evitar la ganancia de calor. (González, 1986) 1.11.2 Materiales de construcción. Todos los sistemas de cubiertas vegetales contienen seis elementos mandatorios que deben ser especificados en todos los proyectos. Éstos pueden incluir varios componentes opcionales, dependiendo del diseño, los cuales pueden ser decisivos dependiendo del proyecto final. Los productos usados y los métodos de instalación pueden variar una vez conocidos los requerimientos de diseño, presupuesto y tipo de uso que se le quiera dar a la cubierta. Las soluciones para cubiertas vegetales varían según sean las necesidades de mantención, del tipo de proyecto, las condiciones climáticas, presupuesto y aislamiento térmico y acústico que se deseen obtener. Pese a esto, hay dos grandes partidas que todos los sistemas deben considerar antes de comenzar la instalación. (Haro, 2009). Se trata de la carga admisible de la estructura y de la elección del tipo de impermeabilización. En el primer caso, para el diseño de la techumbre se considerará la carga que aporta la cubierta vegetal, lo que puede variar dependiendo de la densidad del medio de crecimiento que se utilice. Esta precaución es fundamental en el caso de los diseños nuevos, pero es aún más compleja cuando se trata de intervenciones sobre cubiertas ya existentes. Dependiendo del informe de cálculo entregado por el especialista, podremos pasar a evaluar cuál será el sistema que se puede instalar en el proyecto. El segundo aspecto, la impermeabilización, es una partida a la cual se le debe prestar especial importancia, ya que existen varias alternativas y la elección no debe ser tomada solamente por una cuestión económica. En el mercado existen diferentes alternativas tanto de productos como de tecnologías, siendo las más comunes las siguientes: membranas, TPO, EPDM, PVC y membranas líquidas de poliuretano. 50 Es importante verificar la pendiente que tendrá la cubierta y especificar un drenaje adecuado para evitar la formación de charcos. Cuando se trata de cubiertas con pendiente, algunas soluciones podrían incluir soportes que apoyan en la impermeabilización y que se mantienen fijos debido al peso del sistema con el fin de escalonar el área para evitar desprendimientos masivos. Para la elección de las especies vegetales que se instalarán en la cubierta ecológica, los especialistas recomiendan considerar que no se trata igual que a una planta en tierra firme. Po lo que se sugiere la utilización de un esquema variado de especies, aumentando la supervivencia ante agentes biológicos y climáticos. La elección del medio de crecimiento para la vegetación también es clave para asegurar un desempeño de la cubierta en el largo plazo. Se deberá buscar una buena permeabilidad al agua, un buen anclaje para las raíces de las plantas y poca compactación. El medio de crecimiento, debe ser seleccionado en función del diseño de paisajismo creado para el proyecto. (Econstruccion, 2010). 1.11.3 Intensidad de radiación. La mayor parte de la energía que llega a nuestro planeta procede del Sol. El Sol emite energía en forma de radiación electromagnética. Estas radiaciones se distinguen por sus diferentes longitudes de onda. Algunas, como las ondas de radio, llegan a tener longitudes de onda de kilómetros, mientras que las más energéticas, como los rayos X o las radiaciones gamma tienen longitudes de onda de milésimas de nanómetro. (Haro, 2009). La radiación en el Sol es de 63.450.720 W/m². La energía que llega al exterior de la atmósfera terrestre sobre una superficie perpendicular a los rayos solares lo hace en una cantidad fija, llamada constante solar (1353 W/m² según la NASA) variable durante el año un ± 3% a causa de la elipticidad de la órbita terrestre. Esta energía es una mezcla de radiaciones de longitudes de onda entre 200 y 4000 nm, que se distingue entre radiación ultravioleta, luz visible y radiación infrarroja. 51 1.11.3.1 Radiación ultravioleta. Es la radiación ultravioleta de menor longitud de onda (360 nm), lleva mucha energía e interfiere con los enlaces moleculares. Especialmente las de menos de 300 nm que pueden alterar las moléculas de ADN, muy importantes para la vida. Estas ondas son absorbidas por la parte alta de la atmósfera, especialmente por la capa de ozono. Es importante protegerse de este tipo de radiación ya que por su acción sobre el ADN está asociada con el cáncer de piel. Sólo las nubes tipo cúmulos de gran desarrollo vertical atenúan éstas radiaciones prácticamente a cero. El resto de las formaciones tales como cirrus, estratos y cúmulos de poco desarrollo vertical no las atenúan, por lo cual es importante la protección aún en días nublados. Es importante tener especial cuidado cuando se desarrollan nubes cúmulos, ya que éstas pueden llegar a actuar como espejos y difusores e incrementar las intensidades de los rayos ultravioleta y por consiguiente el riesgo solar. Algunas nubes tenues pueden tener el efecto de lupa. (Haro, 2009). 1.11.3.2 Luz visible. La radiación correspondiente a la zona visible cuya longitud de onda está entre 360 nm (violeta) y 760 nm (rojo), por la energía que lleva, tiene gran influencia en los seres vivos. La luz visible atraviesa con bastante eficacia la atmósfera limpia, pero cuando hay nubes o masas de polvo parte de ella es absorbida o reflejada. 