Arquitectura vegetada: funcionalidades de la vegetación en el metabolismo del edificio

ARQUITECTURA VEGETADA FUNCIONALIDADES DE LA VEGETACIÓN EN EL METABOLISMO DE EDIFICIO Tesina final de master presentada por: Arq.Jelena Grujic Tutor: Prof.dr.Albert Cuchi i Burgos UPC · Departamento de Construcciones Arquitectónicas I Máster en Arquitectura, Energía y Medioambiente Septiembre 2011 INDICE 1 INTRODUCCION 1.1Objetivo ................................................................................................................... 1 1.2 Introducción ........................................................................................................... 2 1.3 Contexto de referencia .......................................................................................... 2 1.4 Organización del documento .................................................................................. 4 2 INTEGRACION DE LA VEGETACION Y LA ARQUITECTURA 2.0 Clasificación de sistemas de integración de vegetación en la arquitectura ............ 6 2.1 Arquitectura viva .................................................................................................... 7 2.2 Cubiertas vegetadas .............................................................................................. 8 2.3 Paredes vivas........................................................................................................ 11 .. 2.4 Sistemas con plantas trepadoras ......................................................................... 13 2.5 Plantas en contenedores ..................................................................................... 15 3 FUNCIONALIDADES DE LA VEGETACIÓN EN EL METABOLISMO DE EDIFICIO 3.1 Flujo de energía .................................................................................................... 17 3.2 Flujo de agua ....................................................................................................... 24 3.3 Flujo de materiales ............................................................................................... 34 3.4 Flujo de residuos .................................................................................................. 41 4 CONCLUSIONES .......................................................................................... 47 5 BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS .................................................................... 51 1INTRODUCCIÓN | 1 1.1 OBJETIVOS El objetivo general de la presente investigación es explorar las relaciones entre la arquitectura y la vegetación – entre un sistema artificial y un organismo vivo. El objetivo específico de la primera parte de la tesina es desarrollar una propuesta de sistematización de técnicas actuales de la incorporación de vegetación en la arquitectura. El objetivo de la segunda parte de la tesina es entender el funcionamiento y los potenciales de estos sistemas como una estrategia para disminuir el impacto ambiental que provoca el medio edificado y de esta manera definir los criterios para incorporar vegetación en un proyecto arquitectónico | 2 1.2 INTRODUCCION Un edificio que integre la vegetación recupera una pequeña parte del territorio para la vida natural. Desde la antigüedad esta ha sido una manera de conexión del espacio donde vivimos con la naturaleza, ya sea por ser visualmente agradable o por proteger el espacio interior del viento, la lluvia o el sol. Con el desarrollo de las grandes ciudades, el aumento de la contaminación y el agotamiento de los recursos naturales, en los últimos años se ha despertado el interés por los aspectos ecológicos de la relación entre la vegetación y la arquitectura. Se han enumerado investigaciones científicas y proyectos que verifican los beneficios que puede proporcionar la incorporación de vegetación, como un sistema pasivo de regulación térmica de los edificios y el ahorro energético que esto conlleva, de la reducción del efecto isla de calor, la reducción de la contaminación del aire y la retención de dióxido de carbono, así como la disminución de problemas de contaminación relacionados con las escorrentías y la recuperación de la biodiversidad en áreas urbanas. La idea de naturalizar la arquitectura está, por diferentes motivos, cada vez más presente, lo que ha provocado avances conceptuales y tecnológicos de los sistemas de integración de la vegetación en la construcción. En el mercado existe una gran variedad de estos sistemas, lo que por un lado permite nuevas soluciones arquitectónicas y una implementación más flexible, pero por otro hace que se tiendan a generalizar los efectos y beneficios que estos sistemas pueden proporcionar. La incorporación de la vegetación en la arquitectura, siendo la vegetación un organismo vivo, o incluso un pequeño ecosistema, es mucho más compleja que el uso de materiales artificiales. 