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Revisión del Estado del Arte y Análisis Costo - Beneficio de Cubiertas verdes, comparadas con Cubiertas Tradicionales de la ciudad de Manizales. Luis Felipe Gómez Zuluaga Estudiante de Arquitectura, Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales Facultad de Ingeniería y Arquitectura Escuela de Arquitectura y Urbanismo - Campus El Cable lfgomezz@unal.edu.co RESUMEN: Actualmente, se desarrolla el “Semillero de investigación de cubiertas verdes en Manizales”, vinculado a la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales, Facultad de Ingeniería y Arquitectura; donde se abordan distintos temas de interés relacionados a los techos verdes. El presente trabajo forma parte del proceso de este semillero y contempla principalmente la revisión del estado del arte y el desarrollo del análisis costo-beneficio de azoteas verdes, comparadas con las cubiertas tradicionales de la ciudad de Manizales: Teja de fibrocemento (TF) y Sistema Residencial (SR). Este documento consta de tres partes, (1) se realiza una revisión del estado del arte sobre costos-beneficios de los techos verdes, donde se profundiza aparte del tema principal aspectos como: aplicaciones actuales, clasificación y aspectos técnicos y de construcción. (2) Se determina el costo monetario de construcción para cada una de las cubiertas (Verde TF y SR) y se desarrolla el análisis costo-beneficio (ACB) para obtener el costo real del techo verde. (3) Por último se analizan los costos reales sobre los tres tipos de cubierta, al considerar el valor presente neto (VPN) y la reducción económica a lo largo de su vida útil brindado por los beneficios ambientales, comprobando así la viabilidad financiera de los techos verdes en la ciudad de Manizales. Palabras Clave: Cubiertas verdes, techos verdes, Análisis del Costo-Beneficio (ACB), Valor Presente neto (VAN). ABSTRACT: Recently, the "Semillero de investigación de cubiertas verdes en Manizales" is being developed, linked to the National University of Colombia city Manizales, Faculty of Architecture and engineer; where different topics of interest related to green roofs. This work is part of the development of this group and mainly involves the review of the state of the art and development of cost-benefit analysis of green roofs. All this compared with traditional roofs of Manizales: Tile cement (TF) and Residential System (SR). This document consists of three parts: (1) a review of the state of the art about cost-benefits of green roofs, where deepens other aspects of the main theme: current applications, classification and technical and construction. (2) The monetary cost of construction for each of the roofs (Green, TF and SR) is determined and the cost-benefit analysis (CBA) analysis is developed for the actual cost of the green roof. (3) Finally the real costs of the three types of roofs are analyzed, considering the net present value (NPV) and the economic slowdown throughout life provided by the environmental benefits, so checking the financial viability of the green roofs in the city of Manizales. Key Words: Green roofs, Cost-Benefit Analysis (CBA), Net Present Value (NPV).


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1 INTRODUCCIÓN Según datos del DANE (2005), Departamento Administrativo Nacional de Estadísticas, el aumento poblacional del 2015 al 2016 para Colombia será del 1.13% y para el 2020 será por el orden del 5.62%. Berardi, GhaffarianHoseini, & GhaffarianHoseini (2014) afirman que el crecimiento poblacional de una ciudad trae consigo el surgimiento o aumento de inconvenientes o necesidades de alto impacto ambiental, algunas son: expansión urbana y diminución de zonas verdes, nuevas calles y edificios que contribuyen al efecto “isla de calor urbano” (ICU), crecimiento en la demanda de energía, agua y servicios de alcantarillado, aumento de vehículos y fabricas que contribuyen en gran medida a las emisiones de gases nocivos, etc. Por estos y otros factores, las ciudades son responsables aproximadamente del 40% del uso de energía en todo el mundo en relación con la construcción y mantenimiento de los edificios (GhaffarianHoseini et al., 2013). Y respecto a la contaminación ambiental, los edificios son responsables del 33% de la emisión de gases efecto invernadero a nivel mundial (Berardi et al., 2014). El crecimiento de una ciudad es inevitable, se debe desarrollar estrategias integrales que disminuyan o limiten eficientemente los impactos ambientales. Desde la academia, diversos estudios se han propuesto implementar tecnologías energéticamente eficientes con el medio ambiente, como los desarrollados por Zhou et al., 2014 y GhaffarianHoseini et al.,( 2013) que mencionan sistemas eficientes alternativos o mejores usos de los ya propuestos. Una tecnología energéticamente eficiente que cada vez más va ganando reconocimiento en el medio de la construcción y las investigaciones por sus beneficios y forma de contrarrestar las afecciones ambientales, es el uso de cubiertas verdes, también conocidas como “eco-techos”, “techos vivientes” o “jardines en el techo”, y como su nombre lo indica, son edificios con vegetación en la cubierta (Berardi et al., 2014). Los techos verdes tienen el potencial para reducir distintos problemas ambientales de los edificios, tales como, el impacto térmico en el interior de un edificio, el alto consumo energético, y la utilización de calefacción en invierno y aire acondicionado en verano (Castleton, Stovin, Beck, & Davison, 2010). Disminuye los valores nocivos del efecto isla de calor y la reducción de hábitat y zonas verdes dentro de la ciudad (Berardi, 2013). Contribuyen a la reducción de la descarga crítica en el sistema de alcantarillado de la ciudad, por medio de la retención de agua en el sustrato (Rowe, 2011). Más factores serán agregados y amplificados en la estructura de este trabajo, los cuales convierten justificable el uso de una cubierta verde como alternativa de diseño para los edificios, gracias a sus altas contribuciones medio ambientales. Actualmente, se desarrolla el “Semillero de investigación de cubiertas verdes en Manizales”, vinculado a la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales, facultad de ingeniería y arquitectura; donde se abordan distintos temas de interés relacionados al tema de techos verdes. El presente trabajo forma parte en el desarrollo de este semillero y contempla principalmente la revisión del estado del arte y el desarrollo del análisis costo-beneficio de azoteas verdes, comparadas con las cubiertas tradicionales de la ciudad de Manizales: Teja de fibrocemento (TF) y Sistema Residencial (SR).


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Este documento consta de tres partes, (1) se realiza una revisión del estado del arte sobre costos-beneficios de los techos verdes, donde se profundiza aparte del tema principal aspectos como: aplicaciones actuales, clasificación y aspectos técnicos y de construcción. (2) Se determina el costo monetario de construcción para cada una de las cubiertas (Verde TF y SR) y se desarrolla el análisis costo-beneficio (ACB) para obtener el costo real del techo verde. (3) Por último se analizan los costos reales sobre los tres tipos de cubierta, al considerar el valor presente neto (VPN) y la reducción económica a lo largo de su vida útil brindado por los beneficios ambientales, comprobando así la viabilidad financiera de los techos verdes en la ciudad de Manizales. Integrar cuantitativamente los valores relacionados a estos beneficios en un modelo económico, junto a los costos de inversión inicial de una cubierta verde en Manizales es el objetivo principal de este trabajo, esto permite por un lado, identificar diferencias de precios de los techos verdes en relación a cubiertas tradicionales, incentivando su uso en el medio de la construcción y quizás influenciando los primeros pasos para Manizales en torno a estrategias políticas sobre el uso de estos techos, por otro lado, ofrecer nuevas brechas de investigación acerca del tema de cubiertas verdes o temas sobre tecnologías energéticamente eficientes que se puedan usar en la construcción y en la región.

2 LITERATURA ACERCA DE LOS TECHOS VERDES La revisión del estado del arte actual nos indica el creciente interés sobre las cubiertas verdes y el amplio bagaje de contenidos complementarios que se vinculan a este, seguidamente se resaltan las investigaciones en cada tema realizada por: Berardi et al., (2014), enumeran y exponen de forma concreta y cuantificable, según distintos postulados, los beneficios ambientales, su clasificación y componentes del techo verde. La investigación de Bianchini & Hewage, (2012a) analiza el impacto ambiental que tiene una cubierta verde en la fabricación de cada componente constituyente y los beneficios ambientales que trae al ser utilizada a lo largo del ciclo de vida. Finalmente, la investigación de Bianchini & Hewage, (2012b) que realiza el análisis costo-beneficio neto del ciclo de vida de un techo verde, (todos los beneficios ambientales incluidos en este análisis fueron convertidos a cifras cuantificables para posteriormente obtener el valor real de una cubierta verde). Estas investigaciones, si bien forman parte de una variable cantidad de artículos, son principales fuentes consideradas relevantes para el desarrollo de este trabajo de investigación por sus temas tratados, información y estructura. A continuación se expone según la temática la información encontrada relevante a incluir y ampliar en relación a las cubiertas verdes. .