1.11.3.3 Radiación infrarroja. La radiación infrarroja de más de 760 nm, es la que corresponde a longitudes de onda más largas y lleva poca energía asociada. Su efecto aumenta la agitación de las moléculas, provocando el aumento de la temperatura. El CO2, el vapor de agua y las pequeñas gotas de agua que forman las nubes absorben con mucha intensidad las radiaciones infrarrojas. (Haro, 2009). La atmósfera se desempeña como un filtro ya que mediante sus diferentes capas distribuyen la energía solar para que a la superficie terrestre sólo llegue una 52 pequeña parte de esa energía. La parte externa de la atmósfera absorbe parte de las radiaciones reflejando el resto directamente al espacio exterior, mientras que otras pasarán a la Tierra y luego serán irradiadas. Esto produce el denominado balance térmico, cuyo resultado es el ciclo del equilibrio radiante. Según el tipo de radiación se conoce que de los 324 W/m2 que llegan a la Tierra, en la parte alta de la atmósfera (1400 W/m2 es la constante solar); 236 W/m2 son reemitidos al espacio en forma de radiación infrarroja, 86 W/m2 son reflejados por las nubes y 20 W/m2 son reflejados por el suelo en forma de radiaciones de onda corta. Pero el reenvío de energía no se hace directamente, sino que parte de la energía reemitida es absorbida por la atmósfera y devuelta a la superficie, originándose el "efecto invernadero". Figura 1.12 Radiación solar. Fuente: Universidad de colima 1.12 Criterios para la elección de las especies vegetales. Se entiende por la capa donde se desarrolla la vida vegetal. La elección de éstas va a depender principalmente del clima al cual serán expuestas. Donde afecta esencialmente los cambios de temperaturas, las precipitaciones, el viento y la altura de la cubierta vegetal. (Haro, 2009). Las plantas pueden ser perennes, bienales o anuales y se dividen en tres grupos principales: 53 Monocultivos. Combinaciones simples de plantas. Comunidades de plantas. Los sistemas de cubierta vegetal extensivos se basan principalmente en plantas perennes y su elección requiere un análisis cuidadoso, con estás variedades hay menos margen de error de diseño debido a que soportan condiciones climáticas más duras. En los sistemas de cubiertas intensivas se pueden utilizar una paleta más amplia de plantas, su elección solo será limitado por el clima, disponibilidad y requerimientos de mantención. Sugerencias de tipología de plantas y cantidad de medio de crecimiento necesario para su crecimiento. Las plantas se pueden montar en el medio de crecimiento mediante distintas formas: Aplicación de semillas y esquejes. Plantas en bandeja. Plantas en maceta. Plantas en alfombra. Las plantas son el componente más visible de una cubierta vegetal y son a menudo usadas para medir el éxito de un proyecto. Como resultado las expectativas de los clientes necesitan ser manejadas, especialmente durante los primeros años de asentamiento. El sistema de cubierta vegetal y su plan de mantención deberían ser diseñados para asegurar la salud y vitalidad de las plantas. Las plantas necesitan ser cuidadosamente seleccionadas para que asegurar que de la cubierta sobrevivirán a las difíciles condiciones de la cubierta. Hay un número de compensaciones entre los tipos de plantas y el rendimiento de la cubierta vegetal. Por ejemplo algunas especies atraerán aves migratorias mientras otras especies tendrán un mayor impacto en la velocidad de evacuación de aguas lluvias. 54 La vegetación puede cumplir varias funciones en una cubierta vegetal, incluyendo: Estética (Visual, sonidos, aromas). De aislación térmica. Ayuda al manejo de aguas lluvias. Biodiversidad y protección de hábitat. Resistencia al fuego. Filtra la contaminación del aire. Sombra. Transpiración. Reducir el CO2. Producir oxígeno. Proteger la alimentación. Proteger del viento. 1.13 Mantenimiento y control de las especies vegetales. Es aconsejable establecer si en el marco de los cuidados de terminación deben tomarse medidas especiales, como por ejemplo: Riego inicial, Riego durante el sembrado, Sembrado y/o plantado posteriores. Los techos verdes con un denso colchón de pasto evaporan, a decir verdad, proporcionalmente mucha humedad, pero gracias a la formación de agua de rocío por la mañana vuelven a quedar completamente regados. En los períodos muy largos de sequía, y particularmente en techos empinados orientados hacia el sol o para sustratos con escaso almacenamiento de agua, puede tener sentido un riego artificial. En este caso es ventajoso, en la zona de más arriba, agregarle mangueras al sustrato para riego por goteo. Puede suceder que algunas plantas mueran, pero a través de la propia producción y diseminación de semillas se regenera siempre de nuevo un techo de verdeado 55 extensivo. Cuando la vegetación prendió bien, la construcción del techo fue correctamente ejecutada y no surgió ningún período largo de sequía, no es necesario un mantenimiento de la vegetación. Si sobre el techo crecen arbustos más altos o árboles, éstos deberán eliminarse. El techo verde no debe ser cortado. Esto trae aparejado, por un lado, el peligro de que se seque demasiado rápido y por otro, que se pierda sustancia orgánica. Si se corta muy a menudo, el sustrato debería ser abonado para mantener el equilibrio ecológico. Es el mantenimiento normal de cualquier jardín: riego, poda, fertilización, cuidado de plantas, etc. La intensidad de estos servicios dependerá del tipo de vegetación que se instale. El sistema extensivo está diseñado para áreas poco accesibles, requiere un mínimo mantenimiento