1.3 CONTEXTO DE REFERENCIA La investigación tendrá un enfoque en la escala arquitectónica, concretamente en la escala del edificio. Algunos de los beneficios que puede proporcionar la arquitectura vegetada están más presentes en la escala urbanística, y en general en las escalas mayores, y serán significativos solo multiplicando las soluciones en la escala arquitectónica. Por otra parte la vegetación integrada en la escala arquitectónica puede proporcionar beneficios a nivel del mismo edificio y puede tener un interés especial en espacios reducidos, en las zonas urbanas densamente construidas. Entre los beneficios mencionados se encuentran la relación entre la manera de la que el funcionamiento de un edificio altera los ciclos naturales de materia y energía y cómo los procesos biológicos en las plantas juegan un papel importante en estos ciclos. | 3 PROCESOS METABÓLICOS EN LOS EDIFICIOS Para poder funcionar, los edificios requieren recursos, que después de ser utilizados son devueltos al medio en forma de residuos. Estos “procesos metabólicos” de un edificio lo componen cuatro flujos principales: flujo de energía, de materiales, de agua, y de residuos. :: Energia La energía que se consume en el funcionamiento de los edificios proviene del uso de recursos no renovables (combustibles fósiles), lo que hace destacar este ciclo por sus desproporciones entre las fuentes y los sumideros. (1) :: Materiales Los materiales que se utilizan para la construcción de los edificios provocan impactos negativos sobre el medio ambiente durante la fabricación, el procesado, el transporte, la construcción, el mantenimiento y la demolición, generando residuos al final de su vida útil. :: Agua El medio edificado altera el ciclo natural del agua de dos maneras. Por un lado de manera directa - el agua después de ser utilizada es devuelta al ambiente degradada. Por otro, de manera indirecta – las aguas de lluvia cayendo sobre las superficies impermeables de los tejados de los edificios, en lugar de introducirse en el suelo, corren sobre pavimentos, y asi, contaminadas llegan a los drenajes pluviales, lo que hace que el agua de lluvia se covierta en agua residual . :: Residuos En las actividades relacionadas con el funcionamiento de un edificio se generan grandes cantidades de materia orgánica e inorgánica que acaban en forma de residuos y crean problema de contaminación del suelo, aire, agua. PROCESOS METABÓLICOS DE LAS PLANTAS Las plantas son organismos autótrofos y para su desarrollo dependen de tres factores: radiación solar, agua y nutrientes. Como productores primarios, hacen entrar la energía en los ecosistemas atreves del proceso de fotosíntesis .En este proceso captan y aprovechan la energía solar para transformar sustancias inorgánicas (agua, dióxido de carbono y sales minerales), en sustancias orgánicas y expulsan el oxígeno. La energía que las plantas usan para sus actividades metabólicas y la construcción de tejidos, es aprovechada después por otros seres vivos. En las plantas, el agua absorbida por las raíces llega a las hojas, una pequeña parte es utilizada en la fotosíntesis y el resto se utiliza en el proceso de transpiración atreves del cual vuelve a la atmosfera. Los minerales, los nutrientes y el agua, se transfieren del suelo a las plantas mientras crecen, y regresan al suelo y al agua cuando las plantas se mueren. | 4 Figura 1: procesos metabólicos de las plantas y procesos metabólicos de los edificios El funcionamiento de los edificios actuales se basa en la utilización de recursos en los ciclos abiertos y altera los ciclos naturales. En el presente trabajo se investigara como la incorporación de la vegetación podría ayudar a cerrar los ciclos que forman los procesos metabólicos de los edificios y, así, disminuir el impacto que la edificación provoca en la naturaleza. 1.4 ORGANIZACIÓN DEL DOCUMENTO En la primera parte del trabajo se va a sistematizar la información y desarrollar una propuesta de clasificación de sistemas y técnicas actuales de integración de vegetación en la arquitectura. En la segunda parte se va a analizar el funcionamiento de estos sistemas en relación con “los procesos metabólicos” de los edificios, observando cada uno de los cuatro flujos que definen estos procesos. Finalmente se va a analizar la relación entre estos cuatro flujos. | 5 2 INTEGRACION DE LA VEGETACIÓN Y LA ARQUITECTURA | 6 2.0 CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS DE INTEGRACIÓN DE LA VEGETACIÓN EN LA ARQUITECTURA Existe una gran variedad y creatividad en las maneras de incorporar la vegetación en la arquitectura. Algunos conceptos contemplan más el aspecto estético, otros ven más la vegetación como un elemento importante en el funcionamiento del edificio desde aspectos bioclimáticos y ecológicos. La vegetación se puede incorporar en función de un elemento del edificio o en función de un espacio, sea interior o exterior. Hay sistemas que emplean una tecnología más compleja u otros que utilizan mecanismos más sencillos, se utilizan diferentes especies de plantas y técnicas de cultivo, sistemas industrializados o diseñados para un proyecto particular. Para los objetivos de la tesina se propone una clasificación basada en sistemas constructivos y la configuración que pueden tener estos sistemas en relación con el edificio: | 13 Figura 23, Figura 24 , Figura 25 : Paredes vivas interiores 2.4 SISTEMAS CON PLANTAS TREPADORAS Tradicionalmente han sido cultivadas diferentes tipos de plantas trepadoras, las cuales han desarrollado mecanismos de auto-sujeción, tienen como soporte el material de la fachada o requieren poco apoyo adicional para ir cubriendo la superficie de los edificios. Una de las plantas que más se utiliza en los climas templados es la Hedera helix (hiedra) Las plantas pueden plantarse directamente en el suelo (en la base de la estructura), en macetas a diferentes alturas intermedias, o en la parte superior de la fachada. Las plantas cultivadas de esta manera suelen crecer normalmente unos 10m o hasta un máximo de 30m.Para evitar posibles daños en la fachada se debería proporcionar un mantenimiento adecuado. (10) Figura 26 y Figura 27 : fachadas traiciónales con plantas trepadoras Sobre la base del concepto tradicional, recientemente se han desarrollado varios diseños de sistemas de fachadas de doble piel o cortina vegetal (9), donde la capa de vegetación está separada de la pared de la fachada mediante una estructura de soporte adicional, lo que permite una forma dirigida de cubrir superficies del edificio. | 14 Se puede