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DANIELA ARANTES RODRIGUES LOPES
ANIELA ARANTES RODRIGUES LOPESANIELA ARANTES RODRIGUES LOPES
ANIELA ARANTES RODRIGUES LOPES
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO TÉRMICO DE UMA
COBERTURA VERDE LEVE (CVL) E DIFERENTES
SISTEMAS DE COBERTURA
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em
Ciências da Engenharia Ambiental, da Escola de Engenharia
de São Carlos – Universidade de São Paulo, para obtenção do
título de Mestre em Ciências da Engenharia Ambiental.
Orientador: Prof. Dr. Francisco Vecchia
São Carlos
2007
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DEDICATÓRIA
Dedico esse trabalho principalmente a
minha família... mas, também, dedico às
pessoas que passaram pela minha vida e
que, de uma forma ou de outra, deixaram
suas diferentes e singulares trajetórias
.
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AGRADECIMENTOS
Aos meus pais Luiz Otávio e Elizabeth e meu irmão Adriano, pela eterna
cumplicidade, dedicação, compreensão e amor incondicional. E também a minha
família, sempre presente e confiante, em todas as etapas da minha vida.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Francisco Vecchia, do Programa de Pós-Graduação em
Ciências da Engenharia Ambiental, que nesses dois anos e meio de convivência
contribuiu para meu crescimento científico e intelectual.
Aos amigos do coração, que como já dizia o poeta Vinícius de Moraes, em um
trecho no Soneto do Amigo: “... um bicho igual a mim, simples e humano, sabendo
se mover e comover, e a disfarçar com meu próprio engano. O amigo, um ser que a
vida não explica, que só se vai ao ver outro nascer, e o espelho da minha alma se
multiplica...”. Em especial a Clara, Érica, Gabriel, Juliano, Lara, Patrícia, Renata,
Vivian e Yuri.
Ao Prof. Dr. Woodrow Roma, pela atenção e colaboração dada na análise final da
pesquisa.
A Eleninha, bibliotecária da EESC-USP, pela paciência, dedicação e orientação em
relação às normas científicas adotadas.
A Universidade de São Paulo e ao Programa de Pós-Graduação em Ciências da
Engenharia Ambiental, pela oportunidade de realização do curso de mestrado.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pela
concessão da bolsa de mestrado e pelo apoio financeiro para realização desta
pesquisa.
EPÍGRAFE
“No mistério do sem-fim
equilibra-se um planeta.
E, no planeta, um jardim,
e, no jardim, um canteiro;
no canteiro uma violeta,
e, sobre ela, o dia inteiro,
entre o planeta e o sem-fim,
a asa de uma borboleta.”
(Cecília Meireles)
RESUMO
LOPES, D. A. R. 2007. Análise do comportamento térmico de uma cobertura
verde leve (CVL) e diferentes sistemas de cobertura. Dissertação (Mestrado).
Programa de Pós-Graduação em Ciências da Engenharia Ambiental, Escola de
Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. São Carlos - SP.
A presente pesquisa teve como objetivo principal analisar experimentalmente o comportamento
térmico de um sistema de cobertura verde leve (CVL) e, também, comparar o comportamento
térmico entre os diferentes sistemas de cobertura, frente aos ganhos térmicos no período de
transição entre as estações primavera-verão, na cidade de São Carlos-SP. Os sistemas de cobertura
em análise foram: 1) aço galvanizado, 2) telha de fibrocimento, 3) laje pré-moldada cerâmica, 4) telha
cerâmica e 5) cobertura verde leve (CVL). A CVL caracteriza-se por um sistema construtivo que
possui laje pré-moldada cerâmica impermeabilizada com resina poliuretana vegetal, geomanta
tridimensional leve e flexível para drenagem, camada reduzida de substrato e grama em sua
superfície. As vantagens em relação à utilização das coberturas verdes, em geral, estão
relacionadas à regulação de temperaturas, a melhora na eficiência energética das edificações, a
capacidade de retenção das águas pluviais, ao aumento das áreas verdes, a atenuação dos efeitos
das ilhas de calor, além da contribuição estética e social no ambiente urbano. A metodologia adotada
baseou-se na definição do dia típico experimental e nos parâmetros da inércia térmica aplicados
aos componentes construtivos da cobertura. As medições experimentais foram realizadas em células
de teste no canteiro experimental da Universidade de São Paulo (USP), pelo grupo de
Ecotecnologias: novos materiais e procedimentos. Foram armazenados em um sistema de aquisição
automática de dados, registros referentes às temperaturas do ar externo e interno às células de teste
e da temperatura superficial interna dos sistemas de cobertura. Como resultado, a CVL apresentou
um bom comportamento no que se refere à atenuação das variações de temperaturas internas à
edificação, frente às temperaturas do ar externo. Obteve, também, a menor temperatura superficial na
face interna do sistema de cobertura, quando comparada aos outros sistemas construtivos. Por tanto,
conclui-se que a CVL constitui-se de alternativa viável para construção, devido a sua capacidade de
amortecimento e atraso do fluxo térmico (inércia térmica), contribuindo com o estabelecimento de
temperaturas internas mais amenas e, além disso, por fundamentar-se em preceitos de uma
arquitetura de maior consonância com o ambiente natural.