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2.1 Clasificación Bianchini & Hewage, (2012a) afirman que los techos verdes son clasificados en dos tipos con relación a sus características y usos posibles: intensivos (ver fig. 1) y extensivos ( ver fig. 2); el sistema intensivo es similar a un jardín en la cubierta y consta de una profundidad considerable de sustrato que contenga la vegetación, necesitan mano de obra calificada, riego y mantenimiento controlado (Molineux, Fentiman, & Gange, 2009). Estos techos se caracterizan por ser los más costosos de los dos sistemas, puesto que para su construcción es necesario contemplar el sustrato, el tamaño y cantidad de vegetación, y el peso adicional que genera para la estructura. (Zielinski, Collante, & Paternina, 2012). El sistema extensivo consta de una capa delgada de sustrato (menor profundidad de tierra), auto-mantenimiento del techo, menor cantidad de agua o autosuficientes (Molineux et al., 2009), este sistema albergara especies vegetales de bajo impacto, es decir, especies rastreras. Según Zielinski et al., (2012) este sistema es considerado como el más económico, ya que es una cubierta más liviana, ideal para ser implementado en edificios ya existentes por su mínimo o nulo reforzamiento estructural. Algunos autores contemplan un tercer tipo de cubierta verde, semi-intensivo (ver fig. 3) (Berardi et al., 2014), resulta de la combinación de los sistemas intensivos y extensivos, brindando más posibilidades que los techos extensivos, pero sin las complicaciones y sobre costos del sistema intensivo. Se desarrolla una comparación de las similitudes y diferencias de los sistemas intensivos, extensivos y semi-intensivos (Ver Tabla 1). Tabla 1. Clasificación de los tipos de techo verdes y sus características según la literatura. Fuente Clasificación Intensiva Semi-intensiva Extensiva 1 2 3 4 5 6 7 8 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

(Fotografía 1)

(Fotografía 1)

(Fotografía 2)

(Fotografía 3)

Espesor del sustrato Accesibilidad Peso Diversidad de plantas Construcción Riesgo Mantenimiento Costo

Mayor a 30cm Accesibles 250 hasta 400km/m2 Alta Mano de obra calificada Necesario Necesario Alto

Entre 15cm a 30cm Variable 120 hasta 250 km/m2 Media Intermedia A menudo innecesario Regular Medio

Entre 15cm a 5cm Inaccesible 60 hasta 140 km/m2 Baja Sencilla A menudo innecesario Bajo Bajo

Zielinski et al., 2012 MacIvor, Margolis, & Carver Matthews, 2013 Zielinski et al., 2012 Bates, Sadler, & Mackay, 2013 Bates et al., 2013 MacIvor et al., 2013 Zielinski et al., 2012 Ascione, Bianco, Rossi, Turni, & Vanoli, 2013

Gómez (2015) Derivado de Berardi et al., (2014)


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Fotografía 1. Sistema intensivo de cubierta verde. (Green up the roof — green coverage for the house | Greenduck, s. f.)

Fotografía 2. Sistema semi-intensivo de cubierta verde. (Green Solution - Green Roof | 3 Rivers Wet Weather, s. f.)


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Fotografía 3. Sistema extensivo de cubierta verde. (Green Roof System Selected for Chattanooga City Council, 2015.)

La selección del tipo de cubierta verde depende de la posibilidad de dinero a invertir, cantidad y variabilidad de vegetación (profundidad del sustrato), uso permitido que se le pretenda dar a la cubierta (accesible o inaccesible), y la cantidad de valores ambientales, ya que por ejemplo: El sistema intensivo obtiene comparativamente mejores resultados respecto al aislamiento, gestión de aguas pluviales y eficiencia energética (Berardi et al., 2014). En contraste, aparecen los sobrecostos por su peso adicional y el aumento en la complejidad de su construcción. En esencia, las complicaciones constructivas relacionadas al tipo de cubierta responden a temas de costo, cantidad y peso, que afectan directamente el margen de seguridad y viabilidad financiera de la cubierta, sin embargo, según las investigaciones estudiadas, los componentes constituyentes de cada tipo de cubierta verde, su funcionamiento técnico y desempeño es similar. (Minke & Lagrotta, 2010).


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2.2 Aspectos técnicos relevantes Los componentes de las cubiertas verdes varían en relación al fabricante o distribuidor, condiciones medio ambientales, etc. Según los autores estudiados (Bianchini & Hewage, 2012a)(Zielinski et al., 2012)(Minke & Lagrotta, 2010)(Garcia, 2010.)(Berardi et al., 2014), coincidían que los componentes de una cubierta necesarios e imprescindibles, sin importar la tipología del techo son: Vegetación, Capa de sustrato, Capa filtrante, Capa drenante, Membrana impermeable y anti-raíz, y Estructura de soporte. (Ver Figura 1)

-Vegetación -Capa de Sustrato -Capa Filtrante -Capa Drenante -Membrana Impermeable y Anti-raíz -Estructura de Soporte Figura 1. Componentes de un sistema típico de cubierta verde. Gómez (2015)

A continuación se explican los componentes mencionados anteriormente en orden ascendente: 2.2.1 Estructura de soporte Es el sistema estructural del edificio, y como su nombre lo indica, es el método de contención o soporte de todas las capas de la cubierta verde. Bianchini & Hewage, (2012a), asegura que en la mayoría de los casos se construye con materiales tradicionales como el concreto. 2.2.2 Membrana impermeable anti-raiz Minke & Lagrotta(2010) aseguran que cumple principalmente dos funciones, la primera, la hermeticidad del techo para evitar la filtración del agua al interior del espacio y a la estructura de soporte, y la segunda, la protección contra la posible perforación de las raíces; sin esta protección, pueden aparecer grietas y fugaz por la infiltración del agua. Inclusive en las zonas de uniones y empalmes de la membrana, estos autores afirman que al no logra realizar un sellado hermético satisfactorio, existe la posibilidad de filtrarse agua capilar y


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crecer en este punto raíces que terminan de perforar y deteriorar la membrana. En consecuencia, la construcción y cuidado al momento de disponer esta capa, se debe verificar al detalle la perfección de la instalación. En el mercado existen dos tipos de membrana anti-raíz, Bianchini & Hewage, (2012a) las clasifican como físicas y químicas, la física consiste en una capa de polietileno de baja densidad o polietileno de 0.05 cm, capa ubicada directamente sobre la estructura de soporte, y una barrera química que utilizan toxinas que impiden la perforación de las raíces. 2.2.3 Capa drenante Su función es almacenar cierta cantidad de agua y dirigirla hacia las bajantes de la cubierta, por esto es necesario disponer de un espacio vacío entre las capas para que el exceso de agua fluya continuamente sin obstrucciones. Es importante permitir la salida del exceso de agua de la cubierta, porque, primero esta genera un sobrepeso adicional en la estructura, y segundo, esta concentración de agua condiciona un crecimiento excesivo de las raíces fuera del sustrato en busca de esta agua en la capa de drenaje, aportando como consecuencia posibles perforaciones en la barrera de raíces y posteriormente problemas patológicos de infiltración de agua al interior. (Bianchini & Hewage, 2012a).Cabe aclarar, según Czemiel Berndtsson, (2010) la cubierta verde como sistema está pensada para retrasar y disminuir el agua de escorrentía en el sistema de alcantarillado de la ciudad, y esta cantidad de retención varía dependiendo del tipo de techo verde, tipo de vegetación, profundidad del sustrato y condiciones climáticas. El sistema extensivo dispone los niveles más bajos de retención de agua por la baja profundidad de sustrato y variabilidad de vegetación (Ver Tabla 1), por el contrario, los techos verdes intensivos poseen los datos más altos de retención de agua, su sustrato es de mayor tamaño para albergar vegetación con raíces más fuertes y profundas (Bianchini & Hewage, 2012a). Dependiendo del proveedor, puede variar en material, formas y montaje. Materiales como polietilenos y polipropileno son usados típicamente en los sistemas extensivos, al no sumarle consideradamente un sobre peso a la cubierta, además, según Bianchini & Hewage, (2012a), en los sistemas intensivos, la paca de drenaje puede ser más pesada y simple, ya que el diseño de este tipo de cubierta está pensado para soportar cargas elevadas. El trabajo desarrollado por Minke & Lagrotta. (2010) incluyen materiales minerales porosos y livianos que pueden reemplazar el sistema de drenaje, granos gruesos, arcilla expandida, pizarra expandida, lava expandida, piedra pómez y materiales reciclados de escoria y ladrillo. 2.2.4 Filtro El paso de partículas pequeñas de sustratos como limos o arcillas obstruiría el desagüe normal y esperado del agua en el drenaje, por esto es necesario disponer de un filtro que controle e impida el paso de estas partículas. En la mayoría de los casos está fabricada con


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materiales compuesto por fibras poliméricas o poliolefinas y están unidos desde la fabricación del proveedor a la capa drenante (Bianchini & Hewage, 2012a). 2.2.5 Sustrato Tiene como función servir de soporte físico a la capa de vegetación, suministrándole los nutrientes, el agua y el oxígeno indispensable, además, debe disponer del espacio necesario de aire que permita el crecimiento libre de anclaje de las raíces (García, 2010). El tamaño del sustrato varía en relación a la vegetación de las cubiertas, para cubiertas extensivas, pastos pobres, musgos, hierbas silvestres y Sedum requieren poca profundidad del medio para su desarrollo (Villarreal & Bengtsson, 2005). Minke & Lagrotta, (2010) aseguran que el sustrato no debe contener demasiado humos, según un estudio de caso en Bariloche (Argentina), comprobaron que el exceso de humos provoco un crecimiento desmesurado del césped en la cubierta, alcanzando los 30-50 cm de altura, cuando su altura normal oscila entre los 10-20 cm. Se puede utilizar como sustrato el suelo directamente del lugar, pero se debe tener cuidado con la cantidad de arcillas, limos y partículas orgánicas que en contacto con el agua se saturan e impiden el drenaje normal de la cubierta (Clark et al., 2012) . 2.2.6 Vegetación El tipo de vegetación es la capa final y estética del sistema, es la insignia de los techos verdes que condiciona su elección como elemento respetuoso con la naturaleza, además de estética, reduce los niveles de contaminantes en el aire, contribuye a la reducción del efecto isla de calor, e influye en la aparición de naturaleza y biodiversidad (Clark et al., 2012). La vegetación se encuentra condicionada por distintos variables medio ambientales, Minke & Lagrotta, (2010) describen los siguientes criterios de elección: -

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Profundidad del sustrato y capacidad de contención de agua. Inclinación de la cubierta. Cuanto más inclinada, el agua se dirige a las bajantes con mayor velocidad, en consecuencia, el sustrato debe garantizar mayor capacidad de retención de agua o proponerse vegetación que no necesite demasiada cantidad de agua. Velocidad e intensidad del viento del lugar, mayor exposición al viento genera aumento de la evaporación Orientación y sombra que reciben en el transcurso del dia. Cuantía de precipitaciones. Condiciones climáticas (calidad, templada o fría)

Además, su elección se condiciona a comportamientos ideales esperados y a cuales se les otorgara mayor importancia (Minke & Lagrotta, 2010). - Aislación térmica. - Aislación acústica.