afirmar que las fachadas de doble piel o cortinas vegetales son las que ofrecen mejores expectativas, en cuanto a proveer superficies vegetadas verticales integradas a la edificación mediante sistemas constructivos sencillos y fácilmente desmontables y de mantenimiento extensivo. (9) Estos sistemas son mucho más simples que las paredes vivas, ya que se centran en dar soporte rígido para el crecimiento de plantas, que ya tienden a buscar la verticalidad. El uso de estructuras de soporte además evita el posible daño que pueden provocar las plantas en las fachadas. Las fachadas vegetadas de doble piel se pueden dividir en tres grupos según el tipo de soporte adicional para plantas trepadoras: (9) :: Enrejados modulares: enrejados metálicos muy ligeros montados sobre la fachada o constituyendo estructuras independientes :: Cableados: estructura de soporte para las plantas trepadoras consiste en sistemas de cables de acero, anclajes, separadores, y otros elementos :: Mallas: mallas de acero que se sujetan a las fachadas o a la estructura de las construcciones. Las plantas trepadoras, se pueden integrar en otros elementos arquitectónicos, como por ejemplo pérgolas adosadas, cubiertas, e incluso en elementos interiores. Figura 28 : Enrejados modulares Figura 29: Cableados Figura 30: Mallas Figura 31,32,33: Integración de las plantas trepadoras en diferentes elementos arquitectónicos | 15 2.5 PLANTAS EN CONTENEDORES El uso de contenedores, jardineras y macetas puede ser una forma de integración arquitectónica, ya sea como elementos separados o como parte de la misma estructura del edificio. Como elementos independientes de la estructura, su uso más común es para crear zonas verdes en azoteas, balcones, terrazas, atrios, patios. Figura 34 y Figura 35 : Jardineras perimetrales. Fachadas El ajardinamiento de las fachadas con plantas colgantes, es tambien un concepto de las fachadas vegetadas. En este caso, en jardineras continuas perimetrales que forman parte, o no, de la composición de fachada, se plantan arbustos de porte colgante, constituyendo una cortina verde en la fachada. Estas se suelen diseñar para un proyecto concreto y normalmente requieren un mantenaminto continuo. (9) Figura 36 : Jardineras interiores Figura 37: Jardineras exteriores | 16 3 FUNCIONALIDADES DE LA VEGETACIÓN EN EL METABOLISMO DE EDIFICIO | 17 3.1 FLUJO DE ENERGÍA Ahorro energético Desde la arquitectura vernácula se conocen los beneficios que puede aportar la vegetación al confort térmico de un edificio, y en cuanto al aspecto funcional de la vegetación en la arquitectura este ha sido el beneficio más destacado. La vegetación como un material vivo, responde a las condiciones climáticas del sitio donde se encuentre. A diferencia de otros materiales de construcción, la vegetación absorbe y refleja una parte de la radiación solar sin aumentar su temperatura y calentar el aire que la rodea. La energía absorbida se invierte en funciones metabólicas de la planta, la fotosíntesis y la evaporación del agua que la planta maneja como mecanismo de auto regulación de la temperatura. (11) :: CONTRIBUCIÓN DE LAS CUBIERTAS Y FACHADAS VEGETADAS AL AHORRO ENERGÉTICO EN LA EDIFICACIÓN Como "barreras” entre el ambiente exterior e interior, las fachadas y cubiertas son las partes del edificio que sufren mayores cambios de temperatura. En los últimos años ha aumentado el número de investigaciones relacionadas con el funcionamiento de las cubiertas y fachadas vegetadas como sistemas pasivos de regulación térmica de los edificios y el consiguiente ahorro energético. Las funcionalidades de las envolventes vegetadas en este sentido dependerá principalmente de las condiciones climáticas, así como de las de especies de plantas que se utilicen y de su mantenimiento (aportación de agua, nutrientes, exposición a la radiación solar). Otros factores que hay que considerar son el tipo de construcción y el tipo de aislamiento del edificio, la orientación de la superficie vegetada y la relación entre el tamaño de superficie vegetada y el volumen del edificio (edificios bajos se beneficiarán más del techo verde que los altos, que pierden más energía por fachada). Se considera que el funcionamiento de la vegetación integrada en la envolvente como sistema pasivo de regulación térmica de los edificios, actúa de cuatro maneras: (9)  aislamiento térmico  sombra  el enfriamiento evaporativo  la variación del efecto que produciría el viento sobre la edificación Estas actuaciones están a menudo relacionadas, y juntas influyen en el comportamiento de las envolventes vegetadas como sistema pasivo de regulación térmica, y dependen de parámetros específicos resumidos en las siguientes tablas: | 18 CUBIERTAS AISLAMIENTO TERMICO INTERACCION CON LA RADIACION - SOMBRA ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO VARIACION DEL EFECTO DEL VIENTO SOBRE LA EDIFICACION Densidad del follaje Sustrato / espesor, densidad aparente, contenido de humedad, color / Tipo de aislante del edificio Densidad del follaje Tipo de planta Clima seco/húmedo Velocidad del viento Sustrato /contenido de humedad/ Densidad del follaje Dirección y velocidad del viento Tabla 1: Parámetros que condicionan el funcionamiento de la vegetación como sistema pasivo de ahorro de energía .Cubiertas vegetadas FACHADAS AISLAMIENTO TERMICO INTERACCION CON LA RADIACION - SOMBRA ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO VARIACION DEL EFECTO DEL VIENTO SOBRE LA EDIFICACION Densidad del follaje Modificación del aire de espacio intermedio* Sustrato* /espesor, densidad aparente, contenido de humedad, color / Tipo de aislante de edificio Densidad del follaje Tipo de planta exposición Clima seco/húmedo Velocidad del