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Telhados de Cobertura Verde e Manejo de Águas Pluviais
Dr. Walter Kolb
Instituto Estadual de Viticultura e Horticultura do Estado de Bavéria, Departamento de
Paisagismo
Endereço para correspondência:
Bayer. Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau, Abt. Landespflege,
An der Steige 15
97209 Veitshöchheim, Alemanha
Email: [email protected]
Resumo
Com base nos resultados de testes realizados na cidade de Veitshöchheim, Alemanha,
ficou comprovado que telhados verdes são capazes de reduzir significativamente, em
comparação aos telhados sem cobertura verde, a demanda por refrigeração. Uma
vegetação composta de gramíneas e uma população vegetal de pequenos arbustos são
capazes de reduzir a amplitude das temperaturas em 60 a 94%.
Para coberturas extensivas de pouca espessura, foram medidos volumes máximos de
drenagem de Ψs 0,16 a 0,47 litros/seg. Estes volumes foram estatisticamente
inexpressivos nos casos de coberturas intensivas.
No ano, telhados de cobertura de verde drenam um volume de chuva da ordem de Ψ =
0,32 a 0,50. Sistemas múltiplos que combinam telhado verde, aproveitamento da água de
chuva e dispositivo para infiltração no solo, possibilitam, mesmo em áreas densamente
edificadas, um manejo completo das águas pluviais, sem que haja necessidade de uma
ligação às galerias pluviais existentes.
Introdução
Sobretudo nas regiões densamente habitadas, a falta de áreas verdes e a drenagem
centralizada das precipitações causam problemas em relação às condições
microclimáticas, elevam os custos das instalações de drenagem, provocam
transbordamentos nas áreas de alagamento (piscinões) e levam a uma reduzida
renovação das águas subterrâneas. Ao mesmo tempo, as técnicas atuais desperdiçam a
água valiosa das precipitações, embora, via de regra, representem uma excelente água
de consumo
Sistemas
ecologicamente
não potável. mais corretos e suas vantagens, infelizmente, ainda são pouco
conhecidos.
Em seguida, serão apontadas algumas alternativas que merecem maiores atenções,
tanto sob aspectos ecológicos quanto econômicos e estéticos.
Telhados Verdes
Trabalhamos há muitos anos no desenvolvimento de telhados verdes eficientes.
Inicialmente, o nosso enfoque se concentrou em substratos, técnicas de construção e em
testes de comunidades de plantas. Neste contexto, também foram realizados testes que
examinaram as conseqüências da instalação de telhados verdes para a climatização e as
condições de drenagem.
- Climatização
Fora o fato de reter o calor (em regiões onde se usa calefação), destaque maior o telhado
verde deveria receber pela capacidade de manter refrigerado o interior das construções.
Realizamos medições com temperaturas de até 30°C em telhados com cobertura verde
intensiva. Como mostram os resultados, a vegetação na laje pode, em função da
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densidade e da altura das plantas, influir em diversos graus nas temperaturas de pico.
Estruturas da vegetação que se assemelham a um pasto formado de gramíneas e ervas,
reduziram especialmente bem a amplitude das temperaturas, em comparação com
telhados sem cobertura verde (Figura 1).
Mas os subarbustos relativamente baixos, em primeiro lugar os sempre-verdes, também
têm a capacidade de amortecer significativamente as amplitudes das temperaturas
(Figura 2).
Ilustração 1: Estruturas de um pasto formada de gramíneas e ervas em comparação com
telhados sem cobertura verde
Ilustração 2: Estruturas da vegetação embaixo de gramíneas e ervas em comparação
com telhados sem cobertura verde
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Neste contexto, certamente existe a possibilidade de se melhorar a carga de calor
recebida pelas construções - e com isso as condições micro-climáticas - pela
investigação de conjuntos de plantas ainda mais eficazes. O que leva à redução da
temperatura é principalmente a evapotranspiração. Assim sendo, pode se esperar da
cobertura verde intensiva, dada a maior massa de vegetação e maior capacidade de
retenção d’água no sistema, um gasto de energia maior e em conseqüência um melhor
resfriamento do que seria o caso com uma cobertura extensivo, o que é mostrado nos
cálculos da tabela 1. Uma aspersão adicional com a água coletada por um sistema de
captação da chuva (SCAC) parece fazer sentido para aumentar a eficácia do sistema.