que consiste en una visita cada dos meses para sustituir cualquier planta que no se haya desarrollado debidamente y retirar hojas secas. Este sistema consume muy poca agua ya que la paleta vegetal se selecciona con plantas endémicas de acuerdo con el sitio de la instalación. Los sistemas intensivos y mixtos requieren de un mantenimiento similar al de un jardín tradicional. Esto es irrigación constante, poda aproximadamente cada tres semanas y fertilización natural dos veces por año. 1.14 Clasificación de especies vegetales. La clasificación de plantas puede darse de acuerdo a diferentes parámetros; podemos agruparlas por tamaño o según su forma de reproducirse, si tomamos en cuenta la primera clasificación y las condiciones en las que se instalara la cubierta vegetal; decimos entonces que los tipos de plantas se agruparían en: árboles, arbustos y plantas herbáceas. (SEMARTANT). 56 Figura 1.13 Clasificación de especies vegetales según su tamaño. Fuente: http://bosquesurbanospanama.wordpress.com 1.14.1 Plantas tropicales. Plantas tropicales son básicamente aquellas que crecen en la franja que va entre el trópico de Cáncer y el de Capricornio. Pero se considera que plantas tropicales son las que no resisten las heladas. (casasyvidas, 2009). Las plantas tropicales son típicas de las regiones tropicales, donde los rayos del Sol, inciden casi perpendicularmente, y el clima es isotermo (presenta escasas variaciones de temperatura lo largo del año). Sin embargo, las variaciones térmicas durante el día son mayores que las anuales, debido a la duración similar del día y la noche. Las lluvias presentan una gran variación a lo largo del año, las que determinan las variaciones climáticas, ya que las temperaturas no tienen incidencia. Se distinguen entonces, los meses secos de los húmedos. La presencia de helechos arborescentes, plantas primitivas que casi no han evolucionado desde la era primaria, es testimonio de la estabilidad del clima y una característica de las plantas tropicales. (casasyvidas, 2009). 57 1.14.2 Plantas desérticas. La vegetación característica de las zonas desérticas posee condiciones especiales para soportar grandes periodos de sequías y con constante escasez de agua. Por ello, muchos de los arbustos típicos de este tipo de biomas desarrollan hojas pequeñas y recubiertas por sustancias impermeables. Existen algunas plantas con hojas y tallos de gran tamaño, que sirven de depósitos para almacenar la mayor cantidad de agua que sea posible en las épocas de mayor aridez. También, el color verdoso ayuda a evitar el sobrecalentamiento superficial. Muchas de las especies vegetales sincronizan sus ciclos de vida con los periodos de lluvia y solo crecen cuando hay suficiente humedad. Cuando precipita sobre la árida superficie, las semillas germinan, las plantas se desarrollan e, incluso, algunas presentan vistosas flores. Las raíces de arbustos y cactáceas también poseen modificaciones sorprendentes. Estas pueden variar entre algunas de ubicación superficial, que aprovechan la escasa humedad para sobrevivir, y tras que crecen profundamente, en busca de las capas subterráneas de agua. En zonas desérticas en las que la salinidad es bastante alta, algunos arbustos y cactáceas han desarrollado glándulas excretoras de sal, beneficiando su supervivencia. Sorprendentemente existen muchas especies de plantas capaces de sobrevivir en el desierto. La mayoría de ellas son suculentas, lo que quiere decir que pueden almacenar agua. Otras, poseen semillas las cuales yacen inactivas hasta que el agua de lluvia las despierta. A pesar de todo, estas plantas encuentran el modo de obtener agua y protegerse del calor. 1.15 Iresine, amaranto (Iresine). Iresine es un género de plantas con flores con un gran número de plantas ornamentales en la familia Amaranthaceae. Estas plantas se encuentran en la América tropical, donde hay entre 20 y 25 especies. Sin embargo, solamente 58 algunas especies son cultivadas por el colorido de sus hojas, las cuales se llaman hojas de sangre. (plantayflor, 2010). Sus hojas son de color púrpura brillante. Existen otras numerosas variedades con diferentes coloraciones. En regiones de temperaturas anuales suaves puede permanecer todo el año en el jardín. Se tiene que cultivar en situaciones de semisombra, o con algo de sol directo siempre que éste no sea excesivamente fuerte. Para su ubicación se debe elegir un lugar cálido ya que esta planta no soporta el intenso frío ni las heladas por muy cortas que estas sean. Tabla 1.4 Clasificación científica Iresine Clasificación científica Reino Plantae División: Magnoliophyta Clase: Magnoliopsida Orden: Caryophyllales Familia: Amaranthaceae Subfamilia: Gomphrenoideae Género: Iresine Fuente: es.wikipedia.org Los riegos tienen que ser copiosos en el periodo de máximo crecimiento, esto es, desde mediados de la primavera hasta final del verano, cuidando que el compost permanezca siempre algo húmedo. Resulta muy beneficioso durante los periodos de mucho calor rociar a diario con agua no muy fría las hojas, para proporcionarle humedad y frescor. En invierno los riegos serán más moderados. El color tan intenso de las hojas de esta bella planta destacará de forma sensacional colocada junto a otras plantas que estén en flor, o bien con ejemplares de hojas verdes. (plantayflor, 2010). 