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ANÁLISIS DE LA CAPTACIÓN Y APROVECHAMIENTO DEL AGUA LLUVIA PARA UTILIZACIÓN EN EL CAMPUS DE LA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA (BOGOTÁ), DE ACUERDO A LAS CARACTERÍSTICAS DE SUS

SEDES.

JOSE LUIS ROBAYO PARGA

RAFAEL EDUARDO PÉREZ MARTÍNEZ

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ, D. C.

PERÍODO II, AÑO 2016

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ANÁLISIS DE LA CAPTACIÓN Y APROVECHAMIENTO DEL AGUA LLUVIA PARA UTILIZACIÓN EN EL CAMPUS DE LA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA (BOGOTÁ), DE ACUERDO A LAS CARACTERÍSTICAS DE SUS

SEDES.

JOSE LUIS ROBAYO PARGA

RAFAEL EDUARDO PÉREZ MARTÍNEZ

Trabajo de grado para optar al título de ingeniero civil

DIRECTOR:

ALEX MAURICIO GONZÁLEZ MENDEZ Ingeniero civil

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ, D. C. PERÍODO II, AÑO 2016

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Nota de aceptación:

________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________

_____________________________________ Ing. Alex Mauricio González Méndez

Director de Proyecto

_____________________________________ Firma del presidente del Jurado

_____________________________________ Firma del Jurado

_____________________________________ Firma del Jurado

Bogotá, 2, noviembre, 2016

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Sin prisa, pero sin descanso

(Johann Wolfgang von Goethe)

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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN ............................................................................................................. 15

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 16

1. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN ........................................................... 17

2. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .............................. 18

3. OBJETIVOS .................................................................................................... 19

3.1. OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 19

3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................... 19

4. DELIMITACIÓN .............................................................................................. 20

4.1. ALCANCE ................................................................................................. 20

4.2. LIMITACIONES ........................................................................................ 20

5. METODOLOGÍA ............................................................................................. 21

6. MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 22

6.1. APROVECHAMIENTO DEL AGUA LLUVIA PARA RIEGO Y LAVADO DE ZONAS DURAS Y FACHADAS EN EL CAMPUS DE LA PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA (BOGOTÁ) ........................................................... 22

6.2. IMPLEMENTACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE UN SISTEMA DE CAPTACIÓN Y APROVECHAMIENTO DE AGUA DE LLUVIA ......................... 24

6.3. DOMESTIC RAINWATER HARVESTING (RECOGIDA DE AGUAS PLUVIALES DOMÉSTICA) ................................................................................ 25

7. CRITERIOS DE SELECCIÓN PARA LAS CUBIERTAS ................................. 26

7.1. TIPOS DE CUBIERTA .............................................................................. 26

7.1.1. Cubiertas planas. ............................................................................... 26

7.1.2. Cubiertas inclinadas. .......................................................................... 34

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8. MATERIALES PARA CUBIERTAS ................................................................. 40

9. ANÁLISIS DE LA PRECIPITACIÓN ............................................................... 47

9.1. INFORMACIÓN PLUVIÓMETRO DE BOGOTÁ ....................................... 47

9.2. ELABORACIÓN DE PLUVIÓMETRO ....................................................... 48

10. RECOLECCIÓN DE DATOS........................................................................ 58

11. SELECCIÓN DE SEDE PARA APROVECHAMIENTO ................................ 64

11.1. CRITERIOS DE SELECCIÓN ............................................................... 64

11.2. MATRIZ DE SELECCIÓN...................................................................... 67

12. PROPUESTA DEL APROVECHAMIENTO .................................................. 75

12.1. TANQUE DE ALMACENAMIENTO ....................................................... 80

13. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................... 86

14. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................ 88

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TABLA DE FIGURAS

Figura 1. Cubierta catalana .................................................................................... 27

Figura 2. Cubierta en caliente ................................................................................ 27

Figura 3. Cubierta de pavimento ............................................................................ 28

Figura 4. Cubierta de losa aislante ........................................................................ 28

Figura 5. Cubierta de estacionamiento .................................................................. 29

Figura 6. Placa maciza .......................................................................................... 31

Figura 7. Cubierta invertida .................................................................................... 32

Figura 8. Cubierta "verde" ...................................................................................... 32

Figura 9. Cubierta sumergida................................................................................ 33

Figura 10. Cubierta metálica .................................................................................. 33

Figura 11. Techo un agua ...................................................................................... 34

Figura 12. Techo dos aguas ................................................................................. 35

Figura 13. Techo cuatro aguas .............................................................................. 36

Figura 14. Cubierta completa ................................................................................. 36

Figura 15. Cubierta espaciales .............................................................................. 37

Figura 16. Cubiertas neumáticas ........................................................................... 37

Figura 17. Teja de barro ........................................................................................ 38

Figura 18. Cubiertas plásticas................................................................................ 39

Figura 19. Cubiertas metálicas .............................................................................. 39

Figura 20. Cubierta plana edificio las torres. Carrera 14 con 47 esquina .............. 41

Figura 21. Sede claustro ........................................................................................ 42

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Figura 22. Bloque O ............................................................................................... 44

Figura 23. Laboratorios .......................................................................................... 45

Figura 24. Sifón sede Torres.................................................................................. 45

Figura 25. Sede Torres .......................................................................................... 46

Figura 26. Botella plástica ...................................................................................... 48

Figura 27. Corte botella plástica ............................................................................ 49

Figura 28. Implementación para el pluviómetro ..................................................... 49

Figura 29. Pluviómetro instalado ............................................................................ 50

Figura 30. Campus de la Universidad Católica de Colombia ................................. 51

Figura 31. Marca de áreas sobre papel milimetrado .............................................. 52

Figura 32. Área del pluviómetro en sede El Claustro ............................................. 53

Figura 33. Área del pluviómetro en sede Calle 13 ................................................. 53

Figura 34. Área del pluviómetro en sede Las Torres ............................................. 54

Figura 35. Área del pluviómetro en sede Claustro (azul) ....................................... 55

Figura 36. Área del pluviómetro en sede Torres (rojo) ........................................... 55

Figura 37. Área del pluviómetro en sede Torres (verde) ........................................ 56

Figura 38. Área sede Torres .................................................................................. 60

Figura 39. Área sede calle 13 ................................................................................ 61

Figura 40. Área sede el Claustro ........................................................................... 62

Figura 41. Claustro Bloque L ................................................................................. 68

Figura 42. Sede el Claustro bloque O .................................................................... 69

Figura 43. Laboratorios .......................................................................................... 70

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Figura 44. Sede Calle 13 ....................................................................................... 71

Figura 45. Sede Las Torres ................................................................................... 71

Figura 46. Evaluación de sede mas optima ........................................................... 73

Figura 47. Canal en concreto ................................................................................. 76

Figura 48. Canaleta perimetral metálica ................................................................ 77

Figura 49. Desagüe de aguas lluvias en a suelo. .................................................. 78

Figura 50. Bajantes de aguas lluvias plásticas (PVC). ........................................... 78

Figura 51. Bajantes de aguas lluvias metálicas. .................................................... 79

Figura 52. Dimensiones del tanque de almacenamiento ....................................... 84

Figura 53. Distribución hacia el tanque .................................................................. 85

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TABLA DE GRAFICAS

Gráfica 1. Climograma Bogotá ............................................................................... 47

LISTA DE TABLA

Tabla 1. Pendientes de cubiertas inclinadas .......................................................... 43

Tabla 2. Área de pluviómetros ............................................................................... 57

Tabla 3. Datos pluviométricos de las sedes ........................................................... 59

Tabla 4. Área de las sedes .................................................................................... 63

Tabla 5. Valoración de pendiente .......................................................................... 65

Tabla 6. Valoración de área ................................................................................... 65

Tabla 7. Valoración de material ............................................................................. 66

Tabla 8. Valoración de factibilidad ......................................................................... 67

Tabla 9. Matriz de criterios ..................................................................................... 68

Tabla 10. Valor captado ......................................................................................... 80

Tabla 11. Precipitación .......................................................................................... 81

Tabla 12. Coeficiente de escorrentía ..................................................................... 81

Tabla 13. Caudal final ............................................................................................ 82

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GLOSARIO

Área de captación: “corresponde a toda la zona descubierta del proyecto” (Reyes, y otros, 2014).

Aguas pluviales: aguas procedentes de precipitación natural, básicamente sin contaminar (Organización Meteorológica Mundial , 2008).

Cambio climático: cambio de clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera mundial y que se suma a la variabilidad natural del clima observada durante períodos de tiempo comparables (Ministerio de ambiente y desarrollo sostenible , 2007).

Canal: elemento geométrico usualmente rectangular cuya función es capturar el agua pluvial que escurre de la cubierta y conducirla a una tubería.

Captación de agua de lluvia: “la recuperación de agua pluvial consiste en filtrar

el agua de lluvia captada en una superficie determinada, generalmente el tejado o azotea, y almacenarla en un depósito. Después el agua tratada se distribuye a través de un circuito hidráulico independiente de la red de agua potable” (Mannise, 2011).

Caudal: es la cantidad de líquido que circula por un determinado material o

fuente natural.

Clima: se considera el estado medio de tiempo en un área determinada.

Cubierta: “elemento constructivo de cerramiento, situado sobre un edificio o estructura para protegerlo de las inclemencias atmosféricas. Su principal función es evitar la entrada de agua al espacio habitable, pero también desempeña un papel importante en la protección térmica” (Estévez Acosta, 2008).

Desarrollo sostenible: “el desarrollo sostenible es el desarrollo que satisface las necesidades de la generación presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades (Comision Mundial del Medio Ambiente, 1987).

Drenaje:

concentración y evacuación de las aguas de una región a través del sistema fluvial (Dictionary, 2007).

Escorrentía: es considerada la lámina de agua lluvia que se escurre por la

superficie de contacto, como lo es la cubierta.

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Estructura de techo: es la conformación de elementos en la construcción que soportan y fijan distintas cubiertas en los edificios.

Inundación: “el desbordamiento del agua fuera de los confines normales de un

río o cualquier masa de agua o la acumulación de agua procedente de drenajes en zonas que normalmente no se encuentra anegada” (Instituto de Hidrologia, Metereología y Estudios Ambientales , 2014).

Láminas: es el elemento que se maneja para cubrir las construcciones. se encuentran diferentes tipos: fibras reforzadas con cemento, zinc, plásticos traslúcidos y otros fabricados con elementos especiales.

Pendiente: hace referencia a la magnitud expresada en grados de la distancia entre una recta inclinada y una horizontal.

Pluviómetro: un pluviómetro es un aparato que sirve para medir la cantidad de precipitación caída durante un cierto tiempo. La idea base de este dispositivo descansa en el hecho de que la lluvia se mide por la cantidad de milímetros que alcanzaría el agua en un suelo perfectamente horizontal, que no tuviera ningún tipo de filtración o pérdida (Organización Meteorológica Mundial , 2008).

Precipitación: es el fenómeno que involucra la caída de lluvia, nieve, granizo y

llovizna que llega a la superficie.

Tanque de agua: es el elemento esencial donde se recolecta el agua, para su posterior suministro.

Tejas: es el material que compone un techo, el cual está hecho de cemento o

derivados del petróleo, se utiliza comúnmente productos de arcilla cocida.

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AGRADECIMIENTOS

En este ciclo que culmina, agradecemos a Dios por permitirnos tener una vida llena de aprendizajes y experiencias enriquecedoras. Por lograr cumplir todas nuestras metas propuestas.

En el proceso de acompañamiento agradecemos a nuestro director Alex Mauricio González Méndez, por brindarnos más conocimientos en la línea de investigación. Como también en la gestión integral de nuestro desarrollo y aprendizaje, el cual nos guio a través de este tiempo.

A la Docente Paula Andrea Villegas González, que nos ayudó formándonos en la sabiduría. Como también brindo el apoyo para alcanzar la culminación de esta investigación.