viento Sustrato* /contenido de humedad / Densidad del follaje Orientación de la fachada Dirección y velocidad del viento * Solamente en algunas tipologías de fachadas Tabla 2: Parámetros que condicionan el funcionamiento de la vegetación como sistema pasivo de ahorro de energía .Fachadas vegetadas | 19 La densidad foliar expresada por el índice de área foliar (LAI), que representa la relación entre la superficie de hojas por unidad de superficie de suelo, es el factor que más influye en el funcionamiento de las superficies vegetadas como técnica pasiva de ahorro energético (la cual influye en la interacción con la radiación solar y la transpiración). (9) :: CUBIERTAS Las propiedades aislantes de una cubierta vegetada deben ser consideradas en el contexto de la estrategia del aislamiento total del edificio. Este tipo de cubiertas actúa como aislamiento adicional, excepto en climas cálidos donde pueden ser suficientes para proveer de confort los espacios interiores. (12) Por lo tanto el efecto dependerá del aislamiento del edificio, y la contribución de la cubierta vegetada será más significativa en los edificios poco o mal aislados. (13) Los beneficios térmicos que pueden aportar las cubiertas vegetadas se deben a los efectos combinados del sustrato y la vegetación. El efecto que produce la vegetación dependerá principalmente de la densidad de follaje. Por otra parte, el espesor de la capa de sustrato, su densidad aparente y su contenido de humedad, determinan la difusividad térmica del suelo, la cual se incrementa con la densidad aparente y disminuye con el contenido de humedad. (9) La masa térmica que aporta el sustrato también influye para que las fluctuaciones en la temperatura interior sean más uniformes durante el día. (8) Diversas mediciones han demostrado que las cubiertas con 20-40cm de capa de vegetación con 20cm de sustrato, son equivalentes a 15 cm de lana de roca. (8) En condiciones de verano el principal beneficio térmico de la vegetación, comparado con otros materiales, es que proporciona sombra y enfriamiento evaporativo, que será siempre más efectivo cuanto más densa sea la vegetación. El efecto de enfriamiento evaporativo está relacionado con la evapotranspiración, desde las hojas de la planta y desde el suelo, y depende del tipo de planta y de la exposición, así como de la humedad de sustrato y de las condiciones climáticas (en ambientes secos o por el efecto del viento, se incrementa la evapotranspiración) (9) Por otro lado, en invierno, las cubiertas vegetadas pueden contribuir a aumentar la eficiencia energética de los edificios debido al bloqueo del viento frio. Unos ejemplos interesantes de las investigaciones que comparan diferentes tipos de cubierta y en diferentes condiciones climáticas, pueden dar una idea de su importancia en el ahorro energético. ** Estos resultados están basados en las mediciones de flujo térmico a través de un elemento vegetado específico (solo a través de la cubierta o solo a través de la fachada) comparado con elementos sin vegetación integrada. Por lo tanto el porcentaje de la reducción de la demanda energética no es aplicable a la demanda energética total de refrigeración y calefacción total de un edificio, que dependerá de varios factores. | 20 >> Estudios realizados en Madrid, por el Grupo de Investigación ABIO de la UPM (Universidad Politécnica de Madrid) referentes a cubiertas ajardinadas extensivas, concluyen que, en condiciones de invierno, las cubiertas que tienen mejor comportamiento son las que tienen un aljibe de 8 cm, aisladas, independientemente de la posición del aislante, con reducciones del consumo del 70,65% respecto a una cubierta invertida. En condiciones de verano, las óptimas son las cubiertas ecológicas con aljibe de 8 o 16 cm, aisladas, que dan lugar a una reducción del 91,93% del consumo respecto de una cubierta invertida. (14) >> Una investigación hecha en Canadá, (British Columbia Institute of Tecnology), compara dos tipos de cubiertas vegetadas con la cubierta convencional sin vegetación. Una de las cubiertas vegetadas es de tipo extensivo con espesor del sustrato de 7,5 cm (GR1) y otra de tipo semi intensivo, con 15 cm de espesor de sustrato (GR2) (15) Figura 38 : cubierta vegetada 1 (GR1) Figura 39: cubierta vegetada 2 (GR2) Figura 40 : La demanda energética diaria intermedia debido a flujo de calor a través de la cubierta | 21 Las dos cubiertas vegetadas fueron más eficaces en el periodo de primavera/ verano, reduciendo la demanda energética (debido a la reducción de flujo térmico a través de la cubierta) en un 83-85% y en otoño / invierno en un 40-44%. En el periodo más cálido, las cubiertas vegetadas, redujeron la demanda de refrigeración debido a la actuación conjunta de mecanismos de sombreado, aislamiento térmico, evapotranspiración y masa térmica. En el periodo más frío, el sustrato perdió potencial de propiedades de aislamiento debido al alto nivel de precipitaciones en Vancouver, pero mantuvo una alta masa térmica debido a la cantidad de humedad en el sustrato. Las dos cubiertas vegetadas demostraron resultados similares durante el año, excepto en los meses más calurosos, la cubierta con el espesor de sustrato y densidad de follaje más grande (GR2), fue más eficaz debido a la masa térmica y a un efecto de enfriamiento evaporativo más alto. :: FACHADAS La vegetación integrada en las superficies verticales de la piel del edificio actúa de manera similar a las cubiertas vegetadas, estando determinada por los parámetros específicos resumidos en la Tabla 2. La funcionalidad de la vegetación integrada en las fachadas como sistema pasivo de ahorro energético dependerá también de la orientación de la pared y la configuración del