59 El crecimiento de esta planta es bastante rápido, por ello es necesario abonar la planta cada 15 o 20 días con un abono líquido. Para conseguir que la Iresine crezca de forma compacta, hay que cortar los extremos de las ramas que hayan crecido demasiado. La multiplicación de la Iresine resulta muy fácil y enraíza con gran rapidez, basta con tomar esquejes y se introducen en agua hasta que tengan raíces o directamente en sustrato. Figura 1.14 Planta de Iresine. Fuente: www.plantayflor.blogspot.mx 1.16 Golden Duranta (Durante Sp). La Duranta es un género de plantas que contiene 17 diferentes especies de arbusto nativo de la Florida, México, y partes de América del Sur. Las especies Montículo de Oro Duranta es nativo sólo a México y es conocido por muchos otros nombres: Pigeon Berry, Sky y Golden Flower Dew Drop para nombrar unos pocos. Golden Dew Drop es un arbusto perenne muy que también se puede cultivarse como cubierta vegetal arbustiva, con sus elegantes ramas caídos. Esta planta es un atrayente de mariposa. Pájaros del amor la semilla de color amarillo dorado del tamaño de frutos que crecen en el centro de es tubular. Es una planta fácil de cultivar que no exige mucha atención y pueden soportar condiciones climáticas difíciles. Por lo general puede crecer hasta seis pies de altura y tres metros de ancho, que los convierte en una buena cobertura vegetal una vez que alcanzan la madurez. (Herbario, 2009). 60 Creciendo estas plantas, tienden a levantarse, desarrollándose poco en largueza, y tienden a tener un desarrollo columnar. Esta planta en verano toma una coloración violeta y rojo; es de la talla medio y puede alcanzar los 3 m de grandeza. No mantiene las hojas en invierno. Estas plantas son arbustos Tabla 1.5 Clasificación científica Golden Duranta. Clasificación científica Reino Plantae Subreino: Tracheobionta División Magnoliophyta Clase Magnoliopsida Subclase Asteridae Orden Lamiales Familia Verbenaceae Género: Duranta Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Duranta Planta que necesita de al menos unas horas al día de irradiamento solar. Cuando las temperaturas mínimas sean muy bajas, podemos proveer a proteger los arbustos más sensibles, cubriendo las raíces con hojas secas o paja. En este período del año no debemos preocuparnos por las temperaturas mínimas, El Golden dewdrops de hecho, puede soportar una temperatura de algunos grados bajo cero. (Herbario, 2009). Para obtener un desarrollo lozano, está bien recordar de abonar periódicamente nuestros arbustos; utilicemos un abono lleno de azufre y potasio que favorecerá el desarrollo de la nueva vegetación y de las flores. Podemos intervenir a fines del invierno, mezclando al terreno alrededor de la planta una buena dosis de abono orgánico o de abono químico de lenta liberación. Durante la primavera también es posible intervenir esporádicamente con abonos líquidos o en polvo, de añadir al agua de las regaduras cada 20-25 días. 61 Con el aumento de las temperaturas diurnas, a inicios de la primavera, está bien practicar un tratamiento con un insecticida ad amplio espectro, usarlo cuando en el jardín no hay floración. Antes de que las gemas engrosen excesivamente, también sea aconsejable practicar un tratamiento hongocida de amplio espectro, para prevenir el desarrollo de enfermedades de hongos, favorecido por la elevada humedad ambiental. Figura 1.15 Planta de Golden Duranta. Fuente: www.infojardin.com 1.17 Aloe, sábila (Aloe barbadensis). Aloe, también llamado áloe, sábila, Áloe es un género de plantas suculentas de la familia Asphodelaceae, familia desaparecida en las clasificaciones filogenéticas más modernas y sus géneros incluidos ahora en la familia Xanthorrhoeaceae. De la misma manera, antes de entrar en la familia Asphodelaceae estaban en la de las Aloaceae (monogenérica) y Liliaceae (Sistema de Cronquist, 1981). Es nativo de las regiones secas de África, Madagascar y Oriente. Aloe vera ha sido considerada como una "planta milagrosa" para aliviar problemas de salud. Su punto débil es el exceso de agua y el frío. (infojardin, 2008). El aloe vera es rico en vitaminas, minerales, proteínas, oligoelementos y aminoácidos tanto esenciales como no esenciales. De la planta se extrae gelatina 62 y jugo (yodo). La gelatina se obtiene del interior de las hojas mientras que el jugo de la parte de abajo de la piel correosa de la planta. Tabla 1.6 Clasificación científica Sábila. Clasificación científica Reino Plantae Subreino: Tracheobionta División Magnoliophyta Clase Liliopsida Subclase Liliidae Orden Asparagales Familia Xanthorrhoeaceae Subfamilia Asphodeloideae Género: Aloe : Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Aloe Se coloca en un lugar con buena luz, las hojas marrones quiere decir que está recibiendo demasiado sol. No tolera el frío intenso, pero le conviene descansar en invierno con temperaturas frescas (6-10ºC). En el invierno, protege al Aloe vera del frío, tolera la atmósfera seca. Para el cultivo de Aloe vera, es mejor hacerlo en maceta de barro en vez de plástico porque ésta no es porosa. En el fondo echa dos dedos de grava para el drenaje. Espera un par de semanas para empezar a regar, así dará tiempo a cicatrizar las heridas que se hayan podido producir durante el trasplante. El suelo debe ser arenoso y con buen drenaje. (infojadin, 2008) Hay que vigilar que el agua no se estanque. El aloe puede pasar largas temporadas sin agua, sobre todo en invierno. Sin embargo, cuando las hojas están delgadas y arrugadas, significa que tienen sed. Es muy resistente a plagas, pero a veces es atacado por Pulgones o Cochinillas. 