reduccion del escurrimiento procedente de construcciones

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REDUCCION DEL ESCURRIMIENTO PROCEDENTE
DE CONSTRUCCIONES MEDIANTE NATURACION
EN EL VALLE DE MÉXICO.
Autores:. H.J.Henze, G. Navas, M. Siemsen, U. Grau, Tapia O.
El actual proceso de urbanización alrededor del mundo, ha causado que la población de los
centros urbanos, sea en estos momentos, el mayor componente de la población mundial.
Dicho desarrollo urbano ha ido acompañado del sellamiento progresivo (casi total) de la
superficie y espacio de los biotopos urbanos, por lo tanto también de la pérdida paulatina del
espacio natural, el cual, desde un punto de vista urbano-ecológico es muy importante para
las mismas ciudades. Las consecuencias de este proceso de alta urbanización han
originado un trastorno en los parámetros urbano-ecológicos: aumento en la contaminación
del aire, del ruido, distorción en la economía hídrica urbana, desarrollo circadiano de la
temperatura y de la humedad del aire. En países industrializados la pérdida de calidad de
vida conectada con dichos trastornos ha originado un proceso de migración de la ciudad
hacia fuera de esta. Aunque en algunas regiones aún se sigue dando el proceso de
migración del campo a la ciudad, a pesar de la intensificación de las tendencias negativas
provocadas por el desarrollo urbano intermitente y no regulado. La ciudad de México, es un
ejemplo de esto último, es decir, de una tendencia en aumento del detrimento del desarrollo
urbano-ecológico.
Actualmente, se están discutiendo, a nivel mundial, alternativas que ayuden a contrarrestar
esta tendencia. Cabe señalar que la tendencia de la compresión progresiva e intensificación
de la vida urbana, iran asociadas en el futuro, inevitablemente al sellamiento de las
superficies y espacios urbanos por lo que habrá una fuerta pérdida de areas verdes.
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Desde hace más de 30 años, en Europa se ha venido observando una gran presencia de
edificios con vegetación, especialmente en techos y fachadas, presentándose esto, como
una posibilidad para evitar el sellamiento total de las superficies urbanas y la pérdida de las
áreas verdes, ya que la superficie de los techos ocupa un tercio del área urbana; además de
constituir un espacio ideal/apto para la naturación, especialmente si son techos planos y/o
con poca pendiente.
Experiencias hasta ahora muestran, que techos verdes tienen una multitud de efectos
positivos tal como:
Diversas experiencias de naturación de techos, han demostrado que estos generan una
multitud de efectos positivos, tales como:
Efectos ecológicos
-
Retención de una gran parte de la precipitación anual y reducción del escurrimiento de
agua a la canalización urbana
-
Retraso del escurrimiento durante precipitaciones fuertes, con un efecto positivo sobre el
manejo del agua de la precipitación pluvial en el espacio urbano
-
Disminución de la inmisión del ruido de tráfico
-
Mejoramiento de la calidad del aire
- Fijación (inmovilización)de partículas contaminantes (nocivas)
- Aumento de la humedad relativa del aire desde la zona suboptima
Efectos económicos
-
Prolongación de la duración de la vida del impermeabilizante y con eso, disminución de
los costos del ciclo de la vida de este último
-
Mejoramiento del aislamiento térmico del techo y disminución del deterioro de la
superficie del techo causado por la tensión de la temperatura ambiental.
-
Reducción de costos en caso de uso de aire acondicionado por el efecto del aislamiento.
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La Universidad Autónoma Chapingo (UACH) y el Institut für Agrar- und Stadtökologische
Projekte (IASP), Instituto para Proyectos Ecológicos Agrícolas y Urbanos) de la Universidad
Humboldt de Berlín trabajan en conjunto, desde 1994, en un proyecto para desarrollar un
sistema biológico técnico, bajo las condiciones climáticas del Valle de México, el cual sea
apropiado para la naturación de edificios en la Ciudad de México; además, garantize el
desarrollo estable y sostenible de la vegetación sin riego artificial. Las particularidades del
clima requieren un sistema de naturación que facilite un desarrollo vital de las plantas, no
sólo en la época de lluvia sino también en la época de sequía.
El primer proyecto pilóto se inició en 1994. Los resultados de este último, sirvieron para dar
inció y avanzar en el segundo proyecto.