sistema de integración de la vegetación en las fachadas. El funcionamiento de los sistemas que tienen sustrato en la superficie vertical-paredes vivas, dependerá de las propiedades del sustrato y debido a su configuración, su funcionamiento será más parecido al funcionamiento de sistemas de cubiertas vegetadas. Los sistemas que incluyen sistemas de riego y técnicas hidropónicas pueden proporcionar un beneficio adicional en verano en cuanto a efecto de enfriamiento evaporativo. (13) En cuanto a las fachadas vegetadas de doble piel, su característica específica es la creación de unas condiciones micro climáticas diferentes en el espacio que queda entre la cortina vegetal y la pared del edificio, caracterizadas por una temperatura mayor y una humedad relativa más baja en invierno (período sin hojas), y una menor temperatura y una humedad más alta en verano (periodo con hojas), lo que contribuye a los beneficios que aporta este tipo de fachada como aislamiento térmico. (9) En verano la sombra directa es posiblemente el beneficio más evidente de la vegetación en las fachadas. Comparado con otros sistemas de sombreamiento, ofrecen similares efectos de sombra con un plus de enfriamiento evaporativo. (9) La magnitud de este efecto depende de la densidad del follaje. | 22 El hecho de usar vegetación de hoja caduca en las paredes que reciban más radiación solar puede permitir la absorción de la radiación solar cuando sea deseable (invierno) y evitar la sombra en invierno. Por otro lado, la vegetación de hoja perenne será más apropiada en las paredes que no reciban energía solar, para así reducir la pérdida térmica de estas paredes en invierno. La vegetación perenne, puede proporcionar aislamiento adicional en invierno no solo manteniendo la capa de aire entre vegetación y pared, sino también actuando como una barrera de viento frío. Aunque este efecto se nota más si la pared está poco aislada, se destaca como muy beneficioso, sobre todo en climas donde sea característico rachas de viento frío en invierno. (13) Este efecto puede llegar a compensar el efecto negativo de las pantallas vegetadas en invierno, debido al efecto de la sombra. (9) Figura 41: Distribución de temperaturas a través de una fachada este, sin y con hiedra. | 29 >> Otra aplicación interesante, en cuanto a implementación en la escala arquitectónica, son las cubiertas vegetadas que integran sistemas de fitodepuración. Uno de los primeros sistemas de este tipo es el sistema G.R.O.W (Green Roof Water Recycling System ), patentado por la empresa WWUK ( Water Works UK). G.R.O.W es un sistema modular de la cubierta vegetada donde la vegetación convencional es sustituida por especies cuyas raíces pueden realizar la función de depurar el agua. Un módulo de medida 4m x 2m x 1m (alto) puede reciclar las agua grises de entre 30-45 personas. (23) Figura 52, Figura 53: el sistema G.R.O.W. Las plantas y sistema constructivo de un módulo experimental >> Cubiertas planas fitodepuradoras. El Grupo de Investigación ABIO (Arquitectura Bioclimática en un entorno sostenible), de la Universidad Politécnica de Madrid, desarrolla desde el año 2007 los sistemas industrializables de fitodepuracion como parte de una propuesta de optimización de los recursos hídricos en la vivienda. Figura 54: aplicación del sistema de fitodepuracion en las cubiertas de las viviendas existentes | 30 La innovación respecto a los sistemas construidos tradicionalmente in situ y utilizado para grandes superficies, consiste en la industrialización de los bancales y el uso de macrofitas en flotación, para aumentar el contacto de las aguas con las raíces de las plantas acuáticas, donde se desarrollan las bacterias responsables de la fitodepuración, y de este modo disminuir la superficie y el peso necesarios para su aplicación en las cubiertas. La construcción modular del sistema permitirá aumentar la capacidad del sistema de acuerdo con la demanda existente. (19) Figura 55: componentes del sistema industrializado de fitodepuracion El tiempo necesario para una correcta depuración son 7 días. El agua es expulsada y almacenada en depósitos modulares, para su posterior reutilización. Se ha calculado que con este sistema se consigue una optimización del espacio cercana al 80% comparado con sistemas tradicionales de macrofitas en flotación lo que supone una superficie de 1.531 m2 de los bancales de o.5 m de altura para 168o habitantes de las viviendas analizadas. En el caso de la recogida única de las aguas procedentes de lavabo, bañera/ducha, bidé y lavadora se ha calculado que el agua depurada llega a cubrir la demanda total de descarga de inodoros (de bajo consumo) en las viviendas y que sobraría un porcentaje siempre superior al 50 % para riego. (19) •Macrobias en flotación •Grava •Tapa perforada •Tapa perforada 2 •Filtros oxigenación y •fijación de bacterias •Sistema prefabricado PRFV | 31 3.2 FLUJO DE AGUA 3.2.2 Gestión de las aguas pluviales El aumento de las superficies impermeables en las ciudades hace que la cantidad de agua de escorrentía aumente y sea un problema para las infraestructuras de saneamiento, además esta agua de lluvia se convierte en agua contaminada a depurar. En la naturaleza el agua vuelve a su ciclo natural absorbida por el suelo y la atmosfera en los procesos de evaporación y transpiración de las plantas. En los últimos años cada vez se da más importancia a los beneficios que proporciona la vegetación integrada en los edificios en lo que se refiere a la gestión del agua de lluvia. En algunos países una de las principales razones para la implementación de cubiertas vegetadas es el control de la escorrentía en las áreas urbanas. :: CUBIERTAS VEGETADAS COMO PARTE DE SISTEMAS URBANOS