Palavras - chave: Comportamento térmico. Coberturas verdes. Dia típico experimental. Inércia
térmica.
ABSTRACT
LOPES, D. A. R. 2007. Analysis of the thermal behavior of an extensive green
roof and different roof systems. Dissertation (M.Sc.). Programa de Pós-Graduação
em Ciências da Engenharia Ambiental, Escola de Engenharia de São Carlos,
Universidade de São Paulo. São Carlos - SP.
The present research main objective was to experimentally analyze the thermal behavior of an
extensive green roof system and also to compare different roof system thermal behavior, considering
their thermal profits in the period of transition between the stations spring-summer, in the city of São
Carlos-SP. The roof systems analyzed were: 1) galvanized steel, 2) earth flax, 3) paving-stone, 4)
ceramic tile and 5) extensive green roof. The extensive green roof can be characterized as a
constructive system that holds a waterproofed paving-stone with vegetable resin, a slight and flexible
three-dimensional geomat, used for draining, a reduced layer of substratum and grass in its surface.
The green roofs advantages are mainly related to temperatures regulation, improvement of energy
efficiency in constructions, possibility of pluvial waters retention (runoff), increase of green areas,
attenuation of heat islands effects, beyond the aesthetic and social contribution for the urban
environment. The methodology used was based on the definition of the experimental typical day and
the parameters of the thermal inertia applied to the constructive components of the cover. The
experimental measurements had been carried in test of cells located in the experimental base of the
University of São Paulo (USP), by the group of Ecotecnologys: new materials and procedures. They
were stored in a system of automatic acquisition of facts, records regarding the temperatures of the
internal and external air in the test of cells, and the superficial temperature of the internal roof systems.
As a result, the extensive green roof presented a good behavior, considering the attenuation of the
construction internal temperatures variations, facing the temperatures of the external air. It presented,
also, the lesser superficial temperature of the internal face of the roof system, when compared with the
other constructive systems. Therefore, one concludes that the extensive green roof consists of a
feasible alternative for construction, due to its capacity of damping and delaying the thermal flow
(thermal inertia), contributing to the establishment of pleasant internal temperatures and, moreover,
for basing its rules on architecture patterns more sensitive to environmental issues.
Keywords: Thermal behavior. Green roofs. Experimental typical day. Thermal inertia.
LISTA DE FIGURAS
Figura 01: Imagem artística dos Jardins Suspensos da Babilônia.................................................18
Figura 02: Edificação tradicional de terra e gramíneas (Haukadalur - Islândia)............................19
Figura 03: Edificação em Newfoundland (Canadá)...........................................................................20
Figura 04: Mosteiro do Monte Saint-Michel (França)........................................................................21
Figura 05: Cobertura verde intensiva - Millenium Park (Chicago - EUA) .......................................24
Figura 06: Coberturas verdes extensivas (Austrália).......................................................................25
Figura 07: Coberturas verdes acessíveis - Escola de Arte e Design (Cingapura) ........................27
Figura 08: Coberturas verdes inacessíveis (Berlin - Alemanha).....................................................28
Figura 09: Sobreposição de camadas em uma cobertura verde.....................................................30
Figura 10 e 11: Perfuração por raízes em superfície impermeabilizada com betume e PVC,
respectivamente ...................................................................................................................................40
Figura 12: Escoamento pluvial em uma cobertura verde e em um telhado convencional,
respectivamente ...................................................................................................................................48
Figura 13: Ilustração com os pontos das medições e suas respectivas alturas ..........................63
Figura 14: Trocas de calor em uma cobertura ..................................................................................78
Figura 15: Parâmetros relativos à inércia térmica............................................................................81
Figura 16: Localização do Município de São Carlos em relação ao Estado de São Paulo e ao
Brasil......................................................................................................................................................84
Figura 17: Localização do canteiro experimental no Campus da USP - São Carlos ....................85
Figura 18: Corte e planta esquemático das células de teste...........................................................86
Figura 19: Células de teste no canteiro experimental da USP - São Carlos..................................87
Figura 20: Células de teste com telha de aço galvanizado, fibrocimento, laje pré-moldada
cerâmica e telha cerâmica, respectivamente, no canteiro experimental da USP - São Carlos ...87
Figura 21: Elevação de paredes para modificação de inclinação e construção da CVL..............89
Figura 22: Laje para sustentação do sistema de CVL......................................................................89
Figura 23: Platibanda finalizada..........................................................................................................90
Figura 24: Aplicação da pasta de cimento em cima da laje e da platibanda .................................91
Figura 25: Aplicação da resina polimérica vegetal na laje da CVL.................................................91