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Gasto de mantenimiento Acabado final.

La vegetación condiciona los niveles de aislamiento térmico. Especies como Sedum, son usados habitualmente para las cubiertas verdes extensivas y semi-intesivas , ofrece alta sombra ante la radiación solar, raíz corta y resistente a suministros de agua limitados (baja cantidad de riego o innecesario), sin embargo, no evita la transferencia de calor al interior del espacio, por ello, consta de un valor de resistencia térmica baja (Bates et al., 2013). La altura de la planta, índice del área a foliar, cobertura fraccional, albedo y resistencia estomática, son los factores más influyentes en la transferencia térmica de un edificio verde (Bates et al., 2013). En relación a los sistemas intensivos, generan un espacio natural accesible para las personas, un ambiente diferente en el interior de un edificio. Se cultivan plantas como gramíneas, arbustos, arboles pequeños y hiervas, su tamaño admisible oscila entre los 10 cm hasta los 100 cm aproximadamente (Bianchini & Hewage, 2012a).

2.3 Beneficios ambientales de los techos verdes Las cubiertas verdes no solamente mejoran el aspecto estético de una cubierta en un edificio, también contribuyen en beneficios económicos y ambientales para los propietarios de un proyecto en específico y a escala de ciudad. No obstante, las desventajas de desconocimiento de costo y peso ha sido una complicación para el gremio (Clark et al., 2012). En este sentido, las investigaciones desarrolladas por Peri et al., (2012) y Bianchini & Hewage, (2012), fueron de gran importancia, aportaron la equivalencia en dinero sobre cada beneficio en específico en relación a área y tiempo. Cabe aclarar que hasta la fecha de la publicación de estas dos investigaciones (2012) la información disponible para obtener el desempeño económico de los sistemas de techos verdes para los usos urbanos era limitada. Peri et al., (2012) enumera los beneficios económicos que conlleva un sistema de cubierta verde para un propietario de un edificio (ver Tabla 2), es relevante comentar que sin importar si el tipo es intensivo, semi-intensivo o extensivo, el sistema verde representara un porcentaje determinado de ahorro para cada beneficio expuesto.

Tabla 2. Procedencia de los beneficios económicos de una cubierta verde. Beneficios ambientales y energéticos Beneficios económicos - Baja temperatura interior en el edificio. - Ahorro de energía debido a la reducción de las - Protección a la exposición directa de la radiacargas de enfriamiento. ción solar y no la exposición a las fluctuacio- Ahorros de mantenimiento y reposición debido nes extremas de temperatura. a una mayor vida útil del sistema de techado. - Atractivo estético y espacio de uso adicional - El aumento de los valores de propiedad. para los ocupantes. - Reducción de descarga critica de las aguas plu- Retención de aguas pluviales. viales. - Recolección de aguas para satisfacer las nece- Ahorro del consumo de agua. sidades del hogar. Gómez (2015) Derivado de Peri et al., (2012)


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A continuación, según principalmente Minke & Lagrotta, (2010), Clark et al.,(2012), Bianchini & Hewage, (2012a), Bianchini & Hewage, (2012b), Zielinski et al., (2012), Peri et al., (2012), Sproul et al.,(2014), Berardi et al., (2014), los beneficios ambientales, energéticos y monetarios de las azoteas verdes son los siguientes: 2.3.1 Mejoramiento de la calidad del aire Principalmente, este componente se visualiza desde tres perspectivas diferentes. (1) El control de las variaciones de temperatura, gracias a la inercia térmica de las capas de la cubierta (en especial el sustrato y la vegetación), con ello se reduce la contaminación por el uso de la calefacción y aire acondicionado (Santamouris, 2014). (2) La vegetación por medio de la absorción de CO2 y la expulsión de O2 durante el proceso de fotosíntesis. Li et al., (2010) afirma que en Hong Kong, un sistema de techo verde extensivo reduce las concentración de CO2 del entorno hasta en un 2%. (3) Por la adhesión de polvo y contaminantes en las hojas de la vegetación (Yang, Yu, & Gong, 2008). Currie & Bass., (2005), citado por Berardi et al., (2014) afirmaron la eficacia en la reducción de la contaminación del aire, a partir de un modelo de bosque urbano en Chicago y Detroit, obtuvieron que 109 hectáreas de sistema extensivo de cubierta verde contribuiría con la reducción 7,87 toneladas de contaminantes por año. Igualmente, Deutsh et al.,(2005), citado por Berardi et al., (2014) corroboraron esta información a partir de un modelo de bosque urbano en Washington DC, obteniendo datos similares sobre la disminución. Además, (Speak, Rothwell, Lindley, & Smith, 2014) anuncian la importancia que poseen los techos verdes en absorber contaminantes, a partir del análisis del antes y el después del uso de techos verdes en Singapour, obtuvieron una reducción del 37% de dióxido de azufre (SO2) y 21% óxido de nitrógeno (NOx).

2.3.2 Capacidad de retención del agua El agua de lluvia que incide sobre la cubierta es almacenada en la capa de sustrato, donde una parte es utilizada para el crecimiento y desarrollo de la vegetación, otra parte es devuelta a la atmosfera por medio de la evaporación y transpiración, y en el caso de la existencia de un excedente, este es drenado al sistema de desagüe (García, 2010). VanWoert et al., (2005) comprueba esta afirmación, determina la capacidad de retención de agua de un sistema extensivo de cubierta verde, comparándola con un sistema extensivo sin vegetación y con una cubierta tradicional, encontraron que el techo verde mejoro en un 82,8% la capacidad de retención de agua, además analizaron como es el comportamiento del techo verde ante una intensidad de lluvia media, encontraron que un sustrato de capa fina retiene 48% más de agua que un sistema con grava. Recientemente y ocho años después, Kikuchi & Koshimizu, (2013) realizaron una comparación similar, analizaron un techo convencional, un techo verde tradicional y un sistema de cubierta verdes extensivo, obtuvieron como resultado que el sistema verde tradicional redujo un 57 % y el sistema verde extensivo disminuye el 71,7% de la escorrentía del agua.


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Contribuyendo a estas investigaciones de retención de agua, Steven y Kuhn (2001), citado por García, (2010), ofrece un aporte desde una perspectiva de ciudad, determinó, si la mitad de los edificios del centro de la ciudad de Portland, Oregón equivalente a 0,88 km2 tuviesen cubierta verde, anualmente se retendrían 300 millones de litros de escorrentía, equivalente entre el 11% y 15% del agua de lluvia total. En conclusión a estas investigaciones, se afirma que un sistema verde puede eliminar la escorrentía de agua total o reducir el flujo máximo de descarga y volumen de desagüe, Asimismo, dilatar el lapso en que ocurriría en relación al tiempo que gastaría el sustrato en saturarse (García, 2010.) Cálculos ofrecidos por la Universidad de Kassel, el tiempo de retraso después de una fuerte lluvia durante 18 horas fue de 12 horas, y termino de desaguar 21 horas más tarde que terminara de impactar el agua en la cubierta, el techo disponía de 12° de inclinación y 14 cm de espesor del sustrato (Minke & Lagrotta, 2010.) El nivel de agua que se retiene o elimina en una azotea verde, depende esencialmente de la vegetación usada, sistema de drenaje y características del sustrato (porosidad, textura, espesor). Recientemente Mickovski, Buss, McKenzie, & Sökmener, (2013), determinaron el impacto de la vegetación (hierba larga, hierba corta y Sedum) sobre el desempeño de retención del agua, encontraron que en 60 minutos el Sedum obtuvo 160 ml de escorrentía superficial (obtuvo el menor valor de retención), contra 20 ml y 10 ml de la hierba corta y hierba larga respectivamente. Minke & Lagrotta, (2010) informan el desempeño de una cubierta en relación al tipo de sustrato, para un sustrato de 10 cm de espesor y un techo de grava, durante una intensidad de lluvia de 20 l/m2 en 15 minutos, desaguan 5 l/m2 y 16 l/m2 respectivamente. Adicionalmente, los techos verdes también tienen efectos en la calidad de la escorrentía del agua. Kosareo & Ries, (2007) mencionan que en comparación a techos tradicionales, el sistema verde intensivo reduce la concentración de escorrentía de plomo a un factor de 3, zinc 1,5, cadmio 2,5 y cobre de 3. En otro sentido, Vijayaraghavan, Joshi, & Balasubramanian, (2012) afirman que además de los factores re retención anteriores, el techo verde ofrece altos valores de absorción de fosfatos y nitratos. 2.3.3 Reducción de la temperatura y consumo de energía Los techos verdes poseen un desempeño óptimo en la conservación del confort térmico en el interior de un espacio. Ante climas cálidos, la capa vegetal y sustrato se comportan como barrera protectora de la incidencia directa del sol (Niu, Clark, Zhou, & Adriaens, 2010). En un estudio de hace unos años realizado por Livingroofs. org y Ecology Consultancy Ltd., (2004) citado por Zielinski et al., (2012), afirma que mientras la temperatura exterior oscila los 18.4 °C, en el interior de un techo tradicional marca 32 °C y bajo un sistema de techo verde representa alrededor de 17,1 °C.


