Ingeniería ambiental - James R. Mihelcic

c a p í t u l o /Catorce Entorno urbanístico

James R. Mihelcic, Julie Beth Secciones principales
Zimmerman, Qiong Zhang
En este capítulo, los lectores apren- 14.1 Introducción
derán lo que hace un entorno urba-
nístico y cómo la planificación, el 14.2 Diseño sensible al contexto
diseño, la construcción, la opera-
ción y el mantenimiento y los facto- 14.3 Edificios
res de término de vida relacionados
con el entorno urbanístico afectan a 14.4 Materiales
la sociedad y al medio ambiente.
Se comenta la planificación de 14.5 Término de vida: deconstrucción,
comunidades sustentables, junto demolición, disposición
con los impactos medioambientales
asociados con el uso tradicional de 14.6 Dar el tamaño correcto a las
materiales de ingeniería. Los con- construcciones
ceptos de balance de calor se rela-
cionan con el entendimiento del 14.7 Eficiencia de energía: aislamiento,
diseño apropiado de estructuras efi- infiltración y paredes térmicas
cientes en energía y con el hecho
de minimizar el impacto de la isla de 14.8 Movilidad
calor urbano. Se presentan solucio-
nes para planificar, diseñar y cons- 14.9 Isla de calor urbano
truir un entorno urbanístico más
sustentable. 14.10 Planificación urbana, crecimiento
inteligente y comunidades
626 planificadas

Objetivos de aprendizaje

1. Definir el entorno urbanístico y describir su impacto en los sistemas sociales,
económicos y medioambientales.

2. Aplicar el diseño sensible al contexto al diseño de ingeniería.
3. Relacionar créditos LEED a las prácticas de ingeniería para nuevas

construcciones comerciales y renovaciones principales.
4. Integrar la sustentabilidad en un diseño de edificio, gestión de construcción y

operación y mantenimiento.
5. Describir la magnitud y tipos específicos de flujos de materiales asociados con el

entorno urbanístico y las implicaciones de dichos flujos para el diseño,
planificación y mantenimiento.
6. Calcular la pérdida de calor de edificios a través del forro del edificio y de la
infiltración.
7. Relacionar la pérdida de calor en edificios a grados-días y el factor R de los
materiales de construcción.
8. Determinar la entrada de calor desde solar pasivo y de almacenamiento de calor
con el uso de paredes térmicas.
9. Relacionar características del entorno urbanístico como la geometría de las calles
y los edificios, la ubicación y número de árboles y agua y superficies no
permeables con el esquema de la isla de calor urbano.
10. Utilizar un enfoque de sistemas integrados en el diseño y la evaluación del
entorno urbanístico.
11. Incorporar la accesibilidad y la movilidad en el diseño de un entorno urbanístico
sustentable.
12. Relacionar componentes específicos del entorno urbanístico con los beneficios
sociales, económicos y medioambientales obtenidos por los seres humanos.
13. Relacionar recubrimientos y materiales utilizados en el medioambiente urbano
con los términos en el balance de energía de la isla de calor.
14. Relacionar los principios del crecimiento inteligente con el diseño y construcción
del entorno urbanístico.
15. Diseñar componentes del entorno urbanístico que incorporen factores como la
salud pública, la calidad del agua y el aire, gestión de desperdicios,
biodiversidad, interacción social, justicia ambiental y la preservación de
características culturales e históricas.

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14.1 Introducción Programa de asentamientos
humanos de las Naciones Unidas
El entorno urbanístico es el resultado de la intervención humana en el
mundo físico natural. Es en donde los lugares con características e identi- http://www.unhabitat.org/
dades diferentes son creados, y los medios para mantenerlos funcionales e
independientes son establecidos. Incluye todo lo que sea construido: toda
clase de edificios como casas, tiendas, oficinas, fábricas, escuelas e iglesias,
junto con trabajos de ingeniería como plantas de tratamiento, sistemas de
manejo de aguas pluviales, caminos y carreteras, instalaciones de genera-
ción de energía, caminos para bicicletas, puentes y puertos (adaptado de
Scottish Arquitecture, 2005). Claramente, el entorno urbanístico incluye
estructuras. También se incluye la recreación de hábitats naturales a través
de paisajes. Estos hábitats naturales son típicamente áreas exteriores, las cua-
les incluyen patios, parques, centros de naturaleza, jardines, granjas, hume-
dales, lagos y otros espacios verdes.

La variedad y alcance del entorno urbanístico está organizada en seis
componentes interrelacionados: productos, interiores, estructuras, hume-
dales, ciudades y regiones. La suma de los seis componentes define el
alcance del entorno construido en su totalidad. Para un ejemplo, vea la
figura 14.1.

El diseño de productos para el uso humano puede tener un impacto
significativo en los sistemas naturales. Estos productos constituyen un
componente del entorno urbanístico. Este capítulo se enfoca en los compo-
nentes más grandes del entorno urbanístico que se relacionan con los edi-
ficios y la infraestructura. Esto incluye espacios interiores en donde los
componentes como pintura, tapetes, muebles y los accesorios de luz son
diseñados para crear espacio y atmósfera para la actividad humana.

A medida que las estructuras y los panoramas de tamaños y complejida-
des variadas se agrupan, la escala del entorno urbanístico se incrementa
hacia las comunidades con subdivisiones, vecindarios, distritos, villas, pueblos
y ciudades. El siguiente nivel del entorno urbanístico es las regiones en donde
las ciudades y los paisajes se agrupan y se definen generalmente por las
características comunes políticas, sociales, económicas o medioambientales

INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC Figura 14.1 Ejemplo del entorno
urbanístico: Vancouver, British
c14.indd 627 Columbia El entorno urbanístico
contiene seis componentes interrela-
cionados: productos, interiores, estruc-
turas, paisajes, ciudades y regiones.
Vancouver es la tercera ciudad más
grande de Canadá con una población
de 1 millón de automóviles y más de
2 millones de personas. El área del
metro ocupa más de 2 878 km2.

iStockphoto.

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628 Capítulo 14 Entorno urbanístico

Figura 14.2 Crecimiento del entorno urbanístico en el área metropolitana de Baltimore-
Washington, D.C. durante el siglo pasado

omega.c De la EPA (2001).

ual.alfa om.mx/h Desarrollo de bajo (como cuencas). Éstas se definen como condados, estados, conjuntos mul-

ttp://virt impacto tiestados, países y hasta continentes.
El legado del entorno urbanístico de Estados Unidos ahora incluye 4.6

millones de edificios comerciales y 101.5 millones de casas; 425 000 sitios

industriales abandonados y, 61 000 millas cuadradas de carreteras y estacio-

Discusión en clase namientos (Environmental Building News, 2001; Brown, 2001). El entorno
urbanístico continúa creciendo rápidamente (vea, por ejemplo, la figura 14.2).
Identifique algunos nódulos y El incremento anual en Estados Unidos es de 2.3%, que es 2.65 veces la tasa
corredores en los entornos de crecimiento de población (Environmental Building News, 2001). Y mientras
urbanísticos y naturales de su sólo 2 a 3% del área de tierras de América del Norte es físicamente tocado por
comunidad local. ¿Cuáles son el entorno urbanístico, aproximadamente 60% del área de tierras de América
algunas de las funciones sociales, del Norte está ahora afectado por éste (UNEP, 2002).
económicas y medioambientales
asociadas con cada uno de ellos? El entorno urbanístico presenta muchos retos para los procesos y sistemas
ecológicos naturales. Una manera de considerar esto es pensando en los

patrones del entorno urbanístico como nódulos y corredores. Los nódulos pue-

den considerarse como ciudades, pueblos, villas y áreas comerciales e indus-

triales independientes. Para que las funciones económicas y sociales sean

llevadas a cabo en estos nódulos, deben ser vinculadas mediante corredores

de transportación y de utilidad.

Similarmente, los patrones en el medio ambiente natural también pueden

ser considerados como nódulos y corredores. En este caso, los nódulos son

grandes, bosques selváticos contiguos, praderas, principales áreas de protec-

ción de agua de fuente y de recarga de aguas subterráneas, humedales, arro-

yos y lagos. Para que estas características naturales principales soporten los

procesos naturales y funcionen de una manera ecológica apropiada, también

deben estar conectadas por corredores para el flujo y el transporte del agua,

nutrientes y varias especies de plantas y animales.

A medida que el entorno urbanístico usurpa el medio ambiente natural, el

hábitat se vuelve fragmentado, llevando a la pérdida de biodiversidad y a la

reducción en las capacidades de recarga de agua. El entorno urbanístico se

basa en el ambiente natural para almacenar y asimilar desperdicios, purificar

Ecosistemas y biodiversidad: el agua y proporcionar recursos naturales para la construcción, operación y
mantenimiento. Por ejemplo, la figura 14.3 muestra que preservar los humeda-

el papel de las ciudades les en un entorno urbano puede reducir las cargas de nitrógeno a una vertiente

http://www.unep.org/urban_environment/ urbana. Este nuevo entendimiento de los impactos y la confianza del entorno

ALFAOMEGA INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC

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14.2 Diseño sensible al contexto 629

urbanístico en los sistemas naturales así como en la salud y bienestar humanos
está llevando a un nuevo paradigma en el desarrollo que considera estos facto-
res en adición al diseño para las necesidades y las actividades humanas.

14.2 Diseño sensible al contexto Carga total de contaminantes de nitrógeno4,000
(lb/millas2)
El término diseño sensible al contexto fue inicialmente utilizado en el 2,000
diseño de proyecto de transportación. El movimiento del diseño tradicio-
nal al diseño sensible al contexto comenzó en los años noventa (Consejo 0 5 10 15
Nacional de Investigación, 2005). La Administración de carreteras del Área de humedales
estado de Maryland (1998) ofrece esta definición:
(% de la cuenca urbana)
El diseño sensible al contexto hace preguntas primero acerca de la nece-
sidad y propósito del proyecto de transportación, y luego direcciona equi- Figura 14.3 Impacto de la cantidad
tativamente la seguridad, la movilidad y la preservación de los valores de área de humedales en la carga de
escénicos, estéticos, históricos, ambientales y otros valores comunitarios. nitrógeno hacia la cuenca Los
humedales son un atributo importante
Similarmente, el Departamento de transportación de Minnesota (2007) del entorno urbanístico que necesi-
define el diseño sensible al contexto como “el balance y el avance simultá- tan protegerse para las generaciones
neo de los objetivos de seguridad y movilidad con la preservación y el futuras y actuales. Los proyectos tradi-
mejoramiento de valores estéticos, escénicos, históricos, culturales, ambien- cionales en el entorno urbanístico han
tales y comunitarios en proyectos de transportación”. llenado o alterado adversamente la
hidrología y la biogeoquímica de
Aunque existen diferentes definiciones, el diseño sensible al contexto los humedales. Esta figura muestra
asegura que los proyectos no sólo son funcionales y efectivos en costo, que la cantidad de un área de
sino que, muy importante, también están en armonía con los ambientes humedal en una vertiente urbana
naturales, sociales y culturales. Por lo tanto representa una nueva forma tiene un impacto directo en la masa
de diseñar proyectos y resolver problemas. La tabla 14.1 compara el crite- de nitrógeno cargada a la cuenca.
rio utilizado para el diseño tradicional y sensible al contexto. La carga total de contaminantes
de nitrógeno hacia una cuenca que
Tabla / 14.1 reduce la calidad del agua está directa-
mente relacionada con la pérdida
Criterio utilizado para el diseño tradicional y sensible al contexto de humedales dentro de la cuenca
urbana.
Diseño tradicional Diseño sensible al contexto
De EPA (2001).
Minimiza costos Minimiza costos
Maximiza la capacidad Maximiza la capacidad
Maximiza la seguridad Maximiza la seguridad
Protege elementos históricos
Protege elementos culturales
Protege la unicidad de la comunidad
Maximiza la estética visual
Minimiza los impactos ambientales
Maximiza el beneficio económico
Incorpora valores comunitarios locales
Protege la biodiversidad
Proporciona hábitat para la vida silvestre

FUENTE: Adaptado de McGowen y Johnson, 2007.

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630 Capítulo 14 Entorno urbanístico

Discusión en clase Los criterios que protegen los elementos históricos y culturales mientras
minimizan los impactos ambientales no han sido objetivos primarios para
Piense críticamente sobre el diseño tradicional (aunque podrían haber sido considerados). En el
un proyecto de entorno urba- diseño tradicional, los ingenieros solían pensar en los atributos históricos,
nístico que ha sido construido culturales, sociales y ambientales como una molestia y como algo que había
recientemente en su vecindario, que sobrepasar durante el proceso de permiso. En el diseño sensible al con-
pueblo o región. ¿El contratante niveló texto dichos criterios se tratan como metas primarias y se optimizan junto
toda la vegetación incluyendo los árbo- con el criterio de diseño tradicional. El diseño sensible al contexto reconoce
les que proporcionan sombra, hábitat de esa protección de elementos culturales e históricos, así como espacios abier-
vida silvestre y carácter antes de poner tos o silvestres, tiene beneficios directos e indirectos económicos y sociales
una estructura? ¿La comunidad local para los seres humanos y las comunidades en las que viven.
protestó por la pérdida de atributos
históricos, culturales o ambientales del El diseño sensible al contexto obviamente requiere pensamiento adicional
desarrollo? ¿El desarrollo ha resultado de los pros y los contras entre los criterios enlistados en la tabla 14.1. Sin
en que la comunidad pierda algún sen- embargo, el empleo de principios de diseño sensible al contexto en el desarro-
tido del lugar? Esto es, ¿el proyecto llo e implementación de proyectos proporciona muchos beneficios como una
final se ve como otros proyectos que flexibilidad incrementada en el diseño, aprobaciones agilizadas de proyectos,
usted ha visto en otras regiones del aceptación mejorada por la comunidad de un proyecto final, beneficios econó-
estado o el país? ¿Había conflicto entre micos a largo plazo y relaciones de trabajo más fuertes entre las agencias públi-
la comunidad y el desarrollo? Estos son cas, las comunidades y los ciudadanos. La figura 14.4 identifica algunos de los
indicadores de diseño tradicional. Tal elementos y consideraciones importantes del diseño sensible al contexto.
vez usted pensó en un proyecto que
protegió atributos importantes históri- Los inversionistas comprometidos plantearán cuestiones importantes
cos, culturales y ambientales. ¿Ese pro- que se deben incorporar en las decisiones del diseño. Por ejemplo, el impacto
yecto pareció único y proporcionó un de infraestructura de transportación en la fragmentación del hábitat de la
sentido positivo del lugar? ¿Cuál fue el vida silvestre es una cuestión consistentemente planteada por los inversio-
nivel de conflicto en la comunidad? En nistas debido a que afecta numerosos procesos ecológicos e hidrológicos a
cualquier caso, ¿cuáles son los atribu- través de múltiples escalas espaciales y temporales. La vida silvestre tam-
tos que vale la pena proteger para las bién proporciona muchos beneficios recreacionales y económicos al público.
generaciones actuales y futuras?
Como resultado, la mitigación basada en el ecosistema se propone como una
estrategia para incorporar consideraciones ecológicas en los proyectos de
transportación.

Las estructuras que atraviesan la vida silvestre y las alcantarillas son compo-
nentes comunes de un diseño sensible al contexto que protege la conectividad
del hábitat. Los corredores de la vida silvestre son franjas de tierra natural que
conectan el hábitat silvestre fragmentado (figura 14.5). Éstos ayudan a reducir
los efectos negativos de la fragmentación del hábitat y pueden promover la
diversidad de especies (Damschen et al., 2006), afectando a especies tan varia-
das como mariposas, pájaros, peces, lobos y osos pardos.

• Establezca un propósito balanceado y definido y la necesidad de un proyecto que cumpla con la definición
de sustentabilidad.

• Desarrolle un proceso de decisión
~ Desarrolle un criterio de evaluación socialmente justo y balanceado
~ Defina los principales puntos de decisión

Figura 14.4 Elementos y consideraciones importantes de diseños sensibles al contexto

Adaptado de McGowen y Johnson (2007).

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14.2 Diseño sensible al contexto 631

• Identifique cuestiones y restricciones que necesitan ser direccionadas en el diseño de proyectos
~ Los diseñadores necesitan comunicar los requerimientos (por ejemplo, costo, capacidad, seguridad) e
impactos (por ejemplo, ambientales, culturales, de comunidad, biodiversidad) junto con el propósito y la
necesidad de proyectos

• Involucre a los inversionistas
~ Identifique a todos los inversionistas
~ Forme comités de guías de proyecto que incluyan a inversionistas clave
~ Mantenga ingreso de inversionistas en tiempo y coordinado
~ Escuche a los inversionistas
~ Consigne un enfoque abierto y creativo para resolver problemas
~ Entrene y eduque a los inversionistas

• Involucre al público a través de cada etapa
~ Desarrolle un plan público de involucramiento
~ Conduzca juntas públicas efectivas
~ Tenga una notificación pública efectiva
~ Escuche cuidadosamente al público

• Desarrolle alternativas apropiadas
~ Traiga a expertos técnicos al proceso de decisión
~ Incorpore ingreso público con documentos ambientales
~ Documente decisiones de proyecto
~ Asegúrese que las cuestiones de comunidad son direccionadas en el diseño y sostenidas a través de la
construcción
~ Presente alternativas en formato entendible (por ejemplo, incorpore representación visual)
~ Comprometa a los inversionistas en la identificación de alternativas
~ Identifique oportunidades para mejorar recursos
~ Identifique opciones de mitigación

• Seleccione alternativas
~ Compare alternativas basadas en todos los criterios
~ Ajuste niveles de detalle de análisis dependiendo de cuestiones de importancia
~ Documente decisiones y razonamiento

• Continúe con el diseño sensible al contexto durante la construcción
~ Enseñe al contratista sobre la importancia del diseño sensible al contexto
~ Incorpore diseño sensible al contexto en las especificaciones de construcción
~ Mantenga una comunicación con los inversionistas

• Conduzca una investigación continua para determinar qué es aceptable (por ejemplo, estándares de diseño y
excepciones) y cómo se mide.

Figura 14.4 (Continuación)

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632 Capítulo 14 Entorno urbanístico

Figura 14.5 Uso de corredores de a)
vida silvestre para vincular áreas
ecológicas con el hábitat de vida
silvestre Compare a) la alternativa
de cruce alternativo existente y b) la
alternativa de cruce alternativo para el
Proyecto Interstate 90 Snoqualmie Pass
East, el cual une a Puget Sound con
Washington del Este. Esta área ha sido
reconocida como un corredor de vida
silvestre de norte a sur para animales
en las Cascadas. Advierta cómo el cruce
propuesto proporciona un estrecho de
tierra mucho más amplio para cruce de
vida silvestre terrestre y acuática. Aquí,
los hábitats de la vida silvestre están
conectados en la estructura propuesta,
y a los animales grandes y pequeños se
les permite cruzar bajo la seguridad del
camino.