Agradezco a mis padres, Ángela y Pablo, en el proceso de desarrollo de mi

carrera. Hermanos, Osvaldo y Juancho por estar conmigo en mi proceso de

aprendizaje. Mis familiares, Gloria, Abuelita Matilde, entre otros que

estuvieron presentes en este ciclo lleno de conocimientos. Mis amigos,

Oscar, Alejandro, Paola, Julio, Daniela, Norman, Alejandra, Laura,

JeanPierre, Katherine’s por apoyarme en todo momento. Y a mi querida

Paulis.

Agradezco a mis padres, Ángela y Orlando, en el proceso de desarrollo de

mi carrera. Hermanos, Daniel y Felipe por estar conmigo en mi proceso de

aprendizaje. Mis amigos por apoyarme en todo momento.

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RESUMEN

El trabajo de investigación presenta un análisis de la captación para el aprovechamiento de aguas pluviales. Debido a la alta precipitación que se genera en el país durante las temporadas de lluvias especialmente en la ciudad de Bogotá D.C. Se realizó un estudio de los criterios de selección para el campus de la Universidad Católica de Colombia. Este tiene como objetivo la elección de la sede óptima para implementar un sistema de captación y posterior aprovechamiento. Esta idea surge por la necesidad de re utilización por parte de la comunidad académica.

Se indago las diferentes cubiertas que pueden existir para así poder realizar criterios de evaluación de acuerdo a las diferentes características, como su material y pendiente. Luego se implementó la instalación de pluviómetros fabricados artesanalmente con el fin de medir la precipitación en el mes de septiembre, así poder analizar el comportamiento espacial de la lluvia. Se tuvo en cuenta el área de captación de las posibles sedes. Posteriormente se realiza una matriz para la evaluación de los criterios más apropiados. Por último se planteó el pre diseño para el almacenamiento y utilización en la sede seleccionada.

Esta propuesta da una solución sostenible, que actualmente no se ha implementado lo suficiente. Con la re utilización se disminuye el consumo general en las instalaciones. En el proceso de trabajo de campo con la instalación de los pluviómetros se obtiene que para posteriores análisis se debe tener en cuenta el material a utilizar. Los criterios de evaluación dan una metodología para analizar la selección de la sede, con el fin de realizar un tanque de almacenamiento y así aprovechar las precipitaciones generadas en la zona del campus de la Universidad Católica de Colombia.

Palabras claves: captación; precipitación; metodología de selección.

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INTRODUCCIÓN

En el transcurso del tiempo la humanidad ha sido el principal contaminador del recurso hídrico desperdiciando, malgastando e incluso no teniendo una conciencia con este bien natural que es el agua. En Bogotá no se está lejos de ver como los racionamientos perjudican a todos, porque la población tiene mal manejo y aprovechamiento del medio de vida que proporciona el agua. No obstante, el agua pluvial es un beneficio que se puede aprovechar en gran medida, dadas las condiciones que en temporadas las precipitaciones son elevadas y estas frecuencias de lluvia constante se pueden convertir en un beneficio para la población.

En Colombia no existe ciclo estacional como en las latitudes medias con sus estaciones de primavera, verano, otoño e invierno. En el país se conoce como época de invierno a los meses lluviosos y de verano a los secos. “Aunque Colombia ocupa el cuarto lugar en el mundo en riqueza hídrica, después de Rusia, Canadá y Brasil y, en donde el agua es considerada como uno de los recursos naturales más abundantes con una amplia distribución geográfica, no es extraño hablar de sequía” (Márquez, y otros, 2006). Por tal motivo es necesario que la Universidad Católica de Colombia pueda implementar estrategias para aprovechar las precipitaciones que se dan en los meses lluviosos, y así regular el consumo de agua, con un sistema de captación, para que esta agua disponible sea inmediatamente utilizada o almacenada para su uso posterior.

El presente trabajo fue realizado como un proyecto de investigación para el diseño preliminar de criterios de evaluación, que aporte la captación y distribución de aguas lluvias para la Universidad Católica de Colombia (Bogotá). Ocasionando que este recurso hídrico se utilice de forma natural, para implementar en las instalaciones el manejo del agua pluvial. Donde se pueda cubrir las necesidades de forma que se consiga suplantar actividades de riego que utilizan agua potable, por aguas captadas en las precipitaciones.

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1. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN

Esta investigación surgió, de acuerdo al enfoque que se le quiere dar al desarrollo sostenible en el país, basándose en la situación que se presenta en Colombia por el fenómeno de variabilidad climática y con las pautas en las que el semillero de investigación Eco-Civil se rige. Dicho grupo se centra en el aprovechamiento de los recursos naturales para generar un menor impacto en el medio ambiente, en donde se han realizado investigaciones que se enfoca al plan de manejo ambiental de la Universidad Católica, como también un reusó de aguas en las instalaciones para baterías sanitarias. De esta manera el recurso hídrico que es utilizado en distintas labores y escaso en algunas zonas por no tener un ahorro adecuado, puede llegar a ocasionar sequías a nivel nacional. Por tal motivo se realizó la evaluación del aprovechamiento del agua pluvial en la capital del país (Bogotá D.C), específicamente en el sector de chapinero refiriéndose al campus de la Universidad Católica de Colombia. Para la captación del agua lluvia y su posterior aprovechamiento en las instalaciones. La recolección de aguas pluviales y su almacenamiento, no es una práctica nueva y un ejemplo de eso son las terrazas de arroz en las filipinas, que han estado en uso por miles de años y aún en la actualidad son reconocidas como una técnica eficiente. “Los sistemas de recolección de aguas lluvia no tienen grandes variaciones entre sí; la mayoría consta básicamente de tres componentes: captación, conducción y almacenamiento” (Abdulla, y otros, 2006). La posición geográfica colombiana es estratégica para la implementación de sistemas con aprovechamiento de aguas lluvias ya que por encontrarse en la línea ecuatorial es privilegiada en producción de agua, “entre 500 y 5.000 milímetros anuales dependiendo de la región, lo que indica que se podrían recoger hasta 5.000 litros por metro cuadrado cada año” (Reyes, y otros, 2014).

La expectativa de este proyecto es incentivar el desarrollo ecológico, aportando a la comunidad educativa una evaluación de viabilidad para la captación y aprovechamiento de este bien natural que es el agua. Teniendo en cuenta la formulación de criterios propuestos para la selección de cubiertas. Donde se realizan la recolección de aguas pluviales para el aprovechamiento en el campus de la Universidad Católica. De este modo se generará conciencia al momento de disminuir el consumo de agua purificada para evitar el desperdicio innecesario en trabajos que se pueden realizar con el líquido obtenido del sistema de recolección de aguas lluvias. Sabiendo que la Universidad Católica no posee un sistema de aprovechamiento y hasta el momento cuenta con canales que redirigen el agua a los ductos donde es arrojada directamente al alcantarillado, siendo esta desperdiciada.

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2. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Históricamente se ha podido denotar que los procesos de variabilidad climática son constantes y abruptos, ya sea por procesos naturales como se refleja en los periodos glaciares y el incremento en las temperaturas que derritieron los mismos, como también la intervención humana debido a la industrialización de los países, realizando procesos de producción que afectan directamente a la tierra, ocasionando cambios en las condiciones climáticas.

En Colombia se observan algunas zonas donde se presentan fuertes problemas de abastecimiento de agua, como también olas de calor intensas. Ocasionando una radical depreciación en el agua potable además de una clara decadencia en la calidad de vida de los habitantes que se encuentran en los lugares más problemáticos. La dificultad radica específicamente en la cantidad de agua purificada que es requerida para satisfacer las necesidades primarias del ser humano y el poco razonamiento de este recurso natural.

Observando la condición climática que se genera en la ciudad de Bogotá, se puede apreciar que, así como en todo el país presenta temporadas secas y húmedas, siendo más notorios los periodos de lluvias por su larga duración, y su frecuencia. Denotando que estos periodos generan inundaciones en Colombia y en este caso en la ciudad de Bogotá (El TIEMPO, 2016). Es posible emplear captaciones de aguas lluvias para generar una retención del fluido evitando que estos ocasionen problemas de inundaciones en la población. Este recurso puede ser empleado posteriormente en actividades como el lavado de fachadas o su uso en bajantes de baños, actuando en contra del desperdicio de agua potable, por ende, como estudiantes de la Universidad Católica de Colombia se realizó un planteamiento en sus instalaciones (Instituto de Hidrologia, Metereología y Estudios Ambientales , 2014).

Teniendo en cuenta que la zona de estudio, en este caso fue seleccionada del campus de la Universidad Católica de Colombia, se debe tener presentes variables tales como el tipo de cubierta, el estado de la misma, áreas aferentes de escorrentía en cubiertas, inclinaciones o pendientes de cubierta, además de los estudios de precipitación que se realizaron con los equipos pluviométricos aportados por la universidad y otros elaborados artesanalmente para determinar la frecuencia y cantidad en mililitros (mL) de agua respectivamente en la cubierta de la sede que se seleccionó, para lograr un adecuado aprovechamiento del agua pluvial.

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3. OBJETIVOS

3.1. OBJETIVO GENERAL

Evaluar la viabilidad para la captación y aprovechamiento del agua lluvia en el campus de la Universidad Católica de Colombia (Bogotá), teniendo en cuenta las características de las cubiertas en las diferentes sedes.

3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Realizar el análisis hidrológico de la zona correspondiente a la Universidad Católica de Colombia, para determinar la precipitación que se presenta en las diferentes sedes.

Formular los criterios para la selección de las cubiertas más adecuadas para el aprovechamiento.

Seleccionar la sede más adecuada y realizar un pre diseño para la captación y uso del agua lluvia.

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4. DELIMITACIÓN

En el presente proyecto se realizó durante un plazo de ocho meses. Donde se ejecutó el estudio de viabilidad para la captación y posterior aprovechamiento del agua pluvial con los criterios de selección planteados. Para aportar un pre diseño de una alternativa de recolección de agua pluvial para la Universidad Católica de Colombia. En donde se presentará una solución al inadecuado aprovechamiento de agua potable, para la sede que será seleccionada a partir de criterios de elección formulados y estudios hidrológicos realizados, y se genere una concientización sobre los problemas climáticos.

4.1. ALCANCE

Evaluar y formular los criterios a tener en cuenta para generar una adecuada selección de cubierta que proporcione una óptima captación y aprovechamiento del agua pluvial. Teniendo en cuenta los estudios hidrológicos que se llevarán a cabo para la selección de una sede del campus de la Universidad Católica de Colombia y finalmente realizar un diseño de captación y aprovechamiento del agua lluvia.

Analizar los criterios que se presentan al realizar la captación y aprovechamiento

del agua pluvial en la Universidad Católica de Colombia.

Presentar ante la Universidad Católica de Colombia una alternativa ecológica para la captación del agua lluvia concientizando sobre los problemas climáticos.

4.2. LIMITACIONES

Los accesos o permisos a las terrazas de las instalaciones para realizar la toma de datos en los pluviómetros.

Planos de las instalaciones para recopilar información sobre: pendiente del tejado, sistemas de conducción y desagües.

La recolección de información pluviométrica por parte del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM).

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5. METODOLOGÍA

FASE I: Se realizaron investigaciones en búsqueda de información o documentación donde se evalúen variables relacionadas con la captación y aprovechamiento del agua pluvial. En este caso los aspectos más relevantes están relacionados con las influencias de una cubierta con la recolección de agua lluvia, de estas indagaciones se formularon los criterios de evaluación para obtener un óptimo desempeño al momento de realizar la captación en las sedes que conforman el campus de la Universidad Católica de Colombia.

FASE II: Se realizó un estudio hidrológico en donde se implementaron respectivamente 4 pluviómetros, donde tres (3) de estos fueron elaborados manualmente y el cuarto equipo fue solicitado directamente al laboratorio de la universidad. Estos se ubicaron en las cubiertas de las sedes que componen el campus de la Universidad, para recopilar información pluviométrica que fue necesaria para analizar la viabilidad de recolección de agua pluvial en las instalaciones.