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En la investigación realizada por García, (2010), brinda la explicación de este proceso de reducción de la temperatura interior. Expone que las plantas absorben el calor ambiental a partir de sus funciones naturales de evapotranspiración y fotosíntesis, este proceso le demanda a la vegetación la utilización del 90% de la energía ambiental absorbida. Además afirma, que en las noches al condensarse la humedad del ambiente y formarse el roció en la vegetación, trae consigo la recuperación de calor. Esto se beneficia aún más gracias a la amplia posibilidad de contención del calor del agua en el sustrato y vegetación. Minke & Lagrotta, (2010), comprueban este postulado desarrollando mediciones de temperatura en Kassel, Alemania para un sistema semi-intensivo de 16 cm de sustrato, obtienen que la temperatura exterior al medio día es de 30°C, en la capa de la plantación 23°C y en el interior 17,5°C, en conclusión la cubierta aísla aproximadamente 12,5 °C. Ellos también determinan el comportamiento de la cubierta en invierno durante una temperatura exterior de -14°C para la misma cubierta, reciben datos de 0°C en el interior. En base a las mediciones, se ratifica el desempeño térmico óptimo de los techos verdes en condiciones de invierno y verano. Jim, (2012), afirma que la forma, tipo y estructura de la planta determina su potencial ahorro de energía y aislamiento térmico, concluyó esto al analizar los resultados de tres tipos de vegetación (césped, hierba larga y arbustos) en un clima cálido y húmedo como Hong Kong, los resultados informaron que la vegetación con mayor complejidad de biomasa como los arbustos brindan mejores resultados. Sin embargo, Nardini, Andri, & Crasso, (2012), analiza la reducción de temperatura de diferentes tipos de vegetación en la cubierta, y afirman que la profundidad del sustrato es el condicionante principal en la disminución de la carga térmica, y que el tipo de vegetación y contenido de agua de la cubierta obtienen un papel secundario. Según estos estudios las cubiertas verdes benefician la temperatura ambiental, no obstante, también aumenta la eficiencia energética al disminuir los consumos de aire acondicionado y calefacción en climas extremos. (García, 2010.) Niachou, Papakonstantinou, Santamouris, Tsangrassoulis, & Mihalakakou, (2001), encontraron a raíz de su investigación en Grecia, que los techos verdes dependiendo de su extensión en la cubierta puede obtener ahorros energéticos hasta un máximo del 48%. Igualmente, Olivieri, Di Perna, D’Orazio, Olivieri, & Neila, (2013) determinaron que en clima de la costa del Mediterráneo, la cubierta verde contribuye a un ahorro energético del 60 % de refrigeración en base a un sistema convencional. 2.3.4 Disminución de la isla de calor urbano (ICU) La constante expansión urbana de un territorio, trae como consecuencia un fenómeno llamado efecto isla de calor urbano (ICU), el cual es el aumento de la temperatura superficial de la ciudad debido a extensas áreas de superficie impermeable y oscura que absorbe la radiación solar, y que posteriormente la refleja al exterior en forma de energía térmica.


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El efecto de ICU conjuntamente con las ondas de calor y el uso de aire acondicionado, incrementan las reacciones fotoquímicas y con ello la formación de contaminantes en el ambiente, desarrollando el riesgo de enfermedades respiratorias y el crecimiento del índice de mortalidad en una población (Jáuregui, 2006 citado por García, 2010). En ciudades grandes como México, la influencia a raíz de la ICU aumenta 9°C las condiciones normales de temperatura (Levine, 1996). En Manchester, Reino Unido, Gill, Handley, Ennos, & Pauleit, (2007) anuncio que con la elevacion del 10% de las zonas verdes urbanas, evitaría el aumento considerable de temperatura en los próximos 80 años. La vegetación, gracias a su comportamiento natural de evaporación y transpiración, absorbe la energía superficial y la temperatura del ambiente, contribuyendo desde este sentido con la disminución de la ICU, además, los techos verdes al contar con mayor índice de albedo en comparación a cubiertas tradicionales, su absorción de radiación solar es menor (Lazzarin, Castellotti, & Busato, 2005). En aclaración de lo anterior, el albedo se define como la radiación reflejada en una superficie, las áreas urbanas como el hormigón y el asfalto reflejan menos radiación y absorben más energía por las características intrínsecas del material (Rosenfeld et al., 1995). Diferentes estudios pretenden determinar el impacto para la sostenibilidad al mitigar el efecto ICU. Santamouris, (2014) afirma que la implementación a gran escala de techos verdes reduciría la temperatura ambiental entre 0,3°C y 3°C. Alexandri & Jones, (2008) comentan que el mejor desempeño de las cubiertas verdes es ante climas calurosos y secos, además realizan una comparación térmica en distintas ciudades, obtienen que Riad dispone los mejores resultados, reduce 3°C durante el mediodía, resultado similar al de Santamouris (2014). Además, Speak, Rothwell, Lindley, & Smith, (2013) investigo la reducción de la ICU en comparación con una cubierta con acabado de concreto en un edificio en específico, y obtuvo que un techo verde era térmicamente 1,06°C inferior. 2.3.5 Aislamiento acústico La sumatoria de capas de vegetación, sustrato y aire en el techo verde actúa como una barrera del sonido, representando una disminución del ruido en el interior (Zielinski et al., 2012). El comportamiento acústico de una cubierta verde es igual al de cualquier otra superficie. Cuando la onda sonora entra en contacto con la vegetación o el sustrato una fracción de la energía es absorbida (se transforma en energía de movimiento y calórica) y otra reflectada (dispersión) (García, 2010.) Cabe aclarar, que la cantidad de sonido absorbido se representa en decibeles (dB), el cual significa la potencia e intensidad del sonido, una mayor cuantía de absorción de una superficie en dB representa un mejor aislamiento acústico.


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Minke & Lagrotta, (2010) anuncian que el coeficiente de absorción sonoro de las plantas no es muy alto, por el contrario el sustrato es la capa principal encargada de la absorción. Al analizar la incidencia vertical del sonido en la cubierta, las plantas logran solamente una reducida absorción para altas frecuencias y la capa de tierra con espesores de 12 cm y 20 cm consiguen la absorción de 10 dB y 46 dB respectivamente. Un año después, Van Renterghem & Botteldooren, (2011) deciden investigar cinco casos de cubiertas verdes, observando los resultados de absorción del sonido antes y después de la instalación del sistema, concluyeron que en comparativa el techo verde aísla 10 dB más que una cubierta convencional. Al igual que Minke & Lagrotta (2010) ratificaron que el sustrato bloquea las frecuencias bajas y las plantas lo hacen con las altas frecuencias. Además, concluyen que el espesor del sustrato es el factor más importante en su desempeño acústico, los coeficientes más altos de absorción se consiguieron en capas de tierra de 180 mm. Recientemente, Connelly & Hodgson, (2013) determinaron la perdida de transmisión de un techo convencional y dos cubiertas verdes pero con distinta profundidad de sustrato ( 75 mm y 150 mm), el análisis marco que para la cubierta verde de 75 mm la absorción en las distintas frecuencias era inconsistente, en cambio con el sustrato de 150 mm los datos eran más confiables. En conclusión, los resultados muestra que para frecuencias bajas y medias (50 a 2000 Hz) la perdida de transmisión oscila entre 5 dB a 13 dB, y en frecuencias altas se absorbe menos de 6 dB. 2.3.6 Preservación ecológica y creación de hábitats Los sistemas de naturación de cubierta poseen potencial para crear hábitats de fauna menor, contribuyendo con la biodiversidad en áreas urbanas. El techo extensivo respecto al sistema intensivo y semi-intensivo ofrece mejores resultados de aporte, ya que su mantenimiento mínimo y tránsito esporádico de personas favorece el surgimiento y desarrollo de especies con mayor facilidad (García, 2010). Johnston, Newton, & Greater London Authority, (2004) en su investigación ratificaron la relación entre las cubiertas verdes y la biodiversidad, en especial los beneficio que atribuyen a los insectos en zonas urbanas y en la anidación de distintas especies de aves. Dependiendo de la vegetación que se cultive en la cubierta, podría servir de fuentes de alimento, vivienda y descanso a distintas especies animales, en ejemplo, la atracción de insectos por las flores, conllevan la aparición de aves insectívoras y posteriormente depredadores más grandes (García, 2010.) En referencia, entre más heterogénea las especies vegetales, más diversificado serán las especies que lo habiten (Ochoa, 1999 citado por García, 2010).