Adaptado de la Administración Federal de
Carreteras del Departamento de Transportación de
Estados Unidos, “Exemplary Ecosystem Initiatives”,
http://www.fhwa.dot.gov/environment/ecosystems/
wa05.htm

Herramientas de calidad del aire b)
interior para escuelas
14.3 Edificios
http://www.epa.gov/iaq/schools/
El estadounidense promedio ahora gasta más de 85% de su tiempo en inte-
ALFAOMEGA riores. Este hecho, junto con el gran flujo de material requerido para cons-
truir, operar y mantener un edificio, tiene consecuencias importantes para
los ingenieros. En Estados Unidos, los edificios utilizan aproximadamente
un tercio de la energía total, dos tercios de la electricidad y un octavo del agua

INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC

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5 14.3 Edificios 633

2 Figura 14.6 Componentes de un edifi-
3 cio Los seis componentes son 1) los
cimientos, 2) la superestructura, 3) la
4 envoltura exterior, 4) las divisiones
interiores, 5) los sistemas mecánicos y
6) los muebles. Para que los edificios
sean más sustentables, los ingenieros
necesitan enfocarse en la integra-
ción de todos los seis componentes.
También necesitan considerar los
impactos sociales y ambientales a tra-
vés del ciclo de vida total del edificio.

De Rush (1986) con permiso de John Wiley &
Sons, Inc.

6

1

y transforman la tierra que proporciona servicios ecológicos valuables. Los
edificios también justifican 40% de uso global de materia prima (3 miles de
millones de toneladas por año).

La figura 14.6 muestra los seis componentes de un edificio: 1) los cimien-
tos, 2) la superestructura, 3) la envoltura exterior, 4) las divisiones interiores,
5) los sistemas mecánicos y 6) los muebles. Cada uno de estos componentes,
durante cada etapa de un ciclo de vida de un edificio, tiene un impacto
adverso potencial sobre la salud humana, así como cuestiones de uso de
energía, uso de agua, biodiversidad y el uso y liberación de químicos peligro-
sos. Para desarrollar edificios más sustentables (ya sean oficinas, sitios de
fabricación, escuelas u hogares), los ingenieros deben evaluar cuidadosa-
mente los materiales que entran en la manufactura de cada uno de estos
componentes y la forma en que éstos son apropiadamente integrados.

14.3.1 DISEÑO Green Building Council de Estados
Unidos
El Green Building Council de Estados Unidos ha desarrollado un sistema
para certificar profesionales y el diseño, construcción y operación de edificios http://www.usgbc.org
verdes. Este sistema de tasación es referido como Liderazgo en Energía y
Diseño Ambiental (LEED). Los dueños de edificios, profesionales y operado-
res ven ventajas al tener su edificio certificado por LEED. Como ingeniero
(aún como estudiante) puede tomar un examen para convertirse en

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634 Capítulo 14 Entorno urbanístico

ual.alfa om.mx/homega.c profesional acreditado por LEED. No requiere ninguna experiencia pero
requiere que usted estudie y pase un examen escrito.
Construcción LEED
La puntuación de LEED existe para las nuevas construcciones, los edifi-
ttp://virt cios existentes y los interiores comerciales. Actualmente, bajo desarrollo
están los métodos para desarrollos de centro y caparazón, hogares y vecin-
darios. La tabla 14.2 proporciona la puntuación para una certificación LEED
relacionada con nuevos proyectos comerciales o de mayor renovación.

Tabla / 14.2

Créditos LEED asociados con la construcción comercial nueva y renovación principal
Un proyecto puede obtener un máximo de 69 puntos. Existen siete prerequisitos (referidos como Prereq. en la tabla) con
los que los edificios deben cumplir. No se asignan puntos por cumplir los prerequisitos. Los puntos (referidos como
créditos) se obtienen en cinco categorías, las cuales no están balanceadas equitativamente: 1) sitios sustentables,
2) eficiencia del agua; 3) energía y atmósfera; 4) materiales y recursos; 5) calidad ambiental interior y, 6) procesos de
innovación y diseño. La certificación se otorga en cuatro niveles basados en el número de puntos ganados: Certificación,
26-32 puntos; de Plata, 33-38 puntos; de Oro, 39-51 puntos y de Platino, 52-69 puntos.

Sitios sustentables (14 puntos posibles)

Prereq. 1 Prevención de contaminación en la actividad de construcción (requerido)
Crédito 1 Selección del sitio (1 punto)
Crédito 2 Densidad de desarrollo y conectividad con la comunidad (1 punto)
Crédito 3 Redesarrollo de zonas industriales abandonadas (1 punto)
Crédito 4.1 Transportación alternativa, acceso al transporte público (1 punto)
Crédito 4.2 Transportación alternativa, almacenamiento de bicicletas y cuartos de cambio (1 punto)
Crédito 4.3 Transportación alternativa, vehículos de bajas emisiones y eficientes en combustible (1 punto)
Crédito 4.4 Transportación alternativa, capacidad de estacionamiento (1 punto)
Crédito 5.1 Desarrollo del sitio, hábitat protegido o restaurado (1 punto)
Crédito 5.2 Desarrollo del sitio, espacio abierto maximizado (1 punto)
Crédito 6.1 Diseño de agua pluvial, control de cantidad (1 punto)
Crédito 6.2 Diseño de agua pluvial, control de calidad (1 punto)
Crédito 7.1 Efecto de isla de calor, sin techo (1 punto)
Crédito 7.2 Efecto de isla de calor, con techo (1 punto)
Crédito 8 Reducción de contaminación de luz (1 punto)

Eficiencia del agua (5 puntos posibles) (1 punto)
(1 punto)
Crédito 1.1 Paisaje de eficiencia de agua, reducido en 50% (1 punto)
Crédito 1.2 Paisaje de eficiencia de agua, sin uso potable o para irrigación (1 punto)
Crédito 2 Tecnologías innovadoras de agua residual (1 punto)
Crédito 3.1 Reducción del uso de agua, 20% de reducción
Crédito 3.2 Reducción del uso de agua, 30% de reducción (requerido)
(requerido)
Energía y atmósfera (17 puntos posibles) (requerido)
(1–10 puntos)
Prereq. 1 Delegado fundamental de los sistemas de energía del edificio (1–3 puntos)
Prereq. 2 Mínimo desempeño de energía (1 punto)
Prereq. 3 Manejo fundamental de refrigerante
Crédito 1 Desempeño optimizado de energía
Crédito 2 Energía renovable en sitio
Crédito 3 Delegado mejorado

ALFAOMEGA INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC

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14.3 Edificios 635

Tabla / 14.2

(Continuación) Manejo de refrigerante mejorado (1 punto)
Crédito 4 Medición y verificación (1 punto)
Crédito 5 Potencia verde (1 punto)
Crédito 6
(requerido)
Materiales y recursos (13 puntos posibles) (1 punto)
(1 punto)
Prereq. 1 Almacenaje y recolección de reciclables (1 punto)
Crédito 1.1 Reutilización de construcciones, mantenimiento de 75% de las paredes existentes, pisos y techos (1 punto)
Crédito 1.2 Reutilización de construcciones, mantenimiento de 95% de paredes existentes, pisos y techos (1 punto)
Crédito 1.3 Reutilización de construcciones, mantenimiento de 50% de elementos interiores no estructurales (1 punto)
Crédito 2.1 Manejo de desperdicio de construcción, desvío de 50% de la disposición (1 punto)
Crédito 2.2 Manejo de desperdicio de construcción, desvío de 75% de la disposición (1 punto)
Crédito 3.1 Reutilización de materiales, 5% (1 punto)
Crédito 3.2 Reutilización de materiales, 10% (1 punto)
Crédito 4.1 Contenido reciclado, 10% (posconsumidor ϩ 1/2 pre-consumidor) (1 punto)
Crédito 4.2 Contenido reciclado, 20% (posconsumidor ϩ 1/2 pre-consumidor) (1 punto)
Crédito 5.1 Materiales regionales, 10% extraído, procesado y fabricado regionalmente (1 punto)
Crédito 5.2 Materiales regionales, 20% extraído, procesado y fabricado regionalmente
Crédito 6 Materiales rápidamente renovables (requerido)
Crédito 7 Madera certificada (requerido)
(1 punto)
Calidad ambiental interior (15 puntos posibles) (1 punto)
(1 punto)
Prereq. 1 Desempeño IAQ mínimo (1 punto)
Prereq. 2 Control de humo de tabaco ambiental (ETS) (1 punto)
Crédito 1 Monitoreo de administración de aire exterior (1 punto)
Crédito 2 Ventilación aumentada (1 punto)
Crédito 3.1 Plan de manejo de construcción IAQ durante la construcción (1 punto)
Crédito 3.2 Plan de manejo de construcción IAQ antes de ser ocupado (1 punto)
Crédito 4.1 Materiales de baja emisión, adhesivos y selladores (1 punto)
Crédito 4.2 Materiales de baja emisión, pinturas y cubiertas (1 punto)
Crédito 4.3 Materiales de baja emisión, sistema de alfombras (1 punto)
Crédito 4.4 Materiales de baja emisión, madera compuesta y productos de agrofibras (1 punto)
Crédito 5 Control de fuentes de químicos y contaminantes interiores (1 punto)
Crédito 6.1 Controlabilidad de sistemas, luz (1 punto)
Crédito 6.2 Controlabilidad de sistemas, confort térmico
Crédito 7.1 Confort térmico, diseño (1 punto)
Crédito 7.2 Confort térmico, verificación (1 punto)
Crédito 8.1 Luz de día y vistas, 75% de espacios luz de día (1 punto)
Crédito 8.2 Luz de día y vistas, vistas para 90% de espacios (1 punto)
(1 punto)
Proceso de innovación y diseño (5 puntos posibles)

Crédito 1.1 Innovación en el diseño
Crédito 1.2 Innovación en el diseño
Crédito 1.3 Innovación en el diseño
Crédito 1.4 Innovación en el diseño
Crédito 2 Profesional acreditado por LEED

FUENTE: Versión 2.2 del Green Building Council de Estados Unidos.

INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC ALFAOMEGA

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636 Capítulo 14 Entorno urbanístico Advierta que las categorías involucran muchas cosas con las que lidian los
ingenieros. Esto incluye cuestiones como manejo de un sitio, manejo de
ALFAOMEGA agua pluvial y uso de agua y agua residual, especificación de materiales de
construcción, calidad del aire interior y conservación de energía. Cada una
de estas categorías también puede relacionarse con uno de los seis compo-
nentes de construcción ilustrados en la figura 14.6.

14.3.2 CONSTRUCCIÓN

La construcción tradicional de la infraestructura toma una necesidad o
una idea y la transforma a través de un conjunto de pasos lineares en lo
que se convierte un componente del entorno urbanístico. En este pensa-
miento lineal, la construcción es sólo una de las muchas fases requeridas
en un proyecto. Sin embargo, para que el entorno urbanístico se vuelva
sustentable, la fase de construcción debe ser vista como parte de un ciclo
de vida integrado de un proyecto particular. La figura 14.7 muestra cómo
un enfoque no lineal más sustentable se puede integrar en todas las fases
de un proyecto de entorno urbanístico.

Existen tres claves para implementar un proyecto de construcción susten-
table (Vanegas, 2003):

1. Los sistemas de administración y manejo necesitan entender y sopor-
tar el concepto de sustentabilidad para que ninguno de ellos inhiba la
implementación del proyecto.

2. Todos los inversionistas en el proyecto mostrados en la figura 14.7 (por
ejemplo, dueños, operadores, diseñadores, equipo de construcción,
vendedores y proveedores y cualquier parte externa) deben tener una
base común de entendimiento de los principios y conceptos de la sus-
tentabilidad. Estos inversionistas en el proyecto deben operar como
una unidad integrada, y deben usar la sustentabilidad como un criterio
fundamental al tomar decisiones, eligiendo entre varias opciones, o
tomando acciones para el proyecto en cada etapa de su ciclo de vida.

3. Cualquier proceso, práctica o procedimiento de operación mos-
trado en la figura 14.7 que entre dentro de las fases de planifica-
ción, diseño, construcción, adquisición, delegación y todas las fases
de operaciones/mantenimiento deben proporcionar un punto de
entrada para el ingreso formal y explícito de la sustentabilidad.

Como se muestra en la figura 14.7, una fase de adquisición sustentable
pone en paralelo las fases de diseño y construcción. Esta fase proporciona
una interfase con el canal de provisión que finalmente provee a todos los
sistemas, productos, materiales y equipos que un diseño especifica.
Los elementos específicos que se necesitan considerar durante la adquisición
incluyen la eliminación de materiales de construcción peligrosos, reducir o
eliminar empaques, contenido elevado de materiales reciclados, promover la
minimización de desperdicio y minimizar los factores estresantes durante
la etapa de vida de fabricación.

Una fase de construcción sustentable incluye la planificación de construc-
ción, las operaciones de construcción y el comienzo. Los elementos específi-
cos que se deberían considerar en la fase de construcción incluyen minimizar
los disturbios en el sitio, lograr un ambiente interior de alta calidad, reciclar
materiales de construcción junto con el uso de recursos naturales y mantener
la salud y seguridad de los trabajadores de la construcción. La delegación

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14.3 Edificios 637

Partes externas
Equipo de vendedores/proveedores

Equipo del dueño Equipo de diseño Equipo de construcción Equipo de operaciones
(puede incluir usuarios/operadores) (arquitectos/ingenieros) (gerentes/contratistas) (usuarios/operadores)
Guía primario Guía primario
Guía primario Guía primario

Participación activa

Fase de adquisición
de sustentabilidad

Inicio Caracterización Final
y desarrollo,

establecimiento
de metas

Planificación
y fundación
del pre-proyecto

Paquete
de definición
del proyecto

Diseño
esquemático

conceptual
Desarrollo
del diseño
Documentos
de control
Adjudicación
de oferta o
negociación
Planificación
de construcción
Operación de
construcción
Comienzo

Gestión
de operación
y mantenimiento

Decisión
de final de línea

Etapa de delegación

Fase de planificación Fase de diseño Fase de construcción Fase de operación
sustentable sustentable sustentable sustentable

Sistemas de administración y gestión sensibles a la sustentabilidad y tipos de contratos

Figura 14.7 Integración de fases de proyectos e inversionistas Los inversionistas y las fases del
proyecto deben estar integrados y totalmente conscientes de los principios y prácticas sustenta-
bles para asegurar la implementación exitosa de un proyecto de construcción sustentable.

Reimpreso con el permiso de Vanegas (2003). Copyright (2003) American Chemical Society.

inapropiada puede llevar a mayores costos de operación y mantenimiento
debido al uso ineficiente de energía y agua y puede afectar negativamente a
los ocupantes de la construcción (Vanegas, 2003).

14.3.3 OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

Es imperativo que edificios propiamente diseñados y construidos sean ope-
rados y mantenidos para desempeñarse a su máxima eficiencia y efectividad
a lo largo de su ciclo de vida. El desempeño y gestión del ciclo de vida del
entorno urbanístico debe ser optimizado para maximizar el retorno de la
inversión mientras se consideran los impactos de salud, seguridad, funciona-
lidad, durabilidad, económicos, ambientales y sociales.

Las operaciones y el mantenimiento (O&M) son las actividades relacionadas
con el desempeño de las acciones de rutina, preventivas, predictivas, agenda-
das y no agendadas dirigidas a prevenir la falla o el rechazo del equipo con la
meta de incrementar la eficiencia, la confiabilidad y la seguridad. La O&M se

INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC ALFAOMEGA

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638 Capítulo 14 Entorno urbanístico

Edificios verdes tasa a partir del funcionamiento confiable de los sistemas internos como el
alumbramiento, calentamiento y enfriamiento, y los sistemas de provisión/
http://www.epa.gov/greenbuilding/ regreso de agua y aire para la limpieza, reparación y el reamueblamiento
de varios componentes. De conformidad, aquellos responsables de la O&M
se deben incluir durante la etapa de diseño y el usuario final también se
debe considerar cuando se establecen mejores prácticas. La tabla 14.3 iden-
tifica algunos elementos específicos de una operación efectiva y programa
de mantenimiento.

Tabla / 14.3

Elementos de un programa efectivo de operación y mantenimiento (O&M) de edificios

Elemento de programa efectivo
de operación y mantenimiento

Sistemas y equipo de El consumo y conservación de energía para cumplir con las demandas de HVAC está pesada-
calentamiento, ventilación y mente atado a la O&M. Un arreglo complejo de equipo debe funcionar con desempeño pico. El
enfriamiento (HVAC) diseño debe proporcionar fácil acceso para el mantenimiento y la reparación.

Sistemas y equipo de calidad de Los sistemas de ventilación y distribución de aire se deben mantener y revisar con frecuencia para
aire interior su desempeño óptimo. La mala calidad del aire interior reduce la productividad, puede provocar
enfermedades y ser una responsabilidad financiera. La coordinación entre los sistemas de distri-
bución de aire y los esquemas de mueblería es especialmente importante. El aire fresco debe pro-
porcionarse en donde la gente aprende y trabaja. Inspección regular para contaminantes biológi-
cos y químicos.

Equipos y productos La utilización de productos y equipos de limpieza no tóxicos y degradables reduce las emisioes y
de limpieza los costos de la O&M, y mejora la calidad del aire de interiores y la productividad de los ocupan-
tes. Seleccione materiales que requieran de poca a nada de limpieza o limpiadores menos peligro-
Materiales sos. Los requisitos para los contratos de limpieza pueden ser hechos dentro de un programa de
“compra preferentemente ambiental” en donde existe una política para escoger productos y servi-
cios que reducen los efectos adversos.

Las opciones deben reflejar la química y la ingeniería verdes. Los materiales seleccionados para
interiores (cubierta de piso, muebles, pinturas y telas) se deben evaluar no sólo por sus impactos
durante la fabricación y el término de su vida sino también por los requerimientos de la O&M. Lo
mismo aplica para los materiales (selladores, empaquetaduras y aislamiento) que entran en la
superestructura de un edificio y en el forro exterior.

