SALVADOR CHÁVEZ DELGADO

ABRIL 2011

“Incorporación de techos verdes para mejorar el confort térmico en viviendas techadas con

láminas metálicas, en zonas de alta marginación del Estado de San Luis Potosí”

Director de tesis:DR. GERARDO JAVIER ARISTA GONZALEZ

Sinodales:M.D.I. Fernando Madrigal Guzmán

M. en ARQ. Juan Carlos Aguilar Aguilar

Asesores:M.C.D.B. Jorge Aguillón Robles

I.A.F. Francisco R. Sánchez Barra

INTR

OD

UC

CIÓ

NEl cambio climático ha provocado la pérdida de algunos recursosnaturales como la palma y la paja entre otros, utilizados en laconstrucción de la vivienda rural en condiciones de marginación, porlo cual algunos de estos materiales naturales han sido sustituidospaulatinamente por materiales manufacturados, tales como lasláminas metálicas para las techumbres de estas viviendas.

En SLP, la SEDESOL a través de los Programas de Desarrollo paraZonas Prioritarias (PDZP), la participación de los gobiernosmunicipales y la colaboración de las familias de estas comunidadesmarginadas, se logra el otorgamiento de “paquetes de materiales” queson entregados a las familias bajo el esquema “llave en mano” con elpropósito de mejorar las condiciones de habitabilidad de estasviviendas que pertenecen a comunidades con niveles elevados demarginación.

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oTratamiento técnico de superficies de construcción edificadas en formahorizontal, vertical o inclinada con vegetación, siendo esta especialmenteadaptada conformando una capa multifuncional (Rudolf et al.,1995).

Concepto de naturación de construcciones

Propósitos

Azoteas naturadas:Capas de vegetación sobre un sistema de cubierta

Públicos Privados Según proyectoMejoramiento estético Eficiencia energética Mejora el diseño fotovoltaico

Separación de residuos Incrementa la durabilidad de la membrana impermeabilizante

Aporta créditos a la certificación LEED ®

Manejo de agua de lluvia (Calidad y cantidad) Retardante del fuego Aumenta la biodiversidad

Reducción del efecto isla de calor Bloqueo de la radiación electromagnética

Mejora el bienestar y salud de las personas

Mejoramiento de calidad del aire Reducción del ruido Agricultura urbana

Nuevos espacios recreativos Mejor comercialización Tratamiento local del agua residual

Creación local de empleos Oportunidades educativas

Extensiva• Requerimientos de mantenimiento muy bajos• Capa de substrato ≤15 cm• Peso de la capa de substrato y vegetación (en

estado saturado) entre 110 y 140 kg/m2.

Semi-intensiva• Requerimientos de mantenimiento normales• Capa de substrato de al menos 15 cm a 30 cm• Peso de la capa de substrato y vegetación (en

estado saturado), entre 140 y 250 kg/m2.• Arbustos/Setos/Plantas intermedias

Intensiva• Requerimientos de mantenimiento normales o

frecuentes• Capa de substrato de 40 cm• Peso de la capa de substrato y vegetación (en

estado saturado) ˃250 kg/m2. • Arbustos grandes, árboles

Tipos de azoteas naturadas

(GODF, 2008; AMENA, 2006)

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Características de los tipos de azoteas naturadas

Características Extensivo Semi-Intensivo IntensivoProfundidad de sustrato

10 ≤ X ≤ 15 cm 15 ˂ X ≤ 30 cm 40 cm ˂

AccesibilidadMuy reducida o

inexistenteReducida o parcial Generalmente alta

Peso a Saturación Total

110 ˂ X ≤ 140 kg/m²

140 ˂ X ≤ 250 kg/m²

250 kg/m² ˂

Diversidad de Plantas Baja Amplia Muy amplia

Costo Bajo Variable Alto

Mantenimiento Mínimo Variable Generalmente alto

Cobertura Vegetal CrasuláceasCrasuláceas,

pastos y arbustos

Crasuláceas, pastos arbustos y

árbolesAltura de Crecimiento de Plantas

5 - 50 cm 5 - 100 cm 5 - 400 cm

Diámetro de Copa No aplica No aplica 300 cm máximo

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Extensivo Semi-intensivo Intensivo

LigeroCombinación de las

MejoresGran Diversidad de

Plantas

Bajos Costos de Mantenimiento

Mejor aprovechamiento de Áreas con Mayor Capacidad de Carga

Mejor Desempeño en aislamiento y manejo de

AguaApropiado para Proyectos de Remodelación

Mayor Cobertura a menor Costo

Amplio Margen para el Diseño

Menores Costos de Intervención

Mantenimiento Promedio

Versatilidad de Uso

Fácil ReposiciónMayores Posibilidades

Estéticas que el Extensivo

Mayor Potencial de biodiversidad

Ventajas generales de los tipos de azoteas naturadas.

