2ª Conferência da REDE de Língua Portuguesa de Avaliação de Impactos
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TELHADOS VERDES: Uma proposta econômica
em busca do desenvolvimento urbano sustentável
André Luiz de Lima Reda 1; André A. Tanzillo 2; Gustavo B. Costa 3
RESUMO – O necessário processo de urbanização remove vegetação e impermeabiliza áreas
anteriormente permeáveis, com impacto significativo nas grandes cidades, tais como alterações no
ciclo hidrológico e aumento da temperatura e da amplitude térmica – gerando inundações e ilhas
de calor. Como grande parte das superfícies urbanas é coberta por telhados e lajes, a adoção de
áreas permeáveis vegetadas sobre estes é ótima alternativa para mitigar esses impactos da
urbanização. Essa solução alternativa, conhecida como “telhados verdes”, é crescentemente
utilizada para a gestão sustentável das águas pluviais, com bons resultados conhecidos em termos
de diminuição do escoamento superficial, atenuação de picos de vazão e revitalização da bacia
hidrográfica. Uma metodologia tecnicamente bem embasada e inovadora é aqui apresentada para
dimensionar telhados verdes, considerando uma tormenta de projeto típica adotada com base na
equação de chuva intensa local. Seu objetivo é determinar a espessura necessária da camada
porosa onde se fixa a vegetação (ou “substrato”) partindo-se da hipótese de que toda a
precipitação infiltrada consiga ficar retida nessa camada. Os resultados aqui obtidos mostram a
eficiência dos telhados verdes na atenuação dos impactos da urbanização em termos da vazão
esperada no ponto de descarga do telhado – com pico sensivelmente reduzido. O método
proposto disponibiliza uma planilha de cálculo eletrônica para dimensionar o telhado a partir de
dados ou características de projeto fornecidos pelo projetista.
Palavras-chave: Atenuação do
Dimensionamento de telhado verde.
impacto
da
urbanização.
Urbanização
sustentável.
ABSTRACT – The important process of urbanization removes vegetation and impermeabilises
once permeable soil surfaces, considerably impacting large cities – for instance, by modifying the
hydrological cycle, raising temperatures and amplifying thermal amplitudes. This may enhance
flooding and introduce the heat-island effect into a city. As much of the urban area is covered by
roofs and roof slabs, the implementation of permeable, planted surfaces on them is a good
alternative for mitigating such impacts. This alternative solution, known as “green roof”, has been
increasingly introduced as a tool for sustainable urban rainwater management, allowing for
the dampening of flood peaks through runoff storage – so yielding good results in
terms of surface-flow reduction, flood-peak attenuation and river catchment
revitalisation. An innovating, technically based methodology is presented here as a toll for green
roof sizing. It starts from adopting a typical design storm based on the regional intense rain
equation. The method aims at determining the necessary thickness of the porous layer (or
1
Engenheiro Civil, M.Sc., D.I.C., Ph.D. Consultor em hidrologia, recursos hídricos, hidráulica fluvial e saneamento.
Docente: Escola de Engenharia, Universidade Presbiteriana Mackenzie – São Paulo, SP ; Escola de Engenharia Mauá,
Centro Universitário do IMT – São Caetano do Sul, SP – [email protected] br
2
Acadêmico: Engenharia Civil. Escola de Engenharia, Universidade Presbiteriana Mackenzie, Escola de Engenharia –
[email protected]
3
Acadêmico: Engenharia Civil. Escola de Engenharia, Universidade Presbiteriana Mackenzie, Escola de Engenharia –
[email protected]
Este trabalho foi recebido pela Comissão Cientifica e pertence aos anais do Congresso.
O conteúdo do trabalho é de inteira responsabilidade do autor.
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“substrate”) into which the vegetation lays roots, and assumes that this layer is able to retain
infiltrated rain depths entirely. Prospective results here show the efficiency of the green roof
solution in attenuating the impacts of urbanization, represented by a dampened flood hydrograph,
expected at the roof outlet – its peak rate being considerably reduced. The proposed method
includes an electronic spreadsheet for roof sizing, with roof characteristics and other design data
being chosen, than entered by the designer.