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2.4 Análisis económicos desarrollados para las cubiertas verdes Una adecuada planeación de la construcción sostenible requiere de cálculos exactos de costos y beneficios de los sistemas alternativos. Carter & Keeler, (2008) y Clark et al., (2012) demuestran las ventajas desde un punto de vista económico el uso de las cubiertas verdes. No obstante, no materializan el costo- beneficio del ciclo de vida en una relación de valor por área. Carter & Keeler, (2008) utiliza los datos recogidos a partir un modelo experimental de techo verde para desarrollar un análisis de costo beneficio (ACB) para el ciclo de vida del sistema extensivo. Uno de los datos obtenido fue el valor actual neto (VAN), el cual el sistema de cubierta verde oscila entre 10% y 14% más costosa la instalación que un sistema convencional. Clark et al., (2012)aplica un análisis de costo beneficio (ACB) para integra cuantitativamente el rango de las aguas pluviales, energía, y los beneficios de la contaminación atmosférica de los techos verdes en un modelo económico a escala edificio específico y ciudad, concluyen que al incluir los beneficios económicos en el valor actual neto (VAN), la instalación de la cubierta verde obtendría un valor menor respecto a techos convencionales. Sproul, Wan, Mandel, & Rosenfeld, (2014), en la investigación “economic comparison of white, green and black flat in the United States”, presentaron una perspectiva económica sobre la elección del techo por medio de un análisis de costo del ciclo de vida (ACCV) de 50 años, el costo de instalación de cubiertas verdes que utilizaron fue de 172 dólares/m2 para el año 2014 (valor medio del coste de instalación de este sistema en 11 proyecto de Estados Unidos). Obtuvieron como resultado que el sistema de cubierta verde a lo largo de su ciclo de vida es 71 dólares/m2 más costosos que un sistema tradicional de techo. No obstante, no calcularon ni sumaron las respectivas ganancias relacionadas con los beneficios del sistema verde. Peri, Traverso, Finkbeiner, & Rizzo, (2012), a diferencia de Sproul et al., (2014), incluyeron las respectivas cifras económicas de los beneficios ambientales. Desarrollaron para la cubierta verde el análisis del costo del ciclo de vida (ACCV) y análisis costo-beneficio (ACB), fueron pioneros en abordar el valor de mantenimiento y el costo del final de la fase de vida de la cubierta. Todas las investigaciones mencionadas aplican ya sea un análisis costo beneficio (ACB) o un análisis de costo del ciclo de vida (ACCV) para determinar el rendimiento de un sistema de techo verde y su viabilidad en comparación a técnicas tradicionales de cubierta. No obstante, las variaciones de resultados y conclusiones se fundamentan en los distintos modelos de cubierta verde de estudio (uso, diseño, tipo de sistema verde, tamaño, lugar de implantación, etc.) y la cantidad de variables que abarcan en el análisis. Existe entonces una falencia en el modelo de estudio de caso que no permite obtener resultados exactos y confiables.


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En la tabla 3 se resume el estado del arte y los aspectos contemplados en cuanto a la evaluación económica ofrecida por los autores, y según la cantidad de variables analizadas se obtuvieron los postulados más confiables. Se puede observar que la investigación realizada por Bianchini & Hewage, (2012b) abarca casi en su totalidad las variables presentes. Tabla 3. Síntesis de los aspectos contemplados por el estado del arte para el análisis económico. Autores Análisis de los be- ACB ACCV VAN neficios ambientales Costo de Costo de Costo 1 2 3 4 5 6 Manteni- EliminaInicial miento ción Carter & Keeler, 2008 X X X X X X X X X García, 2010 X X X X X X Clark et al., 2012 X X X X X X Peri et al., 2012 X X X X X Bianchini , 2012b X X X X X X X X X X X Zielinski et al., 2012 X X X X X X Gabay et al., 2014 X X X X X X Liu, Guo, & Hu, 2014 X X X X X X X Sproul et al., 2014 X X X X X Gómez (2015) 1. Mejoramiento de la calidad del aire. 2. Capacidad de retención del agua. 3. Reducción de la temperatura y consumo de energía. 4. Disminución de la isla de calor urbano (ICU). 5. Aislamiento acústico. 6. Preservación ecológica y creación de hábitats

En este sentido, se busca cubrir la brecha con datos disponibles por medio de investigaciones que se consideran relevantes a incluir. Este trabajo estima el precio real de una cubierta verde, mediante la asignación de un valor aproximado para los beneficios de aguas pluviales, isla de calor urbano (ICU), preservación ecológica, contaminación del aire y energía, a lo largo de su ciclo de vida. Posteriormente se determinó el valor actual neto (VAN) y el análisis de sensibilidad para determinar el periodo de recuperación.


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3 CASO DE ESTUDIO Dependiendo del lugar en el que se proponga construir una cubierta verde, esta varía consistentemente en relación a características propias del sistema y del sitio, por ejemplo: Tipo de techo verde (extensivo, semi-intensivo, intensivo), condiciones climatológicas; porcentaje de extensión del sistema respecto al área total de la cubierta; costos de los materiales, tiempo de instalación y ejecución de mantenimiento, etc. Por esto se desarrolló un análisis probabilístico del costo-beneficio de una cubierta verde (ACB) a los largo del ciclo de vida directamente en la ciudad de Manizales, en un modelo de estudio de 9m2 y de 3m x 3m en particular (Ver figura 2). Este trabajo determino las variables de una (1) cubierta verde; y cubiertas tradicionales de la ciudad: (2) teja de fibrocemento (TF) y (2) sistema residencial (SR) sobre el mismo módulo de cálculo. Para así, comparar los costos y beneficios personales y sociales de los tres sistemas en tres escenarios distintos de cálculo de inversión VAN. (1) Contemplando solo los costos y beneficios personales (escala edificio), (2) los costos sociales (escala ciudad), posteriormente son incluidos en un mismo escenario común (3) sociales y personales. Los valores obtenidos en las estimaciones del análisis VAN de los prototipo están disponibles en pesos colombianos por metro cuadrado ($/m2). Además, los costos relacionados a su construcción se adquirieron de proveedores de cada sistema de la ciudad de Manizales. Para el caso de los sistemas tradicionales TF y SR se analizaron los datos de costos de instalación y el tiempo del ciclo de vida. Para la cubierta verde se evaluaron los parámetros de: costos de instalación, la reducción de descarga de agua pluvial, el valor de la propiedad, la reducción de impuestos, la protección térmica y disminución de energía, el ciclo de vida, la absorción de contaminantes del aire, creación de hábitats, la mitigación del efecto isla de calor urbano (ICU) y los costó de eliminación. Según cotizaciones ofrecidas por los proveedores de materiales para la construcción Almacén París de Manizales, los cosos de instalación del (1) teja de fibrocemento y (2) sistema residencial son los siguientes: (1)TF, calcularon un coso total de instalación y materiales de 35.688 Pesos/m2, equivalente para el modulo en total de 321.200 Pesos. (2)SR, compuesto por teja de fibrocemento y sobre esta, teja de barro, cuesta alrededor de 53.244 Pesos /m2 y 479.200 para el modulo.


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Figura 2. Planta Arquitectónica. Prototipo de análisis de los costos de instalación para cada sistema de cubierta. Gómez (2015)

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Figura 3. Corte. Prototipo de análisis de los costos de instalación para cada sistema de cubierta. Gómez (2015)

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3.1 Teoría y cálculo Para cuantificar los valores relativos del análisis costo-beneficio, se realiza un procedimiento de evaluación probabilística basado en las investigaciones desarrolladas sobre el tema, aplicable a un sistema de cubierta verde extensiva, con una profundidad de sustrato entre 5 cm-15cm, vegetación de bajo porte tipo Sedum y a condiciones climáticas de Manizales. A continuación se clasifican los datos en escala edificio y ciudad, representa por un lado ahorros o costos económicos directos para los propietarios del inmueble y por el otro, costos o beneficios ambientales y/o de salud, equivalentes a disminuciones o aumentos monetarios para la ciudad. Para desarrollar esta sección del trabajo se toma como referencia el esquema de cálculo desarrollado por Bianchini & Hewage, (2012b). Cabe aclarar, si los valores obtenidos se encuentran en dólares, se realiza la conversión a Pesos Colombianos (COP) para ese año en cuestión, y posteriormente se actualizan en relación al Índice de Costos de la Construcción de Vivienda (ICCV) fuente DANE. 3.1.1 Costos y beneficios escala edificio Distintos beneficios ambientales implican beneficios económicos directamente en el edificio, como el caso del retraso y retención de la escorrentía o la minimización del gasto de energía (Bianchini & Hewage, 2012b). Además, se calculan los gastos relacionados a la instalación y mantenimiento del techo verde. 3.1.1.1 Construcción y mantenimiento El precio de un sistema de construcción depende de factores como mano de obra, equipos, transporte y materiales. Según cotización realizada por la empresa ECOTELHADO S.A. de la ciudad de Bogotá para el mes de noviembre de 2015, el costo del techo verde seria de 2.692.222 Pesos para el módulo de 9m2, equivalente a 299.136 Pesos / m2, la empresa contactada afirma que este precio no contempla costos de transporte, mano de obra y equipos por ser un sistema sencillo de instalar. El mantenimiento según afirman los proveedores se realizaría a partir de revisión del estado cada 6 meses a partir de su instalación, es decir inspecciones dos veces al año hasta el final de su vida útil. No obstante, estas revisiones implicarían gastos en los casos que deba realizarse algún trabajo de reparación en la cubierta, ellos afirman que al tratarse de un sistema extensivo los costos de mantenimiento son mínimos y esporádicos. Para efectos del cálculo del presente trabajo, se establece valorativamente la situación menos favorable, reparación en el 50% de las inspecciones, es decir, se realizaría un trabajo de mantenimiento anualmente correspondiente a un día de trabajo de un operario, equivalente a 21.478,33 Pesos según cálculo del salario mínimo día.