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Componentes de azoteas naturadas

Plantas

Sustrato vegetal

Compuesto para reforzamiento de raíz (opcional)

Compuesto drenante

Barrera de raíz (opcional)

Membrana impermeable reforzada

Losa de concreto semilisa

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Tipo de plantas y profundidad de sustratos

Tipo de planta Profundidad de sustrato Tipo de sistemaCrasuláceas 25 - 76 mm ˂ ExtensivoCubre pisos y pasto 152 - 250 mm ˂ Extensivo / IntensivoArbustos 457- 610 mm ˂ IntensivoArbustos grandes y árboles pequeños 610 - 91 cm ˂ Intensivo

Árboles 191 cm ˂ Intensivo

Tipo de Naturación Componentes % del volumenIntensivo y Semi-intensivo Agregados ligeros 35 - 60

Más de 15 cm de prof. de sustrato.Arena gruesa 25 - 50

Materia orgánica 5 - 20Extensivo Agregados ligeros 60 -100

De 10 a 15 cm de prof.de sustrato.Materia orgánica 0 - 25

Arena gruesa 0 - 35

Composición volumétrica de sustratos

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Componentes usados en la preparación de sustratos

Arenas gruesasLas arenas finas no son muy usadas debido a que son pesadas, no retienen bien los nutrientes y pueden obstruir la capa filtrante y la capa drenante.

Tierra de diatomeas

Es una roca que existe en la naturaleza, suave y con consistencia de gris, que se desmorona fácilmente. Contiene 86% de sílice, 5% de sodio, 3% de magnesio y 2% de hierro.

Arcilla, pizara o esquisto expandidos

Contienen minerales expandidos en un horno rotatorio a temperaturas arriba de 1093° C.

Perlita Vidrio volcánico amorfo con un contenido relativamente alto de agua, generalmente formado por hidratación de la obsidiana.

Lana mineral Silicato fibroso y amorfo manufacturado de roca.

Piedra pómez Roca volcánica que se solidificó en forma de espuma.

Rocas volcánicas

Difiere de la piedra pómez en que es más densa, presenta cavidades más grandes, es más pesada y no flota.

Vermiculita Es una mica calentada arriba de los 300° C, muy ligera y con gránulos esponjosos.

Zeolita Son minerales aluminosilicato hidratados con estructuras de microporos.

Tejas o baldosas trituradas

Puede ser usada en lugar de ingredientes gruesos. Asegura que los materiales usados sean inertes y no filtren contaminantes en los escurrimientos.

Inor

gáni

cos

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Componentes usados en la preparación de sustratos

Composta (Humus)

Este producto resulta de la descomposición biológica controlada de material orgánico, que ha sido desinfectado por calor , estabilizado para facilitar el crecimiento de plantas y que no contiene semillas de maleza.

Vermicomposta / Abono de lombriz

La lombricomposta es un producto de materia orgánica rico en nutrientes resultante de la descomposición de algunas especies de lombrices de tierra. Son un fertilizante natural y acondicionan el medio de crecimiento.

Aserrín y virutas de madera

El aserrín y la viruta de madera muchas veces son utilizados como abono. Son bajos en nitrógeno y por tanto, cuando se descomponen atrapan este nutriente del suelo. Para evitar esto se debe utilizar aserrín y viruta de madera totalmente composteado.

Turba negra y rubia (Peat moss)

La turba es un material vegetal parcialmente descompuesto formado a lo lago de cientos de años y conformado en su mayor parte por musgo (Sphagnum) y juncos. Este material orgánico puro tiene una muy alta capacidad de retención de agua pero cuando se seca se torna hidrofóbico. La turba es una buena fuente de material orgánico pero es poco nutritivo y tiene una población microbiana pobre. Las ciénagas de turba son un recurso limitado que necesita ser aprovechado de forma sustentable. Son depósitos significativos de carbón y su explotación es una gran preocupación de grupos ecologistas y ambientalistas.

Org

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Materiales para reforzamiento de raíz

Materiales Resistencia propia

Tipo de barrera Necesaria Observaciones

Concreto impermeable Si No aplica Especial atención a las Juntas de expansión

Cloruro de Polivinilo (PVC) Si No aplica

Membrana de 80 milésimas (2.03 mm) mínimo de espesor y reforzada.

Etileno Propileno Dieno Monómero (EPDM) Si No aplica

Membrana de 60 milésimas (1.52 mm) mínimo de espesor y reforzada. Requiere refuerzo en traslapes.