Key words: Urbanisation impact attenuation. Sustainable urbanisation. Green roof sizing.
1 - INTRODUÇÃO
É inevitável, atualmente, que vários centros urbanos se tornem megalópoles sem que
necessariamente isto tenha sido planejado, enfrentando os impactos ambientais da concentração
de milhões de habitantes sem área e outros recursos naturais necessários – degradando não só a
natureza, como também a própria estrutura urbana e a vida dos munícipes. Desses impactos,
vários são devidos à intensa impermeabilização, causando excessivo escoamento superficial e
acelerando as enxurradas para os corpos receptores, com riscos de erosão e inundação. O
Intenso processo de pavimentação e construção causa, ainda, excessiva temperatura, formando
as chamadas “ilhas de calor” – tal como ocorre em Tóquio (OOKA et al., 2004), por exemplo.
Superfícies porosas, ao contrário, absorvem e retêm parte da chuva, reduzindo o escoamento
superficial e liberando volume líquido infiltrado por mais tempo (COSTA et al., 2011; MOURA, 2008
apud LOUREIRO; FARIAS, [2009-2010]); aumentando, ainda, a biomassa vegetal e a umidade do
solo e a inércia térmica ambiental (e o conforto térmico). Tudo isto pode ser obtido por um
planejamento urbano que implante estruturas ou benfeitorias de baixo impacto ambiental – aquelas
cuja instalação e uso não aumentem (ou, preferivelmente, tendam a mitigar) os impactos negativos
causados ao meio, como, por exemplo, a adoção de solos, ruas e calçadas permeáveis. Também
funcionam assim as superfícies drenantes com vegetação sobre base permeável, sejam elas
jardins, parques ou canteiros sobre lajes e telhados – que representam o interesse deste trabalho.
“Telhado verde”, cobertura verde, teto verde, telhado vivo, eco telhado ou telhado ajardinado –
dentre outras expressões encontradas na literatura – é uma técnica arquitetural que consiste em
aplicar solo e vegetação sobre estruturas de cobertura impermeáveis, em diversos tipos de
edificações. Telhados verdes existem – ou existiram – em regiões diversas, tais como Alemanha,
Argentina, Tanzânia e Islândia, e em diversas fases históricas. Porém, suas qualidades e
benfeitorias foram reconhecidas mais amplamente no meio técnico há apenas alguns anos,
quando, então, vieram muitos estudos sobre seu comportamento hidrológico, térmico e acústico.
De fato, além dos benefícios hidrológicos, em foco neste estudo, Lagström (2004) relata que
coberturas verdes sobre contêineres experimentais reduziram pressões sonoras internas de 30 a
50%. No aspecto recuperação da umidade urbana, telhados verdes podem evaporar milhares de
vezes mais, em dia quente, que telhados convencionais, segundo Robinette (1972, apud MINKE,
2005). Além disto, a plantação de vegetais em grande escala sobre uma área urbana pode
contribuir para o sequestro de CO2, coibindo o aumento no efeito estufa. Dentre tais benefícios,
são os estudos térmicos e os hidrológicos que mais se destacam.
Esta pesquisa investigou técnicas e tipos de telhados verdes, além de estudos relevantes
sobre seu funcionamento e características de interesse para a recuperação ambiental. Neste
contexto, apresenta um método para dimensionamento hidráulico de um telhado verde, formado
por um conjunto composto, basicamente, por uma camada superior de substrato (solo), a
vegetação e uma subcamada drenante inferior, apoiada sobre laje ou outra estrutura de cobertura,
com impermeabilização adequada entre ela e tal estrutura. (MINKE, 2005).
Este trabalho foi recebido pela Comissão Cientifica e pertence aos anais do Congresso.
O conteúdo do trabalho é de inteira responsabilidade do autor.
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Os telhados verdes podem ser estruturados de várias maneiras e divididos em várias classes.
Os métodos construtivos dessas coberturas se distinguem não só pelos vários materiais, formando
o substrato, camada drenante e impermeabilização (esta, na sua base), mas também por
características intrínsecas, tais como espessura e declividade de substrato e camadas.