DE DRENAJE SOSTENIBLE En general varias tipologías de la vegetación incorporada en los edificios pueden integrar soluciones de aprovechamiento de agua pluvial. Sin embargo, las cubiertas, que ocupan gran parte de las superficies en las áreas urbanas y sustituyen al suelo natural, son los elementos de los edificios que más contribuyen a la alteración del ciclo natural del agua. Recientemente ha sido promovido el sistema de drenaje sostenible SUDS (Sustainable Urban Drainage Sistems) para solucionar los problemas asociados con el drenaje convencional. La filosofía de SUDS es reproducir los patrones de drenaje natural y reducir así el impacto sobre el medio acuático. (13) Las cubiertas vegetadas forman parte de la estrategia de drenaje sostenible, contribuyendo a ello de dos maneras:  Reducen la cantidad de agua de escorrentía, reteniendo el agua y retrasando el pico de escorrentía  Mejoran la calidad de las aguas pluviales eliminando sustancias contaminantes | 32 Figura 56 : Comparación de flujo de agua pluvial (desagüe), en una cubierta sin vegetación y cubierta vegetada extensiva en el periodo de 22 horas. El agua de lluvia que cae sobre una cubierta vegetada se retiene en el sustrato y vuelve a su ciclo natural, a la atmosfera, en forma de vapor en el proceso de evapotranspiración. El exceso del agua se almacena en la capa de drenaje para su uso posterior. En zonas de clima con niveles de precipitaciones altos, las cubiertas vegetadas se consideran como un efectivo sistema de control de la escorrentía superficial y en climas con precipitaciones anuales bajas, como una estrategia de recogida y aprovechamiento de este recurso. El rendimiento de una cubierta vegetada depende de los siguientes factores: (13)  Profundidad y tipo de sustrato , contenido de agua en sustrato  Capacidad de almacenamiento de agua de la capa de drenaje  Tipo de vegetación  Factores climáticos (temperatura, humedad , viento)  Intensidad y duración de las precipitaciones. Las cubiertas vegetadas de tipo extensivo pueden ser una manera eficaz de retener mayores cantidades de agua pluvial debido al uso de las plantas que absorben agua rápidamente y la mantienen (como el sedum) Por otra parte, las cubiertas de tipo intensivo mantienen el rendimiento a través del uso de sustratos más profundos, mientras que se recupera la biodiversidad empleando variedad de especies de plantas. (13) | 33 Los rendimientos de las cubiertas vegetadas según diferentes autores varían. >> Un estudio realizado en Portland, Oregón, EE.UU. (clima templado) demuestra que las cubiertas vegetadas son capaces de retener alrededor entre un 65 y el 100 % del volumen total del agua que cae sobre la cubierta en verano y en invierno de un 10% a un 35 %. Incluso durante prolongadas e intensas lluvias, los techos verdes reducen y retrasan la escorrentía. El factor que más influye en la capacidad de retención de agua es el espesor del sustrato. (13) Figura 57 : valores de porcentaje anual de retención de agua de lluvia y coeficiente de desagüe para diferentes tipos de cubierta vegetada Figura 58: coeficiente de desagüe para cubiertas vegetadas dependiendo de su inclinación y la profundidad del sustrato | 34 3.3 FLUJO DE MATERIALES Vegetación como material de construcción Los materiales de construcción, en mayor o menor medida, durante diferentes fases de su vida útil, tienen un impacto negativo sobre el medio, acabando finalmente como residuos. En los sistemas de cubiertas vegetadas y paredes vivas, la vegetación actúa como un material de acabado. Otro caso es la arquitectura hecha unicamente con vegetación, la arquitectura viva, que forma parte de los ciclos naturales y que en relación con el tema de este capítulo tiene un interés especial. El concepto de arquitectura viva ha empezado a desarrollarse en los últimos 10 años. Lo que es realmente nuevo, es la aplicación de las técnicas conocidas de jardinería a la escala de arquitectura. Los potenciales de este tipo de construccion están todavía en fase experimental, pero tras una comparación general con los materiales convecionales, se pueden observar las siguentes ventajas y limitaciones de las estructuras vivas: Ventajas:  Material orgánico  Auto fabricación  Autoreparacion – capacidad de regeneración natural (capacidad natural de reparar menores daños en el tejido)  El proceso de crecimiento natural optimiza la resistencia de la estructura - la planta se espesa en aquellos puntos donde hay mucha tensión y con el tiempo la estructura se vuelve más fuerte Limitaciones:  Tardan años en crecer y desarrollar la capacidad de actuar como una estructura estable  Su vida útil está limitada por la vida de las plantas  Requieren un mantenimiento continuo | 35 En los últimos años se han hecho avances significativos en la aplicación de estas técnicas en la arquitectura. Uno de los pioneros en este campo fue el Sanfte strukturen de Alemania. Este grupo empezó con sus investigaciones en el año 1984.Su primera construcción con sauces vivos en la escala de arquitectura la hicieron en el año 1998. Este proyecto es conocido como Auerworldpalace (en Auerstedt, en Alemania) y tiene unas dimensiones de 320 m2 y 7 m de altura. Desde entonces han construido diferentes estructuras vivas en varios países de Europa. La estructura más grande es “la catedral de sauces” en Rostock del año 2003, con una superficie de 800m2 y 15 m de altura. La técnica que utilizan se basa en técnicas antiguas de Mesopotamia y Europa, de construcción con cañas, pero en vez de utilizar ramas o cañas cortadas, utilizan arboles vivos entrelazados de manera que generen estructuras muy resistentes. La estructura sigue transformándose con los años, aumentando la densidad de las