Accesorios y sistemas de agua Las inspecciones de rutina y el programa de mantenimiento deben verificar que los accesorios y
los sistemas estén funcionando efectivamente y al mismo tiempo asegurar que las fugas y los
componentes sean rápidamente reparados.

Aguas negras Pueden ser atrapadas y reutilizadas para descargar los sanitarios y para irrigación. La reducción o
Sistemas de desperdicios eliminación de consumo de agua potable para las aplicaciones no potables reduce las descargas a
las instalaciones de tratamiento de aguas residuales y reduce el uso de energía y químicos para el
tratamiento. Los procedimientos de la O&M deben asegurar que las fugas sean direccionadas y los
sistemas sean separados de los sistemas de aguas negras. Los sistemas de recopilación de aguas
pluviales tienen componentes para la captura, almacenaje y administración. Los sistemas de cap-
tura requieren pantallas y filtros; el mantenimiento de sistemas de administración depende de si el
sistema es alimentado a través de bombeo o gravedad.

El reciclaje requiere consideración de espacio para clasificar materiales, itinerarios para recolectar y
vaciar los contenedores y métodos para mejorar el cumplimiento. Los sistemas de composta deben
asegurar que los volúmenes calculados puedan ser acomodados y mantenidos en términos de rotar
(aerear) el material, asegurando la proporción C:N correcta, y con el vaciado y uso de los productos
finales de la composta de una manera tal que minimice los olores.

ALFAOMEGA INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC

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Tabla / 14.3 14.4 Materiales 639

(Continuación) El uso de plantaciones nativas puede reducir los requerimientos y costos de paisajes. Después
Mantenimiento del paisaje de que se establece la vegetación natural, generalmente no existe necesidad de agua, fertilizantes
Comunicación y pesticidas. El manejo de pestes integrado puede reducir la necesidad de químicos peligrosos y
pesticidas.
FUENTE: Haasl, 1999.
Instalar un sistema de retroalimentación de desempeño de edificios que reporta continuamente
el consumo y la generación de energía y agua. Esta información permitirá la rápida respuesta a
cuestiones como fugas o corto circuitos. Utilice información para informar a los ocupantes cómo
su comportamiento (como dejar las luces o computadoras encendidas o las ventanas abiertas)
afecta el desempeño del edificio en términos de su impacto ambiental. Los estudios muestran
que cuando se entrega información en tiempo real a través de kioscos, despliegue de pantallas o
herramientas activadas en la web, los ocupantes modificarán su comportamiento para
maximizar el desempeño ambiental del edificio.

14.4 Materiales Discusión en clase

Las poblaciones urbanas requieren grandes ingresos de material para soste- ¿Cuáles son las consecuen-
ner la salud, la economía y la infraestructura. Una de las características más cias económicas, sociales y
prominentes del entorno urbanístico es el gran flujo de materiales y la energía ambientales (por ejemplo, emi-
que fluye a través de éste. Este flujo de materiales es superado por la cantidad siones de CO2, pérdida de biodiver-
de energía, agua y aire que fluye a través de sistemas urbanos cada año. sidad, calidad del agua, calidad del
aire) asociadas con la explotación
Las ciudades también producen grandes salidas que frecuentemente han de agregados que terminan por ser
sido descartadas de vuelta hacia el ambiente natural a niveles más allá de la incorporados en las bases y las
capacidad asimilatoria del ambiente que las rodea. Si estas entradas y salidas estructuras que hacen el entorno
no son balanceadas sustentablemente, se pueden acumular grandes existen- urbanístico? En términos de flujo de
cias de material, creando problemas de desperdicio potenciales para las futu- materiales, ¿ve usted algunas ventajas
ras generaciones. El entendimiento de estos flujos y acumulaciones y cómo para redesarrollar las instalaciones
pueden ser relacionados una vez mas con la práctica de ingeniería y la política industriales abandonadas (comenta-
es vital si la sociedad espera mejorar la eficiencia de materiales y energía. das en el capítulo 6) en vez de desa-
rrollar sitios de campo verdes?
14.4.1 AGREGADOS, LIBERACIONES TÓXICAS, CEMENTO,
ACERO Y VIDRIADO Base de datos de inventario de
liberación de tóxicos
AGREGADOS En el capítulo 1 se presentó una figura que mostraba
http://www.epa.gov/tri/
el flujo de materias primas en Estados Unidos. La examinación cuidadosa
de esta figura muestra que el flujo más grande de materiales (basado en el
peso) se asoció con los agregados (por ejemplo, la piedra triturada, la arena
y la grava) y ahora se está acercando a las 3 500 toneladas métricas por año.
El uso de este material se está elevando exponencialmente. Los agregados
son minados en miles de sitios locales y regionales ubicados a través del
mundo.

LIBERACIONES QUÍMICAS TÓXICAS Otra consecuencia ambien-

tal del uso de materiales es la liberación al ambiente de materiales tóxicos
que están asociados con el flujo de materiales particulares. La tabla 14.4

INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC ALFAOMEGA

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640 Capítulo 14 Entorno urbanístico

Tabla / 14.4

Emisiones químicas tóxicas totales asociadas con varios sectores industriales que soportan el
entorno urbanístico Las opciones de disposición de tierra no se incluyen. (Para más detalles, vea www.epa.gov/tri)

Emisiones tóxicas medidas por el Inventario de Liberaciones Tóxicas de 2005

Sector industrial Emisiones Emisiones de Descargas de agua Disposición total en
fugitivas de aire de fuente superficial (lb) sitio y fuera de sitio
Explotación de metal aire (lb) puntual (lb) u otras liberaciones (lb)
Textiles
Madera 1 496 557 1 981 519 507 435 1 168 724 053
Químicos
Plásticos 277 091 2 821 528 324 339 4 300 153
Piedra/arcilla/vidrio/cemento
Metales primarios 2 719 680 24 815 519 13 595 28 759 409
Equipo de transportación
Servicios de electricidad 56 644 546 144 953 426 42 424 07 531 452 586
Total
11 565 687 46 967 194 186 761 69 330 423

1 497 409 38 631 169 2 361 601 53 597 996

11 983 420 36 104 985 44 039 957 479 223 010

12 149 617 44 711 942 376 157 68 563 912

536 449 714 140 450 2 866 907 1 091 049 701

195 896 686 1 315 793 746 240 246 101 4 339 463 751

Aire (insuflado muestra la gran masa de liberaciones químicas tóxicas que ocurre con los
y atrapado) 5% sectores industriales asociados con la construcción y operación del entorno
urbanístico.
Cemento
10% CEMENTO El concreto es una mezcla de cemento, agregados finos (arena),

Agua agregados gruesos (por ejemplo, grava), agua y aire. La figura 14.8 mues-
15% tra una composición típica de concreto. Advierta que los agregados llevan
hasta 70% de la masa del concreto, y el cemento lleva hasta 10% de la masa
Agregado Agregado total. El agregado sirve primariamente como un rellenador barato e inerte.
grueso fino
45% 25% El cemento Portland es el agente de unión en el concreto. Se produce de
la clinquerización (temperaturas de calientes a altas) de fuentes de calcio
Figura 14.8 Composición típica de (carbonato de calcio, conchas) y silicio (arcilla, esquisto) en un horno. El
concreto (por masa) El flujo más clinker final es puesto en tierra con una fuente de sulfato soluble (yeso)
grande de materiales (por peso) en la para formar el polvo gris familiar.
economía se asocia con los agregados
(por ejemplo, piedra triturada, arena y La producción del cemento Portland es un contribuyente principal para
grava). La producción de cemento y el la producción mundial de CO2. Las 1.45 mil millones de toneladas métricas
uso de agua son otros grandes flujos de producción global de cemento justifican 2% del uso de energía principal
de materiales en Estados Unidos y las global y 5% de emisiones antropogénicas (derivados de humano) de CO2.
economías globales. En promedio, fabricar 1 kg de cemento produce 1 kg de CO2.

En la zona de calcinación de un horno de cemento, la siguiente reacción
tiene lugar entre los 700 °C y los 900 °C:

CaCO3 (carbonato de calcio) + calor q CaO (óxido de calcio) + CO2 (gas)
(14.1)

ALFAOMEGA INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC

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A medida que la temperatura aumenta, el óxido de calcio (CaO), el sílice 14.4 Materiales 641
(SiO2), la alúmina (Al2O3) y el óxido ferroso (Fe2O3) entran a una zona de sin-
terización o de quemado (entre los 1200 °C y los 1450 °C), en donde tienen ALFAOMEGA
lugar otras reacciones diversas (y que no se comentan aquí). 9/1/11 4:21:42 PM

La reacción de calcinación mostrada en la ecuación 14.1 justifica aproxi-
madamente 0.51 toneladas de la producción de CO2 por tonelada de clinker
fabricado. Las emisiones de CO2 asociadas con la energía utilizada para
calentar el horno justifican aproximadamente 0.47 toneladas de CO2 por
tonelada de fabricación de clinker (van Oss y Padovani, 2003).

Algunos subproductos industriales como las cenizas volantes y la escoria
de altos hornos tienen propiedades puzolánicas y se pueden sustituir por
hasta 25% de cemento. Las puzolanas son materiales de cementación que
complementan el cemento Portland en la mezcla de concreto. Durante la
hidratación de cemento Portland las puzolanas reaccionan químicamente
con el hidróxido de calcio (Ca(OH)2) para formar hidratos de silicato de cal-
cio (CSH). Los CSH son los aglutinantes fuertes que endurecen el concreto.
Las puzolanas de ocurrencia natural como las cenizas de cáscara de arroz, la
tierra de diatomeas y la ceniza volcánica son también una opción, pero no
son tan frecuentemente utilizadas.

ACERO REFORZADO El concreto es reforzado cuando se usa en aplica-

ciones estructurales o en donde no se puede tolerar el agrietamiento. La barra
de reforzamiento de acero es referida como barra de refuerzo. El engranaje de
acero se puede utilizar como un refuerzo en contra de las grietas por la tem-
peratura y el encogimiento en las losas de concreto. Como se indica en la tabla
14.4, en el 2005 la masa total de emisiones tóxicas al aire, la tierra y el agua por
la producción primaria del metal excedió los 479 millones de libras.

VIDRIADO El vidriado se utiliza en los recolectores solares para atrapar

el calor asociado con la radiación solar entrante. Es un componente muy
importante de las ventanas, los calentadores solares de agua caliente, inver-
naderos y otras tecnologías que incorporan el calentamiento solar pasivo.
Los materiales utilizados para el vidriado incluyen vidrio, acrílicos, poli-
carbonatos y polietileno. Como se muestra en la figura 14.9, los materiales
de vidriado funcionan similarmente a los gases de invernadero que atrapan
la radiación solar y llevan al cambio climático.

14.4.2 ANÁLISIS DEL FLUJO DE MATERIALES

Un análisis del flujo de materiales (MFA) mide los flujos de material en un
sistema, las reservas y los flujos dentro de éste y las salidas del sistema. En este
caso, las mediciones se basan en las cargas de masa (o volumen) en lugar de
las concentraciones. El análisis del flujo de materiales urbanos (algunas veces refe-
rido como el estudio del metabolismo urbano) es un método para cuantificar
el flujo de materiales que entran en un área urbana (por ejemplo, agua, comida
y combustible) y el flujo de materiales que salen de un área urbana (por ejem-
plo, bienes manufacturados, agua y contaminantes del aire incluyendo los
gases de invernadero y desperdicios sólidos).

Los estudios de metabolismo urbano son importantes porque los planifica-
dores e ingenieros los pueden utilizar para reconocer problemas y el cre-
cimiento destructivo, establecer prioridades y formular políticas. Por ejem-
plo, un análisis del flujo de materiales desarrollado durante diez años en la
cantidad de agua fresca que entra y sale del área más grande de Toronto
arrojó que las entradas de agua habían crecido 20% más que las salidas. Las

INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC

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642 Capítulo 14 Entorno urbanístico La radiación de onda corta
pasa a través del vidriado
Figura 14.9 Función de los materiales y es absorbida por las superficies
de vidriado El vidriado permite que la
radiación de onda corta del sol pase a Vidriado
través del vidriado. Aquí, la radiación
de onda corta es entonces absorbida La radiación
por las superficies. Los materiales de de onda larga
agua y mampostería son excelentes reflejada no puede
recolectores de energía solar. Alguna pasar a través
radiación de onda larga es emitida del vidriado
desde estas superficies. La radiación de
onda larga no puede pasar fácilmente
a través del material de vidriado, así es
que el recolector se calienta.

posibles explicaciones podrían ser los sistemas de distribución de agua con
fugas, eventos combinados de sobreflujo de alcantarillas y el uso ascendente
de agua para el cuidado de céspedes, todo lo cual permitiría que el agua
ingresada bordeara el monitoreo de salida. El análisis también apuntó
hacia la necesidad de mayor conservación de agua de desarrollo debido a una
disponibilidad fija (o capacidad de almacenamiento) de agua fresca.

Recuadro / 14.1 Estudio de metabolismo urbano en Hong Kong

La figura 14.10 muestra los resultados de un análisis del flujo (como el NOx y el CO) ascendieron. La disposición de tierra de
de materiales desempeñado en la ciudad de Hong Kong en desperdicio sólido se elevó 245%, creando un dilema para la
1997. Aquí, 69% de los materiales de construcción fueron uti- ciudad limitada de espacio. Aunque una gran porción de este
lizados para propósitos habitacionales, 12% para infraestruc- desperdicio es construcción, demolición y recuperación de
tura comercial, 18% de infraestructura industrial y 2% para la residuos, el desperdicio sólido municipal también aumentó
infraestructura de transporte. También, una medición de 3.5% 80% con los plásticos, restos de comida y el papel contribu-
elevada en el uso de los materiales durante el periodo de 20 yendo en la mayoría al desperdicio municipal.
años indicó que Hong Kong aún estaba desarrollándose hacia
un sistema urbano. Aunque la tasa global de crecimiento para el uso de agua
decreció durante el estudio (10 a 2%) de las reducciones en el
Durante el periodo de estudio, la economía de la ciudad uso agrícola e industrial, el consumo de agua fresca per cápita
cambió de centro de manufactura a basado en el servicio. Esto ascendió de 272 a 379 L/día. El agua es una de las principales
resultó en un cambio de energía de 10% del sector industrial bajadas de desperdicio para la ciudad debido a su gran volu-
al sector comercial, aún se alzaba el consumo de energía. El men de alcantarillas no tratadas. Las cargas de BOD aumenta-
gran incremento en el uso de energía se atribuyó a los incre- ron 56%. Las descargas de nitrógeno también aumentaron
mentos en el confort y conveniencia habitacional/ocupacio- sustancialmente. La contaminación de alcantarillas en las
nal. La tasa de uso de materiales consumibles también se elevó aguas de Hong Kong es ahora considerada como una crisis
durante el periodo de estudio, los plásticos se incrementaban principal para la ciudad, teniendo grandes efectos dañinos
de hecho 400%. ambientales, económicos y de salud.

Las emisiones de aire globales en Hong Kong decrecieron; Una conclusión es que, en su tasa urbana metabólica actual,
sin embargo, los contaminantes del aire asociados con el uso Hong Kong está excediendo su propia tasa de producción
de vehículos de motor y la producción de combustible fósil natural y de fijación de CO2. El consumo de materiales y

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14.4 Materiales 643

Recuadro / 14.1 Continuación a que los inventarios más bajos de materiales en la estruc-
tura de los edificios y la transportación tiene menor uso
energía en la ciudad sobrepasan grandemente la capacidad de energía y materiales (consumo doméstico) y mayores
natural de asimilación del ecosistema local. Las tasas altas proporciones de espacio dedicado a parques y espacios
de metabolismo urbano muestran que, en relación con abiertos.
otras ciudades, Hong Kong es más eficiente (en una base
per cápita) en el uso de tierra, energía y materiales debido

Exportación: Exportación:
Vidrio
CO SO2 NO2 HC Pb TSPS Plástico 348 Papel 8 956
Madera 14 387
296 269 364 107 0.05 35 Hierro y acero Cemento 2 059
7 001
11 749 Líquido 24 838

Combustibles sólidos 12

Alimento humano 10 005

Agua fresca Carga entrante 322 392 Carga saliente 186 910
2 501 370 Gente saliente 14 500
Gente entrante 144 601

Agua residual 2 000 000

BOD5 560

Combustibles Combustibles Materiales: Desperdicio doméstico
líquidos sólidos sólido:

17 187 16 668 Vidrio 363 Vidrio 240
Hierro y acero 7 240 Madera 100
Alimento humano 12 101 Cemento 9 822 Hierro y acero 240
Madera 2 095 Papel 1 740
Alimento animal 494 Plásticos 3 390 Alimento 2 050
Papel 2 768 Plásticos 1 160
Otros 1 230

Figura 14.10 Flujos de materiales importantes dentro y a través de la ciudad de Hong Kong Todas las unidades están
en toneladas por día. Las flechas pretenden dar alguna indicación de la dirección del flujo de materiales.

Adaptado de Ecological Economics, Vol. 39, K. Warren-Rhodes y A. Koenig, “Ecosystem Appropriation by Hong Kong and Its Implications for Sustainable
Development.” 347–359 (2001), con permiso de Elsevier.

14.4.3 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN TRADICIONALES

Un cambio a los materiales de construcción tradicionales podría tener implicacio-
nes revolucionarias para la industria de la construcción, reduciendo signifi-
cativamente los impactos ambientales asociados con materiales de fabricación
y de transportación, la energía contenida asociada con materiales convenciona-
les, el consumo de recursos de energía durante el uso de edificios y la disposi-
ción de restos durante la construcción y después de la demolición.

INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC ALFAOMEGA

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644 Capítulo 14 Entorno urbanístico

© Steven Allan/iStockphoto. En la sección 14.7 se comentarán las propiedades de transferencia de calor
del agua que la hacen un material ventajoso para la construcción de algunas
Discusión en clase paredes térmicas. Otro material natural no comúnmente incorporado en los
edificios es la tierra. Cada construcción toma muchas formas, incluyendo
¿Cuáles son los costos adobe y tierra apisonada. El adobe ha sido utilizado en todo el mundo en
ambientales asociados con las diversas regiones y climas ya que es fuerte, costeable, fácil de manejar y regula
etapas de vida específicas de bien la temperatura. Otros beneficios del uso del adobe son el almacenamiento
materiales de construcción desde la térmico, llevando a costos de energía reducidos, bajos niveles de transmisión
fabricación hasta la construcción? de sonido, disponibilidad de materiales y protección al fuego.
Obviamente, existen también grandes
cantidades de energía y agua envuelta Las paredes de tierra apisonada se forman en el lugar al macerar el suelo
asociada con estos materiales. húmedo hacia marcos móviles, reutilizables, con pisones neumáticos manua-
les o de motor. Las paredes de tierra apisonada son típicamente de 18 a 36
Discusión en clase pulgadas de grosor y tienen excelentes propiedades térmicas. Las paredes
virtualmente libres de mantenimiento no requieren ningún sellador de ener-
En el capítulo 7 se comentó por gía intensivo o tóxico, yesos de cemento, pinturas, planchas de yeso o reves-
qué la disposición es la opción timiento de ladrillos. La tierra apisonada tiene potencial aún en climas fríos y
menos preferida de un sistema de húmedos. Sin embargo, muchos códigos de construcción en Estados Unidos
manejo de desperdicios así como la requieren la adición de agentes estabilizadores (de 5 a 10% de cemento
necesidad de detenerse a pensar en el tér- Portland) para las paredes de tierra apisonada, incrementando los materiales
mino desperdicio en el mismo sentido de y la energía así como los costos de trabajo.
disposición, pensando en éste en su lugar
como una entrada para otro proceso. Si La construcción de embalajes de paja utiliza paja embalada de trigo, avena,
tantos usos están identificados para utili- cebada, centeno y arroz en las paredes cubiertas por estuco. En la cons-
zar restos de construcción y demolición, trucción de embalaje de paja de rodaje bajo, los embalajes son apilados y
¿por qué la sociedad está disponiendo de reforzados para proporcionar paredes estructurales que carguen la carga
tanto material de desperdicio? El incre- del techo. Con la construcción de embalaje de paja de relleno, un marco
mentar el reuso y el reciclaje de los mate- estructural de madera, metal o de albañilería soporta el techo y los emba-
riales de construcción y demolición es lajes son apilados para proporcionar paredes aislantes no estructurales.
claramente un requisito si el entorno Con cualquier alternativa, las paredes de embalajes son enyesadas o estuca-
urbanístico se volverá más sustentable. das en el interior y en el exterior.
¿Cómo está el ciclo de vida pensando en
una forma de seguir hacia delante? 14.5 Término de vida: deconstrucción,

demolición, disposición

La mayoría de los materiales que se utilizan para crear el entorno urbanístico
entran a un basurero al término de su vida útil. Esto justifica 10 a 30% de
material de basurero (basado en masas) en Estados Unidos, Europa y Australia.
La figura 14.11a muestra que en California los materiales de construcción y
demolición justifican casi 22% de la corriente global de desperdicio. La figura
14.11b muestra la composición de esta corriente de desperdicio de construc-
ción y demolición. Advierta la gran cantidad de madera, concreto, techos de
asfalto y paredes de yeso que hacen la corriente de desperdicio de construc-
ción y demolición.

Muchos materiales de construcción y demolición pueden reutilizarse y
reciclarse, prolongando así la provisión de recursos naturales y maximizando
los ahorros económicos (tabla 14.5). Desafortunadamente, sólo 20 a 30% de
desperdicio de construcción relacionado con edificios y demolición es actual-
mente reciclado en Estados Unidos (Horvath, 2004).

El concepto de producción de retorno ha sido exitosamente aplicado a
muchos productos de consumo, aunque aún no es comúnmente considerado
como un concepto que aplique al entorno urbanístico. La figura 14.12 mues-
tra cómo la producción de retorno se puede aplicar al entorno urbanístico.
Aquí la producción de retorno abarca el desmontaje, reciclaje, reutilización,

ALFAOMEGA INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC

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14.5 Término de vida: deconstrucción, demolición, disposición 645

a) Desperdicio Residuo
especial mezclado
Desperdicio 5.1%
doméstico 1.1%
peligroso
Papel
0.2% 21.0%

Orgánica Vidrio
30.2% 2.3%

Metal
7.7%

Electrónicos
1.2%

Construcción Plástico
y demolición 9.5%

21.7% Concreto
11.1%
b) Pavimentación de asfalto
Remanente/ 0.1%
compuesto
C&D Techo de asfalto
16.6% 8.8%

Piedra, arena
y refinados
11.2%

Tabla de yeso Madera
7.7% 44.4%

Figura 14.11 Composición de la corriente de desperdicio de California: porcentaje por masa a) Tipos de materiales
encontrados en la corriente de desperdicio global de California (basado en masas) que fueron dispuestos en el 2003.
Advierta que los materiales de construcción y demolición hacen aproximadamente 22% de la corriente de desperdi-
cio. b) porcentaje de materiales en el desperdicio de construcción y demolición de California (basado en masas). El metal
remantente/compuesto incluye artículos como tejas, inodoros, y aislamiento de fibra de vidrio.

Datos de Cascadia Consulting Group, Inc. (2004).

INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC ALFAOMEGA

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646 Capítulo 14 Entorno urbanístico

Tabla / 14.5

Usos potenciales para los materiales de construcción y demolición

Material Usos potenciales

Madera Reutilización. Trizar para combustible, camas de animales, capote, productos de
construcción fabricados, composta.

Ladrillos Reutilización. Triturar para hacer agregados.

Asfalto Reincorporar en nuevos pavimentos de asfaltos o afirmados de carretera.

Concreto Triturar para hacer el material base para carreteras, cimentaciones, relleno y otras
aplicaciones de agregados en el asfalto o el concreto.

Placas de yeso Utilizar el yeso como modificación de arena. Reincorporar a la placa de yeso.

Techos Reciclar los guijarros de asfalto en el pavimento de asfalto. Reutilizar las tejas de barro.

Metal Utilizar fragmentos de metal como carga de alimentación.

Plástico Reciclar en madera de plástico, barreras de carreteras, conos de tráfico.

FUENTE: Horvath, 2004. Adaptado con el permiso de Annual Review of Environment and Resources, volumen 29,
Derechos Reservados (2004) por Annual Reviews.

Dominio del Extracción
entorno urbanístico de recursos
naturales

Procesamiento
hacia materiales
y componentes

Caso especial Procedimiento Residuos
de reubicación de ensamblaje utilizados como
entrada para otro(s)
Desmontaje Edificio procesos(s)
o estructura Residuos
utilizados como
Demolición entrada para otro(s)
proceso(s)
Clasificación
Residuos
Figura 14.12 Diseño para vida del Componentes Materiales utilizados como
producto que muestra una etapa para reutilización para reciclaje entrada para otro(s)
de producción de retroceso En la pro- proceso(s)
ducción de retroceso, la estructura del Reacondicionamiento
entorno urbanístico es desmontada, y
reacondiconada y remanufacturada
en un componente útil del entorno remanufactura
urbanístico.

Adaptado de Crowther (1999) con permiso del
autor.

ALFAOMEGA INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC

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14.6 Dar el tamaño correcto a las construcciones 647

reacondicionamiento y remanufactura. Para que tenga éxito, la producción
de retorno necesita considerarse en las primeras etapas de la fase de diseño.

14.6 Dar el tamaño correcto a las construcciones Formas de ahorrar energía

14.6.1 USO DE MATERIALES EN UNA CASA http://www.energysavers.gov/

Como muestra la tabla 14.6, mientras que el tamaño promedio de los hogares
en Estados Unidos se redujo de 3.67 miembros en 1940 a 2.62 en el 2002, el
tamaño promedio de hogares aumentó de 1 100 a 2 340 pies cuadrados.
El tamaño aumentado de asentamientos habitacionales tiene grandes implica-
ciones para el flujo de materiales regionales y globales, junto con el uso
de materiales y producción de contaminación durante la vida de la casa. En
términos de construcción habitacional, la tabla 14.7 enlista los materiales utili-
zados para construir una casa estadounidense de 2 082 pies cuadrados. Aún
los aparatos que se promocionan como más eficientes de energía están consu-
miendo más y más energía, debido a su tamaño más grande (piense en el
tamaño de la televisión).

14.6.2 EFICIENCIA DE ENERGÍA Y DAR
EL TAMAÑO CORRECTO

Previamente, la figura 14.6 mostró que un componente de un edificio es la
cobertura exterior. La eficiencia de energía de la cobertura del edificio es
una función del tamaño del edificio, qué tan bien aislada está la estructura,
qué tan hermética es la estructura y cómo el área vidriada del edificio (por
ejemplo, sus ventanas) está orientada para tomar ventaja de la ganancia de
calentamiento solar.

El dar el tamaño correcto a las construcciones habitacionales, comerciales e
institucionales es una herramienta de diseño principal para ahorrar materiales y
producir menos contaminación durante todas las etapas del ciclo de vida de la
construcción. Como ejemplo, en un estudio reciente, distintos escenarios de ais-
lamiento de energía se aplicaron a casas de 1 500 y 3 000 pies cuadrados ubicadas
en dos ciudades estadounidenses con diferentes climas (Boston y San Luis). La
tabla 14.8 compara los requerimientos de energía de calentamiento y de enfria-
miento asociados con cada construcción. También se compara la anterior casa
del autor líder de este libro, ubicada en la Península Superior de Michigan.

Tabla / 14.6

Antes y después: tamaño creciente del hogar estadounidense

Antes Después

Número promedio 3.67 en 1940 2.62 en 2002
de ocupantes
Tamaño promedio 100 m2 (1 100 pies2) en los 217 m2 (2 340 pies2)
de la casa años cuarenta y cincuenta en 2002
Cochera
El 48% de los hogares de una El 82% de los hogares tenían
Aire acondicionado
familia tenía una cochera una cochera para 2 o más

para 2 o más autos en 1967. autos en 2002.

El 46% de los nuevos hogares El 87% de los nuevos

tenían aire acondicionado hogares tenían aire

central en 1975. acondicionado en 2002.

INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC ALFAOMEGA

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648 Capítulo 14 Entorno urbanístico

Tabla / 14.7

Materiales utilizados para construir una casa de 2 082 pies2 (193 m2) en Estados Unidos Las casas
más grandes se consideran por consumir más materiales en una base de pies cuadrados ya que tienden a tener
techos más largos y más características.

Componente Cantidad Componente Cantidad
Puertas de cochera 2
Moldura de madera 32.7 m2 Chimenea 1
Laminado 1 073 m2 Inodoros 3
Concreto 15.35 toneladas Tuberías de baño 2
Revestimiento exterior 280 m2 Cabina de ducha 1
Techo 264 m2 Lavabos 3
Aislamiento 284 m2 Fregaderos 1
Materiales de pared interior 516 m2
Pisos (azulejos, madera, Hornilla 1
alfombras, piso resiliente) 193 m2 Refrigerador 1
Conductos 69 m Lavaplatos 1
Ventanas 18 Unidad de disposición 1
Gabinetes 18 Campana de extracción 1
Puertas interiores 12 Lavadora de ropa 1
Puertas de clóset 6 Secadora de ropa 1
Puertas exteriores 3
Puerta de patio 1

FUENTE: De Wilson y Boehland, Journal of Industrial Ecology, MIT Press Journals, derechos reservados (2005).

ALFAOMEGA Los datos en la tabla 14.8 muestran que cuando el área de pisos es redu-
cida a la mitad, los costos de calentamiento se reducen un poco más de la
mitad y los costos de enfriamiento se reducen en un tercio. La casa más
vieja, más pequeña pero menos eficiente de energía aún utiliza menos ener-
gía que la casa más grande nueva y mejor aislada. Además de la energía
requerida para calentar y enfriar espacios más grandes, las casas más gran-
des también requieren caminos más largos para los ductos y las tuberías de
agua caliente, lo cual causa pérdida de energía asociada con el transporte
de aire caliente, aire frío y agua caliente (Wilson y Boehland, 2005).

La casa altamente aislada ubicada en el norte del Medio Oeste tiene
cero costos de enfriamiento. No tiene sistema mecánico de aire acondicio-
nado, lo cual niega la necesidad para los materiales asociados con un sis-
tema de enfriamiento y administración junto con la energía asociada al
aire frío. Además de estar en una ubicación geográfica relativamente fría,
la construcción está diseñada para que el aislamiento guarde el aire frío
obtenido al abrir las ventanas durante la noche. También, la colocación
estratégica de las ventanas que capturan las brisas predominantes y el uso
de las sombras de los árboles y un porche con sombra reemplazan la nece-
sidad de enfriamiento mecánico.

INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC

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14.7 Eficiencia de energía: aislamiento, infiltración y paredes térmicas 649

Tabla / 14.8

Uso de energía anual comparativo para casas pequeñas contra grandes El factor R es una medida de
resistencia para el flujo del calor. R-19 es comparable con RSI-3.3 en el sistema métrico.

Casa Ubicación Estándara de Calentamiento Enfriamiento Costo de Costo de
energía relativo enfriamiento ($)c
3 000 pie2 (millones de Btu) (millones de Btu) calentamiento ($)b 190
3 000 pie2 294
1 500 pie2 Boston, Mass. Bueno 73 19 445 131
1 500 pie2 198
1 500 pie2 San Luis, Mo. Bueno 61 29 378 124
1 500 pie2 206
1 500 pie2 Boston, Mass. Bueno 35 13 217 0

San Luis, Mo. Bueno 29 20 181

Boston, Mass. Malo 48 12 297

San Luis, Mo. Malo 40 21 247

Península Superior, Alto 27d 0e 240
Mich.

a “Bueno” significa una casa moderadamente aislada con paredes R-19, techos R-30, ventanas de vidrio doble baja emisividad, puertas R-4.4, aislamiento
R-6 en los ductos de aire y una infiltración de 0.50 cambio de aire por hora para calentamiento y 0.25 cambio de aire por hora para enfriamiento.
“Malo” significa una casa mal aislada con paredes R-13, ático R-19, ventanas de vinilo de vidrio aislado, puertas R-2.1 y una infiltración de 0.50 cambio
de aire por hora para calentamiento y 0.25 cambio de aire por hora para enfriamiento. Los ductos de aire no están aislados.
“Alto” significa que la casa está diseñada y construida con cuidado para ser luminosa y ventilada. Tiene paredes R-25, ático R-50, ventanas de vidrio
doble baja emisividad, puertas R-14 e infiltración de 0.20 cambio de aire por hora para calentamiento.
b Los costos de calentamiento suponen costos de gas natural de $0.50 centavos por 100 000 BTU.
c Los costos de enfriamiento se suponen a $0.10 por kWh.
d El calentamiento consume 2 cuerdas de madera y se suponen 17 millones de Btu utilizables por cuerda.
e No se instala ningún aire acondicionado. El aislamiento de la construcción guarda el aire frío obtenido durante la noche, y la colocación estratégica de
las ventanas, las sombras de los árboles y el uso de un porche contribuyen a la no necesidad de enfriamiento mecánico.

FUENTE: Adaptado de Wilson and Boehland, Journal of Industrial Ecology, MIT Press Journals, derechos reservados (2005).

El hogar altamente aislado también está diseñado para tomar ventaja del
calentamiento solar pasivo en el invierno, el cual no requiere ninguna otra
fuente de calentamiento en los días de invierno soleados. La casa también
incorpora el uso de aplicaciones extensivas de eficiencia de agua y un sis-
tema de calentamiento de agua caliente. El colgar la ropa afuera para que
se seque (aún en el invierno) es preferible al secado mecánico. Las ganan-
cias de energía se hacen no solo de no tener que bombear y tratar el agua,
sino en los ahorros de energía asociados con el calentamiento del agua.

Algunos diseñadores de hogares exponen ahora este enfoque diferente
en el diseño de casas: uno enfocado no en el tamaño, sino en la calidad y la
funcionalidad, en donde el espacio está diseñado para ser utilizado con lo
que se denomina eficiencia de espacio. Este tipo de diseño de casas puede
utilizar mucho menos materiales, agua y energía a través de las varias eta-
pas de vida de la construcción de edificios, ocupación y término de vida.

14.7 Eficiencia de energía: aislamiento,

infiltración y paredes térmicas

En el capítulo 4 se desarrolló una expresión de balance de masa de energía
y luego se aplicó al calentamiento de agua y la contaminación térmica. La

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650 Capítulo 14 Entorno urbanístico

ecuación 4.22 se reescribe aquí:
# #dE
=
dt
Eentrada - Esalida (14.2)

Similarmente, un balance de energía se puede utilizar para describir un

balance de calor en un edificio para demostrar métodos para diseñar y
construir edificios que sean más eficientes de energía. En un edificio, el
balance de calor se puede escribir como sigue:

cambio en la energía interna calor pérdida
c más energía externa por d = c dentro d - c de calor d (14.3)
unidad de tiempo del edificio del edificio

En muchos escenarios con edificios se asume que la temperatura del edi-
ficio es mantenida en un valor constante. Por lo tanto, el cambio en la energía
interna más la energía externa por unidad de tiempo en la ecuación 14.3
es igual a cero. En este caso, después de que se determina la pérdida de calor,
un sistema de calentamiento (solar pasivo y mecánico) puede dársele tamaño
para que cuente en la pérdida de calor.

La pérdida de calor del edificio está relacionada con pérdidas a través del
revestimiento del edificio (paredes, techos, ventanas, puertas) y a través
del flujo de aire que sucede a través de cualquier grieta u orificio en el edi-
ficio (infiltración). El calor añadido a un edificio convencional es típica-
mente de la conversión de combustibles no renovables como gas natural,
petróleo o electricidad. El calentamiento sustentable requiere que el edificio
esté orientado hacia el sol, esté aislado y tenga un sistema de calentamien-
to diseñado para tomar ventaja de la entrada de la energía del sol a través de
un diseño solar pasivo o el uso de energía renovable.

14.7.1 PÉRDIDA DE CALOR EN UN EDIFICIO

Para propósitos de demostración se desarrolla un balance de calor en la pérdida
de calor asociada con una de las casas de 3 000 pies cuadrados descritas en
la tabla 14.8. Existen varias maneras de desempeñar este análisis. Para nuestro
análisis se introducirá y usará un término llamado grados-día. También se usa-
rán Btu como la medida de energía (1 joule ϭ 9.4787 ϫ 10Ϫ4 Btu). Un Btu se
define como la cantidad de calor que se debe añadir a 1 lb de agua para elevar
su temperatura a 1 °F.

Para simplificar el cálculo, suponga que la casa de 3 000 pies cuadrados es
un cubo simple; por lo tanto, las cuatro paredes expuestas son de aproxima-
damente 14.4 pies (ancho) por 14.4 pies (longitud) por 14.4 pies (altura). El
área de cada pared es entonces de aproximadamente 207 pies cuadrados.
El área del techo del cubo también sería de 207 pies cuadrados. De la tabla
14.8, esta construcción se supone que tiene especificaciones de aislamiento de
paredes R-19 y un techo R-30, y la tasa de infiltración de aire se dice que es
de 0.50 cambio de aire por hora para calentamiento.