63 Para lograr que se multipliquen se separan los hijuelos que nacen alrededor de la planta madre cuando estos tengan una altura de cuatro dedos. Hay que recordar que no se debe regar durante las 2 primeras semanas después de su trasplanté para que cicatricen las heridas. Los hijos se le dejan secar sus heridas durante un par de semanas, sin exponerlos al sol, y luego se plantan en macetas individuales. Figura 1.16 Planta de Sábila Fuente: www.infojardin.com 1.18 Agave, maguey (Agave Tequilana). Al género Agave (del griego Agavos, "noble" o "admirable") pertenecen plantas suculentas pertenecientes a una extensa familia botánica del mismo nombre: Agavaceae, conocidas con varios nombres comunes: agave, pita, maguey, cabuya, fique, mezcal. (Vereda, 2010). Su centro de origen está en México, los grupos humanos originarios de esta región aprovecharon esta planta desde hace por lo menos diez mil años; además de usarlos por sus fibras o por el aguamiel, obtenían de ellos el mexcalli, un maguey cocido con altas concentraciones de azúcares, aunque actualmente se distribuyen desde el sur de los Estados Unidos hasta Bolivia. Se reconocen más de 200 especies pertenecientes a este género con una gran diversidad en cuanto a 64 formas tamaños, colores y estrategias de vida. Se calcula que el género surgió hace unos 12 millones de años. Tabla 1.7 Clasificación científica Agave. Clasificación científica Reino Plantae División Magnoliophyta Clase Liliopsida Subclase Liliidae Orden Asparagales Familia Agavaceae Género: Agave Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Agave Planta casi acaule, arosetada. Hojas de color verde grisáceo, robustas, suculentas carnosas y rígidas, de hasta 2 m de largo, armadas en todo su borde de espinas recurvadas con base triangular y una espina grande (3-5 cm) afilada en su ápice. A los 10-12 años de edad aparece el tallo florífero hasta de 8 m de alto, rematado por una panícula de flores amarillas, apiñadas en unas 20 ramas horizontales. Esta curiosa y llamativa planta, muere después de haber florecido y haber dado los frutos (una vez en su vida, monocarpica), en sus flores produce un néctar apetecido por mariposas, aves y murciélagos. No obstante, al reproducirse mediante estolones, una misma planta puede sobrevivir en forma de otra nueva. Es tal la presión de enrollamiento entre las hojas del centro de la roseta que quedan marcadas en la parte inferior por sus espinas. Tiene propiedades depurativas y antileprosas. Las hojas machacadas se emplean como cataplasma para desinflamar tumores, de ellas se puede obtener papiro e hilo para calzados, telas, vestidos; y el líquido de sus hojas se usa como desinfectante de heridas y para hacer licor, de las espinas se hace púas, alfileres, agujas y rastrillos para peinar las tramas en la fabricación de las telas. En los andes venezolanos el ají es combinado con las flores de maguey para ser consumidos en guisos o como conservas. Al parecer la palabra maguey procede 65 de los chacopatas de las costas venezolanas de Cumaná y de allí importada a México por los españoles. (Vereda, 2010). Figura 1.17 Planta de Maguey. Fuente: www.vereda.ula.ve 66 CAPÍTULO II METODOLOGÍA. Este capítulo recomienda una metodología para la instalación de un techo verde comprendiendo un método experimental comparativo entre las especies vegetales elegidas, contemplando la descripción del área, un desarrollo experimental donde se abordara la técnica de construcción, los materiales utilizados en su desarrollo y el mantenimiento de los mismos, así como detallar el análisis de datos obtenidos en la toma de temperaturas. 2.1 Descripción del área de trabajo. La ciudad de Poza Rica de Hidalgo se localiza al norte del estado mexicano de Veracruz, al oriente de la República Mexicana Su zona conurbada está conformada por asentamientos y núcleos de población, fraccionamientos, colonias, áreas industriales y comerciales, asentadas sobre territorios de los municipios limítrofes en una conurbación en proceso de ratificación por parte de los ayuntamientos involucrados y el congreso del estado, misma que incluiría a 5 municipios en forma parcial, en donde la ciudad de Poza Rica constituiría el núcleo central, con algunos sectores periféricos dentro de los municipios de Coatzintla, Tihuatlán, Cazones y Papantla. Figura 2.18 Mapa Poza Rica Veracruz. Fuente: www.maps.google.com.mx 67 El clima de la región es cálido, con una temperatura media anual de 24.4 °C, con abundantes lluvias en verano y principios de otoño. La precipitación media anual es de 1,103 mm. Tabla 2.8 Parámetros Climáticos de la ciudad de Poza Rica. Parámetros Promedio anual Temperatura máxima registrada 47 °C Temperatura diaria máxima 30.9 °C Temperatura diaria mínima 19.6 °C Temperatura mínima registrada -0.5 °C Precipitación total 1186.8 mm Fuente: Servicio Meteorológico Nacional La Facultad de Ciencias Químicas se encuentra ubicada en las coordenadas Latitud Norte 97° 26’ 50.72” y Longitud Oeste 20° 30’ 33.85”, en la zona sur este de la ciudad, colindante con los municipios de Coatzintla y Papantla, Ver. Su zonificación la clasifica como suelo de uso urbano residencial, rodeada de una zona de reserva natural al sur, sur - oeste del campus. El área seleccionada para la instalación de la azotea verde se ubica en el edificio B en el ala noreste de la Facultad de