hojas y creando así, espacios en forma de pabellones. (24) Figura 61 : desarrollo de Auerworldpalace Figura 59: Auerworldpalace al año de la construcción Figura 60: Auerworldpalace,7 años después de la construcción | 36 s Figuras 62, 63, 64, 65 : ejemplos de los proyectos del grupo Sanfte Strukturen | 37 >> El grupo de investigación Baubotanik (construcción botánica) ,de la Universisdad de Stuttgart (Institute of Modern Architecture and Design IGMA , University of Stuttgart), ha ido desarrollando su concepto de arquitectura viva desde el año 2005. Este método es similar a los anteriores con la diferencia de que en la estructura viva se integran elementos de apoyo adicional de otros materiales (normalmente metálicos). Las plantas jóvenes se organizan y entrelazan de tal manera de que crean una forma deseada. En un principio, a las plantas se les proporciona de manera continua agua y nutrientes, y la estructura viva mantiene la forma deseada debido al apoyo temporal de la estructura metálica. Las plantas más bajas, situadas en el suelo, tienen que desarrollar un sistema de raíces muy potente. Cuando se consiga una estructura lo suficientemente resistente, el apoyo adicional se podrá eliminar, y los árboles servirán de apoyo para el techo y los pisos. (25) Figura 67, Figura 68 :El patrón de crecimiento del Ficus benghalensis - la contraparte natural de este proceso Figura 66: método de adición de las plantas | 38 Todas estas estructuras están construidas con sauces de un año de vida, plantados muy densamente: con plantas, por tanto, que arraigan muy bien, que por su flexibilidad permiten ser modelados, que crecen muy rápido y que pueden reproducirse fácilmente mediante estacas. En los experimentos se ha notado que cuando los árboles se apoyan en otra estructura ya no desarrollan sus propias fuerzas. Sin embargo, cuando se juntan y entrelazan de esta manera y se añade una carga adicional (pesos de hormigón) se estimula el crecimiento y mejora la estabilidad de la estructura. De hecho la planta se espesa en los lugares sometidos a un esfuerzo especial. Por esta razón, los arquitectos “entrenan” a su material de construcción para que crezca formando nudos en puntos de soporte cruciales, sometiéndolo a un esfuerzo determinado. El grupo concluye que para lograr una aplicación correcta de su concepto en la práctica, será determínate desarrollar un método para controlar la distribución del flujo de los nutrientes y el agua en toda la estructura, la manera de estimular el crecimiento de las raíces y en particular, la investigación de los puntos de intercrecimiento. (25) Figura 69 : Experimento de intercrecimento de las plantas | 45 ¿Cuánta superficie de huerto por habitante se necesita para reutilizar todos los residuos orgánicos? *FMO (Factor Metabólico orgánico ) : relación entre la producción de residuos orgánicos y la demanda de compost de las hortalizas Figura 88: Propuesta de introducción de cultivos de hortalizas en los tejados y balcones en el distrito del Ensanche de Barcelona >> En una investigación llevada a cabo en la Universidad Politécnica de Cataluña, se propone la introducción de la agricultura urbana, la cual formaría parte de la estrategia de gestión de los residuos orgánicos domésticos. La propuesta hipotética examina el uso de tejados de manzanas y balcones (con las mesas de cultivo - hort urba ), en el distrito del Ensanche de Barcelona. Considerando unas condiciones ideales, los resultados obtenidos de los cálculos de relación entre la producción de residuos orgánicos y la demanda de compost demuestran que el 15 % de los residuos orgánicos producidos por cada habitante podrían ser reutilizados para cubrir la demanda de compost de un metro cuadrado de huertos en tejados y balcones de los mismos edificios. (27) | 46 4 CONCLUSIONES | 47 Figura 89: metabolismo de la arquitectura vegetada El potencial de la arquitectura vegetada está en entender el funcionamiento de los sistemas analizados como un conjunto interrelacionado. Del análisis previo, de cada uno de los aspectos funcionales de la vegetación en el metabolismo de los edificios y las relaciones entre los flujos analizados, se pueden destacar siguientes conclusiones: | 48 FLUJO DE ENERGÍA (ahorro energético)  En cuanto aspecto funcional de vegetación en la arquitectura su función como sistema pasivo de regulación térmica y el consiguiente ahorro energético de los edificios ha sido el campo más investigado.  Los resultados de investigaciones responden a casos muy dispersos (diferentes climas, especies vegetales utilizadas, sistemas constructivos, etc.) lo que dificulta su comparación e interpretación, pero todos confirman que la utilización de vegetación, de forma bien diseñada y gestionada, puede contribuir a un ahorro energético significativo. FLUJO DE AGUA (depuración de aguas residuales, gestión de aguas pluviales)  Actualmente hay cada vez más interés en la investigación y aplicación de los sistemas de fitodepuración, sobre todo para la depuración de aguas residuales a mayores escalas. Sin embrago, en los últimos años han sido patentados sistemas compactos prefabricados, que pueden ser muy eficaces en la depuración de las aguas residuales a pequeña escala. Dependiendo de caso concreto, el agua reciclada de esta manera puede llegar a sustituir completamente el uso de agua potable para los usos que no la requieren, a nivel de mismo edificio.  Los sistemas de integración de la vegetación en arquitectura (sobre todo las cubiertas y fachadas vegetadas) se desarrollan con el fin de utilizar menos agua posible. Lo importante es eliminar el uso de agua potable para el riego de plantas. Aquí los sistemas de fitodepuración pueden proporcionar esta agua para el riego.  