PÉRDIDA DE CALOR A TRAVÉS DEL REVESTIMIENTO DE LA
CONSTRUCCIÓN La pérdida de calor a través del revestimiento de la

construcción (Btu/°F-día) se determina como sigue:

Pérdida de calor = 1 * A * t (14.4)
R

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14.7 Eficiencia de energía: aislamiento, infiltración y paredes térmicas 651

El valor R es una medida de resistencia al flujo del calor. El R inverso (1/R)
se define como el flujo de Btu a través de una sección de 1 pie cuadrado de
revestimiento de construcción durante 1 hora, durante la cual la diferencia
de temperatura entre el interior y el exterior del revestimiento de la construc-
ción es de 1 °F. En la ecuación 14.4, A es el área de la sección particular del
revestimiento (pared, ventana, puerta y techo) y t es el tiempo (generalmente
24 horas).

La pérdida total de calor diaria a través de las cuatro paredes y el techo
puede determinarse como sigue:

pérdida de calor = ca 1 Btu b * 4 paredes * 207 pie2 * 24 h
19 pie2 - °F-h día

+ ca 1 Btu b * 1 techo * 207 pie2 * 24 h d
30 pie2 - °F-h día

(14.5)

Resolver la ecuación 14.5 resulta en:

pérdida de calor = 1 046 Btu + 6.9 Btu = 1 053 Btu (14.6)
°F-día °F-día °F-día

La unidad de “°F-día” en la ecuación 14.6 se define como grado-día. Definido
para calentamiento, un grado-día es el número de grados Fahrenheit por
debajo de 65°F durante 24 horas. El recuadro 14.2 comenta los grados-días
en mayor detalle. En el ejemplo, el valor determinado en la ecuación 14.6
se puede escribir como 1 053 Btu/grado-día.

Una vez que la pérdida total de calor (en unidades de Btu/°F-día) es deter-
minada, ese valor se puede multiplicar por el número total de grados-día para
calentamiento en una ubicación particular durante el periodo de interés (día,
mes o año). El valor resultante será el requerimiento total de energía para el
calentamiento de la estructura durante ese periodo.

En este cálculo, la pérdida de calor a través del revestimiento actual de la
construcción sería diferente si rompiera el revestimiento de la construcción en
mayor detalle hacia el área asociada con los componentes específicos del
revestimiento de la construcción (coberturas, puertas y ventanas) y los valores
R específicos asociados con estos componentes. En este caso se determinaría la
pérdida de calor a través de cada componente del revestimiento del

Recuadro / 14.2 Grados-días a 33 grados-día para calentamiento durante ese periodo de
24 horas.
Puede haber visto el término grado-día en su recibo de gas
o de luz. Un grado-día es un índice que refleja la demanda Un grado-día definido para el enfriamiento es el
de energía que se utiliza para calentar o enfriar una cons- número de grados Fahrenheit por arriba de los 65 °F para
trucción. El Centro de Predicciones Climáticas NOAA pro- un periodo en particular. Igualmente, si la temperatura
porciona datos grado-día para casi 200 estaciones princi- media diaria para una temperatura de verano se reportó
pales del clima en Estados Unidos (www.cpc.ncep.noaa. como 85 °F, esto sería igual a 20 grados-días para el enfria-
gov/). La línea base utilizada para cálculos es 65°F. miento durante ese periodo de 24 horas.

Un grado-día definido para el calentamiento es el número Los grados-días pueden sumarse durante una semana,
de grados Fahrenheit por debajo de los 65 °F para un periodo un mes o un año para determinar la demanda de energía
en particular. Por lo tanto, si la temperatura media diaria en asociada con el calentamiento y el enfriamiento.
un día particular de invierno fue de 32 °F, esto sería igual

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652 Capítulo 14 Entorno urbanístico

e j e m p l o /14.1 Determinación de la importancia del

aislamiento en la minimización de
la pérdida de calor a través de un
revestimiento de la construcción

Determine la pérdida de calor a través de una pared aislada y no aislada.*
Cada pared contiene los siguientes materiales, los cuales tienen los factores
R dados en la tabla:

Componente de la pared Factor R
Estuco de 1 pulg en el exterior de la pared 0.20

Laminado de 1/2 pulg debajo del estuco 1.32
Paneles de yeso de 1/2 pulg en el interior de la pared 0.45

Película de aire interior a lo largo del interior de la pared 0.68
Película de aire exterior a lo largo del exterior de la pared 0.17

El espacio de aire de 3.5 pulg en la pared no aislada tiene un factor R de
1.01. Si se coloca aislamiento de fibra de vidrio de 3.5 pulg en este espacio,
tendrá un factor R de 11.0.

solución

Recuerde que la ecuación 14.4 permitió determinar la pérdida de calor a
través del revestimiento de la construcción (Btu/°F-día) como sigue:

pérdida de calor = 1 * A * t
R

Para la pared no aislada, el valor combinado R es igual a

0.17 + 0.20 + 1.32 + 0.45 + 0.68 + 1.01 = 3.73

Para la pared aislada, el valor combinado R es igual a
0.17 + 0.20 + 1.32 + 0.45 + 0.68 + 11.0 = 13.72

La pérdida de calor a través de la pared no aislada entonces es igual a

1 * 100 pie2 * 24 h = 643 Btu = 643 Btu
3.73 día °F-día grado-día

Y la pérdida de calor a través de la pared aislada es igual a

1 * 100 pie2 * 24 h = 175 Btu = 175 Btu
13.72 día °F-día grado-día

Advierta que la pared con sólo 3.5 pulg de aislamiento de fibra de vidrio
añadida tiene mucho menos pérdida de calor a través del revestimiento de
la construcción. Al conocer el número de grados-días para una fecha parti-
cular del año que requiere calentamiento, también se pueden determinar los
días con requerimiento de calentamiento.

*Este ejemplo está basado en Wilson (1979).

ALFAOMEGA INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC

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14.7 Eficiencia de energía: aislamiento, infiltración y paredes térmicas 653

edificio y luego se añadirían dichas cantidades para encontrar la pérdida
de calor total.

PÉRDIDA DE CALOR DE LA INFILTRACIÓN Para determinar la Discusión en clase

pérdida de calor debido a la infiltración debe conocer el tamaño de la habi- Investigue los requerimientos
tación. Para el cálculo simplificado, suponga que la casa de 3000 pie2 es una mínimos de aislamiento para
habitación gigante. La tabla 14.8 dice que la construcción tiene una tasa de nuevas construcciones en su
infiltración de aire de 0.50 cambio de aire por hora para calentamiento. La área y compare dichos
pérdida de calor asociada con la infiltración es la cantidad de energía reque- requerimientos con los datos en la
rida para calentar el aire perdido de la habitación cada día a través de grietas tabla 14.8 y este ejemplo. ¿Por qué más
y orificios en la cobertura de la construcción. Para un volumen particular de consumidores no han tomado ventaja
habitación o edificio, esto puede determinarse como sigue: de las estrategias de ahorro en costos
y energía como la instalación de
pérdida de tasa de calor para elevar 1° F aislamiento, ventajas y puertas
eficientes en energía o calentadores de
J calor de la K = volumen * JinfdiletraaicrieónK * J la temperatura K agua sin tanque?
infiltración del aire

(14.7)

La capacidad de calentamiento es el término utilizado para describir el
calor requerido para elevar la temperatura del aire. A nivel del mar se nece-
sitan 0.018 Btu de energía para incrementar la temperatura de 1 pie cúbico
de aire a 1 °F. (A una elevación de 2 000 pies este valor es 0.017; a una ele-
vación de 5 000 pies, este valor es 0.015.)

Advierta en la ecuación 14.7 la importancia de dar el tamaño correcto a
una construcción porque la pérdida de calor debida a la infiltración está
directamente relacionada con el volumen del espacio particular que se está
analizando. (Lo mismo es verdad para los requerimientos de energía rela-
cionados con el enfriamiento.) Una característica de diseño particular
popular en los hogares estadounidenses hoy en día no es sólo la de dar
gran tamaño a una casa residencial, sino también la de diseñar un espacio
de entrada con un techo grande y alto tipo catedral. Después de leer lo que
resta de esta sección, será capaz de calcular la energía requerida para calen-
tar dichas características de diseño insustentables.

Suponga que la construcción en el ejemplo está ubicada a nivel del mar,
la pérdida de calor por infiltración se escribe como sigue:

3 000 pie3 * a 0.5 cambio de aire b * 0.018 Btu * 24 h = 648 Btu
pie3-h día °F-h
h

(14.8)

Otra vez, con el uso del método para grados-días, el valor de 648 Btu/°F-
día se puede escribir como 648 Btu/grado-día.

Advierta la magnitud de este valor comparado con el valor que se deter-
minó para la pérdida de calor a través del revestimiento de la construcción
(ecuación 14.6). La magnitud de este valor es por lo que es importante hacer
una construcción hermética por especificación e instalación apropiada de
burletes, calafateados, juntas, etcétera.

Pérdida total de calor Para determinar la carga total de calor del edificio
en el ejemplo, se puede sumar la pérdida de calor a través del revestimiento
del edificio y la pérdida de calor de la infiltración:

INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC ALFAOMEGA

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654 Capítulo 14 Entorno urbanístico

1 053 Btu + 648 Btu = 1 701 Btu = 1 701 Btu (14.9)
°F-h °F-h °F-h grado-día

La demanda total de energía para complementar la pérdida de calor se
encuentra en la siguiente expresión:

grados-días para

Demanda total de energía = pérdida de calor total * J calentamiento
para un periodoK

(14.10)

Suponga otra vez que la temperatura promedio en un día particular de
invierno es de 33 °F. Recuerde de la anterior definición de un grado-día que la
temperatura de 33 °F resultaría en 32 grados-días (65 °F Ϫ 33 °F ϭ 32 grados-
día) para ese día en particular. Por lo tanto, para nuestro ejemplo, en donde la
temperatura promedio fue de 33 °F, esto significaría que la construcción reque-
riría la siguiente cantidad de entrada de energía para el calentamiento diario:

1 071 Btu * 32 grados-días = 5.44 * 104 Btu (14.11)
grado-día

© Chris Williams/iStockphoto. GANANCIA SOLAR PASIVA Y PAREDES TÉRMICAS En el

ejemplo utilizado en esta sección para determinar la energía requerida para
compensar la pérdida de calor, se determinó que para un día particular de
invierno en donde la temperatura promedio es 33 °F, 5.44 ϫ 104 Btu de ener-
gía se requieren para calentar la casa. La ecuación 14.3 incluye un término
llamado calor hacia la construcción. Este calor añadido hacia la construcción
se puede derivar de energía no renovable o renovable. Afortunadamente,
todo o parte de esta entrada de calor se puede derivar tomando ventajas de
la energía proporcionada por el sol. Esta entrada de calor se llama ganancia
solar pasiva.

Las paredes térmicas toman ventaja de la energía solar pasiva y la conduc-
ción térmica para transferir calor de áreas más calientes a más frías.
Típicamente emplean una pared grande de concreto o albañilería para reco-
lectar y guardar la energía solar y luego distribuirla como calor hacia un
espacio en la construcción. Un piso de albañilería o fogata también puede
lograr esto a una extensión menor. La figura 14.13 muestra ejemplos de cómo
las paredes térmicas se pueden incorporar en diseños de construcción más
sustentables que toman ventaja de la ventilación natural y los sobresalientes.
Es muy interesante que las viviendas en los acantilados de Anasazi del
suroeste americano incorporan muchas de estas características de diseño.

A las paredes térmicas se les puede dar tamaño para justificar una frac-
ción particular de la carga total de calentamiento. El cálculo requiere pri-
mero la determinación de las pérdidas de calor, tal como se desempeñó en
esta sección. Entonces, para una locación en particular y algunas suposicio-
nes relacionadas con la conductividad térmica y la capacidad volumétrica
de calor del material de la pared así como del tipo de vidriado que se ponga
entre la pared y el sol, el porcentaje de la carga de calentamiento con la que
se puede contar se puede calcular basado en el área particular de la pared
térmica. Debido a restricciones de espacio no se harán estos cálculos. Los
lectores pueden dirigirse a otros lugares (por ejemplo, Wilson, 1979).

ALFAOMEGA INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC

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14.7 Eficiencia de energía: aislamiento, infiltración y paredes térmicas 655

Sur Aislamiento Sur Ventila
Radiación Ventila en el
a) de calor alta lado norte
Sur exterior de la
Pared de construcción
almacenamiento c)

térmico Sol de
invierno
Ventila

Radiación Sol
de calor de
verano
Convección
de aire

b)

Figura 14.13 Ejemplos de diseño solar pasivo y ventilación apli- d)
cable al hemisferio Norte Estos métodos pueden usarse para
eliminar o minimizar la necesidad de calentamiento y enfriamiento
mecánicos. a) Las paredes térmicas usan la transferencia de
calor para recolectar y disipar el calor. b) Los sistemas de ventila-
ción pueden usar la convección para proporcionar calentamiento
natural. c) Los sistemas de ventilación pueden proporcionar en-
friamiento natural. d) Los sobresalientes toman ventaja de las pro-
piedades térmicas del sol durante los meses de invierno mientras
minimizan el impacto del sol durante los meses de verano.

Adaptado de Wilson (1979).

INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC ALFAOMEGA

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656 Capítulo 14 Entorno urbanístico Tal como se ha escrito en el pasado (Mihelcic et al., 2007), un material ideal
para construir una pared térmica estaría fácilmente disponible, barato, no tóxico
ALFAOMEGA y tendría propiedades térmicas óptimas (por ejemplo, capacidad y conductivi-
dad de calentamiento). El agua tiene una capacidad de calentamiento volumé-
trico más alta (62 Btu/pie3-°F) que la madera, el adobe y el concreto. Estos mate-
riales tienen valores de capacidad de calentamiento que varían en los 20. El agua
también es un material ideal para liberar energía térmica almacenada como el
calor hacia un espacio de construcción, debido a que los fluidos pueden usar la
convección para distribuir el calor. También, la conductividad térmica del agua
(0.35 Btu-pie/pie2-h-°F) es mucho más alta que para la madera y el adobe seco.
Por lo tanto, una pared térmica construida de agua proporcionará una mayor
fracción de la carga de calentamiento requerida que una pared de tamaño simi-
lar construida de concreto o piedra. Las paredes térmicas rellenas de agua sim-
ple pueden ser construidas de tambos de 55 galones pintados de negro y coloca-
dos en el extremo sur de un edificio detrás de algún tipo de material vidriado.

Debido a su conductividad altamente efectiva, el agua es un material
especialmente atractivo en instancias en donde el calor se requiere temprano
en el día. Ejemplos de lugares en dondel el calor es requerido temprano en el
día son las escuelas y las oficinas. En situaciones habitacionales en donde una
familia puede irse durante gran parte del día y el calor es necesario en
la noche, una pared de masa convencional puede ser una mejor opción por-
que libera más lento su energía almacenada.

14.8 Movilidad

Las más grandes emisiones de CO2 en Estados Unidos están asociadas con la
combustión de combustible fósil. De hecho, 85% de las emisiones totales de gas
de invernadero en Estados Unidos provienen de la combustión de combustible
fósil. El sector de transportación justifica 33% de estas emisiones de CO2 deriva-
das del combustible fósil. En comparación, la industria justifica 28%, el uso
habitacional en 21% y el uso comercial en 17 por ciento.

Para continuar este proceso de raciocinio, más de 60% de las emisiones de
CO2 asociadas con el sector de transportación son del uso de vehículos persona-
les. Las emisiones remanentes vienen de otras actividades como el combustible
diesel utilizado en vehículos de carga pesada y el combustible jet utilizado en
aeronaves. La combustión de vehículos es también el segundo emisor más
grande del gas de invernadero N2O. Por ejemplo, la cantidad de N2O emitida en
2004 de la combustión vehicular fue de 42.8 Tg CO2 equivalentes. Este valor
eclipsa el N2O emitido de fuentes como el manejo del estiércol (17.7 Tg
CO2 equivalentes), tratamiento de aguas residuales municipales (16.0), combus-
tión estacionaria (13.7) y la incineración de desperdicio sólido municipal (0.5).

El uso de energía en el sector de transportación está proyectado para incre-
mentarse rápidamente en el futuro; de hecho, mucho más rápido que los secto-
res industriales, habitacionales y comerciales. Como se observó en la introduc-
ción de este capítulo, el entorno urbanístico contiene 61000 millas cuadradas de
carreteras y estacionamientos. Apenas en los diez años de los años noventa, el
número de automóviles estadounidenses registrados se incrementó seis veces
más rápido de lo que lo hizo la población de 1969 a 1995 (Alvord, 2000). Si todos
estos números parecen enormemente grandes, lo son. Si estos números sugie-
ren que el método por el cual la sociedad está moviendo personas, bienes y
servicios no es sustentable, también está en lo correcto.

Transporte significa llevar de un lugar a otro. En nuestra sociedad dominada
por vehículos, el uso de la palabra transporte ha sobreenfatizado el uso de un

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14.8 Movilidad 657

vehículo motorizado de un solo dueño. Esta forma de transporte ha llevado a © Steve Lovegrove/iStockphoto.
costos adversos ambientales y sociales, algunos de los cuales han sido previa-
mente mencionados. Falacias de la congestión de
tráfico
A diferencia del sistema de transporte orientado hacia los vehículos, el acceso
implica medios de acercamiento, entrada, salida o hacer uso de un pasaje, mien- http://www.fhwa.dot.gov/congestion/
tras que la movilidad es un estado de ser capaz de moverse de lugar en lugar. factoids.htm
Un entorno urbanístico sustentable permite a las personas, bienes y servicios y
la vida silvestre que habitan un área, moverse de lugar en lugar para hacer sus
negocios, ser educados, cuidar de su salud e interactuar como comunidad sin
dañar el medio ambiente y otros miembros de la sociedad.

Muy importante, el entorno urbanístico necesita ser diseñado y construido
a la escala humana y ecológica, no a la escala vehicular. El sistema cuenta para
los ciudadanos mayores, residentes en sillas de ruedas y niños y familias que
quieren accesar escuelas y parques. Este sistema también conecta una mezcla
de tiendas comerciales, viviendas, servicios, instalaciones educacionales y
recreativas y otras necesidades residenciales. Esparcidos alrededor se encuen-
tran puntos de encuentro formales e informales para los miembros de la
comunidad. Las especies de plantas y animales también deben estar provistas
de accesibilidad para sus necesidades específicas de hábitat.