El objetivo del proyecto pilóto consistió en el desarrollo de un sistema, que sea apto para su
uso en edificios ya construidos con la reserva de carga dada en el lugar y por ello se
requiere un peso/carga bajo del sistema (kg/m2). La construcción general del sistema está
presentada en la figura 1. Cabe señalar que se utilizó una capa de PVC, como
impermeabilizante contra raíces y protección del sistema biológico del techo; dicho material
fue producido en Alemania y ha sido utilizado y probado como impermeabilizante durante
muchos años. Se utilizó arcilla expandida de granulometría 8/16 mm de Alemánia como
capa de drenaje. De la misma manera, se realizaron distintas pruebas a diferentes
profundidades del sustrato (de 2.5 a 7.0 cm), con el propósito de identificar los límites de las
capacidades del sistema de naturación desarrollado en Europa bajo las condiciones
climáticas del Valle de México. Se investigaron diferentes mezclas de sustratos, compuestos
en su mayor parte por tezontle y lavalit (este último, importado desde Alemania), así como
bagazo y fibra de coco como componente orgánico. El material vegetativo utilizado,
consistió, principalmente, en Sedum moranense y Kalanchoe daigremontiana, materiales
colectados en diversos sitios con crecimiento espontáneo de estas especies, mismas que
fueron cultivadas como esquejes enraizados
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Las investigaciones del sistema biológico fueron realizadas durante el período 1994-1998.
Es importante señalar que durante las épocas de sequía, no se realizó ningún tipo de riego
artificial.
A lo largo del tiempo que duró el proyecto, y durante las épocas de lluvia, el desarrollo de la
vegetación fue satisfactorio a los objetivos del proyecto mismo. Sin embargo, en las épocas
de sequía, se presentó una considerable reducción del grado de cobertura del sistema
vegetativo, por lo que muchas plantas se secaron. De esta manera, la población del sistema
biológico se redujo de una periodo vegetativo a otro. Durante las épocas de lluvia se
desarrollo una vegetación espontánea y diversa en pastos y hierbas anuales generados por
semillas que fueron arrastradas por el viento hasta el sitio del techo; sin embargo, dichas
poblaciones vegetales, murieron completamente durante las siguientes épocas de sequía.
Lo anterior, indica que la vegetación espontánea no es ideal y efectiva como material
protector y durable contra la transpiración; así como tampoco, es un factor de mejoramiento
de la economía hídrica del sistema de vegetación. El desarrollo de la vegetación fue
igualmentemente insatisfactorio en todas las parcelas experimentales con una profundidad
del sustrato desde los 2,5 cm hasta los 7,5 cm. Solo algunas plantas individuales de Sedum
moranense pudieron sobrevivir en lugares favorables.
A partir del análisis de las condiciones del lugar de estas plantas particulares, se preparó un
concepto para desarrollar y probar sistemas de naturación mejorados, mismo que fue
realizado en un segundo experimento en enero del año 2001, instalándose 84 parcelas
individuales. La construcción general del sistema de naturación (fig. 1) no fue cambiada. El
concepto consideró, en forma especial y crucial, dada su importancia, el factor productivo,
es decir, el uso de sustratos son las siguientes características:
-
alta capacidad de almacenamiento y retención de agua
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-
buena capacidad de drenaje, que también garantiza el desalojo de los excedentes en el
caso de precipitaciones fuertes
-
peso específico lo mas bajo posible
-
disposición durable de nutrientes
Para las 12 mezclas diferentes de sustrato, se utilizaron especialmente componentes
minerales de orígen volcánico de la región de la Ciudad de México, tal como tezontle, piedra
pomex y tepojal en diferente granulometría. A estos componentes minerales, fueron
añadidos componentes orgánicos, disponibles en el lugar (turba, fibra de coco, composta,
corteza de pino) en dosis variables. La selección de los sustratos y sus distintos
componentes, tuvo el objetivo de identificar y utilizar materiales locales, así como la
exploración de una posible industria de sustratos. La profundidad de los sustratos en las
parcelas se fijo entre 6 y 14 cm. La profundidad estandar fue de 10 cm.