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3.1.1.2 Valoración del edificio Las características del lugar de una edificación en una determinante principal en el aumento o disminución de su valor en el mercado inmobiliario, en bien sabido que al contar con paisajes naturales como visual o presentar una cercanía directa hacia bosques aumenta el valor de las propiedades (plusvalía). Las cubiertas verdes como sistema de naturación atribuyen características valorativas similares pero en menor proporción, sin embargo, (1) no existe literatura acerca de la importancia de las cubiertas verdes con el aumento del valor comercial de una propiedad con exactitud; (2) la relación es una de las distintas variables que afectan el valor de una propiedad, también interviene el área, estado de la construcción, estructura, tipos de acabado, valoración de la zonas, etc. Por esto brindar un porcentaje de valoración económica para los proyectos que utilicen el sistema de cubierta verde no tendría referencia razonable. En otro sentido, la valoración del edificio a causa de los techos verdes es real, pero solo ofrecería un beneficio monetario indeterminado al momento de negociado. 3.1.1.3 Reducción de impuestos Una forma por la que los gobiernos pueden promover el uso de las cubiertas verdes es por medio de incentivos económicos, y así, recibir beneficios ambientales positivos para la ciudad. Nueva York desde el 2010 ofrece la reducción de hasta 48 dólares / m2 en los casos que la vegetación cubra el 50% o más de la cubierta, ya sea de sistema intensivo o extensivo. En un lugar más cercano, México, ofrece beneficios tributarios por medio de la disminución del 10% del impuesto predial a quienes habiliten el sistema (Bianchini & Hewage, 2012b). En Colombia, esta propuesta se manifiesta solamente en el proyecto de acuerdo 386 de 2009 del Concejo de Bogotá, el cual implementa, promueve y estimulan las tecnologías de creación de techos verdes. Para Manizales, actualmente no se dispone de beneficios o proyectos de ley que sustente o impulse la aplicación de tecnologías sostenibles para cubiertas verdes. 3.1.1.4 Incentivos por retención o disminución de aguas pluviales Debido al crecimiento de la ciudad que conlleva a la construcción de zonas duras e impermeables, aparece la preocupación publica respecto al aumento de escorrentía en el sistema de alcantarillado (Carter & Keeler, 2008). Como se mencionó anteriormente, una cubierta verde ofrece un apoyo a esta problemática, gracias a la capacidad de retención y retraso del agua pluvial. Una forma por la cual la ciudad se puede ver apoyada en mayor magnitud por este beneficio, es por medio de la aplicación de incentivos dentro del marco


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normativo. Actualmente, se atribuye a los propietarios de edificios tasas de descuento o exenciones de pago si demuestran diminución de escorrentía al sistema de alcantarillado. Por ejemplo, Bianchini & Hewage, (2012b) en su trabajo, afirman que Portland cobrara una cuota mensual de 85 dólares / 1000m2 para zonas impermeables, así apoyar el sistema de alcantarillados, además ofrecen un descuento del 35% si en determinadas propiedades que reduzcan u ofrezcan soluciones permeables. No obstante, para el propósito de análisis probabilístico en la ciudad de Manizales, no se dispondrá de un valor representativo en esta sección, ya que no se ofrecen incentivos políticos locales u ofertas de descuento sobre la retención y/o reducción de la escorrentía superficial. 3.1.1.5 Ahorro económico por la reducción de la infraestructura de desagüe El potencial de reducción y retención de agua en un sistema de techo verde afecta positivamente el dimensionamiento del sistema de desagüe, como se limita el flujo critico ante un episodio de lluvia, menor cantidad de agua es drenada en el alcantarillado. La investigación de Carter & Keeler, (2008) se interesó en este tema, por medio de mediciones sobre los volúmenes de tormenta, concluyeron que con un sistema de cubierta verde se admite la reducción del 4,6 % del diámetro convencional de tubería para un evento de 25 años y 4,4% para el evento a 100 años. Para el estudio de caso del presente trabajo, la posible reducción de tubería no va a ser cuantificada en términos monetarios. (1) El porcentaje de disminución del diámetro de la tubería no implica cambios directos en el costo de instalación del sistema, ya que la fluctuación de los diámetros comerciales de dos tuberías consecutivas es superior del 4,6 %. (2) Si bien esta reducción del diámetro puede variar en relación a la extensión de la cubierta, por efectos del cálculo de este estudio en tipologías residenciales, las grandes áreas no son comúnmente utilizadas y por ello difícilmente se aumente la diferencia del diámetro y costo del sistema de desagüe. 3.1.1.6 Ahorro del consumo de energía y protección térmica Cabe anotar que la disminución del consumo de energía gracias al aislamiento térmico no es tomada en cuenta para el presente cálculo, porque las condiciones térmicas de Manizales a diferencia de países estacionales no condicionan el uso de calefacción o aire acondicionado en las viviendas, exceptuando si se necesita por algún uso o requerimiento especial del usuario o características especiales de la vivienda (casos esporádicos difíciles de cuantificar). Según las investigaciones estudiadas, como ejemplo la desarrollada por Minke & Lagrotta, (2010), afirma que en un sustrato de 16 cm al tener una temperatura exterior de 30°C, en el interior marca aproximadamente 17,5°C. Esto condiciona que es innecesario aplicarle al sistema verde un control térmico adicional. Por el contrario, los dos sistemas tradicionales de comparación en Manizales: TF SR, requieren de un sistema de protección que garantice una temperatura confortable en el interior, afirma Almacén Paris proveedores del sistema.


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Esta empresa cotiza la instalación del cielo raso en placa Gyplac, el cual es típicamente utilizado en viviendas en Manizales, posee un costo de 42.000 pesos /m2, equivalente a 378.000 Pesos para el modelo de 3 m x 3 m. El costo de la instalación del cielo raso en los sistemas tradicionales es tomado en este estudio como un ahorro en el costo de la azotea verde 3.1.1.7 Beneficio de durabilidad Muchas investigaciones resaltan la durabilidad de las cubiertas verdes sobre los sistemas tradicionales. En ejemplo, Carter & Keeler, (2008) afirma que las cubiertas verdes pueden extender su vida útil un 200% más en comparación a los sistemas tradicionales, gracias a la protección vegetal que evita la incidencia de la radiación ultravioleta directamente. Complementando, investigaciones como Clark et al., (2012), Saiz, Kennedy, Bass, & Pressnail, (2006), Kosareo & Ries, (2007) anuncian un tiempo de vida útil para el sistema verde entre 40 y 55 años, y para un sistema tradicional como SR y TF aproximadamente de 20 años. En la realidad, el sistema verde se podría extender como afirman las investigaciones a un ciclo de vida máximo de 55 años, y el propietario deberá reemplazar entonces el techo convencional por lo menos dos veces más. Sin embargo, en este cálculo se toma el valor más conservador de vida útil del sistema, 40 años, esto equivale al reemplazo del sistema tradicional una sola vez a lo largo de la vida útil del sistema verde. El costo de reemplazo del sistema tradicional para efectos del cálculo se considera como una disminución económica del sistema TF en el costo de instalación de la azotea verde. TF 35.688 Pesos / m2 y 321.200 Pesos para el modelo. 3.1.2 Costos y beneficios escala ciudad A continuación se amplía los costos y beneficios que afecta directamente a la sociedad. Como por ejemplo la reducción del efecto isla de calor urbano, la mejora de la calidad del aire y el costo del fin de vida de un sistema verde, estas variables deben ser cuantificadas para determinar su impacto real en la sociedad y demostrar sus ventajas de uso.


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3.1.2.1 Contaminación del aire Los materiales usuales utilizados en las capas del filtro, capa drenante y capa membrana impermeable anti-raíz, son los polipropileno y polietileno, seleccionados principalmente por el bajo peso que adiciona al sistema, el poco grosor necesario para su funcionamiento, su alta resistencia a la tracción, resistencia a la perforación, su durabilidad, la capacidad de aislamiento y el bajo costo. Por otra parte, las capas delgadas y flexibles permiten su fácil transporte en rollos e instalación (Bianchini & Hewage, 2012a). Los polímeros destacan por su posible reciclaje, la capa de drenaje y filtro son fabricados con 40% de material reciclado y la membrana impermeable anti-raíz puede ser elaborada en su totalidad con 100% de fibras poliméricas ( Soprema, green roofing system, 2011). Sin embargo, es necesario una considerable cantidad de energía y productos químicos en la fabricación del 60% restante no reciclado de las capa de drenaje y filtro. En la investigación realizada por Bianchini & Hewage, (2012a), utilizando el software SimaPro 7.1 , realizaron la cuantificación sobre la cantidad de materiales y sustancias liberadas para la fabricación del polietileno de baja densidad (LDPE) y granulado de polipropileno (PP), materiales específicos de la capa de drenaje, filtro e impermeable anti-raíz. Los datos dieron como resultado que la fabricación de polímeros es considerablemente contaminante, 2 kg de CO2 y 3,80E-03 de NOx son liberados en la producción de 1 Kg de LDPE y 1,7 kg de CO2 y 3,30 E-03 de NOx son liberados para 1 Kg de PP. La empresa encargada de la cotización del sistema de cubierta verde ECOTELHADO S.A, asegura que la cantidad de polímeros es de 2,07 Kg/m2 de LDPE, contando las capas de filtro, drenaje y membrana impermeable anti-raíz. Clark et al., (2005), citado por Bianchini & Hewage, (2012b), anuncia que el costo de las emisiones de óxido de nitrógeno (NOx) es de 3375 dólares /tonelada. Kyoto (1997) afirma que el impuesto de carbono es por el orden de 20 dólares / tonelada. Este estudio determino al realizar la conversión, que el costo de impuesto por carbono es de 274,24 Pesos / m2 y por nitrato es de 42,15 Pesos / m2. Además, se concluye que el costo total de contaminación del aire es la sumatorio del impuesto de carbono y nitrato, por ende, el costo final es de 314,39 Pesos / m2. 3.1.2.2 Mejora en la calidad del aire Para el caso de estudio, la mejora de la calidad de aire por el control de las variaciones de temperatura no es tomada en cuenta para el cálculo, porque las condiciones térmicas de Manizales no condicionan el uso de calefacción o aire acondicionado en las viviendas. Se analiza los valores de absorción de CO2 y NOx, Si bien los datos de reducción de SO2 sería importante cuantificarlos en términos monetarios, no se encontró datos confiables y verídicos de investigaciones que pudiesen permitir su inclusión en el presente análisis económico.