Tabela 1: Consumo de energia na evaporação da água de precipitações em telhados verdes
Cobertura Vegetal Extensivo
Espessura
10 cm
Precipitação
~ 600 mm
Volume evaporado
250 l/m2 por ano (concentrados
nos meses março a outubro)
Consumo de energia para cada litro d’água = 2000 kJ (500 kcal)
com 250 litros/ano
= 0,50 milhões kJ energia/m2/ano
Energia solar acumulada 3,6 Mio kJ/m2/ano
= 13 % da energia são gastos com a evaporação
Cobertura Vegetal Intensivo
Espessura
30 cm
Consumo de energia
Precipitação
~ 1150 mm
para cada litro d’água = 2000 kJ (500 kcal)
com 788 litros/ano
= 1,27 milhões kJ energia/m2/ano
Energia solar absorvida 3,6 Milhões kJ/m2/ano
= ~ 44 % da energia são gastos com a evaporação
Volume evaporado
788 l/m2 por ano
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Escoamento e precipitação em mm
30
25
Ψ=0,80
20
15
10
Ψ=0,25
5
0
Ψ=0,02
0
15
50
100
Tempo decorrido em minutos
150
Precipitação
Laje c/saibro
Cob. Verde Extensiva 10 cm
Cob. Verde Intensiva 30 cm
200
Ilustração 3: Condições de escoamento em telhados verdes
Ilustração 4: Condições de escoamento de coberturas verdes de uma só câmada de 10
cm, e inclinações diversas dos telhados (valor médio de 4 medições)
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Condições de escoamento:
- Picos da Drenagem
Para o dimensionamento dos sistemas de drenagem na canalização via de regra se toma
como base o valor de pico “Ψ_s”. No caso de coberturas sem vegetação e de pavimentos
impermeabilizados se supõe que o pico de drenagem duma precipitação de referência
seja de 80 a 100% (Ψ_s = 0,8 a 1,0). Os picos no caso das coberturas verdes dependem
sobretudo da espessura do substrato e da vegetação plantada, como provam os
resultados da ilustração nº 3.
Nossas medições em diversos telhados verdes com pequeno declive mostraram fatores
de escoamento – após a saturação do sistema de telhados com uma espessura pequena
de 10 cm - de Ψ = 0,25. Isso significa um amortecimento dos picos de escoamento da
ordem de 75%. No caso duma espessura de 30 cm o fator de escoamento não passou de
0,02. Assim, o fator de pico pode ser negligenciado.
A inclinação do telhado tem uma influência surpreendentemente pequena (Ilustração nº
4). No caso de declives de 2 a 84% os fatores de escoamento tiveram uma variação de
somente 0,38 a 0,47. Vale ressaltar que a partir de declives de cerca 15 a 20% somente
uma cobertura extensiva seria recomendável, e que declives maiores requerem medidas
de proteção contra o deslizamento já no suporte da cobertura.
Os picos de escoamento também são influenciados pela composição da vegetação.
Como se pode deduzir da ilustração nº 5, são especialmente eficazes na redução dos
picos de escoamento as coberturas de uma só camada. Na medição em questão o fator
de escoamento situou-se em 0,16, enquanto na alternativa com uma cobertura em três
camadas, e mais uma camada de drenagem supereficiente, o fator aumentou para 0,46.
É de interesse também que para uma cobertura equivalente sem vegetação o fator de
escoamento era de 0,96.
15 Min
Escoamento e precipitação
[litros/min]
30
sem cob. verde
C = 0,93
25
Precipitação
20
Telhado Verde
c/3 câmadas
15
C = 0,46
10
Telhado Verde
c/1 câmada
5
C = 0,16
0
00:00
02:50
05:40
08:30
11:20
14:00
16:25
19:15
22:05
24:55
27:45
30:35
Tempo em minutos
Espessura da cob.verde
1 Câmada
3 Câmadas
sem cob. verde
Ilustração 5: Escoamento de precipitação valores de escoamento C em telhados verdes
de uma e três camadas com 10 cm de espessura em comparação com telhado sem
cobertura verde com precipitação de 28 cm durante 10 min, distancia medida 10 m,
inclinação do telhado 2 %.
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Ilustração 6: Volumes de precipitações e escoamentos em coberturas verdes de camada
única de materiais orgânicos e minerais de 10 cm
6000
Volume d’água, litros/m 2
5000
Soma: 5762
4000
3000
Valor médio: 1820
2000
1000
1907
1964
1797
1638
1810
1928
1892
1
2
3
4
5
6
7
1627
0
8
Diversos tipos de câmadas de suporte p/o gramado
Volume do fluxo d’água
Volume d’água retida
Escoamento total
Ilustração nº 7: Escoamento total em coberturas verdes intensivas com 30 cm de espessura, no período de 1991 a 1995, em medidores de infiltração, sem inclinação
Os dados acima expostos deixam claro que coberturas verdes podem diminuir
significadamente os picos de escoamento, reduzindo a necessidade de sistemas de
drenagem, quando não houver aproveitamento da chuva em SCACs ou a infiltração no
solo.
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- Escoamento anual da chuva em telhados verdes
Água que não alcança a canalização não requer medidas caras de drenagem. Porém,
precisa ser levado em consideração que duma cobertura verde combinado com um
SCAC se pode esperar somente volumes reduzidos de água utilizável. Como comprovado
nas ilustrações nº 6 e 7, pode-se esperar de cobertas verdes extensivas um escoamento
da ordem de 50% do total das precipitações anuais.
