Evaluación de una cubierta verde como sistema de drenaje urbano sostenible

Abstract

La ciudad de Bogotá presenta problemas de drenaje urbano ocasionados por los excesos de precipitación que no son evacuados adecuadamente. En el contexto de esta problemática, existe una variedad de alternativas para el control de estos excesos: los Sistemas de Drenaje Urbano Sostenible (SUDS). En esta tesis se investigan las cubiertas verdes (CV) como alternativa para el control de la escorrentía urbana. Las CV se clasifican como intensivas o extensivas, dependiendo de su vegetación, tipo y profundidad de sustrato. Para el caso de esta investigación se implementaron helechos y sedums, por ser un tipo de vegetación resistente a cambios de temperatura, adaptabilidad a condiciones extremas del clima como periodos de invierno y sequía, y por su capacidad de sobrevivencia en sustratos áridos similares a aquellos con materiales reciclados de la construcción. En cuanto al sustrato seleccionado para las CV, se utilizaron materiales reciclados de la construcción, tales como ladrillo triturado, arena de río, humus, tierra, escoria de carbón y cascarilla de arroz. La selección de estos materiales se realizó teniendo en cuenta el uso potencial de materiales derivados de la construcción como sustrato en la instalación de SUDS. Estos materiales provienen de los escombros que se generan en la ciudad de Bogotá y esta es una alternativa para la disminución del volumen de estos residuos al darles una vida útil. El periodo de recolección de información fue desde el 3 de marzo de 2012 hasta el 5 de mayo de 2013, periodo durante el cual se logró capturar un total de 35 tormentas. Los resultados de los eventos de precipitación se evaluaron para 4 cubiertas verdes (2 sedums y 2 helechos) con inclinaciones del 2% y 5%; la cubierta de comparación fue una en policarbonato con una pendiente del 2%. En promedio, se registró un 75% de capacidad de atenuación máxima en las cubiertas intensivas (helechos) y un 64% en las extensivas (sedums). La evaluación estadística de los resultados observados se realizó con la prueba ANOVA, y se encontró una diferencia estadística entre el control y las cubiertas verdes para un nivel de significancia del 5% (valor-p 0.05). En el desarrollo de la modelación numérica, a través del Cálculo Aproximado Bayesiano (CAB), se definieron las densidades de probabilidad características de los parámetros de contenido volumétrico de agua residual (or), contenido volumétrico de saturación(ks), conductividad hidráulica en estado de saturación (Ks) y los parámetros (α) y (n) particulares de los sustratos instalados. Para propósitos de modelación numérica se propone la implementación del Índice de Retención de Humedad (IRH) como mecanismo de calibración del modelo de flujo propuesto.

Abstract. Bogotá presents urban drainage problems caused by excessive precipitation which is not adequately evacuated. In the context of this problem, Sustainable Urban Drainage Systems (SUDS) represent an alternative to reduce storm water excesses. In this thesis, green roofs (GR) are investigated as an alternative to urban runoff management. GR are classified as intensive or extensive, depending on the vegetation, substrate type and depth. For the case in hand, ferns and sedums were implemented for being a type of vegetation resistant to temperature changes, adapting to extreme weather conditions such as drought and winter periods, and because off their ability to survive on dry substrates like those with recycled construction. Recycled construction materials, also known as construction waste material, were used as the substrate selected for the CV such as: crushed brick, river sand, humus, soil, coal slag and rice husk. These materials were selected considering the potential use of materials from construction as a substrate in the installation of SUDS. These materials come from rubbles originated in the city of Bogotá and this is an alternative to reduce its volume by giving it a useful purpose. The study period was from March 3, 2012 to May 5, 2013, and a total of 35 precipitation events were captured. The events were evaluated for 4 green roofs (2 sedums and 2 ferns) with slopes of 2% and 5%; and a polycarbonate roof with a slope of 2% was used for comparison purposes. On average, we found a 75% peak flow reduction for intensive roofs (ferns) and a 64% peak flow reduction for extensive roofs (sedums). An ANOVA test was performed to evaluate statistical differences among green roofs and the polycarbonate roof. We found only a statistical difference between the green roofs and the polycarbonate roof for a significance level of 0.05 (p-value 0.05). A numerical model was developed to estimate effluent flows from the green roofs. The model was calibrated through an Approximate Bayesian Computation (ABC) statistical approach. Posterior probability distributions for the unsaturated soil parameters (Or, Ks, α, n, Ks, y σ) are reported. We proposed the water retention index (WRI) as a hydraulic signature to capture the flow dynamics within the green roof soils.