FASE III: Se llevó a cabo una evaluación de viabilidad para la captación y aprovechamiento del agua pluvial a partir de los estudios realizados. De esto se seleccionó una de las sedes que corresponden al campus de la universidad para realizar el pre diseño de un sistema de captación y aprovechamiento de agua lluvia.

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6. MARCO TEÓRICO

A continuación, se expondrán algunas investigaciones realizadas por diferentes entidades y expertos, en el marco del cuidado ambiental, uso de tecnologías limpias, evidenciando la importancia del diseño sostenible. Estos artículos son de gran importancia, para el desarrollo de este proyecto.

6.1. APROVECHAMIENTO DEL AGUA LLUVIA PARA RIEGO Y LAVADO DE ZONAS DURAS Y FACHADAS EN EL CAMPUS DE LA PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA (BOGOTÁ)

El presente artículo fue publicado el 23 de agosto en el año 2007 y elaborado por Jaime Andrés Lara Borrero, Andrés Eduardo Torres Abelló, María Claudia Campos Pinilla, Leonardo Duarte Castro, Jairo Ivan Echeverri Robayo y Paula Andrea Villegas González, en el cual se resume de forma puntual los parámetros que se deben tener en cuenta para realizar la captación y el aprovechamiento del agua pluvial para zonas duras y fachadas, en estos se incluyen no sólo los estudios previos que se deben realizar si no el análisis que se les deben desarrollar y el costo de la implementación del proyecto además de los beneficios que este trae consigo.

En los parámetros básicos para realizar el análisis se encuentran modelos computacionales o digitales para la evaluación de zonas potencialmente factibles para realizar la captación del agua teniendo en cuenta los lugares donde es posible obtener la mayor cantidad (en m3) de precipitación. Además de realizar un examen exhaustivo a los estudios pluviométricos que se registran en el sector en un tiempo determinado (Lara, y otros, 2007).

Posteriormente se realizan cálculos hidráulicos para determinar la cantidad de agua potable (en m3) que se emplea para realizar el riego y lavado de zonas duras, este proceso se determinó a partir de parámetros iguales a los de la oferta o la cantidad de captación del agua pluvial que se genera.

En los análisis se encuentran proyecciones de volumen que se deben almacenar para suplir con la demanda que se le impone a todo el campus, estos volúmenes fueron determinados mediante estimaciones anuales de oferta y demanda para el uso que se le dará a este (Lara, y otros, 2007).De lo mencionado anteriormente, el proceso llevado a cabo para ello fue analizar las diferentes actividades de consumo en el área de estudio, generando de estas un consumo promedio de agua para posteriormente realizar el cálculo de los consumos totales anuales dando como un resultado final los volúmenes totales de almacenamiento a partir de diagramas de volumen almacenado contra el tiempo de utilización en las diferentes actividades.

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En los análisis más representativos podrían encontrarse los de calidad del agua pues estos determinan el posible uso que se le dará al agua, por ende, dependiendo de estos se realiza una deliberación para los posibles usos deseados o métodos de distribución, en los cuales se evaluó el contenido de material biológico y el contenido de material sólido suspendido para unas muestras determinadas, en donde se realizaron los laboratorios respectivos para determinar la adecuada implementación del agua pluvial captada.

Luego de realizar los exámenes hidráulicos e hidrológicos se ejecuta un análisis de los costos y beneficios que se generan en la implementación de este sistema para determinar de los diferentes métodos que se pueden proponer cuál es el más factible para su posterior ejecución si se desea (Lara, y otros, 2007).

Dados los resultados en los análisis de costos y beneficios que presenta la implementación del sistema se determina que el método de captación y aprovechamiento del agua pluvial es beneficioso para la universidad pues el costo de la ejecución del proyecto es inferior al costo que se genera al emplear agua potable que proporciona la Empresa de Acueducto y Alcantarillado. Lo cual quiere decir que esto le genera una validez a la implementación del proyecto de utilización de aguas pluviales pues economiza los gastos de la universidad y amigable ambientalmente pues reduce el consumo de agua potable (Lara, y otros, 2007).

La captación de este trabajo se realizó a partir de la selección de puntos estratégicos en donde las condiciones topográficas fueran favorables y en donde se pudiera presentar los mayores volúmenes de agua por escorrentía a partir de la gravedad, de este método de captación se ha podido tomar algunos criterios de evaluación de posibles zonas de captación, de manera simple y dando una buena viabilidad al trabajo planteado.

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6.2. IMPLEMENTACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE UN SISTEMA DE CAPTACIÓN Y APROVECHAMIENTO DE AGUA DE LLUVIA

El presente artículo fue recibido el 28 de febrero de 2012 en Tip Revista Especializada en Ciencias Quimico-Biologicas y aceptado el 12 de junio de 2012, elaborado por María Neftalí Rojas-Valencia, José Roberto Gallardo-Bolaños y Alberto Martínez-Coto, en el cual se adopta una metodología de 2 fases para el desarrollo del proyecto. En la primera fase se realizó el boceto y captación del agua pluvial y en la segunda fase se hizo un estudio físico químico y otro microbiológico.

Se comenzó con realizar el levantamiento o ejercicio de tomar medidas del área de captación determinada estos datos son: alturas, largo, ancho, pendientes, entre otros. Con esta serie de datos obtenidos se realizó el estudio de volumen de agua de lluvia a través del “factor de precipitación media anual” de la ubicación del estudio, tanto como el coeficiente de escorrentía que fue basado en el área de la captación y el cálculo del tamaño del depósito (Rojas-Valencia, y otros, 2012).

Al realizar el análisis microbiológico y fisicoquímico se adoptaron parámetros determinados para realizar el estudio de estos como: contenedor desinfectado de 120 litros para la toma de las muestras y ser examinadas por el laboratorio de “Ingeniería Ambiental del Instituto de Ingeniería” (Rojas-Valencia, y otros, 2012).

Los exámenes microbiológicos se realizan con el fin de determinar qué tipo de microorganismos se encuentran en la cantidad de agua captada, y se realizaron diversos métodos para esto como: técnica de cuenta estándar en placa y análisis por filtro de membrana, para posteriormente realizar la identificación con el método de Tinción de Gram.

Y para las pruebas fisicoquímicas emplearon un equipo UV-Pro Software Pastel UV, el cual trabaja por refracción de la luz y que presenta resultados como: “Demanda Bioquímica de oxígeno (DBO5), Demanda Química de Oxigeno (DQO), Sólidos Suspendidos Totales (SST) y Carbono Orgánico Total (COT)” (Rojas-Valencia, y otros, 2012).

Finalizando en el procedimiento de análisis se destaca que dependiendo del tipo de uso que se le dará al agua se deben realizar diferentes tipos de exámenes, entre estos se pueden determinar las bacterias presentes en el agua, materia orgánica presente, sólidos suspendidos en la muestra.

Dependiendo de los laboratorios a los que se someta el agua se puede determinar los inconvenientes o los contras en cuanto la implementación del fluido en diferentes actividades en las que se desee emplear, esto también puede determinar los tratamientos que son necesarios para un determinado uso.

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El sistema de captación se generó a partir de variables tales como el factor de escurrimiento, la intensidad de agua pluvial que se presenta, de estos criterios se postula según el área de estudio un método de captación con diferentes entradas de agua pluvial, dadas las condiciones que se presentaron en este artículo el sistema de captación que podemos emplear en la Universidad Católica de Colombia puede ser similar, generando entradas de agua aplicando a estas filtros en donde se pueda separar la materia contaminante del fluido, conduciéndola a través de tubería PVC, se puede afirmar que es un sistema simple es bastante funcional para este tipo de captación.

6.3. DOMESTIC RAINWATER HARVESTING (RECOGIDA DE AGUAS PLUVIALES DOMÉSTICA)

El presente artículo fue elaborado en Bangalore India, siendo este publicado en abril del 2001, por S. Vishwanath, donde se analiza la recolección de aguas lluvias para impulsar el riego rural, mientras la cosecha tiene un amplio contexto sobre la población para su sostenimiento. Allí el agua pluvial puede ser recolectada por tanques, sumideros o sistemas de recarga de algunos pozos abiertos.

La recolección de aguas lluvias para uso doméstico es una técnica eficiente, donde se puede reutilizar este recurso para el abastecimiento de viviendas, y cuenta con beneficios económicos por su ahorro de energía que funciona con gravedad, sabiendo que, para suplir la demanda de agua, en algunos sectores de Bangalore se maneja por sistemas de bombas, y uno de los parámetros importantes en almacenar el agua lluvia es la utilización del consumo de agua para riegos de agricultura en los sectores. La captación de aguas pluviales tiene una amplia descripción genérica en el contexto rural como el agua recopilada principalmente para fines de agricultura, donde se dispone un tanque sobre las azoteas y este recolectada de la escorrentía de los techos el agua lluvia principalmente para consumo doméstico (VISHWANATH, 2001).Por consiguiente se puede analizar que las captaciones y aprovechamientos del agua lluvia son eficientes para las comunidades. Por qué aportan una ventaja al utilizar las pendientes de las casas para distribuir en canales y llevarlas a tanques de almacenamiento, en donde se le puede dar diferentes usos.

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7. CRITERIOS DE SELECCIÓN PARA LAS CUBIERTAS

Las cubiertas o techos son un conjunto de elementos que conforman la cobertura de la estructura con el fin de que esta no se vea afectada por los agentes externos que pueden estar presentes. Hace énfasis en el agua pluvial puesto que la cubierta dada sus características de diseño tiene una pendiente para que no se produzca estanqueidad, es decir que el agua pueda tener una dirección de flujo por el cual transcurrir, además de tener en cuenta el material que se emplea para esta estructura.

Debido a que en el campus de la Universidad Católica de Colombia se presentan diversos tipos de cubiertas. Se identificaron los tipos de estructuras (techos) que presentan las mejores condiciones para la recolección del agua lluvia. Con el fin de generar el posterior almacenamiento. De acuerdo con esto es imperativo generar las variables de selección a partir de unas propiedades físicas determinadas. Se evaluaron características tales como su pendiente, tipo y material. Con esto se determinaron los adecuados criterios para la selección de la estructura que genere una óptima captación.

7.1. TIPOS DE CUBIERTA

En los techos o cubiertas se puede observar que su variedad es bastante amplia, tanto por sus materiales, su destinación o diseño, o por las pendientes con las cuales se maneja la escorrentía del agua. Con la gran variedad existente en la Universidad Católica de Colombia, es de gran importancia el conocer diversos tipos y sus diferentes características. De esta manera se espera determinar unos criterios para la más adecuada selección de la sede donde se realizaron los estudios.

7.1.1. Cubiertas planas.

Este tipo de estructura se caracteriza por tener una pendiente muy baja. Es decir que por cada metro lineal bajan un porcentaje mínimo en comparación a otro tipo de cubiertas. Las pendientes deben garantizar una adecuada escorrentía del agua, además condiciona otras características como el material que se emplea. Se considera que entre más espesor tenga el elemento aumentará su resistencia, pero esto igualmente ocurre con su peso. De esta manera se procura emplear materiales resistentes pero livianos.

Las cubiertas planas, debido a su pendiente baja, se pueden considerar las posibilidades de que estas sean transitables o no. Esto depende del uso que se le determine. De estos grupos encontramos varios tipos:

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Cubiertas transitables. Este tipo de cubiertas se caracterizan por poseer un recubrimiento de protección que permite el tránsito sobre ella o que se realicen actividades sobre su superficie, de este tipo de cubiertas encontramos:

Cubierta catalana. Figura 1 usualmente empleada en lugares con climas de temperaturas altas, cuenta con cámaras de aire cuya función es contrarrestar el calor generado sobre la cubierta.