Ciencias Químicas, se eligió este sitio por la disponibilidad de espacio en la azotea, el dren del espacio y la cubierta aislante con la que cuenta. La azotea del edificio B, alberga en su planta superior a un centro de cómputo, una biblioteca, dos secciones de cubículos, un área de baños y 8 aulas climatizadas. Sobre la biblioteca se construyó el techo verde, utilizando 6 espacios de 1 m2 cada uno. 68 Figura 2.19 Vista aérea del edificio B de la Facultad de Ciencias Químicas Fuente: www.maps.google.com.mx 2.2 Instrumentos de medición utilizados en la toma de datos. Uno de los equipos de medición que se utilizaran para el registro de datos de temperatura y de humedad, serán los termómetros digitales con indicador de humedad de la marca ACU-RITE, los cuales cuentan con un sensor con cable, con memoria de mínimas y máximas, y con selector de grados Fahrenheit y Celsius. Figura 2.20 Termómetro ACU-RYTE 69 2.3 Técnica de construcción y selección de especies para la cubierta vegetal en la azotea verde. Para iniciar el proceso de instalación es necesario tener en cuenta el diseño del techo verde y de la cubierta vegetal así como conocer las recomendaciones técnicas de cada uno de los componentes. Esa información le permitirá comenzar a dimensionar el proyecto, y los cuidados que deberá tener en la instalación de cada una de las capas componentes del sistema. A continuación se muestra una propuesta de montaje y ordenamiento de las capas componentes de una cubierta vegetal, cada una respondiendo a las necesidades detectadas en el momento de especificación y diseño de ésta. 2.3.1 Espacio destinado al proyecto. Como parte del proceso del diseño del experimento, se elige un punto de muestra de los datos de temperatura, este punto de referencia se ubica en la Facultad de Ciencias Químicas en el edificio B, en el ala noreste como se muestra en la figura. Figura 2.21 Espacio destinado a la construcción de la azotea verde. Fuente: www.maps.google.com.mx 70 2.3.2 Preparación de superficie. La superficie a cubrir deberá encontrarse limpia y seca, el uso de este tipo de membranas, reduce el porcentaje de pendiente, por lo que la superficie puede tener un techo completamente plano e impermeable. Figura 2.22 Superficie donde se instalara el techo verde. 2.3.3 Aplicación de la capa impermeabilizante (Geo-membrana). Lo primero consiste en recortar con unas tijeras la cantidad de geomembrana necesaria, en este caso se recortara un poco más de 6 m2. Posteriormente de haber limpiado la superficie donde instalaremos nuestro techo verde y de haber recortado la geomembrana requerida procederemos a colocar nuestra capa impermeable, la cual se deberá limpiar con ayuda de un paño mojado o un cepillo. Una vez limpia y seca se extenderá sobra la superficie y se dejara reposar hasta que se adecue completamente a la superficie. La membrana se instalará de forma flotante siendo anclada perimetralmente por unos bastidores de madera, se 71 podrán adicionar refuerzos esto según el tamaño de la superficie a instalar, estos podrán ser algunas rocas o unos ladillos colocados en las orillas. Figura 2.23 Instalación de la Geomembrana Figura 2.24 Geomembrana instalada. 2.3.4 Instalación perimetral para el soporte de la cubierta vegetal. El experimento se llevó a cabo usando 6 módulos de madera de 1 m 2 cada uno, se ubicaran exactamente sobre el techo de la biblioteca de la universidad. La altura de estos módulos es de 30 cm y su grosor de una pulgada. Estos bastidores de madera fueron elaborados dentro de las instalaciones de la facultad con madera de pino. Figura 2.25 Bastidores de madera. 72 Una vez colocada la geomembrena se colocaran los 6 bastidores de madera uno a lado de otro, dejando un espacio entre ellos de unos 15 cm aproximadamente. Figura 2.26 Instalación del área perimetral. Ya colocados sobre la geomenbrana de manera lineal a cada módulo se le asignara una letra, esto nos ayudara a tener una visión más específica al momento de recaudar los datos monitoreados. Figura 2.27 Representación del orden de los módulos colocados en la azotea verde. 73 2.3.5 Definición y recubrimiento de la barrera anti-raíz. Por cuestiones de peso y disponibilidad de materiales, la barrera anti-raíz que utilizaremos en nuestro proceso de implementación será el PET ya que además de ser reciclable tiene una baja absorción de humedad, alta resistencia al desgaste y sobre todo es una muy buena barrera anti-raíces. Figura 2.28 Tereftalato de polietileno (PET) Antes de colocar el PET debemos asegurarnos de que este esté limpio y seco de cualquier residuo líquido. Aplastarlo nos ayudara a tener un mejor manejo del material al momento de colocarlo dentro de los módulos. El PET se distribuirá a de manera uniforme hasta formar una capa sobre la geomembrana dentro del área delimitada por los bastidores de madera. 74 Figura 2.29 Colocación de la barrera anti raíz Figura 2.30 Barrera anti raíz instalada. 