La tabla 14.9 proporciona métodos que los miembros de la comunidad pue-
den usar para accesar los bienes y servicios, interacciones sociales y el medio
ambiente. Un punto importante acerca de la tabla 14.9 es que muchos métodos
están provistos además del uso de vehículos personales; la comunidad está
diseñada para ofrecer muchas opciones. Esto da a la gente más flexibilidad
en sus opciones de movilidad. También proporciona opciones sobre cómo pue-
den gastar su ingreso familiar y oportunidades para mejorar su salud.

Este tipo de pensamiento también resulta en oportunidades económicas.
Por ejemplo, hay estudios que muestran que los valores de casa son más
altos en las comunidades donde hay menor tránsito vehicular. Y la presen-
cia de más gente en la calle reduce el riesgo de choques para peatones y
ciclistas, debido a que los conductores de vehículos están más alertas de su
presencia. Las comunidades transitables también proporcionan mecanis-
mos para que los miembros de las comunidades se comprometan social-
mente al mismo tiempo que mejoran su salud.

Para resolver los problemas de movilidad asociados con el incremento de la
población y la congestión, el diseño convencional simplemente añade nuevas
carreteras o pasajes vehiculares adicionales. De hecho, como se muestra en la

Tabla / 14.9

Métodos para accesar al trabajo, bienes, servicios, recreación
y educación

• Caminar

• Bicicleta

• Trabajo desde casa

• Utilizar transporte público compartido (camiones, trasbordos, tren ligero)

• Utilizar vehículos privados compartidos

• Conducir vehículos privados

INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC ALFAOMEGA

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658 Capítulo 14 Entorno urbanístico

Tabla / 14.10

Criterio de diseño para las carreteras británicas, australianas y estadounidenses Las carreteras
estadounidenses son diseñadas diferentemente de las carreteras en el resto del mundo. Otros países diseñan carreteras
con mejor accesibilidad peatonal y para velocidades vehiculares más bajas.

Guía de diseño británica 32 Código de modelo australiano AASHTO americano

Velocidad 20-30 mph (vías de acceso) 18.6–24.8 mph (vías de acceso) 20–30 mph
de diseño
Ͻ20 mph (calles de superficies compartidas) 9.3 mph (lugares de acceso)

Grosor 12-18 pies 16.4–21.3 pies (vías de acceso) 26 pies estándar
del pavimento (9 pies 8 pulg con bahías de pasaje)
11.5–16.4 pies (lugares de acceso)

Radio mínimo 32.8–98.4 pies Radio máximo especificado 100 pies (tan grande como
de curvas para calmar el tránsito sea posible)
en cada velocidad de diseño

Aceras Normalmente en ambos lados Por lo menos en un lado
de las calles de acceso
Por lo menos en un lado

FUENTE: De Ewing, Transportation Research Record 1455, TRB, National Research Council, Washington, D.C., 1994, Tabla 1, p. 45. Reproducido con el
permiso de TRB.

tabla 14.10, comparados con los lineamientos para el diseño de carreteras en
otras partes del mundo, los lineamientos de Estados Unidos están dirigidos
a velocidades vehiculares elevadas, no a mejorar la accesibilidad peatonal o la
reducción de escorrentía.

El añadir carriles a las carreteras no resuelve problemas ambientales,
económicos o sociales. De hecho, simplemente crea nuevos problemas,
algunos de los cuales se enlistan en la tabla 14.11. Otros dos mitos común-
mente utilizados en el proceso de diseño de ingeniería convencional son
que el poner árboles a los lados de una carretera y el proporcionar acceso
para los peatones o ciclistas incrementa el riesgo de responsabilidad. Sin
embargo, como se mostrará más adelante en esta sección, los árboles y la

Recuadro / 14.3 Congestión de tránsito

El Instituto de Transportación de Texas reportó que en 2003 las carreteras casi tan rápido como habían sido hechas. Para
los años veinte, la congestión había reducido la velocidad
la congestión de tránsito en Estados Unidos seguía eleván- vehicular a 4 mph en la Quinta Avenida de Nueva York.
dose, causando 3.7 miles de millones de horas de retraso de
viaje y 2.3 miles de millones de galones de combustible des- La historia muestra que la construcción de más carrete-
perdiciado. El costo total de esta congestión se calcula que ras y la ampliación de carreteras existentes nunca resolve-
excede los $63 mil millones. Este número de horas de retraso rán el problema de la congestión de tránsito. El proporcio-
se incrementaría en 1.1 mil millones si los transportes nar diversas opciones para viajar es un componente clave
públicos fueran descontinuados y los usuarios viajaran en de un plan de accesibilidad sustentable. Esto no sólo libera
vehículos privados. la congestión sino que también proporciona ahorros sustan-
ciales al público. Como ejemplo, sin el tránsito de rieles
En Estados Unidos, la congestión de tránsito era la norma desde y hacia Mahattan, Nueva York requeriría de 120 nue-
para 1912.* Tan pronto como en 1907, el periódico Municipal vos carriles de carreteras y 20 nuevos puentes de Brooklyn.
Journal and Engineer reportó que los proyectos tempranos de También los que pagan impuestos en Estados Unidos recu-
ampliación de carreteras que se esperaba liberaran la con- peran sus $15 mil millones de inversión en tránsito público
gestión parecían estar haciendo lo contrario. Woodrow solo con el ahorro de costos de la congestión.
Wilson comentó en 1916 que los motoristas estaban usando

*Este y el siguiente párrafo son adaptación de Alvord (2000).

ALFAOMEGA INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC

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14.8 Movilidad 659

Tabla / 14.11

¿Qué sucede en realidad cuando se añaden carriles vehiculares
adicionales para reducir la congestión?

Se incrementan las velocidades vehiculares.

Los cruces peatonales se incrementan en longitud y tiempo, lo cual hace menos
deseable el caminar.

Se pueden necesitar nuevas señales para el tránsito de cruceros.

La liberación de congestión generalmente es temporal; los carriles finalmente se llenan.

Las nuevas carreteras y carriles provocan pérdida adicional de espacio abierto debido
a que el desarrollo se lleva a cabo a lo largo del corredor del camino.

presencia de peatones de hecho mejoran la seguridad al reducir la velocidad Tendencias para el traslado al
de los vehículos. Los mitos relacionados con la responsabilidad pueden trabajo en Florida
soportarse si los ingenieros se toman el tiempo para direccionar las cuestio-
nes de responsabilidad al trabajar más cercanamente con profesionales en el http://www3.cutr.usf.edu/tdm/
manejo de riesgos. commuting/FL.htm

El caminar y andar en bicicleta son actividades saludables que proporcio-
nan a la sociedad beneficios sustanciales económicos y sociales en términos de
costos de salud reducidos y elevada productividad laboral. Como se muestra
en la tabla 14.12, el nivel de actividad física es mucho más grande en Europa
del Oeste que en Estados Unidos. Y comparado con el resto del mundo, los
estadounidenses son más propensos a utilizar sus vehículos para un viaje que
realizar actividades más sanas como caminar, andar en bicicleta o usar trans-
portación masiva. Una razón es que los ingenieros y planificadores no
han proporcionado opciones como las que se enlistan en la tabla 14.9.

Tabla / 14.12

Porcentaje de viajes totales en áreas urbanas alrededor del mundo hechos en automóvil,
transporte público, bicicleta, caminar y caminar y andar en bicicleta combinados

País Auto Transporte Bicicleta Caminar Caminar más
público bicicleta

Estados Unidos 84 3 1 9 10

Canadá 74 14 1 10 11

Dinamarca 42 14 20 21 41

Francia 54 12 4 30 34

Alemania 52 11 10 27 37

Países Bajos 44 8 27 19 46

Suecia 36 11 10 29 49

Reino Unido 62 14 8 12 20

FUENTE: Datos de Frank y Engelke, 2000.

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660 Capítulo 14 Entorno urbanístico Trabajar desde casa fue un mecanismo mencionado en la tabla 14.9 para
accesar al trabajo, los bienes, los servicios y la educación. Al final de los años
Programas de bicicleta noventa, 2% de la fuerza de trabajo estadounidense trabajaba desde casa. Las
y peatonales opciones son aún importantes, aunque, debido a que se basan en sólo una solu-
ción tecnológica también puede acarrear problemas. Como una analogía, las
http://www.fhwa.dot.gov/environments/ computadoras fueron promovidas como una manera de crear un ambiente de
bikeped/index.htm trabajo con menos papeleo, pero en la práctica, los usuarios de computadoras
inundaron el área de trabajo con más papel (Sellen y Harper, 2002). Igualmente,
el trabajo desde casa que no se coloca en una mirada más amplia de accesibili-
dad podría en realidad incrementar el uso personal de un vehículo. Esto podría
suceder si los trabajadores desde casa se separan de su equipo de trabajo de
auto/camioneta tradicional o simplemente añaden nuevos viajes para comprar
y socializar, utilizando el tiempo que antes habían dedicado al traslado.

En términos de incrementar las opciones de accesibilidad para los miem-
bros de la comunidad, las vías carreteras se pueden diseñar fácilmente para
incorporar las necesidades de los peatones y los ciclistas. En la figura 14.14, el
camino se ha alterado al añadir islas que proporcionan un área segura para
los peatones que sólo logran la mitad del camino a través de la carretera. Los
caminos angostos también hacen más lentos a los vehículos al mismo tiempo
que proporcionan mejor acceso peatonal.

La colocación estratégica y densa de árboles a lo largo del camino pro-
porciona un borde definido, el cual guía el movimiento de un motorista y
permite a los conductores evaluar su velocidad más acertadamente. Esto
lleva a reducciones de velocidad totales. Los árboles también crean y
enmarcan paredes visuales y proporcionan distintos bordes a aceras, por lo
que los motoristas distinguen mejor el espacio de su entorno vehicular y el
espacio compartido con peatones y ciclistas. Los motoristas también perci-
ben el tiempo que les lleva viajar a través de líneas de árboles contra entor-
nos sin árboles diferentemente. Desde su perspectiva, un viaje a través de
un ambiente sin árboles es percibido como un viaje a través de un ambiente
delineado con árboles, así es que conducen más fácilmente a través de lo
estrecho y no alineado de la carretera.

Otra consideración importante es la de entender que el caminar también
es una actividad social para mucha gente, quienes pueden estar caminando
con un amigo o un perro. Aún los pasajes peatonales de traslado se comparten

Figura 14.14 Diseño de vías carreteras Celdas de bioretención
para mejorar la caminata y andar en
bicicleta Esta figura ilustra cómo una Después:
intersección se puede adecuar para Comience aquí
hacer el cruce más corto para los Antes:
peatones. El bordillo ha sido extendido Comience aquí
hacia la calle, haciendo que los peatones
sean mejor vistos por los conductores y INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC
reduciendo la longitud del cruce. Los
tratamientos como éste también ayudan 9/1/11 4:21:47 PM
a hacer más lento el tránsito vehicular,
especialmente a los vehículos que dan
vuelta.

Adaptado de Livable Communities, Inc.

ALFAOMEGA

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14.8 Movilidad 661

con otros peatones y posiblemente bicicletas. Por esta razón, la Asociación Lea el Journal of Public
Americana de Oficiales de Transportación de Carreteras Estatales recomienda Transportation
que los pasajes peatonales sean diseñados con una vía de viaje clara que sea
de 4 a 10 pies de ancho, dependiendo del uso de tierra adyacente. Similarmente, http://www.nctr.usf.edu/jpt/journal.htm
las aceras en las áreas comerciales necesitan ser lo suficientemente anchas
como para acomodar sillas de ruedas que pueden necesitar paso, vendedores, Comunidades transitables
señalización, muebles de cafés exteriores y refugios de tránsito público.
http://www.walkable.org
Transitabilidad es la piedra angular y la clave para la transportación
terrestre eficiente de un área urbana. Cada viaje comienza y termina cami- © Slobo Mitic/iStockphoto.
nando. El caminar permanece como la forma más barata de transporte para
toda la gente, y la construcción de una comunidad transitable proporciona el
sistema de transportación más asequible que cualquier comunidad puede pla-
nificar, diseñar, construir y mantener. Las comunidades transitables ponen a
los entornos urbanísticos de vuelta en una escala de sustentabilidad de recur-
sos (naturales y económicos) y llevan a una mayor interacción social, aptitud
física y disminución del crimen y otros problemas sociales. Las comunidades
transitables son comunidades más habitables y llevan a vidas más completas,
felices y saludables para la gente que vive en ellas. (Comunidades transita-
bles, www.walkable.org/)

Las vías peatonales necesitan ser estratégicamente colocadas, no sólo para
conectar puntos de destino importantes, sino también para conectar rutas
amigables de peatones y bicicletas. Un ejemplo es el de colocar una vía pea-
tonal al final de un callejón sin salida que evita el tránsito de vehículos pero
permite el paso de peatones y ciclistas. Para los cruces de caminos controla-
dos por señales y señales de alto, los ingenieros necesitan reducir la distancia
a la locación de un cruce carretero para proporcionar a los peatones acceso
seguro a través de un camino sin tener que caminar muy lejos de su ruta.

Muchos de los puntos de diseño mencionados previamente para los pea-
tones también se relacionan con el mejoramiento de la accesibilidad para las
bicicletas. Algunas veces el espacio para un carril de bicicleta puede obtenerse
simplemente haciendo el corredor de la carretera un poco más estrecho.

Igual que para los peatones, se deben colocar topes para separar las bici-
cletas de los vehículos. La línea de topes debe ser de un mínimo de 5 pies
de ancho y necesita ser diseñada para que se vuelva más grande a medida
que la velocidad del tránsito de vehículos aumenta. Las líneas de topes son
especialmente importantes para los ciclistas menos experimentados y los
niños, ya que el uso de la vía de bicicleta ubicado en un corredor compar-
tido se elevará a medida que la línea de topes se mejore.

Los ciclistas también son conocidos como usuarios de transporte público
compartido. Por esta razón, es crítico que los soportes para bicicletas sean
puestos en camiones y dentro de los sistemas de tránsito de trenes ligeros.
Las instalaciones de almacenamiento de bicicletas se deben ubicar cerca de
destinos clave (estaciones de tren ligero, escuelas, distritos comerciales).
Estas instalaciones de almacenamiento deben estar ubicadas en donde exista
gente y actividad asociada para asegurar la seguridad de las bicicletas.

El transporte público compartido no tiene que incluir solo camiones
públicos grandes o sistemas de tránsito de trenes ligeros. También puede
incluir servicios de trasbordos y camionetas hacia aeropuertos, escuelas y
áreas de compra. El hacer que el transporte público esté disponible para los
ciclistas al proporcionarles soportes e instalaciones de almacenamiento es
conocido por elevar el número de pasajeros.

Un elemento clave a considerar es cómo integrar el transporte público
con el movimiento peatonal y ciclista. Como se dijo previamente, el plan

INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC ALFAOMEGA

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662 Capítulo 14 Entorno urbanístico

Discusión en clase debería ser siempre el de incrementar las opciones, no limitarlas. La distan-
cia a caminar hacia las paradas de camiones y estaciones de tren ligero
¿Cuántas opciones enlistadas necesita no estar obstruida y tener en cuenta los cambios de invierno,
en la tabla 14.9 están cuando la nieve y el hielo pueden eliminar los atajos. Piense críticamente
disponibles para su traslado a en el movimiento de peatones y ciclistas, y diseñe estaciones y paradas
clase?¿Cómo podría el entorno tomando en cuenta sus movimientos.
urbanístico diseñarse mejor para
proporcionar más opciones y mejorar el Los lineamientos generales de transeúntes son que una persona cami-
desempeño de las opciones existentes? nará 400 m o 5 min (suponiendo una velocidad de caminata de 80 m/min)
para llegar a una parada de autobús. Los estudios en el área de la Bahía
Green Highway Partnership de San Francisco y Edmonton han arrojado que poca gente camina más de
1 750 m para llegar a una estación de tren ligero. En Canadá, las distancias
http://www.greenhighways.org/ que se caminan para un tren ligero varían de 400 a 900 m. Los lineamientos
estadounidenses especifican una distancia a caminar de 400 a 800 m.
Tabla / 14.13
La gente caminará más si el autobús es confiable o viene con más frecuen-
cia. Un estudio en Florida arrojó que el uso de transporte masivo por adul-
tos cayó hasta 70% cuando la distancia a caminar se elevó de 200 a 400 m. Los
pasajeros más ancianos se quejaban de que 400 m era demasiado lejos y no les
gustaba tener que cruzar arterias principales (O’Sullivan y Morrall, 1996).

En términos de mejora de las carreteras estadounidenses, Green Highway
Partnership es guiada por la Agencia de Protección Ambiental y la Ad-
ministración Federal de Carreteras. Utiliza planificación integrada para
incorporar la administración ambiental en todos los aspectos del ciclo de
vida de una carretera (visite la página www.greenhighways.org). La tabla
14.13 enlista 14 características de una carretera verde.

Características de una carretera verde

1. Proporciona un incremento neto en las funciones ambientales y los valores de la cuenca.

2. Va más allá de los estándares mínimos establecidos por las leyes y reglamentos ambientales.
3. Identifica y protege marcas de tierra históricas y culturales importantes.

4. Hace mapas de todos los recursos en el área para identificar, evitar y proteger áreas críticas de recursos.

5. Utiliza métodos innovadores y naturales para reducir el estancamiento, y limpieza de todas las escorrentías dentro del área del
proyecto.

6. Maximiza el uso de la infraestructura de transportación existente, proporciona oportunidades de transportación multimodales, y
promueve el uso de transporte público/compartido.

7. Utiliza materiales reciclados para eliminar el desperdicio y reduce la energía requerida para construir la carretera.

8. Vincula los planes de transportación regional con el uso de suelo a través de sociedades.

9. Controla las poblaciones de especies invasoras y promueve el crecimiento de especies nativas.
10. Incorpora el monitoreo posproyecto para asegurar los resultados ambientales.

11. Protege la hidrología de humedales y canales de arroyos a través de la restauración de vías de drenaje naturales.

12. Resulta en un conjunto de resultados ambientales específicos basados en las necesidades ambientales locales

13. Reduce las interrupciones a procesos ecológicos al promover los corredores y pasajes de vida silvestre en áreas identificadas a
través de los planes de conservación de la vida silvestre.

14. Fomenta el crecimiento inteligente al integrar y guiar el futuro crecimiento y la capacidad de construcción con restricciones
ecológicas.