La segunda parte esencial del nuevo concepto, fue probar una selección más grande de
plantas autóctonas suculentas apropiadas para la naturación de techos. Además de Sedum
moranense, se utilizó sobre todo, Sedum praealtum, S. rubrotintum, S. luteoviride y S.
griseum. Las plantas fueron precultivadas como esquejes, enraizadas y plantadas como
plantas individuales en las parcelas (ver foto 1). El techo experimental fue instalado en
febrero del 2001, por lo que fue necesaria la aplicación de un riego artificial, como factor de
mantenimiento hasta el principio de la época de lluvia en mayo del 2001.
Al final de la fase de establecimiento, en diciembre del 2001, se instaló en el techo
experimental un equipo amplio de medición, el cual sirve para la investigación científica
continua y de largo plazo, del sistema de naturación y para el análisis cualitativo y
cuantitativo de los efectos urbano-ecológicos (ver foto 2). Principalmente las investigaciones
científicas se concentraron en la investigación de todas las condiciones vegetativas-tecnicas
que se deben de cumplir en la naturación de techos, sin riego artificial y bajo las condiciones
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climáticas del Valle de México (distribución desigual de la lluvia: intensa precipitación en
verano y poca lluvia en invierno). El propósito fue medir el desarrollo de la vegetación en
lugares con estas características (ver fig. 2). El promedio de 30 años de la distribución de la
precipitación mostró, que se registran menos de 20 mm de precipitación en los meses de
noviembre a abril. De eso resulta una escasez prolongada de precipitación con un
suministro de agua insuficiente para las plantas. En los meses transitorios mayo y octubre
se registran aproximadamente 50 mm de precipitación. En estos meses ya no existen
condiciones extremas respecto al suministro de agua, aunque todavía hay una deficiencia
de la precipitación.
Al término del segundo periodo vegetativo, se pudieron formular conclusiones tecnicas sobre
el progreso del proyecto:
1. Es posible instalar naturaciones de techos en el Valle de México, sin riego artificial
durante de la época de sequía. Todas las parcelas experimentales no han sido regadas
desde el principio de la época de lluvia, en 2001. La imagen de los techos pilótos se
caracteriza por presentar una vegetación intacta, despues de la primera época de sequía
(ver foto 3) que se estabilizó aún despues del segundo periodo vegetativo (ver foto 4).
2. La profundidad estandar del sustrato de 10 cm se funciono. Profundidades de 14 cm
mejoran las condiciones del crecimiento, pero no son necesarias para sistemas sin riego.
Todavía existe la necesidad de desarrollo para sistemas de naturación con
profundidades de 6 cm de sustrato.
3. Las especies probadas de Sedum pueden utilizarse exitosamente para naturaciones
extensivas de techos. Su aptitud está caracterizada por su capacidad de formar agua de
rocío
En el centro de las investigaciones científicas de la tecnica vegetativa, estuvo la economía
hídrica de las capas de vegetación. Con un lisímetro plano de una precisión de medición
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muy alta se registró el peso del sistema vegetativo con la profundidad estandar de 10 cm
para cada minuto. Estos datos fueron registrados y acumulados en promedios de cada 15
minutos y evaluados a lo largo de un año.
Las diferencias registradas en el peso, fueron interpretadas como ganancia en el caso de
agua por precipitación, y agua de rocio respectivamente, o como pérdida para el agua de
evapotranspiración y comprobándose que la capa de soporte de la vegetación raras veces
estuvo seca. Una saturación completa no se obtuvo tampoco aun despues de
precipitaciones intensas. El volumen de la formación de agua de rocio en los meses
invernales es notable. En el mes de febrero 2002 se midió una taza de formación de agua
de rocio nocturna de más que 2 l/m2 en el maximo. A pesar de que durante el mes de
febrero, las precipitaciones fueron demasiado pobres (registrándose solo 6,8 mm); las
plantas captaron la mayor parte del agua del rocío (40 l/m2) (ver fig. 3). Ello sirvio,
principalmente, para seguir manteniendo la capacidad de sobrevivencia de la vegetación. Se
mostro en las investigaciones, que la diferencia de la temperatura ∆t entre la superficie de la
hoja y del aire alrededor es lo más influyente para la intensidad del desarrollo de agua de
rocio. Especies de Sedum con una cantidad mayor de follaje tienden a una captación más
alta de agua de rocío que especies con hojas más pequeñas. Esta relación se refleja en la
capacidad de sobrevivir de las especies probadas de Sedum. Será un criterio esencial en la
siguiente selección de plantas.