2.3.6 Elección e instalación de los medios de crecimiento en la cubierta vegetal. El medio de crecimiento es una combinación de material orgánico e inorgánico que con ayuda del agua y aire proporciona un óptimo habitad a nuestras plantas generando un amarre para éstas, drenando el agua del techo y preservando la reproducción de más especies vegetales. Para llevar a cabo nuestro experimento se recurrirá a utilizar tres medios de crecimiento, uno de ellos de tierra negra, el siguiente será de piedra volcánica (tezontle) y para el último se utilizara una combinación de tierra negra con hidrogel. De acuerdo al siguiente orden y con ayuda de una pala se colocara el medio de crecimiento dentro del área perimetral instalada sobre la geomembrana: 75 Figura 2.31 Tierra negra. Figura .2.32 Piedra volcánica. Figura 2.33 Hidrogel Modulo A y B, a cada uno se agregara de manera uniforme una capa de tierra negra de aproximadamente unos 15 cm de altura en cada uno de los módulos. Modulo C y D, estos se llenaran de piedra volcánica utilizando costal y medio de tezontle por cada módulo, alcanzara una altura de 15 cm aproximadamente. Módulo D y E, en ellos se agregara una mezcla de tierra negra con hidrogel, es decir por cada metro cuadrado de tierra se adicionara 100 gr de hidrogel, la altura de este medio será de 13 cm ya que al momento del contacto con el agua este material tiende a expandir sus moléculas y alcanzar otra altura. Figura 2.34 Instalación de los medias de crecimiento 76 2.3.7 Siembra y elección de especies vegetales. Sobre los módulos se colocaron cuatro tipos de plantas dos de ellas de tipo sedum o suculenta, conocidas como aloe vera (sábila) y maguey, estas se eligieron por su abundante cobertura, alta resistencia al sol y por sus bajos requerimientos de agua. Una tercera especie es del tipo arbustiva, llamada Duranta Golden esta fue seleccionada debido a su fácil crecimiento, a su alta resistencia al sol directo y mantenimiento menor que el pasto ya que no son necesarias las podas. Por último se ligio una especie de tipo tropical llamada Iresine, la cual se eligió por sus bajos requerimientos de agua, su escaso mantenimiento y por qué tiene la cualidad de reproducirse rápidamente. La manera en la cual que se llevara a cabo la siembra dentro de los módulos, se realizara respetando el siguiente orden tal y como lo muestra la tabla 2.9. Tabla 2.9 Siembra de especies dependiendo del medio de crecimiento. MODULO MEDIO DE CRECIMIENTO ESPECIE VEGETAL A Tierra negra Iresine B Tierra negra Duranta Golden C Piedra volcánica Aloe vera (sábila) D Piedra volcánica Maguey y aloe vera (sábila) E Mezcla de tierra negra con hidrogel Iresine F Mezcla de tierra negra con hidrogel Durante Golden Figura 2.35 Modulo A Figura 2.36 Modulo B 77 Figura 2.37 Modulo C Figura 2.39 Modulo F Figura 2.38 Módulo D Figura 2.40 Modulo E 2.4 Azotea verde terminada. Una vez finalizado el proceso de construcción, la instalación de medios de crecimiento y la siembra de las plantas en la cubierta vegetal, se tendrá la azotea verde terminada. Ahora se procederá a llevar a cabo una siguiente fase la cual comprenderá el mantenimiento y el análisis de datos de las especies vegetales utilizadas. 78 Figura 2.41 Azotea verde terminada. 2.4.1 Programa de riego y mantenimiento. Se establecerá un programa de riego abundante de tres veces por semana regularmente después del atardecer o antes de las 10 de la mañana para evitar pérdidas de agua por evaporación. Durante el procedimiento se controlara tanto el crecimiento de las especies como su reproducción además se evitara la aparición de alguna plaga. Para poder llevar acabo el mantenimiento de las especies se podaran para poder controlar su crecimiento, se regaran para mejorar su calidad de vida y se adicionaran sustratos o abonos para favorecer su reproducción. Figura 2.42 Riego de las plantas durante la mañana Figura 2.43 Riego de las plantas durante la tarde. 79 2.4.2 Monitoreo del comportamiento de la cubierta vegetal. Para realizar el monitoreo de datos fueron utilizados 3 termómetros digitales con sensor de la marca ACU-RYTE, antes de realizar la lectura de datos es necesario calibrar los equipos. Se procederá a tomar los datos correspondientes a humedad relativa y temperatura, colocando los sensores de los termómetros es cada uno de los módulos. Este monitoreo se realizara diariamente tomando los datos en un intervalo de tiempo comprendido entre las 9:00 A.M. y 10:00 P.M. El siguiente intervalo será entre las 15:00 P.M. y 16:00 P.M. Figura 2.44 Calibración de los termómetros Figura 2.45 Toma de datos. 2.5 Cálculos estadísticos y análisis de la información. El análisis de resultados del trabajo se hará como base el comparativo entre medias y el análisis de sus varianzas, entre los datos capturados de las cajas con las especies analizadas en el ala noreste del edificio B dela Facultad de Ciencias Químicas. Este tipo de datos se procesaran con estadísticas básicas y se generarán en Excel gráficos de cajas y alambres para revisar las diferencias que pudieran existir entre los diferentes módulos monitoreados. 80 CAPÍTULO III. RESULTADOS Y DISCUSIONES Este capítulo trata principalmente del análisis de los resultados obtenidos con las cubiertas vegetales, en él se dan a conocer los resultados analíticos del monitoreo, mediante las mediciones de temperaturas y humedades relativas realizadas en la azotea verde construida en el edificio B de la Facultad de Ciencias Químicas. Para el análisis de los datos obtenidos durante el monitoreo se realizaron gráficas de cajas y alambres que representan el comportamiento de las cubiertas vegetales de acuerdo a las temperaturas máximas y mínimas registradas a lo largo de los 45 días de análisis. Gráfico 3.2 Comparativo de temperaturas máximas en los módulos A, B y C de la azotea verde. . 