FUENTE: Cortesía de Green Highways Partnership, www.greenhighways.org.

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14.9 Isla de calor urbano 663

14.9 Isla de calor urbano

El término isla de calor se refiere a temperaturas de aire y de superficie urbanas Figura 14.15 Perfil de la isla de calor
que son más altas que en las áreas rurales cercanas. Muchas ciudades y subur- urbano Este perfil muestra las
bios tienen temperaturas de hasta 10 °F (5.6 °C) más calientes que la capa de temperaturas que se incrementan hasta
10 °F (5.6 °C) que se pueden encontrar
tierra natural que los rodea. El dibujo de la isla de calor (figura 14.15) muestra en áreas densas del centro de la ciudad, en
un perfil de una isla de calor de una ciudad típica. Las temperaturas urba- comparación con los alrededores rurales,
nas son típicamente más bajas en la frontera urbana-rural que en las áreas suburbanos y las áreas abiertas. Las
densas del centro de las ciudades. El dibujo también muestra cómo los parques creadoras del problema son la geometría
y las áreas abiertas crean áreas más frías. Esta es una razón por la que enver- de las calles y los edificios, junto con
decer el entorno urbanístico proporciona beneficios sociales y ambientales. la dependencia en albañilería de los
ambientes de construcción, concreto y
Las islas de calor se forman al tiempo que las ciudades reemplazan la estructuras de asfalto que tienen fuertes
capa de tierra natural con pavimento, edificios y otras infraestructuras (el propiedades térmicas que almacenan la
entorno urbanístico). Desplazar los árboles y la vegetación minimiza los energía solar.
efectos enfriadores naturales de la sombra y la evaporación del agua de la
Adaptado del Environmental Protection Agency, Heat
tierra y las hojas (evapotranspiración). Los materiales no permeables tienen Island Effect web site, www.epa.gov/heatisland.
propiedades térmicas significativamente diferentes (incluyendo la capaci-
dad de calentamiento y la conductividad térmica) y las propiedades radia-
tivas de la superficie (albedo y emisividad) que las áreas rurales que los
rodean. Esto inicia un cambio en el balance de energía del área urbana, pro-
vocando frecuentemente que alcance temperaturas más altas –medidas en
la superficie y en el aire– que en sus alrededores (Oke, 1982). Los edificios
altos y las calles estrechas pueden calentar el aire que está atrapado entre
ellos, reduciendo así el flujo de aire. Esto es referido como el efecto cañón. El
calor de desperdicio de los vehículos, fábricas y aires acondicionados puede
añadir calor a sus alrededores, exacerbando así el efecto de la isla de calor.

Las islas de calor urbano pueden arruinar la salud pública de una ciudad,
la calidad del aire, la demanda de energía y los costos de infraestructura en
diversas maneras (Rosenfeld et al., 1997). Las islas de calor prolongan e inten-
sifican las ondas de calor en las ciudades, haciendo que los residentes y los
trabajadores estén a disgusto y poniéndolos en riesgo elevado por el esca-
pe de calor y la insolación. En adición, las altas concentraciones de ozono al
nivel del suelo agravan los problemas respiratorios como el asma, ponen a
los niños y a los ancianos en riesgo particular. Las temperaturas más calientes
y el flujo de aire reducido incrementan la demanda de aire acondicionado,
aumentando el uso de energía cuando la demanda ya es lo suficientemen-
te alta. Esto a cambio, contribuye a la escasez de poder y eleva los costos de

Perfil de la isla de calor urbano °C
°F

Temperatura 92 33
91

90 32
89

88 31
87

86 30

85

Rural Comercial Habitacional Habitacional

urbano suburbano

Habitacional Centro Parque

suburbano de la ciudad

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664 Capítulo 14 Entorno urbanístico Q* QH QE

Figura 14.16 Balance de energía
escrito para una capa superficial en
la superficie de la tierra urbana Esta
capa contiene aire y elementos de
superficie que hacen el entorno
urbanístico. Q* es la radiación neta, QH
es el flujo de calor sensible, QE es el
flujo de calor latente, QG es el flujo
de calor de suelo, QA es la descarga de
calor antropogénico y ⌬QS es la energía
almacenada o retirada de la capa.

Superficie

QQ
GA

erogaciones a su punto más alto. Las islas de calor urbano contribuyen al
calentamiento global al incrementar la demanda de electricidad para enfriar
nuestros edificios.

El estudio de las islas de calor urbano es complicado. Por ejemplo, en los
climas más fríos durante el invierno, el efecto de la isla de calor urbano
puede provocar que las temperaturas nocturnas sean menos severas, lo que
requiere menor calentamiento. También, pueden ocurrir menos caídas de
nieve y eventos de congelamiento, y los cambios en los patrones de derre-
timiento de la nieve pueden cambiar la hidrología urbana del derretimiento
de nieve.

Para investigar más a fondo las causas de las islas de calor urbano, un
balance de energía puede escribirse en una capa superficial en la superficie de
la tierra urbana que contiene elementos de aire y de superficie, como se mues-
tra en la figura 14:16:

Q* + QA - QH - QE - QG = ¢QS (14.12)

Aquí, Q* es la radiación neta, la suma de la radiación de onda corta y onda
larga entrante y saliente. La radiación solar entrante de onda corta es una
función del ángulo cenit solar, y una fracción del mismo es entonces refle-
jada como radiación saliente de onda corta, la que depende del albedo solar

de la superficie. Mientras más alto sea el albedo de la superficie, más ener-
gía solar es reflejada de vuelta hacia la atmósfera y deja la capa superficial
mostrada en la figura 14.16. La radiación entrante de onda larga se emite
desdel cielo y el ambiente de los alrededores. La radiación saliente de onda
larga incluye a las que se emiten de la superficie y la radiación entrante de
onda larga reflejada.

QA es la descarga de calor antropogénico total en la caja. Los primeros dos
términos (Q* ϩ QA) se balancean por el flujo de calor sensible (QH), el flujo
de calor latente (QE) y el flujo de calor del suelo (QG). El calor sensible es
la energía de calor transferida entre la superficie y el aire. Cuando la super-
ficie es más caliente que el aire de arriba, el calor será transferido hacia arriba
en el aire y dejará la caja vía conducción seguida por la convección. El flujo

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14.9 Isla de calor urbano 665

de calor latente se produce por la transpiración de la vegetación y la eva- Mitigación de la isla de calor
poración del agua de la superficie de la tierra, lo cual remueve el calor de urbano
la superficie en la forma de vapor de agua. El flujo de calor del suelo es el
flujo de calor transferido de la superficie hacia abajo hacia la subsuperficie http://www.epa.gov/heatisland
vía conducción. Finalmente, ¢QS es un término que cuenta para la energía
que es almacenada o retirada de la capa. La temperatura ambiente dentro Discusión en clase
de la capa será influenciada por ¢QS. Después, en la tabla 14.14, se inves-
tigará cómo estos términos de balance de energía están relacionados con Los paisajes urbanos
el trazado de, y los materiales incorporados en, el entorno urbanístico. establecidos en una dirección
más amplia y horizontal (contra
La magnitud de la isla de calor urbano puede describirse como la diferen- la dirección vertical densamente
cia en temperatura entre las estaciones de monitoreo urbanas (u) y rurales (r) poblada común en lugares como
(¢Tu Ϫ r). ¢Tu Ϫ r será más grande en las noches claras y frías, pero también se Manhattan) tendrán una isla de calor
ha hallado que depende de la geometría de las calles. En la más densa sección urbano menos extrema. ¿Es esto un
del ambiente urbano, la magnitud de este término de pérdida (parte de Q*) enfoque más, o menos, sustentable para
se controla por qué tan bien se está viendo el cielo al nivel del suelo. Se ha poblar un área urbana? Obviamente, la
encontrado que el factor de vista del cielo es aproximado por el radio de la respuesta no es fácil y requerirá más
altura del edificio hacia el ancho de la calle (H/W). El ¢Tu Ϫ r máximo (en °C) pensamiento y análisis. La pregunta
se puede relacionar con la geometría de la calle mediante la siguiente expre- demuestra porqué las soluciones
sión (Oke, 1981): sustentables requieren que los ingenieros
piensen más allá de sus proyectos
( )H (14.13) individuales y tengan un enfoque del
sistema para resolver problemas, lo cual
¢Tu-r máximo = 7.45 + 3.97 ln W incorpora una perspectiva regional y
global.
Mientras que las consideraciones climáticas relacionadas con la geo-
metría de las calles se pueden diseñar en un nuevo desarrollo urbano, en
las ciudades ya existentes poco se puede hacer para modificar el efecto

e j e m p l o /14.2 Isla de calor urbano y geometría

de las calles

Suponga que el área de un centro de ciudad tiene dos carriles de viaje de 12
pies para los vehículos, dos carriles de viaje de 12 pies para los autobuses, dos
carriles de estacionamiento de 12 pies y 12 pies de acera de cada lado. Todo
esto está rodeado por edificios de diez pisos que tienen una altura de 125 pies.
¿Cuál es el máximo impacto de la isla de calor urbano que puede esperarse?

solución

La máxima isla de calor urbano en el núcleo del centro puede calcularse con la
ecuación 14.13. El ancho de la calle incluye las áreas de carreteras y aceras.

¢Tu-r máximo = 7.45 + 3.97 ln (125 pies/96 pies) = 8.5°C

Advierta cómo este ejemplo muestra la importancia de la geometría de
calles y edificios (referida como el cañón de calle) en la isla de calor urbano. Haga
este ejemplo una vez más para el mismo tamaño de calle pero con edificios más
pequeños. Un vecindario con el mismo perfil de calles pero con edificios
de 40 pies de alto tendrá un impacto máximo de isla de calor de 4.0 °C (Cambrid-
ge Systematics, 2005). Haga el ejemplo otra vez para una ciudad histórica
vieja con calles estrechas pero alturas de edificios más cortas. ¿Qué descubre
acerca de la intensidad de la isla de calor urbano en el núcleo urbano en lo
que respecta a la geometría de calles y edificios y la densidad de población?

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666 Capítulo 14 Entorno urbanístico

cañón de la calle sobre el clima. En tales casos, el clima puede modificarse
mediante la selección de superficies, capas y vegetación mientras que tam-
bién se reduce la cantidad de desperdicio mecánico de calor que las ciuda-
des producen.

La tabla 14.14 relaciona muchos de los términos en el balance de energía
(ecuación 14.12) con características de ingeniería del entorno urbanístico.
Algunas características están relacionadas con la geometría física del diseño
de las calles. Otras incluyen la modificación de superficies, opciones de

Tabla / 14.14

Características del ambiente urbano relacionadas con los términos en el balance de energía en la
isla de calor urbano El diseño y la modificación de un ambiente urbano para modificar los procesos climáticos

requiere de un entendimiento de este balance.

Término de balance de Característica de un ambiente Modificaciones de ingeniería que reducen la intensidad de la isla de
energía urbano que altera el término calor urbano
Radiación de onda corta del balance de energía
y de onda larga neta, Geometría de cañón de la calle La geometría de cañón influencia la manera en que la radiación de onda
Q* y el edificio corta entra y se absorbe por el entorno urbanístico y la manera en que la
Calor añadido por seres radiación de onda larga se refleja hacia fuera del dosel urbano.
humanos (Qhumano) Emisión de calor de
desperdicio por los edificios, Aunque este es un pequeño término en el balance global de energía, los
Flujo de calor sensible, fábricas y vehículos edificios pueden diseñarse para reducir la necesidad de enfriamiento
QH mecánico. Las ciudades pueden planificarse para que sean dependientes
Tipos de materiales de los motores mecánicos para mover a la gente y los productos.
Flujo de calor latente, de ingeniería
QE El aumentar el albedo de la superficie de materiales de pintura y techado
Tipos de materiales limitará el flujo de calor sensible superficie-aire. El albedo es una medida
Elevado de ingeniería y de la cantidad de energía solar reflejada por la superficie.
almacenamiento de manejo de aguas pluviales
calor La geometría de cañón estrecha puede resultar en un flujo de aire redu-
Diferentes capacidades para cido, lo cual reduce el efecto de QH.
almacenar el calor en distintos
tipos de materiales de El flujo del calor latente fuera del sistema es el resultado de la evapora-
construcción ción del agua. La energía es llevada en forma de vapor de agua (en la
forma de la energía más alta en las moléculas de agua en forma de
vapor). El calor es tomado de la vegetación o el agua. Este es el mismo
proceso que el sudor, en donde el cuerpo de la persona es enfriado con el
calor saliendo en forma de calor latente.

Las superficies permeables y no vegetadas dificultan el enfriamiento por
evaporación (a menos que se les rocíe agua). El desarrollo de bajo impacto
reconoce que el dejar algo de agua estancada en la superficie no es malo y
la vegetación como las azoteas verdes y los árboles son una característica
importante del entorno urbanístico urbano.

La conductividad térmica del asfalto y el concreto son similares (1.94 con-
tra 2.11 J/m3-K, respectivamente). La admisión térmica del asfalto y el
concreto resulta en un elevado almacenamiento de calor.

Las superficies urbanas se calientan más rápido que las superficies natu-
rales y permeables que retienen agua.

Los materiales del entorno urbanístico tienen alta capacidad para almace-
nar y liberar el calor. Las superficies pavimentadas son espesas y están
en contacto con un suelo colocado bajo la superficie. Los edificios tienen
una cubierta más delgada que separa el aire interior y el exterior.

Las superficies con un albedo más alto reducirán el calor almacenado.

FUENTE: Adaptado de Mills, 2004.

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14.10 Planificación urbana, crecimiento inteligente y comunidades planificadas 667

materiales, uso de pavimentos permeables, la preservación de humedales
y la incorporación de techos verdes y tecnologías de bajo impacto para el
control de aguas pluviales.

14.10 Planificación urbana, crecimiento inteligente

y comunidades planificadas

Este capítulo inició comentando cómo, a medida que las construcciones y los
paisajes que hacen el entorno urbanístico se van agrupando, la escala del
entorno urbanístico se eleva hacia las comunidades con subdivisiones, vecin-
darios, distritos, villas, pueblos y ciudades. El siguiente nivel del entorno
urbanístico que se comentó fueron las regiones en donde las ciudades y los
paisajes son agrupados y son generalmente definidos por características
comunes políticas, sociales, económicas o ambientales. Al trabajar en cual-
quier componente del entorno urbanístico, es importante pensar cómo esa
pieza particular del entorno urbanístico encaja en cuestiones de comunidad,
regionales y globales más amplias. Los proyectos individuales también nece-
sitan integrarse con otras piezas del entorno urbanístico como el agua, el
agua residual, el desperdicio sólido, la accesibilidad, el alojamiento y los sec-
tores comerciales y educacionales. La figura 14.17 demuestra cómo el trazo
de la carretera en un área habitacional afecta la cantidad de uso de materiales
y los recursos de agua debido a las superficies pavimentadas.

En términos de planificación urbana, un núcleo central es una obligación.
Esta es la faceta de una ciudad o pueblo que reúne a los miembros de la
comunidad para reuniones sociales, trabajos, negocios, educación y recrea-
ción. El núcleo central también proporciona a los ocupantes un sentido de
ubicación. En adición al núcleo central, los vecindarios más pequeños son
necesarios en donde los residentes del vecindario pueden ir por un rango
más pequeño de negocios comerciales y orientados al servicio.

El crecimiento inteligente es un término utilizado para describir el desa-
rrollo de una comunidad que protege los recursos naturales, el espacio
abierto y los atributos históricos o culturales de una comunidad mientras que

20 800 19 000 16 500 15 600 15 300

Figura 14.17 Características simples relacionadas con el trazo de la carretera que afectarán el pie ALFAOMEGA

lineal del pavimento impermeable El número dado bajo cada trazo indica el pie lineal del
pavimento impermeable. El simple hecho de añadir curvas y circuitos puede reducir el pie lineal
del pavimento en 26%. Las carreteras curveadas reducirán el tránsito, y el pavimento estrecho
reducirá también el área pavimentada. El callejón sin salida mostrado aquí necesita ser diseñado
para conectar a los peatones y los ciclistas.

Adaptado del condado de Prince Goeorge (1999).

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668 Capítulo 14 Entorno urbanístico

Tabla / 14.15

Principios del crecimiento inteligente

1. Usos de suelo mixtos.

2. Tomar ventaja del diseño de edificios compactos.

3. Crear un rango de oportunidades y opciones de hospedaje.

4. Crear vecindarios transitables.

5. Fomentar comunidades distintivas, atractivas con un fuerte sentido de
ubicación.

6. Preservar espacios abiertos, granjas, belleza natural y áreas ambientales críticas.

7. Reforzar y dirigir el desarrollo hacia las comunidades existentes.

8. Proporcionar una variedad de opciones de transportación.

9. Hacer decisiones de desarrollo predecibles, justas y efectivas en costos.

10. Alentar la colaboración de la comunidad y los inversionistas en las decisiones
de desarrollo.

FUENTE: De Smart Growth Online, disponible en www.smartgrowth.org.

también reutiliza la tierra que ya está desarrollada. La tabla 14.15 enlista los
diez principios del crecimiento inteligente. Advierta cómo los principios no
se basan en una comunidad dominada por los vehículos y cómo promueven
la diversidad en términos de hospedaje, tipos de suelo y accesibilidad al tra-
bajo. La tabla 14.16 identifica los beneficios ambientales del crecimiento inte-
ligente en términos de calidad del agua, calidad del aire, preservación del
espacio abierto y redesarrollo de zonas industriales abandonadas.

La incorporación excesiva de estacionamientos en el entorno urbanís-
tico lleva a problemas asociados con la calidad del agua, el efecto de la isla

Tabla / 14.16

Beneficios ambientales del crecimiento inteligente

Beneficio Comentarios
Calidad del aire mejorada
• El establecimiento de nuevos desarrollos en un vecindario, en lugar de en un espacio abierto
Calidad del agua mejorada en la franja urbana, puede reducir las millas conducidas tanto como 58%.

• Las comunidades que facilitan a la gente elegir entre caminar, la bicicleta o tomar transporte
público pueden también reducir la contaminación al reducir el millaje automovilístico y las
emisiones que forman smog.

• El desarrollo compacto y la preservación del espacio abierto puede ayudar a proteger la
calidad del agua al reducir la cantidad de superficies pavimentadas y al permitir que las
tierras naturales filtren el agua pluvial y la escorrentía antes de que alcancen las provisiones
de agua potable.

• La escorrentía de las áreas desarrolladas frecuentemente contiene químicos tóxicos, fósforo y
nitrógeno; a nivel nacional, es la segunda fuente más común de contaminación de agua para
estuarios, la tercera más común para los lagos y la cuarta más común para los ríos.