Respecto a los efectos urbano-ecológicos de la naturación de edificios, se puso énfasis en
investigar, en primer lugar, la influencia en el manejo del agua pluvial. Fueron investigados
la retención de precipitaciones, así como la escorrentía retrasada en el caso de
precipitaciones intensas (aguaceros). Para la evaluación correspondiente, se contó con
datos diarios y mensuales además de las precipitaciones medidas en el lugar así como la
cantidad del agua escurrida a la canalización. De estos datos se sacó el indice de
escurrimiento ψ (el cociente de escurrimiento y precipitación) para los meses y el año. El
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indice de escurrimiento es un valor importante para la evaluación urbano-ecológica de
naturaciones de edificios. Dicho índice, se desarrolló en Europa como el criterio central
dentro de las ventajas ecológicas de los techos verdes; y en regiones con precipitaciones
fuertes, tiene aún más importancia. Bajo las condiciones climáticas de la Ciudad de México,
este parámetro es un criterio esencial para el desarrollo del concepto de naturación urbana.
Los valores de la precipitación y del escurrimiento registrados en el techo pilóto se muestran
en el cuadro 1. El valor del escurrimiento sacado de estos datos para el año 2002 es
aproximado a 0,1. Con esto, por primera vez y de aqui el gran valor como novedad, se
obtuvo el valor de escurrimiento para un techo naturado en la zona del Valle de México. Este
valor expresa que solamente el 10 % de la precipitación anual salió del sistema de
naturación y cargó la canalización. De ello se puede deducir, que naturaciones de grandes
areas pueden contribuir sustancialmente a la descarga de los sistemas de canalización.
Autores Alemanes (Liesecke 1995, Kolb 2002) señalan que el valor de escurrimiento es uno
de los elementos más importantes no solo en el desarrollo de la naturación urbana,. Sino
también para comprobar su valor urbano-ecológico. En un sistema parecido en Alemania
solo se obtiene un valor de escurrimiento de 0,4. Un análisis más detallado y mediciones en
los siguientes años mostrarán si la distribución de la precipitación en el año 2002, fue atípica
o similiar con respecto a la de los años venideros.
Además, el efecto a las precipitaciones individuales, especialmente el escurrimiento de
precipitaciones intensas, es significante. Se puede deducir, de la cantidad de datos
obtenidos, que precipitaciones de hasta 10 mm por dia, pueden ser captadas
completamente en el sistema de naturación, independientemente del grado de saturación
previa. En el caso de una saturación previa baja (< 10 %) el sistema llegó a almacenar hasta
20 mm de precipitación. Los valores de escurrimiento calculados están recopilados para
cada precipitación individual con más de 10 mm de precipitación del año 2002 en el cuadro
1.
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Por ejemplo, el 8 de junio 2002 se registró una precipitación de 22,8 mm. De esto solo 0,35
mm llegaron a la canalización. Este escurrimiento minimo empezó con un retraso de 6
horas.
Cuadro 1: Valor de escurrimiento referido a casos de precipitaciónes individuales
intensas de más de 10 mm en el año 2002
Fecha
Saturación
previa (en %)
Precipitación
(mm/m2)
Escurrimiento
(mm/m2)
Valor de
escurrimiento Ψ
04.04.2002
10
42.8
19.8
0.46
15.05.2002
18
29.6
4.9
0.16
08.06.2002
22
22.8
0.3
0.01
12.06.2002
38
10.8
0.0
0.0
07.07.2002
24
14.2
0.0
0.0
16.08.2002
33
11.2
0.0
0.0
20.08.2002
42
16.0
4.5
0.28
06.09.2002
57
12.3
0.4
0.03
12.09.2002
62
14.0
1.7
0.12
27.09.2002
41
10.4
0.0
0.0
28.09.2002
58
32.8
18.8
0.57
Los resultados obtenidos, señalan la gran importancia de la naturacion de techos en el
manejo del agua pluvial. Una evaluación estadistica debe tener lugar con investigaciones de
muchos años. Se puede esperar, que el resultado permanecerá también en el caso de
valores más altos de la precipitación anual.