2 - CLASSIFICAÇÃO E FUNCIONAMENTO
É comum dividir-se os telhados verdes em três classes principais, a saber: intensivos, semiextensivas e extensivos. Além de diferirem pela espessura do substrato, principalmente, outras
características também as distinguem, tais como tipo de planta, profundidade das raízes e
intensidade de manutenção, como detalhado a seguir.
Sistemas intensivos têm substrato mais espesso (espessuras mínimas, na literatura,
próximas a 20 cm), permitindo o crescimento de vegetação mais densa e até lenhosa – o que
limita declividades e requer manutenção freqüente e boa irrigação (MINKE, 2005). Tais telhados
têm grande liberdade e variabilidade na instalação de componentes. Exigem estruturas de base
altamente resistentes – daí permitirem uso para convivência e recreação. Oferecem outras
vantagens específicas, tais como a possibilidade de plantio e cultivo de alimentos (OLIVEIRA;
SILVA, 2009), interessante em função dos objetivos do projeto. Porém, como o peso dos telhados
verdes intensivos é considerável, faz-se, por vezes, necessário o reforço estrutural para sua
aplicação, com necessidade de constante manutenção, tornando-os economicamente menos
viáveis.
Sistemas extensivos se caracterizam por substratos menos espessos, vegetação rasteira e
camadas entre 2,5 e 15 cm de espessura – evidentemente, não comportam raízes longas. Podem
ser suportados por estruturas leves (mesmo quando saturados), exigindo pouca ou nenhuma
manutenção (GETTER; ROWE, 2006; LAGSTRÖM, 2004; MINKE, 2005; OLIVEIRA, SILVA, 2009;
TOMAZ, 2005). Ao contrário dos intensivos, não podem ser cultivados e só suportam trânsito para
manutenção, por serem estruturas frágeis (MINKE, 2005). São mais baratos, simples e praticáveis
em vasta aplicação, exigindo menos manutenção. O caso prático deste estudo será sobre um
telhado extensivo, que se presta muito bem à adoção para regiões urbanas.
Sistemas semi-extensivas são intermediários entre intensivos e extensivos, com vantagens e
desvantagens de ambos, parcialmente. Têm substrato mais espesso que os extensivos, por vezes
proporcionado o plantio de espécies arbustivas e cultivo de alimentos, com espessura entre 12 e
25 cm e necessidade de periódica manutenção e irrigação – de acordo com o IGRA (2011).
Uma importante propriedade dos telhados verdes é a capacidade de retenção e detenção de
águas pluviais – no que são únicos, dentre toda a gama de coberturas existente. Dada esta
característica, uma região urbana pode ter seu ciclo hidrológico restaurado adotando-se telhados
verdes em boa parcela dela (PALLA et al., 2010). O fator benéfico predominante dessas
estruturas é a capacidade de retenção e detenção de água, devido às suas diversas camadas –
que diminuem a velocidade de escoamento, aumentando o tempo de detenção no sistema
cobertura (BERTHIER et al., 2011). Tal processo se deve à necessidade de preenchimento dos
vazios do solo pela água antes que passe a escoar superficialmente. Adicione-se a ele o fato de o
solo oferecer resistência à percolação e a absorção de água pelas plantas – tudo isto reduzindo o
escoamento superficial que depende do deságüe final do telhado. Esses fenômenos são discutidos
em Cunha (2004), Montalto et al. (2007), Oliveira e Silva (2009), Palla et al. (2010), Pöe et al.
(2011) e Vanwoert et al. (2005), sendo influenciados diretamente pela inclinação e a espessura de
cada camada drenante, bem como sua permeabilidade e capacidade de retenção de água.
Este trabalho foi recebido pela Comissão Cientifica e pertence aos anais do Congresso.