Figura 1. Cubierta catalana

Fuente: (tecno.upc, 2006)

Cubierta en caliente. Figura 2 es considerada una derivación de la cubierta catalana. Esto es debido a que se invierten las capas prolongando la vida útil de esta por su impermeabilización y por su resistencia térmica; Usualmente se emplea en climas con inviernos.

Figura 2. Cubierta en caliente

Fuente: (Construmatica, 2006)

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Cubierta de pavimento. Figura 3 el pavimento de recubrimiento es extendido de manera completamente horizontal, cuenta con dilataciones entre las baldosas y la cámara de aire que permite la evaporación adecuada del agua y su dispersión.

Figura 3. Cubierta de pavimento

Fuente: (Vicente Sanchez, 2012)

Cubierta de losa aislante. Figura 4 es un tipo de losa directamente de fábrica la cual cuenta con una capa de protección de mortero permitiendo esto que sea empleada para el tránsito.

Figura 4. Cubierta de losa aislante


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Cubierta de estacionamiento. Figura 5 su principal característica es que cuenta con un recubrimiento protector el cual funciona para que esta pueda resistir grandes cargas y que funcione como un estacionamiento debido también a su baja pendiente.

Figura 5. Cubierta de estacionamiento


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Placa maciza. La Universidad Católica de Colombia en sus diferentes sedes cuenta con cubiertas de este tipo en algunos de sus edificios. Son elementos rígidos horizontales apoyados sobre vigas, columnas y muros.

En la Figura 6. Placa maciza Es empleada como cubierta debido a su funcionalidad estructural y/o arquitectónica dependiendo de los diseños. Está compuesta por un refuerzo de acero, usualmente se usan redes, barras o varillas de acero, amarradas o soldadas, para soportar los esfuerzos a tensión que se generan sobre esta y el concreto estructural (puede ser de diferentes resistencias conforme a su función y diseño).

Estas cubiertas se deben impermeabilizar debido a que se encuentran expuestas a la intemperie. Si este proceso no se lleva a cabo se puede ocasionar un inadecuado funcionamiento del techo y producir agrietamiento. Es por esto que la impermeabilización es un procedimiento imperativo que se puede realizar mediante materiales como pinturas (deben cumplir con las propiedades impermeabilizantes), productos bituminosos, membranas o fibras, entre otros.

Como ya se mencionó, este tipo de cubiertas emplean pendientes muy bajas, entre el 1 y el 5 por ciento (%), usualmente son guiada hasta los sifones de desagües ubicados en la losa, para poder desaguar el agua lluvia. En este tipo de tejados se debe mantener una pendiente para evitar estancamientos de agua dado que puede producir humedades y dañando la estructura.

Los sifones que se ubican en la placa deben tener la tubería embebida en esta y conectándola a la red de desagües o según el diseño hidrosanitario, para realizar la adecuada evacuación del agua a la red de alcantarillado.

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Figura 6. Placa maciza

Fuente: (Rivas, 2011)

Cubiertas no transitables. Este tipo de cubiertas se caracteriza por restringir la circulación sobre su superficie. Esto dependiendo del tipo de estructura que maneje, material y diseño. De este tipo de cubiertas encontramos:

Cubierta invertida. Figura 7. Cubierta invertidaEstá cubierta se compone de un recubrimiento con grava más específicamente cantos rodados o piedras de río. Funciona para evitar que las fuerzas del viento retiren las capas del aislante térmico y ocasionar daños graves.

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Figura 7. Cubierta invertida


Cubierta "verde". Figura 8 este tipo de cubierta se caracteriza por la implementación de tierra para hacer un recubrimiento sobre la superficie del techo. El espesor de esta capa oscila entre los 10 y 30 centímetros cubiertos por una capa vegetal para la protección con respecto al agua lluvia.

Figura 8. Cubierta "verde"


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Cubierta sumergida. Figura 9 cuenta con una capa de agua no menor a 10 centímetros como protección para el impermeabilizante, además de que esta debe tener un mantenimiento constante debido a que pueden aparecer organismos indeseados.

Figura 9. Cubierta sumergida

Fuente: (Construmatica, 2006)

Cubierta metálica. Figura 10 estas son placas planas de bajos pesos para su uso, usualmente se emplean en industrias debido a que permite la colocación de maquinaria sobre ella además de que si se requiere mantenimiento es posible el tránsito sobre ella.

Figura 10. Cubierta metálica

Fuente: (Codiacero, 2001)

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7.1.2. Cubiertas inclinadas.

Las cubiertas inclinadas son aquellas estructuras que cuentan con una pendiente pronunciada. Estas pueden tener orientaciones en una o más direcciones para desaguar el agua pluvial, de igual manera los materiales de esta pueden variar dependiendo los diseños o las especificaciones.

Cubierta mono-direccional (un agua). En la Universidad Católica, aunque son pocas, se encuentran este tipo de cubiertas. Estas se caracterizan por su pendiente y orientación, van en un solo sentido. Es decir que el flujo del agua va en una sola dirección como se observa en la Figura 11. Techo un agua, en donde la inclinación de la cubierta está en un único sentido. Usualmente este tipo de cubiertas maneja pendientes moderadas, aunque esto depende del diseño estructural o arquitectónico.

Está cubierta puede emplear materiales como asbesto cemento, teja de barro, plásticas, entre otros. En la mayoría de ocasiones se complementa con una canaleta con la cual se dirige o conduce el agua a un extremo donde se hace descender el flujo hasta el nivel del suelo para ser desaguado.

Figura 11. Techo un agua

Fuente: (Robayo Parga, y otros, 2016)

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Cubiertas multi-direccional (varias aguas). Está cubierta se caracteriza especialmente por tener una orientación en diferentes sentidos. El flujo de agua sobre ella tiene diferentes direcciones. Se pueden presentar dos o más direcciones como se observa en la Figura 12. Techo dos aguas y Figura 13. Techo cuatro aguas. Está cubierta puede tener características especiales como la necesidad de limatesa (se nombra limatesa a la unión entre planos o direcciones de una cubierta como se observa en la completa. Esto cuando es una cubierta a 3 o 4 aguas. La cantidad de aguas, se considera a las divisiones que se tienen en cuanto a la superficie de cubiertas para drenar el agua lluvia.

Las cubiertas pueden tener cambios de direcciones que generan cortes o uniones. Las cuales también se denominan “lima hoya” como se observa en la Figura 14. Cubierta completa, donde la finalización de la cubierta conecta con la siguiente, generando una esquina. También se le puede denominar corte del plano normal de la cubierta. En la Universidad Católica de Colombia se encuentran este tipo de cubiertas, especialmente en la sede el claustro.

Se debe tener en cuenta que es necesario emplear canaletas en los sentidos en que desciende el agua. De esta manera es posible conducirla a puntos específicos y, por medio de tuberías, bajar el agua del techo al nivel del suelo y desaguar el agua lluvia.

Figura 12. Techo dos aguas


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Figura 13. Techo cuatro aguas


Figura 14. Cubierta completa

Fuente: (Tebar, 2015)

Cubierta espaciales. En la Figura 15 donde usualmente son estructuras metálicas con barandas circulares conectadas en sus extremos atornillados entre sí. Formando comúnmente esferas, aunque pueden tener diferentes tipos de geometrías aun teniendo espacios entre elementos de esta estructura según su diseño.

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Figura 15. Cubierta espaciales

Fuente: (MC2, 2003)

Cubiertas neumáticas. Figura 16 este tipo de cubierta usualmente es de forma circular o esférica, la cual es “inflada” con ventiladores para lograr que esta se mantenga estable. Se emplea de manera esférica debido a que las presiones del aire que le inflan se ejercen en todas las direcciones así generando una presión diferente a la externa.

Figura 16. Cubiertas neumáticas

Fuente: (Egea, 1983)

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Cubiertas en tejas. Las cubiertas de teja pueden estar compuestas por diferentes materiales como barro como se denota en la Figura 17. Teja de barro, plástico, cerámica, asbesto, entre otros. Usualmente son segmentos cortos ondulados encajados entre sí. Habitualmente se realizan dos capas, una denominada “cama” que es ubicando las tejas de manera de canal y sobre esta la segunda capa encajada. De esta manera se puede conducir el flujo del agua sobre la misma, son comúnmente tejados con pendientes semi-pronunciadas o pronunciadas.

Terminan con una canaleta donde se recibe todo el flujo del agua para ser conducido a una bajante y posteriormente la desagua. El material de la canal puede variar dependiendo el diseño, habitualmente se usan metálicas, de concreto, o de cerámica.

La Universidad Católica cuenta con este tipo de cubierta, especialmente en la sede el claustro. Su pendiente supera el 30% y se encuentra en buen estado. Además, cuenta con canaletas metálicas y de concreto como se observa en la Figura 17. Teja de barro. Conectadas al desagüe de agua pluvial. Donde estas envían el flujo al sistema de alcantarillado.

Figura 17. Teja de barro


Cubiertas plásticas. Figura 18 este tipo de cubiertas normalmente son de material plástico o de policarbonato. Se presentan en bloques rectangulares con la característica de que su superficie no es totalmente lisa, si no presenta ondulaciones para el encaje entre bloques. Usualmente son transparentes y su pendiente no es tan pronunciada.

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Figura 18. Cubiertas plásticas

Fuente: (Archiproducts, 2016)

Cubiertas metálicas. Figura 19 estas cubiertas usualmente se hacen en materiales como acero inoxidable, zinc, cobre, entre otros. Este material debe ser maleable, si requiere hacer modificación en la cubierta es muy fácil su alteración. Debido a que entre sus juntas se deben realizar dobladuras para evitar el paso del agua (Acesco, 2012).

Figura 19. Cubiertas metálicas

Fuente: (Acesco, 2012)

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8. MATERIALES PARA CUBIERTAS

El proceso de aprovechamiento que surge para el campus de la Universidad Católica de Colombia, es la necesidad de emplear los materiales presentes. Cumpliendo las exigencias técnicas, que simplifiquen la ejecución de una buena captación de la precipitación. El adecuado funcionamiento de una cubierta depende en gran medida del tipo de material del que se compone. Donde la facilidad de este para transportar el agua va ligada a sus componentes físicos, tales como: su forma, rugosidad, la porosidad, depresión, elasticidad, fragilidad y la resistencia a la corrosión. De tipos de materiales encontramos:

Las láminas asfálticas, como material impermeabilizante. Aportan una serie de ventajas, con los compuestos de sustancias bituminosas derivadas del asfalto. Dado sus membranas que están formadas por una o varias láminas unidas. En las cubiertas planas, donde se encuentra estos impermeabilizantes que impiden el paso del agua. Con estos revestimientos proporcionando un mejor mecanismo para no tener una estanqueidad en los materiales.

Para la captación del agua pluvial se tiene en cuenta el contacto que se realiza con el material directamente de la capa superior de nuestro techo. Por tal motivo es indispensable mencionar que el impermeabilizante utilizado en las cubiertas planas de nuestro campus es de lámina autoadhesiva de aluminio, tiene una fácil instalación en las cubiertas. Así mismo, para la formación de pendientes es práctica donde varía de 1% hasta 3%, un factor clave es que su acabado está hecho en aluminio por tal motivo tiene una reflexión de los rayos solares. Las medidas que se comercializan para este tipo son en rollos, los cuales vienen de (9.1 x 1.1) m con un espesor de 3 mm (Sodimac Colombia S.A., 2016). Este tiene una temperatura de aplicación entre los 5º grados centígrados hasta los 30º, donde el soporte de aplicación es hormigón, mortero, chapa metálica.

En el campus de la Universidad Católica se encuentra el edificio las torres Figura 20. Cubierta plana edificio las torres. Carrera 14 con 47 esquina. El cual está entre el grupo de las cubiertas planas y se puede evidenciar el material autoadhesivo de aluminio con el que se realizó la impermeabilización.