Poliolefina Termoplástica (TPO) Si No aplica Traslapes reforzados.

Asfalto: SBS, APP No Física o química Traslapes de 10 cm mínimo.

Espuma de poliuretano No Física 60 milésimas (1.52 mm) de espesor (en seco) mínimo.

Material Condiciones mínimas de aplicaciónPolietileno de alta densidad (HDPE)

20 milésimas (0,51) de espesor mínimo. Las juntas deberán ser termo fusionadas.

Polietileno20 milésimas (0,51) de espesor mínimo y traslapes sin soldar a 1.5 m o traslapes soldados y 30 cm mínimo de traslape.

Materiales para la creación de una barrera anti-raícesMar

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Sistemas impermeabilizantes

Material Base Principales Representantes

Método de Aplicación

Sistema Típico de Fijación Pros Contras

Plástico PVC (Cloruro de Polivinilo)

Soplete de aire caliente Flotante

Amplia ventana de instalación. No requiere protección contra la penetración de raíces.

Escaso número de Fabricantes. Contiene Plastificantes

Caucho

EPDM (Etileno Propileno Dieno Monómero)

Adhesión Integral

Amplia ventana de instalación. Lienzos Anchos (Menor cantidad de Juntas)

Las Juntas no cumplen con el estándar FLL. Pobre resistencia al daño físico de membranas delgadas sin refuerzo

TPO (Poliolefina Termoplástica, Mezcla de Caucho y Plástico)

Soplete de aire caliente Flotante

No requiere protección contra la penetración de raíces

Escaso número de Fabricantes de experiencia probada.

Asfalto

SBS (Estireno Butadieno Estireno). APP (Polipropileno Actactico)

Soplete de flama abierta Integral

Buena resistencia al transito. Alta resistencia de las juntas, al punzado. Con certificación no se requiere protección contra la penetración de las raíces.

Requiere protección contra la penetración de raíces. Uso de flama abierta.

Poliuretano Espuma de Poliuretano Aspersión Integral

Sin juntas. Alta resistencia a la humedad

Requiere equipo especial. Uniformidad de la capa. Requiere protección contra la penetración de raíces.

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El uso de las láminas acanaladas para este tipo de techumbresgeneran condiciones de inhabitabilidad debido a los factores climáticosde las zonas geográficas y a los efectos de la radiación solar (actuandocomo un verdadero radiador que puede elevar temperaturas de más de40°C en los momentos de sol y frío excesivo durante la noche) estoaltera significativamente la “condición mental en la que se expresa lasatisfacción con el ambiente térmico” (Norma ISO 7730) originándoseproblemas de confort por debajo del mínimo aceptable, haciendo que laconvivencia del espacio de sus habitantes sea tanto incómodo comoperjudicial para la salud a largo plazo.

Pro

blem

átic

a y

just

ifica

ción

Como respuesta a la problemática del efecto del cambio climático, sepropone la incorporación de una nueva técnica alterna de proteccióntérmica de bajo costo titulada “techos verdes sobre lámina” basada enla tecnología de “Naturación de Azoteas” siendo ésta una técnicaamigable con el entorno natural de estas comunidades, y como unaimportante herramienta para el desarrollo regional y urbanosustentable.

La tecnología de “Techos Verdes” se pretende aplicar en viviendastechadas con lámina metálica (Pintro, galvanizada y/o zinc), con lafinalidad de “mejorar las condiciones de confort térmico al interiorde la vivienda” y además contribuir con la naturación de azoteas conla recuperación, rescate y conservación de áreas verdes, comoreposición de la productividad natural de nuestros ecosistemas.

Aunque esta tecnología verde no es nueva, se pretende darle impulsoen las áreas rurales para que los resultados de esta investigación seapliquen en las comunidades más vulnerables de San Luis Potosí, ysigan complementando el desarrollo de programas que promuevan elcuidado de los recursos naturales y se mejoren las condiciones deconfort en la viviendas localizadas en comunidades que presentanuna alta concentración de pobreza.

Pro

blem

átic

a y

just

ifica

ción

Incorporar “Techos verdes” sobre construcciones techadas conláminas metálicas (pintro, galvanizadas y/o zinc) con la finalidad demejorar el confort térmico en el interior de las viviendas, generar elaislamiento térmico, además de la protección de la edificacióncontra los efectos de los rayos solares directos sobre las láminas,para mejorar el confort de los espacios y la calidad de vida de loshabitantes de estas edificaciones.