81 Gráfico 3.3 Comparativo de temperaturas máximas en los módulos D, E y F de la azotea verde. En el Gráfico 3.2 y el Gráfico 3.3 se realizó un comparativo entre los resultados de las temperaturas máximas de cada módulo de nuestra azotea arrojando los siguientes resultados. Tabla 3.15 Resultado de temperaturas máximas de la azotea verde. Modulo A B C D E F Temperatura Menor 24 23 23 22 22 25 Temperatura Mayor 39 38 38 37 37 38 Temperatura Promedio 35 35 34 34 34 36 Como podemos observar las cubiertas vegetales correspondientes a los módulos D y E son las más aptas para instalar en nuestra azotea verde, ya que registraron una temperatura menor de 22°C y una temperatura mayor de 37°C, teniendo como mediana 34°C de temperatura, lo que las convierte en las más bajas de todos los registros de los seis módulos. 82 El módulo D corresponde a la especie de agave, sobre el medio de crecimiento de tezontle. El modulo E corresponde a la especie Duranta Golden sobre un medio de crecimiento compuesto por tierra negra e hidrogel. Gráfico 3.4 Comparativo de temperaturas mínimas en los módulos A, B y C de la azotea verde. MODULO D Gráfico 3.5 Comparativo de temperaturas mínimas en los módulos D, E y F de la azotea verde. 83 En el Gráfico 3.4 y el Gráfico 3.5 se realizó un comparativo entre los resultados de las temperaturas mínimas de cada módulo de nuestra azotea arrojando los siguientes resultados. Tabla 3.11 Resultado de temperaturas mínimas de la azotea verde. Modulo A B C D E F Temperatura Menor 21 20 20 20 20 21 Temperatura Mayor 32 30 30 39 34 34 Temperatura Mediana 27 27 27 26 27 27 Como podemos observar en el módulo D se presentó una mediana de temperatura más bajo, lo que significa que está cubierta vegetal es óptima para adaptar en una azotea verde, ya que registro una temperatura menor de 20°C y una temperatura mayor de 39°C, teniendo como mediana 26°C de temperatura, lo que las convierte en las más bajas te todos los registros de los seis módulos. El módulo D corresponde a la especie de agave, sobre el medio de crecimiento de tezontle. 84 CONCLUSIONES. Se concluye de acuerdo a los resultados obtenidos que el uso de algunas especies de ornato, en combinación con diferentes sustratos, permite una variación ligera en la temperatura ambiente, siendo las especies de Agave (Módulo D) y la Duranta Golden (Modulo E) las que mejores resultados dieron en los promedios registrados durante un periodo de 45 días de estudio (25 de septiembre al 8 de noviembre del año 2012). Como resultado del monitoreo y análisis de los resultados se concluye que con la instalación de azotea verde no se pudo comprobar la hipótesis que menciona que las especies arbustivas de la zona son mejores absorbentes de la carga térmica ambiental, debido a que la Duranta Golden y el Agave disminuyeron ligeramente la temperatura ambiente, esto quiere decir que no solamente las especies arbustivas disminuyen la temperatura urbana sino que también otros tipos de especies vegetales. Así mismo se cumplió el objetivo de comprobar por medio de la implementación de la cubierta vegetal determinar el efecto de temperatura sobre el techo verde, dando resultados muy favorables que pueden utilizarse para el control de temperaturas ambientales en zonas urbanas; también se logró determinar qué tipo de especies vegetales son las más recomendadas para instalar en una azotea verde. Además de que los costos de construcción y de mantenimiento dependerán de los materiales y del tipo de especies a utilizar, en este caso se concluye que la especie más factible seria la Duranta Golden ya que es una planta de muy bajos costo, fácil de encontrar en esta región y reduce el gasto por mantenimiento ya que sus cuidados son mínimos. Por ultimo podemos decir que las azoteas verdes son una solución a muchos de los problemas ambientales actuales, ya que gracias a su instalación se puede observar un aporte a mantener la biodiversidad del ecosistema en las zonas urbanas, una mejora del entorno que además produce efectos benéficos en la salud de las personas y su satisfacción personal. 85 Finalmente se recomienda realizar un mayor esfuerzo para aumentar la conciencia de la ciudadanía acerca del tema para fomentar el proceso de implementación de una política local de techos verdes. También será muy recomendable promueven un mayor empleo de las azoteas verdes a nivel nacional como internacional ya que su implementación es un método eficaz en la reducción del impacto ambiental, capaz de mejorar el microclima al exterior, como al interior de las edificaciones. 86 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. Ehrenfield, (1970). Ecología en la construcción, Editorial: Sur Escalona, M., (2010). Techos verdes jardines en las alturas. 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(Tesis) Universidad Veracruzana. México Minke, G., (2004). Techos verdes: Planificación, ejecución y consejos prácticos. Editorial: Fin de siglo. Montevideo. Olgyay, V., (1998). Arquitectura y clima. Editorial Gustavo Gili. Barcelona. 87 ARTÍCULOS CONSULTADOS. Koniechi, A., (2011) Manual de Azoteas Verdes Publicado en: www.azoteasverdes.org López, K., (2010) Techos verdes. Publicado en www.aprendoyeduco.com Revista Vinculando (2010). Azoteas verdes: la naturaleza más cerca del cielo. México D.F. Publicado en: www.vinculando.org/ecologia/ Rodríguez, K., (2011) 5 recomendaciones para crear una azotea verde. México D.F. publicado en: www.mx.selecciones.com/ REFERENCIAS ELECTRONICAS. 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