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Cabe aclarar, Manizales se encuentra a una distancia de 28 Km del volcán del nevado del Ruiz, el cual, según el Observatorio Vulcanológico y Sismológico de Manizales (2013) ha mostrado emisiones frecuentes de cenizas y gases como SO2 en los últimos años. Está comprobado que la exposición constante y prolongada ante gases nocivos como el SO2 perjudica considerablemente la salud de las personas; afecta las mucosidades, irrita el tracto respiratorio, genera bronquitis, reduce la función pulmonar, etc. Concluyendo, se sabe entonces sobre los perjuicios para la salud y los beneficios de retención que posee las azoteas verdes sobre las partículas contaminantes. Sin embargo, hoy por hoy existen pocas investigaciones relacionadas sobre la cantidad exacta de SO2 en Manizales, sus afecciones ambientales para la ciudad y el potencial de implementar cubiertas verdes como solución. Por esto, sería importante desarrollar nuevas investigaciones en torno a esta área del conocimiento. Relacionado a la absorción de CO2 y NOx, como se describió anteriormente, Currie & Bass., (2005) afirma que un sistema extensivo elimina aproximadamente 72.2 kgCO2 / ha por año, el impuesto sobre la reducción de carbono se estima en 20 dólares / tonelada (Kyoto, 1997). Por esto, el beneficio anual para la reducción de CO2 de un sistema extensivo es de 0,478 pesos / m2. Para el cálculo de la disminución de NOx, Morikawa et al., (1998) concluyó que la capacidad de absorción por área de 217 plantas evaluadas fue de 0.27 KgNox / m2 por año. Basados en la afirmación de Clark et al., (2005), citado por Bianchini & Hewage, (2012b), quienes comunican que el costo de las emisiones de óxido de nitrógeno (NOx) es de 3375 dólares /tonelada. Se concluye, la reducción anual de NOx en un sistema extensivo es de 2995 pesos / m2. Por lo tanto, el beneficio anual para la mejora de la calidad del aire de un sistema extensivo es de 2995,48 pesos / m2. 3.1.2.3 Ahorro económico por la reducción de la infraestructura de alcantarillado Desde esta perspectiva los techos verdes benefician económicamente la ciudad, al limitar y/o reducir la escorrentía del sistema de drenaje, representando ahorros económicos considerables en la escala y capacidad del alcantarillado. En ejemplo, ECONorthwest, (2008) estima que la ciudad de Portland invirtió alrededor de 30 dólares / m2 en el 2008 en el sistema de drenaje de las zonas impermeables de la ciudad. Por otro lado Deutsch., (2005), citado por Clark et al., (2012) informa que la naturalización del 10% de las cubiertas de Washington, DC, equivalente a 70 ha, reduciría 10 millones de dólares los costos de infraestructura de drenaje, aproximadamente retendría 450 000 m3 de los 97 000 000 m3 que se drenan anualmente. Para cuantificar y tomar una posición frente a la reducción de la escorrentía en Manizales, se ponen en consideración los siguientes hechos: (1) La precipitación anual de Manizales es de 1 800 l/m2 según datos del IDEA (2011), Instituto De Estudios Ambientales; como se concluyó con la revisión de estado del arte, una


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cubierta verde extensiva reduce y limita aproximadamente el 71,7% y 75% de las precipitaciones, por lo tanto una cubierta verdes en Manizales reduciría 1290,6 l/m2 y 1350 l/m2 anualmente. (2) Manizales no dispone de un sistema de clasificación de aguas negras y aguas lluvia independiente, las colecta en un único sistema de alcantarillado. (3)Según el diagnóstico técnico de acueducto y alcantarillado de Manizales (2008), para el proyecto avenida Colon se presupuestó para esa época una inversión de 11.003.941.014 de pesos en la instalación de redes de acueducto y alcantarillado, para el corregimiento agro turístico del Tablazo, se estima 1.334.577.215 de pesos en alcantarillado y para el corregimiento el Remanso 1.968.610.709 de pesos, estos son algunos de los proyectos que se tenía previsto para el año 2008. Además, en Manizales hay un total de 12.406, 84 m de tubería de alcantarillado en mal estado y que requiere de cambio. Ofrecer una estimación monetaria de ahorro económico de infraestructura es algo arriesgado e inexacto, porque la cuantificación de la diminución de la escorrentía en el sistema del alcantarillado contempla variables que trascienden el presente trabajo; no obstante, se pueden ofrecer las siguientes conclusiones: Si se naturaliza 10.000 m2 de cubiertas en Manizales, equivalentes 100 viviendas de 100 m2 cada una, se estaría reduciendo entre 12.900.000 l y 13.500.000 l anualmente, igualmente, toda esta cantidad de agua podría no parar directamente en el sistema de alcantarillado, podría ser captada y reutilizada para otros fines, además, se reduce las inversiones locales en alcantarillado. 3.1.2.4 Creación de hábitat Los sistemas de naturalización en la cubierta son una alternativa de solución y contribución con las zonas naturales desplazadas y los hábitats perdidos a causa del crecimiento urbano (Kim, 2004). De cierta manera los techos verdes proporcionan un ecosistema similar (pero de menor escala) a las zonas de conservación ambiental, por consiguiente representa un beneficio social para la ciudad (Bianchini & Hewage, 2012b). Peng & Jim, (2013) enfatizan la importante labor de las cubiertas verdes en la ecología urbana, sin embargo, también resaltan las amplias dificultades existente en su medición, valoración e incentivación. En ejemplo, Manizales no dispone beneficios o estrategias en pro del cuidado del hábitat urbano, en este sentido el valor monetario no aplica. 3.1.2.5 Reducción del efecto de isla de calor urbano (ICU) Como ya se analizó en la revisión del estado del arte sobre ICU, donde se afirma que los techos verdes reducen la temperatura superficial de la ciudad, trayendo ahorro en el consumo por aire acondicionado y refrigeración del edificio.


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Tomando como referencia a Santamouris (2014), quien afirma que los techos verdes implementados a gran escalara reduciría la temperatura ambiental entre 0,3°C y 3°C. Por consiguiente, para el cálculo de la cubierta verde en Manizales el factor de reducción de la ICU no será calculado; (1) La contribución al efecto ICU es muy baja, además que solo estaría presente con su ejecución a gran escala, (2) Manizales no posee temperaturas extremas que beneficie la reducción del consumo de energía por aire acondicionado y calefacción.

4 RESULTADOS Una vez calculado los costos y beneficios de la azotea verde en relación a una unidad por área, se cuantificaron los resultados para obtener en VPN, determinar el tiempo requerido para el retorno de la inversión y análisis de sensibilidad en el modelo de 9 m2, posteriormente comparar los datos con los sistemas tradicionales de cubiertas (SR y TF). Se utiliza una tasa de interés del 5,5 %, según reporte de noviembre del Banco de la Republica, y tasa de inflación de 0,68 % según datos para el mes de octubre del DANE, como se afirmó anteriormente con Kosareo & Ries, (2007) un ciclo de vida de 40 años . Los resultados de las estimaciones de costos y beneficios tanto personales como sociales se muestran en las Tablas 4 y 5. Los valores se consideran conservadores para obtener un supuesto en el caso menos favorable. Tabla 4. Resumen costos y beneficios personales para el techo verde Costos-beneficios ClasificaPesos/m2 Valor por moPeción dulo en Pesos riodo de tiempo Construcción Costo 299.136 2.692.222 Una vez Mantenimiento Costo 2.386 21.478 Anual Valoración del edificio Beneficio Sin definir Reducción de impuestos Beneficio Sin definir Retención y disminución de Beneficio Sin definir aguas pluviales Reducción de la infraestructura Beneficio Sin definir de desagüe Ahorro del consumo de energía Beneficio 42.000 378.000 Una vez y protección térmica Durabilidad Beneficio 35.688 321.200 Una vez Gómez (2015)


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Tabla 5. Resumen costos y beneficios sociales para el techo verde. Costos-beneficios ClasificaPesos/m2 Valor por moPeriodo ción dulo en Pesos de tiempo Contaminación del aire Costo 314,39 2.829,51 Una vez Mejora en la calidad del aire Beneficio 2995,48 26.959,32 Anual Reducción de infraestructura de Beneficio Sin definir alcantarillado Creación de hábitats Beneficio Sin definir Mitigación Efecto isla de calor Beneficio Sin definir urbano Gómez (2015)