Obj

etiv

o ge

nera

l

Objetivos particulares:

•Conocer la vegetación como una adaptación a las condicionesfísicas y climáticas de la zona.• Analizar la vegetación endémica de la zona.• Aprovechamiento de los recursos naturales de la región como eluso de materiales para construcción que garanticen el correctofuncionamiento de dicho sistema.

Mediante la incorporación de una capa de sustrato, con espesorsuficiente para la siembra de algún tipo de especies vegetalesendémicas y resistentes a las condiciones climáticas de un lugar,colocada sobre una techumbre debidamente reforzada edificadacon láminas metálicas de zinc (láminas entregadas como apoyoal mejoramiento de la vivienda rural por la Sedesol a través delPrograma de Desarrollo de Zonas Prioritarias), se mejorarán enbuena medida los niveles de confort térmico en el interior deestos espacios y se mejorarán sensiblemente las condiciones dehabitabilidad de los mismos.

Hip

ótes

is

Criterios para selección de especies vegetales para la naturación de latechumbre metálica.

•Se seleccionan aquellas plantas o especies vegetales adecuadas alclima y al suelo de la región o localidad seleccionada.•Otra opción es utilizar especies vegetales suculentas del tipo inducidas.

Selección y descripción de las especies vegetales

Crassula cultrataCRASSULACEAE

Siempreviva(Sempervivum tectorum),

Esp

ecie

s ve

geta

les

Selección y descripción de las especies vegetales

Clima1. Luz2. Temperaturas3. Lluvia4. Humedad del aire5. Vientos

Suelo1. Textura2. Profundidad3. Drenaje4. PH5. Humus y nutrientes6. Suelo salino

SEDUM PLATYPHYLLUM El dedo Moro (Lampranthus- Aizoáceas),

Esp

ecie

s ve

geta

les

Para medir las variaciones térmicas al interior de espacios techados con láminade zinc naturadas, se construyeron cuatro modelos experimentales: uno en lazona altiplano (Matehuala), dos en la zona centro (San Luis Potosí y Villa deReyes), uno en la zona media (Rioverde) y uno en la zona huasteca (CiudadValles).

•Forma de prisma de base cuadrada cortado en talud (estructura de perfil conángulo de 2”, ajustable en su pendiente desde 2° hasta 30° de inclinación).

•Techumbre de lámina metálica cal.22 y 24, de 1.65 x 0.80mts, con una capa depolietileno cal. 600, de alta densidad y color negro, adherida a la lámina conemulsión asfáltica.

•30° con respecto a la horizontal del suelo para colocar un módulo de medición(Hobo) de temperatura y humedad.

•Placas de poliestireno de 2” para aislar las caras del modelo.

Car

acte

rístic

as

Impermeabilización de lalámina de zinc, conpolietileno doble colornegro fijado a la láminacon asfalto

Mod

elos

exp

erim

enta

les

Mat

eria

les

utili

zado

sInsumos alternos de bajo costo:

•Que operan como dren del sistema (empaques de huevo,etc.)

•Que sustituyen a la geo-membrana (costal de fibra sintética,malla sintética para invernadero, etc.).

Perforaciones en el empaque de cartón para el drenado de excedentes de agua (Capa drenante).E

spec

ies

vege

tale

s

Para una mejor impermeabilidad, a los empaque de cartón dehuevo, se le hicieron múltiples perforaciones para un drenadomás rápido. Adicionalmente se recubrió la superficie condiversos materiales para lograr una película impermeable enel cartón, tales como:

•Emulsión asfáltica rebajada con solvente y luego recubiertacon baño de arena fina;•Resina poliéster catalizada;•Goma-laca diluida en alcohol industrial.

Empaque de cartón de huevo asfaltado para su

impermeabilización

Impe

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biliz

ació

n

Empaque de huevo impregnado de resina para

impermeabilización y posible almacenamiento de agua.

Mod

elos

exp

erim

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Otro material importante es la geo-membrana (geo-textil), la cual es unamalla filtrante sintética que permite el paso del agua que no es retenida en elsustrato y evita el paso de raíces y partículas del sustrato hacia el materialdrenante y evita la perforación de la cubierta.

Colocación de material drenante (cartón de huevo con resina) sobre lámina acanalada del módulo

Materiales alternos seleccionados para sustituir la geo-membrana ogeo-textil (malla filtrante):

•Tela sintética para fabricación de costales•Malla sintética para cubrir invernaderos

Mod

elos

exp

erim

enta

les

Colocación del sustrato: Altura (4 cm) del cartón de huevo, alturaperimetral del modelo de 10 cm a 20 cm.

Altura de sustrato: entre 8 y 12 cm (se colocaron bandas de láminanegra de 20 cm en el perímetro del modelo).