Figura 26: Geomanta MacDrain® 2L ..................................................................................................92
Figura 27: Colocação da grama esmeralda (Zoysia japonica) no sistema de CVL.......................93
Figura 28: Sistema de CVL em célula de teste no canteiro experimental da USP - São Carlos..94
Figura 29: Sistema de aquisição automática de dados no interior da caixa térmica ...................96
Figura 30: Termopar (cobre/constantin) com ponta eletro-soldada...............................................96
Figura 31: Estação meteorológica automática do Laboratório de Construção Civil -
Departamento de Arquitetura e Urbanismo (USP - São Carlos)......................................................97
Figura 32: Temperaturas máximas do ar externo durante o episódio representativo do fato
climático (04 a 10 de outubro de 2004) ............................................................................................108
Figura 33: Imagens de satélite (GÓES) no período de 04 a 11 de outubro 2004.........................109
Figura 34: Temperaturas máximas do ar externo durante o dia típico experimental .................111
Figura 35: Radiação solar global registrada no dia 09 de outubro 2004 (dia típico experimental)
..............................................................................................................................................................112
Figura 36: Valores das temperaturas registradas no dia 09 de outubro 2004 referente às
medições no interior da célula de teste com CVL (temperatura do ar e temperatura superficial
do sistema construtivo) e da temperatura do ar externo...............................................................113
Figura 37: Temperaturas superficiais internas dos cinco sistemas de cobertura em análise e a
temperatura do ar externo.................................................................................................................116
Figura 38: Temperatura do ar interno e externo às células de teste com diferentes sistemas de
cobertura .............................................................................................................................................120
LISTA DE QUADROS
Quadro 01: Descrição das vantagens e desvantagens entre uma cobertura verde intensiva e
uma cobertura verde extensiva ..........................................................................................................26
Quadro 02: Descrição do sistema construtivo de coberturas verdes............................................31
Quadro 03: Diferentes formas de ajardinar uma cobertura verde ..................................................33
Quadro 04: Descrição de espécies vegetais analisadas segundo pesquisa realizada na cidade
do Rio de Janeiro-RJ sobre a utilização de plantas em coberturas de edificações .....................34
Quadro 05: Políticas públicas desenvolvidas na cidade de Portland (Oregon - EUA) .................56
Quadro 06: Políticas públicas desenvolvidas na cidade de Basel (Suíça - Europa).....................56
Quadro 07: Membros da rede mundial de infra-estrutura para coberturas verdes.......................59
Quadro 08: Análise das propriedades térmicas das coberturas verdes e investigação de seu
desempenho energético ......................................................................................................................62
Quadro 09: Investigação dos benefícios térmicos de jardins em coberturas no ambiente
tropical...................................................................................................................................................64
Quadro 10: Medições experimentais e modelos numéricos de uma cobertura verde .................66
Quadro 11: Desempenho térmico de coberturas vegetais em edificações na cidade de São
Carlos-SP ..............................................................................................................................................68
Quadro 12: Coberturas vivas extensivas: análise da utilização em projetos na região
metropolitana de Porto Alegre e Serra Gaúcha ................................................................................71
Quadro 13: Conceituação dos mecanismos físicos para trocas térmicas ....................................76
Quadro 14: Definição dos parâmetros para análise da inércia térmica .........................................80
Quadro 15: Descrição dos materiais e componentes utilizados para a construção do sistema
de CVL ...................................................................................................................................................88
Quadro 16: Descrição dos equipamentos do sistema de aquisição de dados .............................95
Quadro 17: Composição instrumental da estação meteorológica automática .............................98
Quadro 18: Descrição de sensores utilizados nas medições .........................................................98
Quadro 19: Comparação entre as etapas pré-frontal e pós-frontal ..............................................101
Quadro 20: Descrição das imagens de satélite (GÓES).................................................................110
LISTA DE TABELAS
Tabela 01: Valores de temperaturas registrados no sistema de CVL e suas respectivas
amplitudes térmicas...........................................................................................................................115
Tabela 02: Valores das temperaturas superficiais internas, nos distintos sistemas de cobertura
analisados, com suas respectivas amplitudes e amortecimentos térmicos...............................118
Tabela 03: Valores do atraso térmico dos distintos sistemas de cobertura analisados, em
comparação ao sistema de CVL, referente às temperaturas superficiais internas ....................119
Tabela 04: Valores das diferentes temperaturas do ar interno, nos distintos sistemas de