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14.10 Planificación urbana, crecimiento inteligente y comunidades planificadas 669

Tabla / 14.16

(Continuación)

Beneficio Comentarios

Preservación de espacios abiertos • La preservación de tierras naturales y dar aliento al crecimiento en las comunidades existentes
protege las tierras de labranza, el hábitat de la vida silvestre, la biodiversidad y la recreación
exterior, y promueve la filtración natural del agua.

• Un estudio reciente en Nueva Jersey arrojó que, comparado con patrones de crecimiento
menos compacto, el crecimiento planificado podría reducir la conversión de las tierras de
labranza en 28%, de espacios abiertos en 43% y las tierras ambientalmente frágiles en 80%.

Redesarrollo de zonas • La limpieza y el redesarrollo de una zona industrial abandonada puede remover la
industriales abandonadas contaminación de plagas y ambiental, catalizar la revitalización del vecindario, reducir la
presión de desarrollo en el borde urbano y el uso de infraestructura existente.

FUENTE: De la Agencia de Protección Ambiental, www.epa.gov/smartgrowth.

de calor urbano y la pérdida del ambiente natural. Muchos códigos de Calcule sus huellas de carbono
zonas y reglamentos de estacionamientos requieren que un número espe- desde su hogar y viaje
cífico de espacios de estacionamiento sean establecidos a los lados para un
metraje cuadrado establecido de establecimientos comerciales (o un http://www.fightglobalwarming.com/
número particular de unidades de hospedaje). Sin embargo, estos regla- carboncalculator.cfm
mentos generalmente sobreestiman el número de espacios necesarios ya
que suponen que todos los viajes se hacen en automóviles privados y tam-
bién suponen el uso en algún periodo pico tal como la temporada de com-
pras navideñas. Un ingeniero puede trabajar con una comisión de zona y
el cliente para eliminar este sobreuso de espacios de estacionamiento. El
hecho de que se pongan a disposición de la comunidad más opciones de
accesibilidad también reducirá la necesidad de espacios de estacionamiento
(figura 14.18). En adición, los espacios abiertos herbosos que se congelan en
el invierno o el uso de pavimentos porosos pueden acomodar a las grandes

INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC Figura 14.18 Unas cuantas de las más
de un mil millones de bicicletas en el
c14.indd 669 mundo Las bicicletas proporcionan
una transportación generada
energéticamente por el ser humano que
se puede integrar con los principios de
crecimiento inteligente y mejoras en la
salud pública.

iStockphoto.

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670 Capítulo 14 Entorno urbanístico

Tabla / 14.17

Beneficios de la incorporación de árboles en las carreteras y comunidades

Beneficio Descripción

Velocidades de tránsito Los árboles a lo largo de una calle urbana crean una pared vertical y enmarcan la calle. Esto
reducidas proporciona un eje definido, el cual guía el movimiento de los automovilistas y les permite evaluar
mejor su velocidad. Esto lleva a reducciones globales de velocidad.

Ambientes transitables Los árboles crean y enmarcan paredes visuales y proporcionan bordes distintos a las aceras, para
más sanos que los automovilistas distingan mejor el espacio de su ambiente vehicular y el espacio compartido
con la gente.

Negocios mejorados Los negocios en las calles adornadas con árboles muestran 12% de alza en el flujo de ingresos, lo cual
es frecuentemente el borde competitivo esencial necesario para el éxito de las tiendas de las calles
principales.

Menor necesidad de Los árboles transpiran el primer 30% de la mayoría de la precipitación a través de su sistema de
infraestructura de drenaje hojas; por lo tanto, esta humedad nunca llega al suelo. Los árboles también facilitan la recarga
natural del agua del subsuelo. Ambos puntos reducen la escorrentía de aguas pluviales y el potencial
de inundación.

Temperaturas de aire Las calles de asfalto y concreto y los estacionamientos son conocidos por incrementar las
urbanas más bajas temperaturas urbanas de 3 °F-7 °F. Un vecindario apropiadamente sombreado puede reducir las
cuentas de energía para una casa urbana en 15%-35%. Las temperaturas reducidas (5 °F-15 °F) se
sienten por los peatones que transitan por calles cubiertas de árboles.

Percepción del tiempo Los automovilistas perciben el tiempo que les lleva viajar a través de ambientes delineados y no
en el viaje delineados con árboles de una manera diferente. Un viaje a través de un ambiente sin árboles se
percibe como más largo que uno en una calle delineada con árboles.

Vida más larga del pavimento Los estudios llevados a cabo en una variedad de ambientes de California muestran que la sombra
urbana de calles de árboles elevan la vida del asfalto al reducir los extremos de calentamiento y
enfriamiento diarios experimentados por el pavimento.

Mejoras en la calidad del aire Los árboles ubicados cerca de una calle se llevan 9 veces más contaminantes del aire que los árboles
más distantes.

FUENTE: Adaptado con el permiso de D. Burden, Walkable Communities, Inc.; www.walkable.org.

multitudes que se esperan durante unas semanas de la temporada de com-
pras navideñas.

Otro aspecto de la planificación urbana sustentable es la incorporación
de árboles en el entorno urbanístico. La tabla 14.17 describe los beneficios
asociados con la plantación de árboles a lo largo de las carreteras y dentro
de las comunidades. Walkable Communities, Inc., calcula que la planta-
ción de un árbol cuesta aproximadamente de $250 a $600 dólares durante
los primeros tres años, mientras que el árbol regresa más de $90 000 dóla-
res de beneficios directos durante toda su vida.

En las áreas urbanas, los árboles tienen típicamente un espacio de 15 a
20 pies entre uno y otro. Una alta densidad de colocación de árboles es más
deseable y traerá más beneficios. En las comunidades de negocios en donde
las aceras son estrechas, los bordillos de los árboles pueden estar es-
paciados cada 40 a 60 pies, permitiendo así de dos a tres espacios de esta-
cionamiento entre uno y otro. Esto funciona bien con estacionamientos
paralelos o angulares (Burden, 2006).

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Términos clave 671

Términos clave • deconstrucción • metabolismo urbano
• diseño sensible al contexto • mitigación basada en el ecosistema
• acceso • eficiencia de energía • movilidad
• acero reforzado • energía • pared térmica
• agregados • entorno urbanístico • peatones
• agua • esquema de isla de calor urbano • pérdida de calor debido a la
• albedo • flujo de materias primas
• análisis de flujo de materiales • ganancia solar pasiva infiltración
• geometría de calles y edificios • planificación urbana
(MFA) • grado-día • profesional acreditado por LEED
• árboles • Green Building Council de Estados • proyecto de construcción
• balance de calor
• balance de energía Unidos sustentable
• biodiversidad • Green Highways Partnership • químico tóxico
• caminar • inversionistas • trabajo desde casa
• cemento Portland • isla de calor • transitabilidad
• certificación LEED • islas de calor urbano • tránsito público
• ciclismo • Liderazgo en Energía y Diseño • vidriado
• componentes de un edificio
• concreto Ambiental (LEED)
• congestión de tránsito • materiales de construcción
• construcción
• crecimiento inteligente tradicionales
• dar el tamaño correcto • materiales no permeables

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capítulo/Catorce Problemas

14.1 Enliste un mínimo de dos atributos históricos, cultu- 14.6 Identifique el componente específico de un edificio
rales, comunitarios y ambientales de su colegio o universi- (dibujado en la figura 14.6) con un subconjunto de los cré-
dad que valgan la pena preservar para las futuras genera- ditos LEED que le proporcione su instructor (tabla 14.2).
ciones. Haga lo mismo para su ciudad.
14.7 a) Determine la pérdida de calor (en Btu/°F-día
14.2 Enliste dos hábitats de vida silvestre distintos ubica- y Btu/grados-día) a través de una pared aislada de 120
dos cerca de su colegio o universidad local que valgan la pies cuadrados descrita en la siguiente tabla. b) Determine
pena preservar para las futuras generaciones. ¿Qué compo- la pérdida de calor a través de la misma pared cuando
nentes del entorno urbanístico existente están afectando una puerta de 3 pies por 7 pies (factor R ϭ 4.4) sea inser-
esta biodiversidad de una manera positiva o negativa? tada en la pared.

14.3 Su instructor debe identificar bosques, humedales, Componente de la pared Factor R
praderas o comunidades históricas locales y proporcio-
narle un proyecto de entorno urbanístico hipotético. Haga Aislamiento de espuma de poliestireno de 10
un mapa del área antes del desarrollo y después de la colo- 2 pulgadas en el exterior de la pared bajo 20
cación del proyecto de entorno urbanístico. Etiquete todos los lados 11
los atributos históricos, culturales, sociales y ambientales
que desea preservar después de que se haya dado el desa- Pared de tronco de cedro 0.45
rrollo. 0.68
Aislamiento de fibra de vidrio en el interior 0.17
14.4 Identifique un edificio en su campus o en su comu- de la pared
nidad que tenga certificación LEED. Obtenga los resulta-
dos y determine qué porcentaje de los puntos totales fue Panel de yeso de 1/2 pulgada en el interior
obtenido en cada uno de los seis criterios de evaluación: de la pared
1) sitios sustentables, 2) eficiencia del agua, 3) energía y
atmósfera, 4) materiales y recursos, 5) calidad del aire de Película de aire interior dentro de la pared
interiores y, 6) proceso de innovación y diseño.
Película de aire exterior a lo largo del
14.5 Identifique un edificio en su campus o en su comu- exterior de la pared
nidad que haya sido recientemente construido y que no
tenga certificación LEED. Camine a través del edificio 14.8 Busque a) el total de grados-día para el calentamiento
para ver si éste obtendría los créditos LEED o cumpliría y b) el total de grados-día para el enfriamiento de su univer-
un prerequisito para los siguientes puntos: a) crédito 4.1, sidad, pueblo o ciudad (o comunidad)
transportación alternativa, acceso mediante transporte
público; b) crédito 4.2 transportación alternativa, almace- 14.9 En la sección 14.7 se trabajó en un problema en
namiento de bicicletas y cuartos de cambio; c) crédito 7.1, donde la pérdida de calor de un edificio hipotético de 3 000
efecto de isla de calor, sin techo, o crédito 7.2, efecto de pies cuadrados era de 1 053 Btu/grados-día. Determine los
isla de calor, con techo y, d) crédito 8, reducción de conta- requerimientos totales de energía (en Btu) para calentar
minación de luz. Para la eficiencia de agua: e) crédito dicho edificio hipotético en mayo de 2007 para las locacio-
1.2, paisaje de eficiencia de agua, sin uso potable o irriga- nes en la siguiente tabla:
ción; f) crédito 2, tecnologías innovadoras de agua resi-
dual y, g) crédito 3.1, reducción del uso de agua, 20% de Locación Grados-día de calentamiento
reducción, o crédito 3.2, reducción del uso de agua, 30% en mayo de 2007
de reducción. Para energía y atmósfera: h) crédito 2, ener- Anchorage, AK.
gía renovable en sitio. Para materiales y recursos: i) Prereq. Winslow, AZ. 541
1, almacenaje y recolección de reciclables. Para calidad Yuma, AZ. 70
ambiental interior: j) crédito 6.1, controlabilidad de siste- Rochester, NY. 0
mas, luz y, k) crédito 8.1, luz de día y vistas, luz de día Pittsburgh, PA.
75% de espacios, o crédito 8.2, luz de día y vistas, luz de Rapid City, SD. 237
día 90% de espacios. 106
193

ALFAOMEGA INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC

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capítulo / Catorce Problemas 673

14.10 ¿Qué métodos enlistados en la tabla 14.9 están 14.16 Suponga que un área de centro de ciudad pequeña
disponibles para su acceso mientras viaja hacia la clase? tiene 12 pies de carriles de viaje y 6 pies de aceras de cada
¿Cómo podría un ingeniero diseñar mejor su comunidad lado. Todo esto rodeado por edificios de 25 pies de alto.
para hacer que todos los métodos enlistados en la tabla 14.9 ¿Cuál es el impacto máximo de la isla de calor urbano que
estén más disponibles? puede esperarse?

14.11 Está preparando una evaluación del ciclo de vida 14.17 Con el uso del enfoque de análisis de sistemas (capí-
(LCA) de distintas opciones de transportación para llegar tulo 7) dibuje un diagrama de análisis de sistemas para las
de su casa al trabajo (10 millas cada tramo). Éstos incluyen islas de calor urbano, incluyendo los mecanismos de retroa-
bicicleta, una persona en un auto, uso compartido del coche limentación para las demandas de energía incrementadas
con tres o más personas, o tomar el autobús. Escriba una para el enfriamiento y refrigeración, la contaminación del
posible meta, alcance, función y unidad funcional para este aire aumentada debido a dichas demandas de energía incre-
LCA (refiérase al capítulo 7). mentadas, y otros efectos como el calentamiento global y la
salud pública.
14.12 Seleccione una carretera ubicada cerca de su cole-
gio o universidad. Visite el sitio web de Green Highways 14.18 Identifique un proyecto de nuevo desarrollo en su
Partnership (www.greenhighways.org) para conocer más colegio o universidad. ¿Sigue los principios de crecimiento
acerca de carreteras. ¿Cuál de las 14 características de una inteligente? Si es así, proporcione detalles de cómo lo hace.
carretera verde se incorporan en el sistema actual de carre- Si no lo hace, proporcione sugerencias detalladas de cómo
teras de la carretera que eligió? ¿Rediseñaría la carretera cambiaría el diseño.
para incorporar cada aspecto de una carretera verde?
14.19 Identifique una cuenca importante en su campus o
14.13 Diseñe un camino de ciclistas-peatones que le per- dentro de su comunidad local. Obtenga un mapa tipográ-
mitiría viajar de su casa a clase. Proporcione detalles sobre fico y coloque el entorno urbanístico sobre la cuenca.
la locación del camino, detalles sobre el tamaño y los mate- a) Enliste al menos seis componentes del entorno urbanís-
riales utilizados para construir el camino, señalamientos y tico que tienen un impacto adverso en la cuenca. Después
seguridad y el tamaño y la ubicación del almacenamiento proporcione seis soluciones para corregir estos problemas.
de bicicletas. Piense qué otros atributos de comunidad b) incremente el nivel de escala espacial al problema.
conectaría fácilmente al camino. ¿Hay algunos sistemas de Identifique una cuenca más grande que sea afectada por
entorno urbanístico existentes que podría incorporar en su decisiones hechas en la cuenca más pequeña. ¿Qué atribu-
camino que eliminarían la necesidad de nuevos materiales tos sociales y ambientales de la cuenca local y la más grande
de pavimentación? vale la pena proteger para futuras generaciones? ¿Estos
atributos son similares o diferentes cuando cambia las esca-
14.14 Visite el sitio web del canal del clima (www.wea- las espaciales?
ther.com) y busque la temperatura mensual promedio para
un área metropolitana principal y áreas rurales cercanas en 14.20 Visite un área comercial cerca de su colegio o uni-
cualquier parte del mundo durante un periodo de 12 meses. versidad e identifique cómo los árboles se podrían inte-
Utilice los datos que buscó para calcular la magnitud de los grar en el entorno urbanístico. Describa sus recomenda-
efectos de la isla de calor urbano para esa ciudad. Haga una ciones a detalle, incluyendo el tamaño y el tipo de
gráfica de sus datos en dos figuras y determine las diferen- vegetación. Para cada recomendación, indique los benefi-
cias de temperatura en cada mes. cios sociales y ambientales de su plan.

14.15 Identifique un núcleo urbano de un área metropo- 14.21 Obtenga información en la Internet del censo de
litana principal con la que esté familiarizado o que esté Estados Unidos para describir la demografía de su comuni-
cerca de su colegio o universidad. Calcule la magnitud del dad en términos de edad e ingresos. Para los grupos de
impacto máximo de la isla de calor urbano en el núcleo edad e ingresos en su comunidad, sugiera diversas opcio-
urbano. Proporcione algunas alternativas detalladas para nes para proporcionar accesibilidad, relacionando sus
la reducción de la isla de calor urbano en esta área núcleo, sugerencias con los datos pertinentes del censo.
y relaciónelas con puntos específicos en el balance de ener-
gía desempeñado en el dosel urbano.

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674 Capítulo 14 Entorno urbanístico

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ALFAOMEGA INGENIERÍA AMBIENTAL-MIHELCIC

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Respuestas a problemas seleccionados ALFAOMEGA
8/30/11 2:23:29 PM
Capítulo 2

2.1 a) 0.41 mg/L; b) 0.21 mg/L
2.3 2.8 ppm.
2.5 10.9 mg NH /L, 1.6 mg NO /L

32

2.7 a) i) 0.002 ppb, ii) 2 ppt, iii) 3.7 ϫ 10Ϫ6 ␮M; b) i) 0.002 ␮ppm,
ii) 2 ppb.

2.9 0.74 ␮g/L.
2.11 a) 0.5 ppm, 8 ppm;

b) 1.6 ϫ 10Ϫ5 moles O2/L, 2.5 ϫ 10Ϫ4 moles O2/L.
2.13 a) 8.9 ϫ 10Ϫ2 ppm; b) 0.0000089%.
2.15 concentración ϭ 858.9 ␮g/m3, por lo que la masa ϭ 0.7 g.
2.17 a) 13.6%; b) 11.3 L.
2.19 26 ␮g/m3, 5 243 ␮g/m3.
2.21 a) 100 ppb; b) 100 ppb Ͼ 60 ppb, por lo tanto, la muestra puede

ser una amenaza.
2.23 5 ppm.
2.25 31.9% de las emisiones totales de CH4, 2.5% de emisiones totales

de invernadero.
2.27 a) 170 mg/L; b) 70% de los sólidos son orgánicos.

Capítulo 3

3.1 5.8 g.
3.3 Cloroformo.
3.5 a) H (TCE) ϭ 0.44, H (PCE) ϭ 1.1, H (dimetilbenceno) ϭ 0.21,

H(paratión) ϭ 1.6 ϫ 10Ϫ5; b) PCE, TCE; 1,2-dimetilbenceno,
paratión.
3.7 a) 0.001 moles/L; b) 33 mg/L; c) 33 ppm.
3.9 2.6.
3.11 a) 3.0 ϫ 10Ϫ6 M; b) 1.54 ϫ 10Ϫ6 M; c) aumenta.
3.13 a) Ϫ78.4 kJ/mol; b) Cd ϭ 2.0 ϫ 103 mg/L, así es que no, el pH
debe ser elevado.

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