Además de las investigaciones de la economía hídrica, también se investigó la influencia
física del sistema de naturación sobre la superficie del techo y de la construcción. Se sabe,
que la amplitud diaria de la temperatura, resulta en tensiones graves en el material de la
superficie del techo, acelerando el proceso de envejecimiento de la impermeabilización del
techo y de la construcción. En la superficie del techo, se registran diferencias de la
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temperatura de 60 °C y mayores, temperaturas que pueden medirse aún en el interior del
techo. Especialmente en regiones con una intensidad alta de la radiación se reduce los
ciclos de renovación para las impermeabilizaciones del techo. Sistemas con vegetación
pueden bajar eficientemente la amplitud circadiana de la temperatura. Las mediciones
comparativas en las partes naturadas del techo y en las partes sin naturación muestran, que
las diferencias diarias de la temperatura, medidas directamente abajo del impermeabilizante,
bajan más de 30 °C con el sistema de naturación. Solo oscilan en una región de 20 °C por
pocos grados. Así, junto con la protección contra la radiación ultravioleta se contribuye a la
prolongación de la vida útil de la superficie del techo.
Cuadro 2: Balance anual del 2002 de la precipitación y del escurrimiento de la parcela
de medición en el sistema de naturación.
Enero
8.4
0.0
Valor de
escurrimiento (Ψ
Ψ)
0.0
Febrero
6.8
0.0
0.0
Marzo
5.6
0.0
0.0
Abril
72.8
19,8
0.27
Mayo
38.8
4,9
0.13
Junio
56.0
0,3
0.0
Julio
101.0*
0.0
0.0
Agostot
111.0*
10.0*
103.0
26.4
0.26
74.4
7.4
0.10
Noviembre
8.4
0.0
0.0
Diciembre
1.6
0.0
0.0
587.8
68.8
0.12
Mes
Septiembre
Octubre
Suma anual
Precipitación
(mm/m2)
Escurrimiento
(l/m2)
0.10
Bibliografía:
Liesecke, Hans-Joachim: Extensive Dachbegrünung, Wasserrückhaltung,
Abflussverzögerung und Abflussbeiwerte, Bundesbaublatt, 9/1995, p.686 bis 690
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Kolb, Walter: Gute Gründe für die Dachbegrünung –Gründach und Regenwasser –
Dach+Grün,1/2002, p. 4 bis 9
Indice de cuadros y figuras (titulos)
Fig. 1: Corte transversal del sistema de naturación
Fig. 2: Distribución de la precipitación de la estación climática de la Ciudad de México en
promedio, citado por MÜLLER
Fig. 3: Comparación de la cantidad del agua de rocío con la cantidad del agua pluvial
Foto 1: Vista de las parcelas experimentales en el momento de terminar el techo
experimental en febrero del año 2001
Foto 2: Arreglo del equipo de medición en el techo experimental
Foto 3: Estado de la vegetación en abril del año 2002
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NATURACIÓN DE ÁREAS EDIFICADAS
El ritmo de vida en las ciudades lleva a la población al límite saludable o más allá, y es que
la mayoría de las actividades políticas, económicas y sociales del país en general, se
concentran en ellas. De ello la Ciudad de México es el más claro ejemplo ya que, cada día
es mayor la cantidad de personas que emigran a esta ciudad, hecho que incrementa la
urbanización, lo que implica reducir las zonas arboladas y reemplazarlas por construcciones
de todo tipo. Así, las áreas verdes disminuyen constantemente y, paralelamente, la
posibilidad de reducir las drásticas variaciones térmicas que se experimentan en la ciudad y
la oportunidad de mejorar la calidad del aire que se respira.
En la Ciudad de México, las construcciones y calles están elaboradas básicamente de
concreto y asfalto, materiales que liberan un exceso de calor hacia el medio ambiente, ya
que las superficies, fabricadas con estos materiales, absorben grandes cantidades de
energía solar, provocando un sobrecalentamiento. Esta situación da origen al fenómeno
conocido como isla de calor, que se refiere a la diferencia de temperatura, de hasta 10º C,
entre un sitio urbanizado y sus alrededores. Esta situación, combinada con el aumento de la
contaminación y la cantidad de partículas suspendidas en el aire, ha contribuido a crear un
ambiente poco saludable, donde las alergias y muchas enfermedades respiratorias, son
cotidianas.