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Muitos estudos sobre a capacidade de retenção de água nos telhados verdes garantem que a
inclinação tem influência direta nela – não só sobre a eficiência de drenagem, obviamente. Há uma
minoria de estudos, porém, que questionam essa posição – Schade (2000 apud PALLA et al.,
2010) e Liesecke (1998 apud PALLA et al., 2010). Os estudos de Vanwoert et al. (2005) afirmam
que se deve considerar não só a inclinação, mas também a espessura, na definição ótima do
telhado verde, como citado anteriormente – levando em conta, ainda, a intensidade da chuva de
projeto. Outro fator cogitado por Vanwoert et al. (2005), mas não aprofundado, é a relação do tipo
de vegetação com a quantidade de água retida, comprovando aqueles autores que com uma
estrutura com vegetação se retém mais água que sem ela. Assim, a vazão máxima à saída do
telhado diminui ao se amortecer o hidrograma efluente, caindo assim a carga dos sistemas de
drenagem públicos durante e após a chuva. Isto também resulta redução da erosão (por
diminuição na velocidade da enxurrada) e dos risco de inundação (PALLA et al., 2010;
MONTALTO et al., 2007).
Berthier et al. (2011), responsáveis por estudos em direção a um método de dimensionamento
de telhados verdes, afirmam, pela análise de dados coletados por alguns anos em protótipos, que
na seca o substrato fica totalmente insaturado, com muito pouca água – por vezes, atingindo o
ponto de murcha de certas plantas. Isto, portanto, proporciona maior potencial de retenção de
água precipitada; enquanto, em épocas chuvosas, a quantidade de água armazenada no substrato
é maior, reduzindo a retenção de água pluvial.
Costa et al. (2011) não só testam os efeitos do retardamento do escoamento pelo substrato e
vegetação, a exemplo de outros estudos (BACOVIS, 2010; PALLA et al., 2010; VANWOERT et al.,
2005), mas também o efeito da rugosidade da superfície onde o telhado verde é implantado, com
resultado satisfatório na retenção apenas par superfície rugosa e ainda melhores para uma
combinação entre esta e o telhado verde. Assim, este é um meio de aumentar a eficiência de
retenção e redução de escoamento.
É ainda interessante o fato de o telhado verde atenuar com maior eficiência os primeiros
picos do evento chuvoso. À medida que a tormenta cai, essa eficiência diminui até se estabilizar.
Isto se explica por estar o substrato, geralmente, seco no início da chuva e, com o tempo, devido
ao aumento de sua percentagem de saturação, ver diminuída, cada vez mais, sua capacidade de
retenção – até atingir total grau de saturação. Daí, a precipitação excedente sobre sua superfície
passa a escoar praticamente toda de modo superficial.
3 - MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DO TELHADO VERDE
A proposta de dimensionamento prático de telhado verde aqui apresentada é simples,
fundamentada em conceitos e formulações básicas de Matemática, Física, Hidráulica, Hidrologia e
Mecânica dos Solos. Visa principalmente determinar a espessura do substrato, devido a ser ele o
principal componente responsável por aumentar a retenção de água. Para facilitar o cálculo dessa
estrutura, criou-se uma planilha que emprega o método resumido a seguir, porém descrito mais
detalhadamente em Tanzillo e Costa (2012).
Este trabalho foi recebido pela Comissão Cientifica e pertence aos anais do Congresso.
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Figura 1 – Corte esquemático mostrando o tipo de telhado verde adotado neste estudo
Várias alternativas geométricas são contempladas, cada uma com seu tempo de
concentração, tc. Para dada alternativa, escolhe-se um ietograma sintético de projeto (ou “chuva de
projeto”), com intervalos de cálculo t escolhidos em função de tc (para discretização do fenômeno
com boa precisão), criado, como descrito mais adiante, a partir de uma equação de chuva intensa
regional. Adotou-se aqui a mais recente, desenvolvida pelo Centro Tecnológico de Hidráulica
(MARTINEZ; MAGNI, 1999) para a cidade de São Paulo. É também necessário descontar a altura
pluviométrica infiltrada em cada t para obter a altura pluviométrica efetiva a cada t – resultando
o ietograma efetivo de projeto. As alturas infiltradas foram estimadas pelo método de Horton
usando uma versão adaptada por Tanzillo e Costa (2012) para o caso de em dado t chover
menos do que poderia infiltrar, segundo a capacidade de infiltração dada pela fórmula de Horton.