cobertura do experimento, com suas respectivas amplitudes térmicas .....................................120
Tabela 05: Atraso térmico dos distintos sistemas de cobertura analisados em relação à
temperatura do ar externo.................................................................................................................122
SUMÁRIO
RESUMO
ABSTRACT
1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA .......................................................................13
2 OBJETIVOS..........................................................................................................16
3 COBERTURAS VERDES .....................................................................................17
3.1 Breve colocação histórica................................................................................17
3.2 Definição ............................................................................................................23
3.3 O sistema construtivo.......................................................................................29
3.4 Componentes do sistema construtivo ............................................................31
3.4.1 Vegetação.....................................................................................................31
3.4.2 Substrato ......................................................................................................36
3.4.3 Sistema de drenagem...................................................................................38
3.4.4 Impermeabilização e membrana anti-raiz.....................................................39
3.4.5 Suporte estrutural .........................................................................................40
3.5 Os benefícios.....................................................................................................41
3.5.1 Aumento das áreas verdes nas cidades.......................................................41
3.5.2 Regulação da temperatura ...........................................................................42
3.5.3 Maior vida útil................................................................................................45
3.5.4 Proteção contra incêndio ..............................................................................46
3.5.5 Retenção das águas pluviais........................................................................47
3.5.6 Efeitos estéticos e sociais.............................................................................49
3.5.7 Melhora na eficiência energética ..................................................................50
3.5.8 Contribuição à biodiversidade.......................................................................51
3.5.9 Atenuação das ilhas de calor........................................................................53
3.6 Ações de fomento .............................................................................................54
3.7 Estudos de caso................................................................................................60
3.8 Manutenção, custos e dificuldades .................................................................71
3.9 Comportamento, desempenho e conforto térmico ........................................73
3.10 Trocas térmicas...............................................................................................75
3.10.1 A inércia térmica .........................................................................................79
4. MATERIAIS E MÉTODOS ....................................................................................82
4.1 As células de teste ............................................................................................83
4.1.1 Localização...................................................................................................83
4.1.2 Caracterização geral.....................................................................................85
4.1.3 O sistema de cobertura verde leve (CVL).....................................................88
4.2 Medições............................................................................................................95
4.2.1 Equipamentos de medição e armazenamento de dados..............................95
4.2.2 Valores monitorados nas células de teste ....................................................99
4.2.3 Acompanhamento dos estados atmosféricos .............................................100
4.2.4 Análise dos dados climáticos obtidos em superfície...................................101
4.3 Definição do episódio representativo do fato climático ..............................102
4.4 Avaliação do comportamento térmico dos sistemas de cobertura ............105
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO...........................................................................106
5.1 O episódio representativo e o dia típico experimental ................................106
5.2 A cobertura verde leve....................................................................................113
5.3 Os sistemas de cobertura...............................................................................115
6 CONCLUSÃO ......................................................................................................123
REFERÊNCIAS.......................................................................................................128
ANEXOS .................................................................................................................135
13
1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA
O contexto da arquitetura moderna, aliada ao estilo internacional, levou à
repetição de tipologias arquitetônicas por todo o mundo. Para tanto, pouco se
considerou a diversidade das variáveis regionais, peculiares de cada lugar, e sua
importância no estabelecimento de um diálogo entre o ambiente construído e o
ambiente natural.