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Figura 20. Cubierta plana edificio las torres. Carrera 14 con 47 esquina


En las cubiertas planas se encuentran diferentes arquetipos, en donde el material depende del orden de sus capas. Por consiguiente estas sirven para alargar la vida de los materiales que integran la cubierta. Primero evita el contacto de materiales incompatibles químicamente, como también remedia el roce que genera la adherencia de una lámina impermeabilizante con la formación de pendientes. Luego, previene el paso de agentes como la tierra o el descenso de las raíces de las plantas; si se tiene un techo verde. Además de evitar que el vapor asciende. La cubierta invertida transitable tiene un soporte de hormigón celular que va después del forjado, lo cual es utilizado por su condición aislante. Cubierta invertida ajardinada: su uso está destinado a plantaciones con fines estéticos o medioambientales. El acabado más conveniente es una capa de tierra vegetal sobre una capa drenante. Este tipo de cubiertas no se encuentran en las instalaciones del campus, sin embargo, para posteriores construcciones su drenaje estaría basada en la cantidad de filtración que se maneje en los sustratos, estos llevarían al posterior análisis en los criterios de evaluación.

Para asegurar la impermeabilización es debido realizar una capa de protección, donde también evita una succión del viento. Los tipos de protección son la grava que es de canto rodado y se utilizan en cubiertas no transitables. Por otra parte, la losa ligera se le colocan unas placas de aislamiento de poliestireno con una capa de mortero, esto a tal fin que el acabado proteja la estructura, también se manejan en cubiertas no transitables. Por último, se tiene unas losas filtrantes similares a lo

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anterior mencionado, pero de hormigón poroso. Estas son aptas para usarse en cubiertas transitables.

En las cubiertas inclinadas se manejan diferentes tipos de materiales. Como lo son las metálicas que tienen una fácil instalación al no requerir una utilización de maquinaria pesada, además sus características físicas hacen que la absorción de la humedad sea cero por su impermeabilidad. Sus medidas comerciales oscilan en dos rangos (0.72 * 1.83) m con un espesor de 0.30mm y (0.72 * 3.05) m con un espesor de 0.30 (Acesco, 2012). También se encuentran las de vidrio o plástico traslúcido, de manera similar, es de fácil instalación debido a ser maleables.

Las cubiertas de fibra de vidrio poseen aditivos con retardante a la acción del fuego. Donde teniendo acrílico y poliéster son resistentes al granizo, los vientos y antioxidantes. Además, incluye protección a los rayos ultravioleta. Estos aditivos se deben tener en cuenta si se realiza la evaluación química de la calidad del agua captada en este tipo de cubiertas. Las medidas que se manejan para este tipo de material son 11.8x0.94m con espesor de 2mm, también se encuentra otra de 3.93x0.94 con espesor de 0.9mm (Plastextil S.A.S, 2015).

Por último, se tiene la teja de barro español, que se maneja para la zona del claustro Figura 21. Se puede apreciar una cubierta inclinada, en donde se componen de placas de cortas dimensiones con una superficie ondulada. Las medidas estándares son 32x20x17 cm su peso kg 1.8 (Arcillas de la sabana , 2016).Esta se emplea encima de un armazón para la cubierta. Donde descansa el material está compuesto por una estructura de madera o puede ser de acero.

Figura 21. Sede claustro


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Dadas las diferentes geometrías de cubiertas presentes en el campus de la Universidad Católica y sabiendo que en general se utiliza el sistema de captación en los techos. Se derivó para tomar como uno de los criterios de selección, el análisis de las diferentes pendientes y así efectuar una evaluación viable para potenciar la mejor captación.

Tabla 1. Pendientes de cubiertas inclinadas

Pendientes de cubiertas inclinadas

Pendiente mínima en %

Teja

Teja curva 32

Teja mixta y plana monocanal 30

Teja plana marsellesa o alicantina

40

Teja plana con encaje 50

Pizarra 60

Placas y perfiles

Cinc 10

Fibrocemento

Placas simétricas de onda grande

10

Placas asimétricas de nervadura grande

10

Placas asimétricas de nervadura media

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Sintéticos

Perfiles de ondulado grande 10

Perfiles de ondulado pequeño 15

Perfiles de grecado grande 5

Perfiles de grecado medio 8

Perfiles nervados 10

Galvanizados

Perfiles de ondulado pequeño 15

Perfiles de grecado o nervado grande

5

Perfiles de grecado o nervado medio

8

Perfiles de nervado pequeño 10

Paneles 5

Fuente: (Chirino, 2011)

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Dependiendo el tipo de cubierta que se emplea, esto determina su pendiente. Según el tipo de material a utilizar se recomienda su respectiva pendiente. Así mismo se les da el desalojo a las aguas. Por consiguiente, en el claustro de la universidad católica de Colombia, más específicamente en el bloque L, donde se tiene Teja Española Figura 17 la pendiente mínima recomendada no debe ser inferior al 30%. Según lo observado en la Tabla 1. Donde se muestra que para diferentes tipos de materiales se tienen distintas pendientes. Se obtiene que en el manejo de las tejas de barro se estipulan valores mayores al 30% en la pendiente de cubiertas inclinadas.

En la sede claustro también se identifica cubierta plana. Cuentan con pendientes que están alrededor de 1% al 5%.Figura 22. Bloque Ocorresponde al edificio de arquitectura. Donde es denominado el bloque O. Su cubierta no es transitable.

Figura 22. Bloque O


En la Figura 23, se presenta el edificio de laboratorios de ingeniería. Este cuenta con pendientes que están dadas entre el 6% al 29%. Está ubicado en la zona el claustro. Debido a su inclinación su cubierta no es transitable. Sin embargo, cuenta con un espacio en plancha, no mayor a 1m2 para su posible ingreso y realizar mantenimiento si es necesario.

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Figura 23. Laboratorios


Para la sede las torres, donde se maneja la cubierta plana, su pendiente oscila entre el 1% y 5%. De esta manera se garantiza la evacuación de las aguas a través de los sifones de piso Figura 24. Aunque su cubierta es transitable, sólo se permite en la torre principal. Dado que para las otras partes de la terraza no tiene un acceso.

Figura 24. Sifón sede Torres


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Por último, se presenta la sede la 13 Figura 25. Perteneciente al bloque A. Donde se encontraron cubiertas con pendientes que oscilan entre los 6% a 29%. Están restringen su acceso.

Figura 25. Sede Torres


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9. ANÁLISIS DE LA PRECIPITACIÓN

La información que se presenta a continuación tiene por objeto observar el comportamiento de la precipitación se genera en Bogotá en cada mes del año. Con esto ayudar a elegir la temporada en la que se recolectarán los datos experimentales con los pluviómetros artesanales. Con esto tener un resultado de la cantidad de mililitros que caen en el área de estudio, en este caso el campus de la Universidad Católica.

9.1. INFORMACIÓN PLUVIÓMETRO DE BOGOTÁ

Bogotá está ubicada en el centro del país, en la cordillera oriental. Se caracteriza por tener un tiempo frio alrededor de los 14ºC. Como se encuentra ubicada entre montañas, estas son barreras naturales que restringe el flujo de humedad. De esta manera, presenta una humedad aproximada del 80%, donde influyen en el sistema de lluvias. El clima en Bogotá se hace impredecible, las precipitaciones con mayor intensidad se generan principalmente entre los meses de marzo, mayo, septiembre y noviembre (Alcaldía Mayor de Bogotá, 2015).

Gráfica 1. Climograma Bogotá

Fuente: (Climate-Data.ORG, 2016)

En la Gráfica 1. Climograma Bogotá nos ilustra cómo entre los meses de marzo, mayo y los meses de septiembre y noviembre es cuando se genera mayor actividad pluvial. Y en gráfica se deduce que el mes más seco es enero, con 34 mm y posterior a este el mes de octubre es cuando alcanza las mayores precipitaciones del año

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con 119 mm. En cuanto al mes de septiembre que fue el mes que se realizó el trabajo de campo. Se identifica que empieza crecer exponencialmente la lluvia a medida que se acerca el mes más lluvioso del año que es octubre.

La campaña de medición se realizó en el mes de septiembre. Corresponde a uno de los meses más lluviosos del semestre, sin embargo octubre es el mes que tiene más precipitación según la Gráfica 1. Climograma Bogotá. Esta situación se debe a la programación establecida para la finalización exitosa del proyecto.

9.2. ELABORACIÓN DE PLUVIÓMETRO

Para el pre diseño es necesario saber la cantidad de agua pluvial que se presenta en las diferentes sedes. Dado esto fue necesario el realizar un análisis de la lluvia. Se optó por tomar datos periódicamente en las diferentes sedes con pluviómetros artesanales. Esto dado que en la Universidad Católica de Colombia se encontraba un solo pluviómetro y eran necesarios 3 de estos, con características similares. Al ser parecidos los pluviómetros no hubo una variación significativa en los datos tomados y se logró plantear el análisis a base de esto.

Se decidió realizar pluviómetros con material plástico. Esto fue elegido dado que el tiempo con el que se contaba para la instalación de los mismos era reducido. Además de que el plástico es un material moldeable y que empleando botellas plásticas se tenía tanto el embudo como el recipiente que contenga el agua lluvia.

En la Figura 26, se muestra una botella plástica de cualquier tipo. Denotando que es posible realizar los pluviómetros con materiales reciclables.

Figura 26. Botella plástica


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Se procede a recortar la parte superior de la botella como se muestra en la Figura 27. Empleando materiales básicos como un bisturí o unas tijeras. Este corte fue realizado en la parte donde se produce una reducción de área.

Figura 27. Corte botella plástica


Como se muestra en la Figura 28, se puede emplear la parte superior cortada. Esta es usada como un embudo para que el agua pueda ser recolectada y de igual manera puede ser retirada para facilitar la medida.

Figura 28. Implementación para el pluviómetro


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Para ajustar la tapa, que funciona de embudo, se colocaron sujetadores metálicos para fijarla como se visualiza en la Figura 29. Esto con el fin de que en el momento que de lluvias este elemento no se vea retirado. Además de que por ser un material tan liviano fue necesario emplear pesos adicionales para estabilizar el pluviómetro y llevará a cabo una adecuada captación.

Para la estabilidad del pluviómetro, se estudiaron diversos métodos. Como bases en madera, cartón y hasta cerámica, pero se optó por emplear arena en recipientes que funcionaran como pesos extra para que se mantuvieran los pluviómetros en su lugar Figura 29.

Figura 29. Pluviómetro instalado


Se presentan la Figura 30, que muestra la ubicación espacial de las sedes seleccionadas para el estudio en la Universidad Católica de Colombia. El numero 1 muestra la sede Calle 13, el numero 2 muestra la sede Claustro, el numero 3 muestra la sede Torres y el numero 4 muestra la nueva sede inteligente que en este caso no se le realizó el estudio.

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Figura 30. Campus de la Universidad Católica de Colombia


Ya con los pluviómetros realizados, se procedió a la instalación o colocación de los mismos. Fueron ubicados en la sede el claustro, sede de calle 13 y las torres ver Figura 30.

Los prototipos fueron ubicados en lugares altos. Donde las estructuras aledañas no interfirieran con la medida de la lluvia. Por ende, en el claustro se ubicó en el tejado donde fuese accesible. En la sede calle 13 sobre la “caseta” de vigilancia. Por último, en la sede las torres en la terraza del edificio principal. Para la instalación se debió solicitar el permiso respectivo a la Universidad Católica donde se nos proporcionó el acceso a estos sitios.

Para la recolección de los datos es debido tener el área de cada pluviómetro implementado. Para ello se pensaron diversas formas con las cuales medir las áreas como: utilizar calibrador o “Pie de Rey”, emplear una regla y calcular el área matemáticamente y emplear tinta para marcar el contorno del pluviómetro en una hoja. Para posteriormente emplear el software “AutoCAD” para calcular el área.