4.1 Análisis Costo-Beneficio (ACB) Según los cálculos realizados a partir de la sumatoria de los datos de la Tabla 4, desde el punto de vista personal al aplicarle la reducción de los beneficio, el sistema verde ofrece un costo aproximadamente a lo largo de su ciclo de vida de 317.553 Pesos / m2 y 2.857.984 para el modulo. Igualmente, considerando los valores ofrecidos por la Tabla 5, socialmente se obtienen ganancias alrededor de 120.319 Pesos / m2 y 1.082.876 en total. En un último escenario de cálculo que incluye tanto los costos-beneficios personales y social de la azotea verde, se obtiene cerca de 197.234 Pesos / m2 y 1.775.108 Pesos en el módulo. En la tabla 6 son clasificados los valores obtenidos del análisis costos y beneficios de la cubierta verde y en la Tabla 7 el análisis de costos de los sistemas tradicionales. Tabla 6. Resultado del análisis de costos-beneficio del techo verde a lo largo de su ciclo de vida. Clasificación Pesos / m2 Valor por modulo en Pesos Personales Sociales Personales y sociales Gómez (2015)

Costo Beneficio Costo

317.553 120.319 197.234

2.857.984 1.082.876 1.775.108

Tabla 7. Resultado del análisis de costos de los sistemas convencionales de cubierta. Clasificación Pesos / m2 Valor por modulo en Pesos Teja de Fibrocemento (TF) Sistema Residencial (SR) Gómez (2015)

Costo Costo

35.688 53.244

321.200 479.200


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4.2 Periodo de recuperación El periodo de recuperación se define como el tiempo necesario determinado en recibir el capital inicial invertido. Se contempla como inversión inicial los costos relacionados a la construcción, y el retorno del dinero se establece a partir de las reducciones ofrecidas por los beneficios a lo largo de la vida útil del sistema. Desde el escenario de cálculo de los costos y beneficios personales, la azotea verde a lo largo de los 40 años no alcanza a recuperar la inversión, los únicos beneficios cuantificados (Protección térmica y durabilidad) contribuyen con la reducción del 19,6 % de los costos totales (ver Tabla 4). Desde el segundo escenario (social), los gastos son saldados a los 1,25 meses de instalación del sistema, ya que el único costo social presente es por contaminación del aire en el proceso de fabricación de los polímeros, el cual representa una mínima parte en comparación a la absorción de partículas contaminantes del aire anualmente (ver Tabla 5). En este escenario los beneficios son mucho más altos que los costos, porque los principales costos de las azoteas verdes como la instalación y mantenimiento ya se encuentran contemplados en el primer escenario (personal). En el tercer contexto al igual que en el primero, los beneficios no alcanzan a superar los elevados costos de inversión; sencillamente, en el transcurso de los 40 años de vida útil los beneficios globales cuantificados disminuyen el 50,13 % de los costos totales. Los sistemas tradicionales no disponen de beneficios que justifiquen la reducción de costos de inversión en su ciclo de vida. En análisis para efectos didácticos, si ambos sistemas tradicionales hipotéticamente ofrecieran solamente la misma cuantía de mejora de la calidad del aire que los sistemas verdes, su retorno de inversión máxima se lograría en 11,9 años para TF y 17,7 años para SR.

4.3 Análisis de sensibilidad El análisis de sensibilidad se desarrolla para determinar el costo y beneficio que más influye en el cálculo del VAN, cabe aclarar que se realizó solamente en el tercer escenario contemplando conjuntamente los datos personales y sociales. En orden descendente los costos que más influyen son: Construcción 75,6 %, mantenimiento 24,32 % y contaminación del aire 0,07 % (ver Figura 2).


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30 Figura 4. Análisis de sensibilidad de costos. 100,00% 90,00% 80,00% 70,00% 60,00% 50,00%

40,00% 30,00% 20,00%

10,00% 0,00% Construccion

Mantenimiento

Contaminacion del aire

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En orden descendente los beneficios que más influyen son: Mejora en la calidad del aire 60,8 %, ahorro del consumo de energía y protección térmica 21,17 %, y durabilidad 18,03 % (ver Figura 3).

Figura 5. Análisis de sensibilidad de beneficios. 100,00% 90,00% 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00%

20,00% 10,00% 0,00% Mejora en la calidad del aire

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Ahorro del consumo de energía y protección térmica

Durabilidad


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5 DISCUSION El análisis de los datos permitió visualizar las ventajas y desventajas económicas del uso de las azoteas verdes en un modelo de estudio en específico para Manizales, como se muestra en la Tabla 4 y 5, al situar conjuntamente los valores se observa la barrera actual y las complicaciones para cuantificar los beneficios totales del sistema verde. Se evaluaron tres escenarios de impacto del sistema como se puedo ver en la Tabla 6. El escenario social representa la mayoría de los beneficios, contribuye con el 60,8 % del total de los beneficios y tan solo con el 0,07 % de los costos. No obstante, también se visualiza en la Tabla 6 que los costos de la azotea verde son considerablemente altos, son 49,86 % más elevados que los beneficios a lo largo de su ciclo de vida. Posteriormente se disponen los costos de los sistemas tradicionales (TF y SR), en la Tabla 7 se pueden ver. Estos son en comparación 81, 9 % y 73 % respectivamente más económicos que la cubierta verde. En relación al tiempo de recuperación, los mejores resultados se obtienen en el escenario social, donde se recupera la inversión en 1,25 meses, sin embargo, este valor no puede ser considerado como verídico porque este escenario no dispone de la totalidad de los costos y beneficios del techo verde, en particular los costos de construcción. En cambio el tercer escenario si los contempla, pero el resultado muestra que los beneficios no alcanzan a recuperar la inversión a lo largo de los 40 años. Los principales factores que influyen en el VAN como se ve en la Figura 2 y Figura 3 de forma descendiente son: Costo de construcción, mejora en la calidad del aire, mantenimiento, ahorro del consumo de energía y protección térmica, durabilidad y contaminación del aire. Cabe anotar que los beneficios contemplados pero no cuantificados como valoración del edificio, reducción de impuestos, retención y disminución de aguas pluviales, reducción de la infraestructura de desagüe, reducción de infraestructura de alcantarillado, creación de hábitats, mitigación efecto isla de calor urbano (ICU), son todos factores que ayudan al fomento de tecnologías ecológicamente amigables, que si bien no han representado un impacto de cálculo, realmente significa una mejora en el VAN y en el periodo de recuperación de la inversión. Este trabajo demuestra las ventajas de los beneficios sociales, no obstante, la asignación de un valor monetario con exactitud sigue siendo una brecha a profundizar en las investigaciones futuras. Es importante aclarar que los datos ofrecidos para los beneficios cuantificados son deducidos a partir de probabilidades e investigaciones con condiciones similares y aplicables a Manizales, además, los resultados encontrados se caracterizan por ofrecer información sobre el peor de los escenarios, más no una imagen realista del desempeño de una azotea verde. En prospección los techos verdes desde un punto de vista rentable ofrecerán una opción de selección consistente para Manizales, si bien actualmente el análisis no permitió obtener una base sólida que justifique su adopción sobre los sistemas tradicionales (TF y SR). En un futuro, gracias a que los costos de construcción son el parámetro más influyente en el


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análisis VAN y los más propensos a reducir su cuantía, se podrá obtener cifras más sugestivas que justifique su aplicación. La razón del alto costo del sistema verde local y actual es que muchos de los proveedores de techos verdes como ECOTELHADO (utilizado en el presente trabajo) son distribuidores de los productos verdes importados de otros países, lo que aumenta considerablemente el costo de los materiales. 6 CONCLUSIONES La constante expansión urbana y la reducción de entornos naturales son algunos ejemplos de problemas latentes con el desarrollo de ciudad. Combinado con la actual preocupación de las personas y gobiernos en disminuir estos impactos, se comienzan a conformar pensamientos colectivos de sostenibilidad y generación de nuevas tecnologías alternativas amigables con el medio ambiente. Estas nuevas ideas se rigen principalmente por la rentabilidad económica de inversión, es importante identificar con exactitud un análisis costo-beneficio que permita cuantificar directamente el precio de inversión y su posible retorno de recuperación, todo esto para determinar su factibilidad. Gracias a la participación en el “Semillero de investigación de cubiertas verdes en Manizales”, la indagación de la literatura y la revisión de estudios académicos sobre el tema, se constata en este documento los beneficios más destacados relacionados con la implementación del sistema verde, estos son: mejora en la calidad del aire, capacidad de retención del agua, reducción de la temperatura y consumo de energía, disminución de la isla de calor urbano (ICU), aislamiento acústico, preservación ecológica y creación de hábitats. Estos son traducidos en reducciones económicas y en aportes a la sostenibilidad ambiental. La realización del análisis costo-beneficio (ACB) a lo largo del ciclo de vida y el análisis del valor actual neto (VAN), permite identificar que las azoteas verdes para Manizales aun no representa valores favorables respecto a los sistemas tradicionales (TF y SR), esto debido a la novedad de la tecnología en la región que influye en elevados costos de instalación del sistema verde. No obstante, dependiendo de la perspectiva desde la cual se mire, puede ser más favorable seleccionar el sistema natural, por ejemplo, los amplios beneficios ambientales sobre los sistemas convencionales, el gusto o deseo personal de su construcción, su ventaja de durabilidad y el aumento del precio comercial.


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Análisis costo beneficio de cubiertas verdes  
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