No caso de cobertura vegetal intensiva o valor será de cerca de 30%. Obviamente, o
escoamento anual é influenciado também pelas condições climáticas, pelos substratos e
tipos de vegetação escolhidos, por isso os resultados apresentados devem ser vistos
como parâmetros variáveis.
- Qualidade do Habitat
Nas cidades, os preços para os lotes para construção se elevam a patamares
inimagináveis. Diante disso, fica difícil entender por que os telhados não estão sendo
mais utilizados para o melhoramento do habitat urbano. As vantagens são óbvias. Áreas
enormes nas imediações das moradias ou locais de trabalho ficam ociosas, quando
poderiam ser transformadas em áreas de lazer de excelente qualidade. Sobretudo
telhados verdes intensivos que podem ser freqüentados são uma boa pedida. Porém
estes em geral podem somente ser realizadas em construções novas. Mas mesmo no
caso de estruturas de cobertura que suportam somente um peso menor é possível
instalar posteriormente um telhado verde, porém menos eficaz, como mostram exemplos
bem sucedidos.
- Aproveitamento da água de serviço
Sistemas de aproveitamento da água de chuva (SCAC) oferecem a possibilidade de
substituir a água potável cara pela água de serviço. Especialmente as descargas dos
vasos sanitários e a irrigação de áreas verdes são usos que se apresentam. No cálculo
do volume das cisternas é preciso considerar uma perda por evaporação da ordem de
20% das precipitações anuais em telhados sem cobertura vegetal, de 50% no caso de
coberturas extensivas e de 70% nas de vegetação intensiva. O tamanho
economicamente sensato das cisternas se pode estimar como sendo de 7 a 10% das
precipitações anuais presumidas sobre a área de contribuição, não sem ter deduzido
antes o fator de evaporação. Tivemos uma experiência muito boa com tanques
enterráveis pré-fabricados, porque deles se pode esperar uma menor proliferação de
germes devido às temperaturas internas relativamente mais baixas.
- Infiltração e Recarga das Águas Subterrâneas
Água das precipitações, que não evapora e não é aproveitada como água de serviço,
pode ser encaminhada para a renovação das águas subterrâneas, através de sistemas
adequados de infiltração. É importante que a infiltração da água da superfície no solo se
dê com a passagem por um filtro biológico ativo, i. e. uma camada de solo vivo. Estas
depressões ecológicas de retenção podem ser enchidas rapidamente até uma altura de
cerca de 30 cm. Após fortes chuvas, a água assim retida pode infiltrar-se no solo num
espaço de vários dias, sem que a vegetação seja afetada. Atualmente estamos fazendo
ensaios nos quais são testados plantas, que por seu enraizamento profundo possam
assegurar um afofamento em profundidade do solo, e ainda sejam capazes elas mesmas
de evaporar grandes volumes d’água, sem que venham a morrer numa seca prolongada.
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350
Total da chuva natural:
761 mm
Total da chuva artificial: 1.158 mm
Soma das chuvas totais: 1.919 mm
Escoamento /a galeria pluv.: 0 mm
Precipitações [em mm]
300
250
200
150
100
50
Chuva artificial
Chuva natural
O
ut
ub
ro
N
ov
em
br
o
D
ez
em
br
o
br
o
Se
te
m
Ju
lh
o
Ju
nh
o
ai
o
M
Ab
ril
Fe
ve
re
iro
Ja
ne
iro
0
Soma das chuvas
Ilustração 8: Distribuição das precipitações naturais e artificiais na estação de infiltração
de Veitshöchheim durante o ano de 2000
Tabela 2: Modelo para infiltração na cidade alemã de Veitshöchheim,
Investigação dos limites da capacidade com base em cerca de 450 litros/segundo/hectare
(= 162 mm/hora/m2).
Duração da chuva
Volume da precipitação
Altura máxima da água
acumulada na depressão
11 min
31 mm
38 mm
15 min
40 mm
96 mm
19 min
50 mm
145 mm
- Sistemas Múltiplos
Numa simulação investigamos até que ponto uma combinação de cobertura verde de
telhados com o uso da cisterna de captação e da infiltração mesmo sob condições
adversas do solo (valor kf 10-7) poderia tornar dispensável a conexão à galeria pluvial.
Numa área em 60% impermeabilizada foi possível, somente lançando mão da
evaporação e da infiltração, manejar uma precipitação anual de 2.000 mm, sem que
fosse despejada água na galeria (Ilustração nº 8).
Mas mesmo picos de precipitação da ordem de 450 litros (em segundos por hectare),
com duração de 19 minutos – o que equivale a cerca de 50 mm/hora – podiam ser
manejados, como comprovam os número da tabela nº 2. Como por enquanto não houve
retirada de água de serviço da cisterna, pode-se presumir um potencial adicional de
manejo significativo.