Colocación de sustrato preparado (10 cm. de espesor)sobre la membrana anti-raíz (costal sintético).

Mod

elos

exp

erim

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Colocación de vegetal conocido como Dedo Moro de la variedad Crasuláceas, del tipo suculenta

Una vez puesta la capa de material drenante (cartón de huevo) sobre la láminametálica del modelo, inicialmente instalada horizontal, previamente recubiertacon plástico negro y colocada la membrana anti-raíz (tela sintética de costal), seprocede a la naturación del modelo, es decir, la colocación del sustratopreparado para la adecuada adaptación de la variedad vegetal conocida comodedo moro (crasulácea tipo suculenta) y posteriormente se procede al riego parasaturar el sustrato.

Trasplante de vegetal (Dedo moro) para enraizar en sustrato vegetal, posteriormente se levanta el módulo. M

odel

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xper

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tale

s

Elaboración del sustrato: se mezclaron diferentes compuestos: arena cernidapara evitar la presencia de gravilla gruesa, mezclada con tierra negra arcillosa,mantillo de mezquite, tezontle usado como mineral drenante, además deestiércol de borrega en diferentes proporciones, para que el suelo posea losnutrientes necesarios.

Naturación total de la superficie del módulo en posición horizontal.

Pasadas dos semanas, tiempo necesario para el correcto enraizado delvegetal, se procedió a levantar la cubierta que contiene el sustrato dándole lapendiente prevista (30° del suelo), luego se colocaron las piezas depoliestireno previamente cortadas, en el piso y costados del modelo, paraaislar el interior que simula el espacio interior de un cuarto techado conlamina y luego naturado para hacer el correcto registro de temperatura yhumedad.

Mod

elos

exp

erim

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les

Para el monitoreo de temperatura y humedad en cada uno de lossitios antes mencionados se instalan Hobos (dispositivos demedición), tanto en el interior del modelo como en el entorno exterior,con objeto de registrar datos de forma sistematizada y periódica, yuna vez recabada suficiente información, llevar a cabo el análisiscomparativo de los datos registrados en ambos equipos de medición.

Recolector de datos (Hobo), detemperatura y humedad relativa conprotección especial para el exterior.

Recolector de datos (Hobo), detemperatura y humedad relativa conprotección especial para el interior delmodelo naturado.

Mod

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enta

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Los Hobos son dispositivos para medición de factores de clima yambiente que registran información meteorológica y de acuerdoal modelo utilizado pueden capturar datos del ambiente talescomo temperatura y humedad relativa (a la sombra), y registrarinformación diversa como incidencia de radiación solar, velocidady dirección de viento, precipitación pluvial, etc.

El monitoreo y registros de datos deberá completar un ciclo anualpor lo que los resultados del análisis comparativo final seobtendrán hasta ese momento. El material con el cual se simulanlos muros y el piso es placa de poliestireno el cual es un buenaislante térmico,

Modelo Naturado (Dedo Moro) a 30° de inclinación

con respecto al suelo

Hobo en el exterior.

Mod

elos

exp

erim

enta

les

•Los modelos experimentales permitirán monitorear lasvariaciones de temperatura y humedad registradas al interior yexterior del modelo, y de forma equivalente predecir lasprobables variaciones en estos factores climáticos al interior deun espacio que previamente ha sido acondicionado con unamasa de amortiguación térmica (techo verde o azotea naturada).

•Entre los datos climatológicos factibles de registrar y monitorearcon los Hobos se cuentan la temperatura y humedad, y aunquepara esta investigación específica no han sido estimadosfactores como velocidad y dirección del viento, éstos sonvariables que pueden mejorar sensiblemente condiciones deconfort tanto al interior del modelo como de los espacios objetode esta investigación acondicionados con techos verdes.

Con

clus

ione

s

•Si se incorporan ventilaciones cruzadas a los modelos(perforaciones laterales) para que sea posible monitorear otrosfactores tales como: velocidad y dirección de viento, a su vez,nos permitirá modelar el confort térmico interior, evaluar losniveles de habitabilidad en los cuartos techados con láminametálica de zinc (Programa de Sedesol), y los espaciosacondicionados con amortiguación térmica (techo verde) objetode estudio en esta investigación.

•Las diferencias que pretendemos alcanzar con el análisiscomparativo de temperaturas, entre las registradas en elinterior del modelo y las registradas en el exterior oscilanalrededor de los +5°, -5° C., lo cual, para efectos demejoramiento del confort térmico en el interior de lashabitaciones, representa mejoras muy importantes en losniveles de habitabilidad de estos espacios.

Con

clus

ione

s

Graciaschavachavezdelgado@hotmail.com