Os temas relacionados às questões ambientais ganharam maior ênfase, em
decorrência das discussões internacionais na década de 70, devido à preocupação
em relação aos impactos no ambiente natural, com dimensões mundiais, gerados
pelo consumo de energia fóssil, somado às previsões de alerta a respeito do
inevitável crescimento das cidades e de suas demandas por mais recursos naturais.
Com isso, premissas por edificações que levassem em consideração os
parâmetros térmicos, bem como sua interação com o entorno, começaram a ser
colocadas em pauta novamente. Atualmente, vários estudos vêm sendo propostos e
desenvolvidos nesse sentido com o intuito de englobar as questões tecnológicas e
ambientais, a partir de uma visão de médio e longo prazo.
Portanto, o tema relacionado às coberturas verdes ressurge neste cenário
como uma das tecnologias arquitetônicas que estabelece consonância com o
ambiente natural, além de oferecer benefícios tanto na escala das edificações
quanto na escala urbana. A Alemanha foi a precursora desse movimento, mas nos
dias de hoje, diversas práticas e pesquisas relacionadas às coberturas verdes são
desenvolvidas em países da Europa e América do Norte. No entanto, é importante
ressaltar que, também, existem outras iniciativas em países como: Austrália, México,
Brasil, Cingapura e Japão.
14
Em geral, as coberturas verdes são formadas por diversas camadas
sobrepostas em cima de um suporte estrutural e são diferenciadas na literatura,
principalmente, pela espessura total de seu sistema construtivo. Assim, as
“coberturas verdes extensivas” caracterizam-se por uma estreita espessura de
substrato, plantio de vegetações rasteiras (pequeno porte) e baixa manutenção
periódica. Já as “coberturas verdes intensivas” têm uma maior espessura do
substrato, sustentam espécies de plantas que vão de gramíneas a árvores e
necessitam de um sistema de irrigação e de manutenções periódicas.
Uma das vantagens que a cobertura verde proporciona é a atenuação das
temperaturas nos ambientes internos às edificações devido ao efeito de inércia
térmica, referente aos elementos do sistema construtivo. Assim, ocorre um atraso na
transmissão do fluxo de calor proveniente da radiação solar, onde as máximas
temperaturas registradas no interior da edificação acontecem quando, a temperatura
do ar externo é menor do que a temperatura do ar interno.
Nesse contexto, a presente pesquisa buscou mensurar, primeiramente, o
quanto uma cobertura verde, de baixo peso próprio, contribui para minimizar as
oscilações da temperatura do ar interno de um ambiente, frente às excitações da
temperatura do ar externo. Posteriormente, buscou-se comparar o comportamento
térmico da cobertura verde com quatro outros sistemas de cobertura, analisando os
valores das temperaturas superficiais na face interna do sistema construtivo frente
às temperaturas do ar externo.
As medições experimentais tiveram início, aproximadamente, três anos atrás,
pelo grupo de Ecotecnologias: novos materiais e procedimentos. Foram realizadas
no canteiro experimental do campus da Universidade de São Paulo (USP),
localizado na cidade de São Carlos - SP. No canteiro experimental têm-se diversas
15
células de teste, obedecendo a um mesmo padrão construtivo (exceto em relação
aos sistemas de cobertura) e uma estação meteorológica automática.
A abordagem climática adotada, para definir o período de análise dos dados
meteorológicos e dos valores monitorados nas células de teste, baseia-se nos
critérios da climatologia dinâmica, por incorporar ao estudo experimental o estado
atmosférico dominante das massas de ar. Nessa perspectiva, entende-se o clima
como o encadeamento sucessivo e contínuo dos estados atmosféricos e suas
articulações, no sentido de retorno aos mesmos estados. Assim, compreende-se a
ação das massas de ar sobre uma determinada região, bem como suas
repercussões no ambiente construído.
O período em análise deste estudo denominou-se episódio representativo do
fato climático
1
, por expressar períodos críticos em relação às sensações térmicas
impostas pelas excitações do clima que uma região pode estar submetida. Com
referência a presente pesquisa, o episódio representativo compreendeu os dias 04 a
10 de outubro de 2004, devido ao registro das altas temperaturas do ar externo e da
incidência da radiação solar global.
A análise do comportamento térmico se deu a partir dos valores monitorados
nesse período que, posteriormente, foram transformados em gráficos para uma
melhor visualização e interpretação das informações. Os parâmetros adotados para
avaliação e comparação dos diferentes comportamentos dos sistemas de cobertura
foram em relação à inércia térmica dos elementos construtivos.