A forma de verificar a eficiência do amortecimento de enchente por um telhado verde é
avaliar o escoamento das águas à saída do telhado convencional – ou seja, deve-se estimar o
hidrograma efluente deste. O método o estima pela convolução da precipitação efetiva de projeto
com um hidrograma unitário estimado, para o telhado convencional, com base nas características
fornecidas da bacia drenada. Empregou-se aqui o hidrograma unitário triangular de Oakes
(simplificado, com tc como tempo de pico e tempo de base igual ao 2,5 tc). O tempo de
concentração é estimado em função das características principais da bacia, a saber: inclinação da
cobertura e maior distância nela percorrida pela molécula precipitada no ponto mais distante da
saída; inclinação e comprimento da calha; altura da edificação (para estimar tempo de percurso no
tubo de queda, em geral bem menor que o tempo de percurso superficial), e distância e inclinação
do canal de drenagem do substrato até o ponto de entrada no tubo de queda. Estimado o
hidrograma de enchente à saída do telhado convencional, será comparado, oportunamente, ao
hidrograma à saída do telhado verde.
É fundamental conhecer a chuva de projeto para dimensionar a drenagem. Deve-se adotar
sua duração, segundo diretrizes básicas para projetos de drenagem no município de São Paulo
(PMSP, 1999), igual ao tc do sistema; assim, garante-se contribuição simultânea de todo este e,
em consequência, maximização da vazão de projeto para dado período de retorno. A escolha
dessa duração foi efetuada de modo iterativo, partindo de um valor inicial conveniente de duração
de chuva, calculando o tempo de concentração em função das características da bacia e do
sistema drenante e usando esse valor como novo tempo de duração de chuva – até a
convergência entre a duração suposta e o valor tc resultante, como sintetiza a Figura 2.
Este trabalho foi recebido pela Comissão Cientifica e pertence aos anais do Congresso.
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Figura 2 – Esquema para cálculo da duração da chuva de projeto
Tomando-se as alturas pluviométricas infiltradas a cada t calculadas anteriormente, adotase a hipótese de que toda a água infiltrada pode ficar retida na camada de substrato e daí se
estima a espessura deste necessária para reter toda essa água simultaneamente, pelo menos até
o fim da tormenta efetiva. Sabendo a porosidade do substrato, de material homogêneo e isotrópico
neste estudo de caso hipotético, ‘p’ (quociente do volume de vazios do solo por seu respectivo
volume aparente ou total - PIMENTA, 1989), para uma área de captação de chuva coincidente
com a área do substrato (que abrange toda a área de telhado) se tem:
e = Pinf / p
onde:
e:
Pinf :
p:
(1)
espessura do substrato
altura pluviométrica infiltrada
porosidade do substrato
A forma de avaliar a eficiência do sistema proposto para amortecer a enxurrada é cotejar o
hidrograma à saída do telhado convencional resultante da convolução supra descrita com um
hidrograma estimado à saída do telhado verde. Este último é estimado supondo que a saída das
águas detidas no telhado verde ocorre por gravidade pela base do substrato, à velocidade
constante estimada pela Lei de Darcy (PIMENTA, 1981), e, daí, pelo sistema hidráulico de
captação da água filtrada por essa base e conduzida até a mesma saída que no convencional.
O cálculo dos hidrogramas, feito por uma sequência de subplanilhas de cálculo dentro da
planilha principal, faz-se preenchendo as células respectivas com valores geométricos das áreas
envolvidas e de características quantitativas do substrato – conforme o caso (como demonstra a
Figura 3 e melhor especificam Tanzillo e Costa (2012). No caso estudado, a bacia total do terreno
tem 900m2 e a área de telhado é 500m2.