Al realizar el procedimiento de medición mediante calibrador se observó que el material estaba deformado debido al sol al que estuvo expuesto, debido a que era

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material plástico este se deformo por ende la medida con calibrador y método matemático no era posible de realizar debido a sus deformaciones sufridas.

Se procedió a realizar el método por medio de tinta Figura 31, para ello fue necesario una superficie suave en este caso se empleó una lámina de icopor, tinta o más específicamente carboncillo con el cual marcar el contorno del pluviómetro.

El procedimiento para ello fue emplear el carboncillo para marcar el pluviómetro. Realizado esto, se apoyó sobre una hoja milimetrada y el icopor presionando para que este dejara la marca visible en la hoja. Este proceso se ejecutó con los 3 pluviómetros fabricados con material plástico. Una vez obtenido esto para emplear el software se debía digitalizar las hojas de las áreas, y para ello se hizo un escaneo en donde se visualizan las áreas.

Figura 31. Marca de áreas sobre papel milimetrado


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Figura 32. Área del pluviómetro en sede El Claustro


Figura 33. Área del pluviómetro en sede Calle 13


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Figura 34. Área del pluviómetro en sede Las Torres


Se denota que en la Figura 32, Figura 33 y Figura 34 las áreas correspondientes a cada pluviómetro. Estas imágenes muestran el resultado del proceso realizado con carboncillo para la toma del área.

Es posible observar en las Figura 32, Figura 33 y Figura 34 que el material al estar expuesto, se deformo. Donde se observa que este no es totalmente circular. Ahora tiene hendiduras en su contorno ocasionando dificultades en la toma de medidas.

Teniendo los escaneadas las hojas se continuó con el procedimiento para la toma de las áreas. Se empleó el programa “AutoCad” para tener una medición más precisa, debido a los diferentes comandos es posible medir el área fácilmente.

Para lograr medir el área de los pluviómetros. Se emplearon los archivos generados por el escaneo. Estos fueron insertados en Autocad y escalados para que la medida sea correcta. Luego fue debido emplear el comando Polyline, el cual permite generar líneas consecutivas unidas. Dando como resultado el contorno de las 3 áreas.

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Figura 35. Área del pluviómetro en sede Claustro (azul)


Figura 36. Área del pluviómetro en sede Torres (rojo)


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Figura 37. Área del pluviómetro en sede Torres (verde)


En la Figura 35, Figura 36 y Figura 37 se muestra el proceso de demarcación del contorno de cada pluviómetro. Cada uno está con un color diferente para identificarlos. En estas figuras es más fácil denotar las deformaciones que se presentaron en el material plástico. Es posible que se requiera evaluar el tipo de material si se desean realizar más estudios.

Una vez realizado el contorno como se muestra en las Figura 35, Figura 36 y Figura 37. Se puede saber el área que conforma la unión de líneas empleando el comando “Properties” o propiedades. Este comando determina las diferentes características como el área, longitud, perímetro, entre otras.

Finalmente se obtuvieron los valores correspondientes a las áreas de cada uno de los pluviómetros las cuales se muestran en la siguiente tabla.

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Tabla 2. Área de pluviómetros

AREAS

cm2

P1 (torres) P2 (sede 13) P3 (claustro) P (terraza)

65 66 65 199,0563

AREAS

m2

P1 (torres) P2 (sede 13) P3 (claustro) P (terraza)

0,0065 0,0066 0,0065 0,01991


En la Tabla 2. Área de pluviómetros, se observan los datos de los pluviómetros tomados del software. En esta se muestran los resultados en centímetros cuadrados y metros cuadrados. Puede denotarse que los pluviómetros fabricados artesanalmente tienen áreas muy aproximadas entre sí. Con estos datos se puede confirmar que las áreas de los pluviómetros se vieron afectadas por las deformaciones.

Se observa un cuarto pluviómetro (P – Terraza). El cual corresponde al dato del pluviómetro que se solicitó a la universidad. Este fue ubicado en una de las oficinas, debido a que esta contaba con una terraza amplia que permitía que este equipo estuviese fijo y tomar su medición con facilidad. El pluviómetro cuenta con un área de captación más amplia. Donde podía almacenar más agua lluvia por ende sus datos en mililitros (mL) son mayores.

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10. RECOLECCIÓN DE DATOS

La recolección de datos se llevó a cabo todo el mes de septiembre en donde se midieron los datos en las respectivas sedes. Se empleó un Cono Imhoff proporcionado por los laboratorios de la universidad. Donde este se llenaba con la cantidad de agua captada por los pluviómetros y se tomaba la medida. Esta estaba determinada para dar medida en mililitros (mL).

En la Tabla 3, los datos se dividen en dos segmentos. En la parte izquierda (color gris) los datos se expresan en mililitros (mL). Este dato es el total recolectado por cada pluviómetro y medido con el cono Imhoff. La parte derecha (color verde) de la tabla los datos se registran en mililitros por centímetro cuadrado (mL/cm2). Donde se emplearon las áreas de cada pluviómetro y se dividió el dato obtenido del Imhoff por el área para dar esta medida.

Los datos dependen del área de captación. A mayor área mayor flujo es capaz de contener, como se observa en el pluviómetro P (terraza) Figura 40. El cual su área era mayor como se evidencia en la Tabla 2, la cantidad de agua captada fue mayor. De esto es posible afirmar que el área influye mucho a la hora de la cantidad que se pueda recolectar.

De Los datos totales en la Tabla 3, se observa que, en los datos de los pluviómetros artesanales, aunque son muy cercanos son sus valores los mayores son los de la sede el claustro. Posteriormente la sede las Torres y por ultimo sede Calle 13. Esto es debido a la ubicación de los edificios. Las Torres como Calle 13 se encuentran más cerca a los cerros y es donde menos precipitación se denoto. A medida que se aumenta la lejanía a los cerros aumenta, la lluvia igual.

Dado que en la sede El Claustro se presentó la mayor precipitación ver Tabla 3. Es posible afirmar que el caudal o la cantidad de agua que se presentó son mayor a las otras sedes. Por ende es posible que sea la mejor opción para realizar la captación del agua para su posterior aprovechamiento.

Es debido saber el área correspondiente a cada una de las sedes en este caso los edificios que componen el campus de la universidad católica de Colombia. Para ello se empleó la base de datos en el SINUPOT, en donde se encuentran delimitados los predios y los edificios que lo conforman.

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Tabla 3. Datos pluviométricos de las sedes

DATOS PLUVIOMETRICOS

AÑO MES DIA

mL mL/cm2

P1 (torres) P2

(sede 13)

P3 (claustro)

P (terraza)

P1 (torres)

P2 (sede

13)

P3 (claustro)

P (terraza)

20

16

Sep

tiem

bre

1 81 82,5 81,5 265 1,2462 1,2500 1,2538 1,3313

2 259 263 260 846 3,9846 3,9848 4,0000 4,2501

3 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

4 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

5 15 16 17 54 0,2308 0,2424 0,2615 0,2713

6 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

7 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

8 3 3 4 11 0,0462 0,0455 0,0615 0,0553

9 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

10 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

11 7,3 7,5 7,5 25 0,1123 0,1136 0,1154 0,1256

12 51 52 53,5 175,5 0,7846 0,7879 0,8231 0,8817

13 55 51 58 190 0,8462 0,7727 0,8923 0,9545

14 32 30 34 110 0,4923 0,4545 0,5231 0,5526

15 21 19 22 72 0,3231 0,2879 0,3385 0,3617

16 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

17 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

18 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

19 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

20 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

21 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

22 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

23 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

24 188 175 198 650 2,8923 2,6515 3,0462 3,2654

25 95 90 100 328 1,4615 1,3636 1,5385 1,6478

26 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

27 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

28 50 49 50 164 0,7692 0,7424 0,7692 0,8239

29 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

30 202 188 214 700 3,1077 2,8485 3,2923 3,5166

TOTAL 1059,3 1026 1099,5 3590,5 16,2969 15,5455 16,9154 18,0376


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Utilizando esta base de datos se puede obtener el valor de las áreas concernientes a los tejados de la universidad. Donde se midió directamente sobre el mapa del SINUPOT y se adquirieron los datos del área de la sede las torres Figura 38, sede calle 13 (bloque A) Figura 39 y sede el claustro (bloque L, bloque O y laboratorios) Figura 40.

Figura 38. Área sede Torres

Fuente: Sinupot

En la Figura 38, se observan las diferentes áreas de cubierta que componen la sede torres, donde son diversos edificios unidos entre sí. El pluviómetro para esta sede fue ubicado en el tejado de 159,2 metros cuadrados.

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Figura 39. Área sede calle 13

Fuente: Sinupot

La Figura 39, muestra el área de cubierta de la sede calle 13. Específicamente del bloque A donde es un solo edificio el que se planteó evaluar. El pluviómetro en este caso fue ubicado en la estación de vigilancia, la cual se encuentra cerca al edificio. Esto sucedió por que no era posible tener acceso a la cubierta del bloque.

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Figura 40. Área sede el Claustro

Fuente: Sinupot

En la Figura 40, se delimitan las áreas de la sede el claustro, la cual se compone de diversos edificios. Es posible observar el bloque L, este es el de mayor área. El bloque O el cual es de uso para la facultad de arquitectura especialmente y por último los laboratorios de ingeniería.

El pluviómetro artesanal fue ubicado en el bloque L, pues en los otros edificios el acceso era restringido. El pluviómetro de la universidad se ubicó en una terraza de las oficinas como se observa en la imagen.

Como se mencionó anteriormente el área de captación es parte importante para la captación. Mientras sea mayor su área, mayor es la cantidad de agua que es posible almacenar. En las imágenes anteriores se muestran las áreas concernientes a la sede el claustro bloques L, O y Laboratorios, además de sede Torres y calle 13 estas áreas determinan un criterio importante para el objetivo final que se tiene propuesto.

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Según los datos obtenidos se calculan las áreas concernientes a los tejados de la universidad Tabla 4. Área de las sedes

Tabla 4. Área de las sedes

ÁREAS DE EDIFICIOS

m2

Claustro Calle 13 Torres

Bloque L Bloque O Laboratorios Bloque A 1

2460,5 912,9 221,3 1190,9 847,1


En la Tabla 4, se determina que en la sede el claustro más específicamente el bloque L tiene la mayor área de captación. Dado esto es la que mayor flujo de agua tiene y la que es más factible realizar una propuesta de aprovechamiento. No obstante, como se observa en la Tabla 4 la sede 13 tiene un área considerable, por ende, esta sede también podría implementar un sistema de captación de aguas pluviales.

Dado que en la sede el claustro se presentó la mayor área, esta es dividida entre los diferentes bloques que la componen. Analizando la Tabla 4 el bloque con menos opción de aprovechamiento es el de los laboratorios de ingeniería, pues su área es muy pequeña y su captación sería mínima con respecto a los otros.

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11. SELECCIÓN DE SEDE PARA APROVECHAMIENTO

Para el proceso de selección de la sede se realizó una matriz donde se colocaron unas variables según los criterios de las instalaciones presentes. Con estas variables se miró, el beneficio evaluando el impacto que genera para una captación eficiente. La magnitud que puede generar tener una cubierta plana y la inclinada. El tipo de material utilizado en las cubiertas. Como también un drenaje apropiado y fácil conexión para el posterior almacenamiento. Y teniendo el análisis de las precipitaciones con base al capítulo de recolección de datos que se implementó en las zonas a evaluar para el aprovechamiento.

11.1. CRITERIOS DE SELECCIÓN

En la indagación de materiales para cubiertas, se encuentra que para diferentes materiales tenemos una pendiente distinta. Por consiguiente, un criterio es la pendiente. Por otra parte, se tomó en cuenta la distribución espacial donde la precipitación de agua pluvial cae sobre la cubierta. Con el fin de aprovechar el área de captación. Del capítulo de materiales, se selecciona un criterio que depende si este es inerte o no inerte. Con el fin de buscar si reacciona químicamente con el agua para su posterior almacenamiento.