La capacidad de retención de aguas pluviales ha sido una de las funcionalidades de la vegetación, más investigada, y una de las principales razones para la implementación de las cubiertas vegetadas como elementos fundamentales de estrategias de gestión de aguas pluviales en las áreas urbanas.  Reteniendo el agua de lluvia las cubiertas vegetadas contribuyen al control de escorrentías urbanas y a la vez a estrategias de refrigeración pasiva y consiguiente ahorro energético. | 49 FLUJO DE MATERIALES (vegetación como material de construcción) El uso de plantas vivas como material constructivo y sus potenciales está en la fase experimental. Estas técnicas ofrecen un material de construcción (con la capacidad de auto reparación y auto optimización de resistencia), que no requiere energía para su fabricación y los únicos residuos que genera serán fuente de nutrientes para otras plantas. Los proyectos realizados hasta ahora demuestran que las plantas vivas pueden sustituir los materiales convencionales de construcción para ciertos usos. FLUJO DE RESIDUOS (reciclaje de los residuos sólidos orgánicos)  Aunque en la escala arquitectónica, la integración de cultivo hortícola actualmente está presente como un fenómeno espontaneo, podría ser iniciado desde proyecto arquitectónico, ya que, aparte de otros beneficios que proporciona, puede ser una manera de reciclar la parte significativa de los residuos orgánicos aprovechándolos como fuente de nutrientes para plantas. La reutilización total de los residuos orgánicos requiere superficies de suelo amplias (por habitante) y por lo tanto seria difícilmente posible en la escala en un edificio. LOS SISTEMAS ANALIZADOS  Los beneficios que proporciona la integración de vegetación en la arquitectura son múltiples, pero para una aplicación óptima siempre hay que considerar los factores condicionantes relacionados con cada uno de sistemas. Siendo un elemento vivo, el uso de vegetación es mucho más complejo que el de materiales convencionales aplicados con el mismo objetivo.  De los diferentes sistemas de integración de vegetación en la arquitectura, el sistema que más entrelaza los flujos analizados son las cubiertas vegetadas (aspecto de ahorro energético, gestión de agua de lluvia, desarrollo de cultivo hortícola)  Las cubiertas vegetadas extensivas e intensivas demuestran similares resultados en cuanto al ahorro energético. El uso de las cubiertas vegetadas extensivas se potencia principalmente por razones de mantenimiento más bajo. Por otro lado el uso de las cubiertas vegetadas intensivas puede proporcionar otros beneficios: mayor retención de contaminación de aire, mayor recuperación de biodiversidad en las áreas urbanas, desarrolló de cultivo hortícolaagricultura urbana) | 50 5 BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS | 51 BIBLIOGRAFIA: 1. Programme THERMIE. Un vitruvio ecológico :Principios y práctica del proyecto arquitectónico sostenible. Barcelona : Gustavo Gili, 2007. 2. Wikipedia. Injerto. http://es.wikipedia.org/wiki/Injerto (consultado en junio de 2011) 3. Ecoosfera. Los maravillosos puenetes colgantes de Cherapunji http://www.ecoosfera.com/2010/10/los-maravillosos-puentes-colgantes-decherrapunji-india/ (consultado en junio de 2011) 4. Wikipedia. Treeshaping http://en.wikipedia.org/wiki/Tree_Shaping (consultado en junio de 2011) 5. Doenarch, Rudolf. Living Houses http://www.rainforestinfo.org.au/good_wood/biotctl.htm#anchor570162 (consultado en junio de 2011) 6. Wikipedia. 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WRAP (Waste & Resources Action Programme) Quality compost use in green roof construction http://www.wrap.org.uk/ (consultado en julio de 2011) FIGURAS Y TABLAS: Tabla1 y Tabla 2: Pérez Luque,Gabriel. Façanes vegetades. estudi del seu potencial com a sistema passiu d'estalvi d'energia, en clima mediterrani continental. Universitat Politècnica de Catalunya. Departament de Construccions Arquitectòniques I. Figura 1 : Elaboración propia Figura 2 : http://en.wikipedia.org/wiki/Inosculation Figura 3 : http://theoriens.com/wpcontent/uploads/Living_Root_Bridges_in_India_8.jpg Figura 4 : http://arborsmith.com/okinawa.html Figura 5 : http://www.baubotanik.org/ Figura 6 y Figura 7 : http://en.wikipedia.org/wiki/Green_roof Figura 8: http://www.greenestate.org.uk/green_roofs2 Figura 9: http://www.greenroofs.com/images/guestmay09DuessedorfTersteegenstr.jpg Figura 10 : http://www.treehugger.com/files/2007/06/green_roof_phot.php Figura 11, y Figura 12 www.zinco-cubiertas-ecologicas.es Figura 13 http://www.greenroofs.com/projects/pview.php?id=255 Figura 14 http://www.tobyhanna.army.mil/about/news/news.html | 54 Figura 15 : www.greenroofs.org Figura 16: www.greenbuildingpress.co.uk Figura 17: www.intemper.com Figura 18: http://www.treehugger.com/files/2006/10/parabienta_gree.php Figura 19 :http://www.eltlivingwalls.com/ Figura 20 : http://www.absolutmadrid.com/rincones-de-madrid-jardin-vertical-caixaforum/ Figura 21: http://www.echostudiochicago.com/learn/patrick-blancs-vertical-gardenss Figura 22: http://www.besthomesdesign.com/wp-content/uploads/2010/07/Thevertical-garden-by-Patrick-Blanc-the-conquest-of-the-city-wall-to-plant_2587x587.jpg Figura 23: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Livingwall.jpg Figura 24: http://style.creativculture.com/en/2010/10/living-wall2/ Figura 25: http://www.designboom.com/weblog/read.php?CATEGORY_PK=&TOPIC_PK=2163 Figura 26: http://greenrooftopgardens.blogspot.com/ Figura 27: http://newsbird.wordpress.com/2009/10/06/vegitecture-building-coveredby-fall-colors/ Figura 28: http://www.greenscreen.com/home.html Figura 29: Grant, Gary. 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