Alemania, con más de 1 000 000 de m2 de azoteas con vegetación, se ubica en el primer
sitio a nivel mundial en el establecimiento de zonas naturadas en los techos de las
construcciones y es el lugar donde este trabajo se ha perfeccionado impresionantemente.
Dicha técnica, denominada Naturación de Azoteas, es parte de un concepto más amplio
conocido formalmente como Naturación de Áreas Edificadas.
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Cottbus, Alemania
Se trata de una tecnología de vanguardia, basada en estudios botánicos y de ingeniería
para la implantación de un sistema de vegetación integral que mejora progresiva y
sustancialmente el clima urbano y que implica además ventajas ambientales y financieras
relacionadas con el inmueble y su entorno. La naturación de Azoteas consiste en el
tratamiento técnico de la superficie de una azotea para permitir el crecimiento de vegetación
sobre casas o edificios con el fin de compensar la falta de áreas verde en las ciudades,
obteniendo con ello, grandes ventajas ecológicas y estéticas que benefician tanto a la
comunidad, como a los usuarios y propietarios de inmuebles.
Los techos naturados pueden hacer mucho más habitable la ciudad, ya que reducen la
contaminación, aumentan el nivel de humedad en la atmósfera, producen un aislamiento
acústico, ya que absorben el ruido, y uno térmico al impedir el calentamiento o el
enfriamiento, según el caso, de la azotea de la construcción. Además mejoran la calidad de
vida de los ciudadanos, al ampliar las áreas verdes existentes mediante el uso de
superficies biológicamente inactivas, como las azoteas, con la mejora estética adicional del
espacio en cuestión.
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ExCarcél de Mujeres
La creación de espacios naturados se logra mediante la plantación de flora nativa, misma
que no necesita casi ningún tipo de cuidado y es capaz de sobrevivir a las condiciones
climáticas adversas y a los contaminantes de la ciudad. Para el caso de la ciudad de
México, existe una amplia cantidad de especies vegetales de este tipo empleadas en los
Sistemas de Naturación. Sin embargo, también es posible
utilizar especies que satisfagan gustos específicos de acuerdo con el grado de
mantenimiento deseado y el presupuesto disponible.
La tecnología disponible para este tipo de obras, permite el acondicionamiento de
prácticamente cualquier superficie de azotea con resultados extraordinarios, en donde la
flora y el sustrato son los elementos principales encargados de mejorar el clima urbano y por
lo tanto, la calidad de vida de los habitantes.
El Sistema de Naturación de Azoteas implica un tratamiento especial del techo. Es una
técnica muy segura que se adapta a las características de cada construcción, para proteger
la superficie y generar beneficios tangibles para quienes habitan el inmueble y viven a su
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alrededor. Permite vivir en un ambiente más saludable pues brinda los siguientes beneficios
específicos:
Mediante el follaje de las plantas, sirve como trampa para la contaminación, lo que
permite que el aire se depure y limpie.
Refresca el aire, gracias al proceso de evaporación y transpiración de las plantas,
lo cual se ve reflejado en el mejoramiento del clima urbano.
Ayuda a regular la temperatura interior de la construcción, permitiendo
conservarla fresca en primavera y aislándola del frío en invierno.
Sirve como aislamiento acústico en zonas próximas a aeropuertos, fabricas o
calles con transito intenso de vehículos.
Mejora el estado de animo de la población en general, ya que en la mayoría de las
ciudades, la gente no tiene acceso visual frecuente a espacios verdes, lo que
provoca, de acuerdo con algunos estudios, un comportamiento agresivo.
Evita el deterioro de la azotea en general, ya que el daño que provocan los rayos
ultravioleta, la erosión hídrica y eólica así como las partículas suspendidas, entre
otros, son los principales agentes destructores de la azotea. Con un sistema de
Naturación es posible ahorrar considerablemente en su mantenimiento e
incrementar la vida útil del impermeabilizante empleado.
Aumenta la estética de la construcción, pues integra la belleza natural de
las plantas a terrazas y azoteas.
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Casa Popular Magdalena Contreras
Al crear áreas naturadas sobre cualquier construcción, todos, propietarios, usuarios y la
comunidad en general, se benefician, ya que las ventajas que esta novedosa técnica ofrece,
implican mejoras tanto en la salud de la población como en la apariencia del espacio urbano,
ambas sumamente necesarias en el caso de la Ciudad de México.