Para los otros criterios se enmarcar como la factibilidad. Donde se realizó la inspección visual de los canales y bajantes. Así se pudo decir si están en buen estado. Como también si el sistema de desagüe queda externo en la estructura. Con el fin de realizar la modificación fácil al estar más accesible a ellos. Por otra parte, se maneja un criterio de implementar el tanque de almacenamiento. Si se cuenta con un espacio suficiente para la colocación de este en la sede a evaluar. A continuación, se presentó las variables a tener en cuenta en la selección:

La pendiente es fundamental en el proceso de captación del agua lluvia porque según su pendiente se manejan las distintas bajantes y colectores para su posterior evacuación. En la variable de pendiente su calificación se dio de acuerdo al tipo de cubierta con base del capítulo de criterios de selección. En la Tabla 5, donde se muestra una pendiente de 1% al 5% se le da una calificación de 1 siendo este el menor valor de importancia dado que en el proceso de evacuación de aguas es demorado comparándolo con una pendiente más pronunciada. Estas cubiertas manejan sistemas de bajantes por sifones. Por tal motivo las pendientes superiores al 30% la evacuación hacia los canales es eficiente rápida y se genera un

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aprovechamiento mejor si la precipitación es bastante fuerte. Por lo anterior se le da un valor de importancia de 4 cuatro veces más grande que una cubierta con pendiente plana. Por otra parte las pendientes que oscilan entre 6% y el 29% se les dan un valor de importancia del doble que las cubiertas de tipo plana ya que con su pendiente más pronunciada permite una circulación más rápida hacia los canales reduciendo el tiempo de presencia del agua y el riesgo de penetración.

Tabla 5. Valoración de pendiente

Pendiente

Criterio Calificación

1%-5% 1

6%-29% 2

º30%< 4


Para la variable de área de captación que, es el lugar donde se almacenan la precipitación de agua pluvial, antes de llegar al depósito o tanque. Es toda la superficie de las cubiertas de nuestras zonas a evaluar. Para la Tabla 6, se le da un valor mínimo de calificación entre menos área tenga para su posible captación. Por consiguiente al tener un área mayor que 2000 m2< es 4 veces más beneficioso para la recolección de agua pluvial que en un área menor que 900 m2> donde se da una valoración de 1. Si en el caso se tiene una intermedia entre 901 m2 y 1999 m2 se le da una calificación de 2.

Tabla 6. Valoración de área

Área (m2)


900> 1

901-1999 2

2000< 4


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En los materiales para Tabla 7. Se tomaron dos criterios de selección. El inerte, que no es químicamente reactivo, se le da un valor de importancia el doble (2), teniendo en cuenta que un material No inerte afecta la calidad del agua para su posterior re utilización.

Tabla 7. Valoración de material

Material


Inerte 2

No Inerte 1


El drenaje donde se maneja el sistema de conducción de agua lluvia. El cual implementa las canaletas o tuberías de diferentes materiales, que conducen el agua captada al sistema de almacenamiento. Para la Tabla 8, el buen estado se evaluó respecto al deterioro, a no presentar daños mayores que impliquen su cambio. Con lo anterior se le da el doble de importancia a favor de tener un drenaje en buenas condiciones. Por otra parte, el tipo de drenaje se manejó si este está externo y su posible intervención para la captación es más factible, que un drenaje interno. Al tener un drenaje externo su calificación es de 2 por tener una facilidad para ser desviados hacia un posible tanque de almacenamiento.

En la Tabla 8, el objetivo de realizar un tanque fácil es tener un espacio adecuado para la implementación de este. Por esta parte se da una doble de importancia al contar con un área disponible para realizar el tanque. Pero sin ir a interferir con las cargas existentes de las edificaciones.

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Tabla 8. Valoración de factibilidad

Factibilidad

Criterios Calificació

n

Drenaje

Estado

Buen Estado

2

Mal estado 1

Tipo Externo 2

Interno 1

Tanque Implementación Fácil 2

Difícil 1


11.2. MATRIZ DE SELECCIÓN

Luego de la valoración que se le dio a cada uno de los criterios, se realizó la Tabla 9, para dar la calificación correspondiente a cada una de las sedes. Se dio su importancia según sus características de pendiente, área, material, drenaje e implementación del tanque. Se sumaron las respectivas calificaciones para obtener un total. Con este se deduce que la mejor calificación es la sede más óptima para implementar el pre diseño de aprovechamiento de aguas pluviales.

La sede el claustro se divide en tres bloques diferentes para su análisis de selección. En el bloque L Figura 41, con pendientes pronunciadas mayor a 30%< su calificación es de 4 con base en lo estipulado en la calificación de pendientes. Para el área obtenida del capítulo de recolección de datos correspondiente al bloque L es de 2460.5 m2. Con esta área de captación se le da la calificación de 4 ya que es mayor a 2000 m2<. El material que se maneja para las instalaciones del bloque L es inerte. Se le dio una puntuación de 2 que correspondiente a que no es químicamente reactivo. El drenaje existente se encuentra en buen estado para la utilización del aprovechamiento y este es externo lo cual estimula una facilidad para las desviaciones al momento de llevar al almacenamiento. Por esto su valoración en la tabla es de 2. En la implementación del tanque se evalúa un espacio libre para su construcción, así mismo la facilidad para que las canaletas de agua lluvia lleguen al almacenamiento. Como en la sede el claustro en general se tiene buenos espacios para la construcción del tanque y así mismo realizar el aprovechamiento se le otorgo una puntuación de 2.

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Tabla 9. Matriz de criterios

Factibilidad

Drenaje Tanque

Pendiente Área Material Estado

Tipo

Implementación

Total

SEDE

Claustro

bloque L 4 4 2 2 2 2 16

O 1 2 2 2 1 2 10

Lab. 2 1 2 2 1 2 10

Calle 13 bloque A 2 2 2 2 2 2 12

Torres Bloque 1 1 1 2 2 1 1 8


Figura 41. Claustro Bloque L


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Figura 42. Sede el Claustro bloque O


Otro de los diferentes bloques que tiene la sede el claustro es el O Figura 42. Esta cuenta con una cubierta plana el cual su pendiente está dada entre 1% y 5% obteniendo una calificación de 1. Para el área que esta maneja es de 912.9 m2 está siendo un valor intermedio según la tabla de criterios de selección se le da una calificación de 2 para la captación de agua pluvial. El material que se maneja en la cubierta plana es un impermeabilizante de asfalto de aluminio el cual este se encuentra inerte que no es químicamente reactivo, así mismo su calificación en la matriz se encuentra en 2. El drenaje que esta implementado en este bloque del claustro estado en buen estado, según la tabla de criterios se le da una calificación de 2. Para la parte de la evacuación de las aguas el drenaje es interno y este impide una facilidad en el cambio de alineación de sus bajantes. En este caso la valoración dada fue de 1. Con la facilidad de la construcción del tanque por estar en el claustro se tomó una calificación de 2.

El último bloque que se dividió la sede el claustro es la zona de laboratorios Figura 43. En este la cubierta tiene una inclinación entre el 6% a 29%. Su calificación en la tabla es de 2. Para el área según el capítulo de los datos recolectados es de 221.3 m2 está siendo inferior a 900> su calificación en la tabla es de 1 para la posterior captación. El material que se maneja es una cubierta plana con afirmado en cemento por esto su calificación es de 2 al no ser químicamente reactivo. El estado de los drenajes es bueno para dar la valoración de 2. Pero su sistema de desagüe es interno, por esto su calificación en la tabla es de 1. En cuanto al tanque como ya se había mencionado se mantiene en el claustro y la facilidad de implementación es viable de acuerdo al espacio que maneja la sede.

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Figura 43. Laboratorios


Otra de las sedes a analizar para la selección es la calle 13 Figura 44. Esta sede cuenta con una pendiente intermedia según la tabla de criterios de selección. Sus valores están dados entre 6%-29%. Por lo tanto, la calificación que se le da es de 2. El área según el capítulo de los datos recolectados es de 1190.3 m2 lo cual se encuentra en el rango intermedio entre 901 m2 - 1999 m2 para una calificación de 2. El material es inerte lo cual no produce efecto químico reactivo. Esto se prevé para que el agua captada no este afecta por agentes no inertes. El sistema de drenaje se encuentra en buen estado, obteniendo una calificación de 2. Y las conexiones a este están en el exterior, facilitando así su desviación para el almacenamiento. En la implementación del tanque se puede realizar sin ir a afectar las cargas de los edificios existentes ya que cuenta con suficiente espacio para la realización de este.

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Figura 44. Sede Calle 13


Figura 45. Sede Las Torres


La última sede analizar para la selección es las torres Figura 45.Esta sede cuenta con cubiertas planas. Las cuales manejan pendientes de 1% al 5% para una calificación en la matriz de criterios de 1. El área según los datos de recolección es de 847.1 m2.Esta nos da menor que >900 m2 por tal motivo su valoración en los criterios de selección se toma como 1.En cuanto al material correspondiente a esta zona es un impermeabilizante de aluminio el cual no es químicamente reactivo. Con esto se basa para darle una valoración en el criterio de 2. Posteriormente las bajantes son internas según los criterios de selección se asignó un valor de 1 para

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tipo drenaje. Y por encontrarse en buen estado se le da una calificación de 2. En la implementación de tanque no es tan fácil por la falta de espacio, se tendría que tomar algún método o reforzar la estructura para poder soportar la nueva carga.

Después de obtener los resultados totales de la matriz, se analiza que la sede el Claustro bloque L tiene el mejor resultado con un valor de importancia de 16 favoreciéndolo por su pendiente y por el área de captación para el posterior aprovechamiento. A continuación, se observa que la sede Calle 13 tiene como valor total a 12 de importancia siendo este la segunda mejor calificación. En este caso se descarta la sede las Torres dado que su puntaje fue inferior a estos obteniendo un 8 en la matriz.

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Se dispone a comparar las dos sedes con mayor puntaje según los criterios de selección. Evaluando las características en la captación del agua pluvial en cada uno de los edificios. A continuación se realizó la siguiente balanza según el aporte que se da a partir de la matriz de criterios y los datos obtenidos con los pluviómetros experimentalmente.

Figura 46. Evaluación de sede mas optima


Sede Calle13Sede Claustro

Bloque L

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En la Figura 46. Evaluación de sede mas optimase selecciona la sede el Claustro bloque L Figura 41. Aunque tienen un puntaje considerable con el segundo puesto que es la sede calle 13 Figura 44. Expresados en la matriz de criterios Tabla 9, la diferencia también se da en el método experimental de la precipitación obtenida por los pluviómetros instalados. El cual se encuentra en el capítulo de recolección de datos favoreciendo a la sede el Claustro con 16.9154 mL/cm2 vs la sede Calle 13 con 15.5455 mL/cm2. Con base en el resultado experimental de precipitación es más viable el Claustro Bloque L para proponer el pre diseño. Sin embargo, también se estipula que, al tener mayor área de captación para su posterior almacenamiento, la re utilización es más factible para la demanda de agua que genera el riego de fachadas y jardines.

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12. PROPUESTA DEL APROVECHAMIENTO

En este capítulo se muestra el pre diseño para la captación de aguas pluviales, el cual es un sistema de canales que se llevara a su posterior almacenamiento para ser aprovechado por las instalaciones.

Inicialmente se realizaron un planteo general de los diversos tipos de cubiertas existentes en el campus para la recolección de aguas lluvia, con el fin de obtener el óptimo almacenamiento para el aprovechamiento de la sede seleccionada. Para determinar la sede con mejores condiciones se estimó el tipo de material, que en primera medida estaría en contacto con la captación de aguas pluviales. También se dedujo de los datos experimentales tomados por la información pluviométrica como sería el comportamiento de precipitación en la zona, igualmente con las cifras registradas en el capítulo de recolección de datos, se obtiene las áreas recolectadas por cada cubierta. Todo esto con el fin de realizar una matriz de valoración que da como resultado que la sede del Claustro Bloque L es la más apta para implementar el pre diseño.