A planilha pode ser usada simplesmente para calcular um telhado convencional, sem área
verde – resultando, então, um hidrograma efluente à saída do terreno bem maior que à época em
que o terreno era natural (com vegetação). Por outro lado, para se averiguar a viabilidade de
telhado verde, são primeiro criados três hidrogramas: um para o escoamento superficial pela área
verde; outro para o escoamento superficial pela área sem vegetação (área do terreno menos área
de telhado) e o último representando a saída da água sob a camada do substrato (hidrograma de
“exfiltração”). Somam-se os três e resulta o hidrograma efluente do terreno com telhado verde.
Portanto, para dado terreno, pode-se estimar tanto o hidrograma superficial que sairia pelo
seu exutório se o telhado fosse verde, quanto o hidrograma efluente no caso de telhado sem
partes verdes – em qualquer caso, a vazão efluente do telhado sempre está associada às outras
partes da bacia, impermeáveis.
Este trabalho foi recebido pela Comissão Cientifica e pertence aos anais do Congresso.
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Figura 3 – Imagem de tela da planilha ‘Características da bacia’ (TANZILLO e COSTA, 2012)
A Figura 4 mostra a título ilustrativo, para comparação pelo leitor, o hidrograma efluente do
terreno com telhado convencional e aquele efluente do terreno com a adoção de telhado verde,
num exemplo adotado para este estudo de caso (TANZILLO; COSTA, 2012, mostram todo o
detalhamento dos dados e dos cálculos pela planilha, discutindo suas diversas partes). O aspecto
mais importante na Figura 4 é o abatimento de cerca de 15% na vazão máxima (ou de pico) que é
descarregada na rede pública de drenagem.
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Figura 4 – Hidrogramas efluentes da bacia com e sem telhado verde –
resultado da planilha ‘Hidrogramas da bacia’.
4 – CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES
Este trabalho visa, entre outras finalidades, apresentar o telhado verde como importante
componente numa solução de natureza múltipla, que se torna urgente, para o problema das
inundações urbanas. Foram explorados as características possíveis dos telhados verdes e os
diversos tipos de comportamento da água neles, de uma forma geral; além de uma proposta
prática de dimensionamento criada para viabilizar a adoção dessas estruturas pela população.
Pesquisando a literatura, identificou-se o uso de telhados verdes como ferramenta para
mitigar os impactos do crescimento urbano, fato corroborado pelos argumentos numéricos aqui
apresentados. A literatura também os apresenta como solução praticável nos grandes centros
urbanos, com seus benefícios, facilidade e viabilidade de aplicação – sendo necessários estudos
para viabilizá-los ainda mais.
O método construtivo de telhados verdes é muito simples, visto ainda não existir norma
especifica para tal tipo de cobertura. Assim, o dimensionamento aqui sugerido é uma proposta
inicial na direção de um método especifico.
Ainda outra atitude prática possível é esclarecer a população sobre as vantagens do telhado
verde, tanto para incentivar o munícipe a adotar cobertura verde na sua edificação, com base na
prática da boa Engenharia e da boa Arquitetura, quanto para incentivar pesquisas orientadas de
forma prática por entidades de desenvolvimento urbano, de caráter público ou privado – assim,
fomentando a discussão prática nessa direção.
Observa-se pela literatura que a crescente vontade de construir coberturas verdes vem
ajudando a incentivar o surgimento de formas de impermeabilização que as viabilizem, de modo a
coibir um dos maiores problemas potenciais dessa prática: umidade no ambiente interno
construído.
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Um aspecto interessante para desenvolver conhecimento adicional do tema seria pesquisar
mais a fundo a possibilidade e a viabilidade de implantação em regiões diversas, explorando em
cada uma a sua capacidade de mitigar inundações e a possibilidade de viabilização econômica.
Os resultados desta pesquisa, bem como os de eventuais pesquisas futuras, representam
base para ampliar conhecimento visando desenvolver, conceber e planejar a aplicação de telhado
verde em área urbanas como forma complementar de solução do problema da inundação urbana –
ou, pelo menos, como forma de desacelerar a velocidade com que tal problema hoje cresce –
numa abordagem rumo à urbanização sustentável
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Este trabalho foi recebido pela Comissão Cientifica e pertence aos anais do Congresso.
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