Se realizó un chequeo visual del estado de captación y desagüe existentes en la sede donde se implementará el pre diseño. Este cuenta con el material actual, con el fin de proporcionar algunos cambios en los lineamientos para llevar a su posterior almacenamiento en el tanque, de allí disminuir el consumo de agua en las instalaciones, siendo aprovechado en riego de fachadas y/o jardines.

Las instalaciones del Claustro, Bloque L cuenta con canaletas metálicas y de concreto en donde estas de igual forma emplean bajantes tanto metálicas como de plástico (PVC); estas bajantes en algunos casos llegan a nivel del suelo y dejando el flujo de agua en el pavimento, en otros la tubería es llevada bajo el nivel del suelo.

Para las bajantes que llegan a nivel del suelo se denotan que en el pavimento se emplearon canaletas para contener la cantidad de agua en estos sitios más es desaprovechado este recurso, esto demuestra que es posible emplear estas bajantes conectándolas y llevándolas a un tanque que almacene todo el caudal, de igual manera la tubería que pasa el nivel del suelo puede ser empleada en la red de captación si se conectan entre si conduciéndola a un sitio específico.

Las bajantes desempeñan el trabajo de que el agua descienda a través de esta y llegue a un nivel inferior por lo tanto se puede demostrar con esto que tanto la tubería que funciona de bajante como las canales (metálicas o de concreto) están en condiciones para ser empleadas en el aprovechamiento planteado y así reduciendo tanto la incertidumbre de la posibilidad del mismo como la dificultad que se le impone al diseño de ser realizada.

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Figura 47. Canal en concreto


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Figura 48. Canaleta perimetral metálica


Las canales para la captación del agua lluvia con las que cuenta la universidad son en 2 diferentes tipos de materiales, en concreto como se denota en la Figura 47 y metálicas según la Figura 48; estas están propuestas perimetralmente en toda la universidad donde estas delimitan con el borde de la cubierta, especialmente son ubicadas en el extremo de la cubierta siguiendo la dirección de descenso del agua.

Las canales o canaletas son empleadas con el propósito para que el flujo del agua circule sobre esta y ser conducidas a las bajantes las cuales están conectadas desde la parte inferior del canal para recoger el caudal y generar su descenso.

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Figura 49. Desagüe de aguas lluvias en a suelo.


Figura 50. Bajantes de aguas lluvias plásticas (PVC).


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Figura 51. Bajantes de aguas lluvias metálicas.


Las bajantes son elementos verticales conectados a las canales o canaletas de diversos materiales, cuya función es ocasionar el descenso adecuado del agua, este puede ser llevado a nivel del suelo como se muestra en las Figura 49 y Figura 50 o ser conducido a través del suelo y disponer del cómo se denota en las Figura 51Estas usualmente se emplean en materiales plásticos como el PVC o materiales metálicos inoxidables, para cumplir con la función anteriormente mencionada; estos materiales pueden variar dependiendo el diseño, aunque en la universidad se observan solo estos dos (2) materiales en bajantes.

Como se observa en las Figura 49 y Figura 50 se puede denotar que en la sede El Claustro, más específicamente el bloque L, las bajantes en este caso plásticas (PVC) descienden hasta el nivel de primer piso y dejan el flujo de agua en una canal de concreto sin desagües ocasionando así que el agua se estanque y se genere un desperdicio de esta, Con esta evidencia que en las instalaciones el agua captada es destinada directamente al desagüe, se cuenta con la capacidad de realizar la adecuación para el aprovechamiento, siendo una estrategia para disminuir el consumo de agua en la universidad, implementando el tanque generando un menor desperdicio y consiguiendo un reusó de agua pluvial.

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12.1. TANQUE DE ALMACENAMIENTO

Se encuentran dos tipos, pueden ser en concreto. Este sería inmóvil ya que donde lo situemos estará para su posterior uso, se podría plantear tanque a nivel medio para aprovechar la gravedad reutilizando el almacenamiento que se encuentre en este. Como también se podría hacer a ras de la cota nivel de piso, pero este aumentaría sus costos ya que necesitaría una bomba para impulsar el agua captada. Otro de los tipos de tanque es sistema modular donde se refiere que está formado por plástico de forma rectangular o redonda en donde se almacena el agua lluvia captada, la facilidad de este es que permite optimizar tiempos de construcción, como también para transportarlos o hacer una nueva distribución en el almacenamiento de este.

Para el diseño de este se emplearon los datos pluviométricos especificados en el capítulo Recolección de datos, donde más específicamente en la Tabla 4. Datos pluviométricos de las sedes, nos dan los datos de la precipitación tomados experimentalmente, con estos datos se puede determinar la intensidad de lluvia que se presentó durante este experimento.

Tomando los datos totales en la sede el claustro en mililitros sobre centímetro cuadrado dividiéndolo por las horas en las cuales se realizó la toma (en este caso cada 24 horas), se calculó el valor de la precipitación que se presentó en la universidad.

Tabla 10. Valor captado

Valor captado

VC (ml/cm2) VC (L/cm2) VC (m3/cm2) VC (m3/m2) VC (mm)

16,9154 0,0169 1,6915E-05 0,1692 169,1538


(Ecuación 1)

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Tabla 11. Precipitación

Precipitación

Valor total (mm) Horas (24)

Precipitación (mm/h)

169,1538 24 7,048076923

Precipitación

P (mm/h) P (L/s/m2)

7,0481 0,001958


Para el coeficiente de escorrentía se toma el valor 0.9 por ser el más crítico en el rango de la siguiente tabla, conociendo de ante mano del capítulo de tipos de cubiertas que la zona el Claustro bloque L maneja teja de arcilla.

Tabla 12. Coeficiente de escorrentía

Coeficiente de Escorrentía (C)

Lámina metálica 0,9

Teja de arcilla 0,8-0,9

Madera 0,8-0,9

Pajilla 0,6-0,7

Fuente: (Fundación para el desarrollo socioeconómico y restauración ambiental, 2015)

Donde el área del bloque seleccionado para el diseño, en este caso el L es de 2460.5 metros cuadrados.

Empleando la ecuación:

(Ecuación 2)

Donde:

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Q: Caudal

C: Coeficiente de escorrentía

I: Precipitación en litros por segundo por metro cuadrado

A: Área del bloque seleccionado

Tabla 13. Caudal final

Q (L/s/m2) 4,33544832


Se realiza la conversión de los litros por segundo a metros cúbicos sobre segundo, dando como resultado 0.004335 metros cúbicos. Ver ecuación 3. Con el anterior resultado se estima una precipitación de 1 hora lo cual equivalen a 3600 segundos, después de efectuar la operación para tener un cálculo de 15.48 metros cúbicos por hora. Ver ecuación 4.

(Ecuación 3)

(Ecuación 4)

El valor para el diseño del tanque de almacenamiento es de 15.48 metros cúbicos donde se planteó dejar un tanque con dimensiones de 5 metros de largo por 3 metros de ancho, dando como resultado de esta operación 15 metros cuadrados.

Para saber la altura útil o altura de la lámina de agua se debe dividir 15.48 metros cúbicos por 15 metros cuadrados, donde este resultado nos da un valor de 1.032 metros, dado esto aproximamos la altura a 1.10 m con el fin de emplear factores de seguridad.

83

Es necesario que el tanque tenga un borde libre o un espacio libre entre la lámina de agua y la tapa o el sello que recubra este, por lo tanto se plantea dejar un borde libre de 0.20 m dando como total una altura de tanque de 1.30 metros, por último es debido dejar una tubería de aliviadero a una altura de 1.10 metros previniendo que este pueda llenarse.

(Ecuación 5)

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Figura 52. Dimensiones del tanque de almacenamiento


En la Figura 52, se observa el dimensionamiento del tanque de almacenamiento. Este de acuerdo a los cálculos realizados anteriormente, donde se contempla una altura máxima de agua y un borde libre en la estructura. Se consideran emplear muros y placas de 20 cm pero esto debe ser diseñado estructuralmente.

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Figura 53. Distribución hacia el tanque


En la Figura 53, se denota el trazado de agua pluvial. Este se realizó conforme a los conocimientos adquiridos mediante el proceso de aprendizaje en la universidad. Este trazado contempla la posibilidad de realizar un tanque de almacenamiento de agua pluvial enterrado y que todo el flujo llegue a este como se observa. Se decidió la ubicación en este sitio pues no es muy transitado en caso de ser necesario mantenimiento y no interfiere con la estructura existente.

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13. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se realizó la evaluación de viabilidad en la Universidad Católica de Colombia, para el aprovechamiento y captación de aguas pluviales, logrando identificar varias características de las cubiertas en las diferentes sedes, en algunos tipos de techo al tener configuraciones distintas afecta la forma de recolectar las aguas.

En el campus de la Universidad Católica de Colombia se implementó pluviómetros realizados artesanalmente donde se evidencio que el material era necesario cambiarlo periódicamente porque se deforma debido a la exposición de las temperaturas al medio día. Se sugiere que para generar un registro más prolongado utilizar otro tipo de material y nuevas tecnologías, para incrementar la precisión pluviométrica.

En la sede que se encuentra más alejada de los cerros orientales, se manifiesta una mayor precipitación con respecto a las otras. Como se evidencia en la recolección de datos de cada una de las sedes obtenidas en los prototipos experimentales. Sin embargo, se identificó que a pesar de que los pluviómetros estaban a una distancia no mayor a 500 metros los datos recolectados tienen una variabilidad en su resultado final.

Teniendo en cuenta las indagaciones de los tipos de cubierta existentes en las sedes, el material utilizado, la formación de pendiente, y el área. Se formularon los criterios para la selección de las cubiertas más adecuada para el aprovechamiento, según las características físicas existentes en las instalaciones. Se identifica que arquitecturas más antiguas, se puede implementar fácilmente sobre ellas programas nuevos de aprovechamiento de aguas, sabiendo que las recientes son más utilizadas las cubiertas planas y es complicado al no contar con sistemas de captación exteriores.

Se diseñó una matriz de valoración, y apoyada por los datos experimentales de precipitación de la zona del campus en Universidad Católica de Colombia se selecciona la sede para la recolección y aprovechamiento de aguas pluviales así impulsar el desarrollo sostenible de nuestras instalaciones. Se recomienda la implementación de captación de aguas lluvias en la sede Calle 13 dando también un buen desempeño en cuanto a los criterios evaluados. Sim embargo si se desea manejar estos criterios para otro tipo de cubiertas se recomienda hacer una investigación más detallada de los parámetros y variables características del techo, como también tener en cuenta la ubicación espacial donde se va hacer la evaluación de captación.

Fue realizado un pre diseño de captación de aguas lluvias que incluye los materiales existentes en la sede el Claustro bloque L. Donde se re direccionan las bajantes y

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colectores para conducir la precipitación generada en las cubiertas hacia el tanque de captación de aguas lluvias. Con la implementación de este se busca el manejo adecuado para las instalaciones de la Universidad Católica de Colombia.

Se recomienda realizar estudios o análisis detallados a la calidad del agua pluvial con el fin de afianzar la implementación de este proyecto y evaluar otros métodos en los cuales pueda ser aprovechada, además de los tratamientos necesarios establece la normativa colombiana.

Con este tipo de proyectos se estimula al reusó de aguas lluvias, así contribuir al medio ambiente, concientizando a la comunidad estudiantil de las diferentes soluciones que se pueden proponer en el campo de ingeniería para la demanda de agua que se puede generar en riego de fachadas y jardines.

Es recomendable analizar la posibilidad de emplear otro sistema con un tanque elevado. Esto requiere un análisis estructural de la zona donde se instalaría, además de un nuevo sistema de trazado.

Se recomienda evaluar un sistema de filtración de arenas, antes de la llegada del tanque. Esto debido a que el agua pluvial transporta material suspendido recogido en el transcurso de la conducción.

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