Nesse sentido, uma das fundamentações para a pesquisa do comportamento
térmico de coberturas em edificações deve-se aos elevados ganhos térmicos,
provenientes da radiação solar, que essa parte da envolvente recebe durante o dia.
1
Conceituação definida por Vecchia (1997).
16
Salienta-se que a radiação solar é a principal fonte do aumento excessivo das
temperaturas nos materiais construtivos e, consequentemente, é a que mais
transfere parte de seu fluxo térmico para o interior dos espaços edificados.
O critério ideal para avaliar edificações que proporcionem um equilíbrio mais
harmônico em relação ao ambiente externo talvez fosse aquele que levasse em
consideração todas as variáveis construtivas, bem como as necessidades
fisiológicas e subjetivas do ser humano. No entanto, a avaliação do comportamento
dos elementos construtivos, por um melhor equilíbrio térmico dos fechamentos,
também é de extrema relevância, pois sem o qual seria difícil estabelecer critérios
para qualquer definição de bem-estar.
2 OBJETIVOS
GERAL
O objetivo principal dessa pesquisa foi analisar o comportamento térmico do
sistema de cobertura verde leve (CVL) e, também, comparar o comportamento
térmico entre diferentes sistemas de cobertura, frente aos ganhos térmicos no
período de transição entre as estações primavera-verão, na cidade de São Carlos-
SP. Os sistemas de cobertura em análise foram: 1) aço galvanizado, 2) telha de
fibrocimento, 3) laje pré-moldada cerâmica, 4) telha cerâmica e 5) cobertura verde
leve (CVL).
17
ESPECÍFICOS
Reunir referências sobre o estudo das coberturas verdes para fundamentar
teoricamente a presente pesquisa;
Caracterizar e situar o contexto do experimento;
Determinar a definição do episódio representativo do fato climático;
Sistematizar em forma de gráficos e tabelas, os valores monitorados no
interior das células de teste e os dados meteorológicos tomados em superfície
(temperatura do ar externo, temperatura do ar interno e temperatura
superficial interna do sistema construtivo de cobertura);
Analisar o comportamento térmico do sistema de CVL;
Comparar o comportamento térmico de diferentes sistemas construtivos de
coberturas.
3 COBERTURAS VERDES
3.1 Breve colocação histórica
As coberturas verdes não são fenômenos novos, este sistema construtivo foi
considerado prática padrão em muitos países por centenas de anos, principalmente,
por causa das excelentes qualidades térmicas promovidas pela combinação das
camadas de vegetação e substrato (PECK et al., 1999). Nos climas frios da Islândia,
Escandinávia, Estados Unidos e Canadá, as coberturas verdes ajudam a reter o
calor no edifício, já em climas quentes como o da Tanzânia contribui mantendo o
calor externo à edificação (MINKE, 2003).
18
Durante o império romano em Pompéia, no sul da Itália, era comum o
crescimento de videiras em cima das varandas. Os romanos também usavam
plantar árvores sobre o alto dos edifícios institucionais, tais como os mausoléus de
Augusto e Adriano III. Os Vikings empregavam nas paredes e nas coberturas,
camadas de gramíneas para se protegerem das intempéries e às vezes utilizavam
algas marinhas para isolar termicamente a cobertura (PECK et al., 1999).
Segundo Dinsdale, Pearen e Wilson (2006), a cobertura verde mais antiga e
famosa foi os Jardins Suspensos da Babilônia (Figura 01), considerado uma das
sete maravilhas do mundo antigo. Construído provavelmente por volta de 600a.C.,
cobria uma área de 2000m² com árvores, arbustos e trepadeiras.
Figura 01: Imagem artística dos Jardins Suspensos da Babilônia
Fonte: Dinsdale, Pearen e Wilson (2006)
19
As coberturas verdes antigas de Roma e da Itália eram impressionantes por
sua extravagância e diversidade de construções, no entanto a base das coberturas
verdes modernas encontra-se na Islândia (Figura 02) e na Escandinávia
(DISNDALE; PEAREN; WILSON, 2006 e HENDERSON, 2003).
Figura 02: Edificação tradicional de terra e gramíneas (Haukadalur - Islândia)
Fonte:
Burgess (2004)
De acordo com Minke (2003), na Islândia tinha-se a tradição de construir
coberturas com duas ou três camadas de esterco com carvão vegetal e depois
sobrepor grossos rolos de grama. Apesar da cobertura não ser impermeável, sua
inclinação era suficiente para não infiltrar água, nem da chuva e nem da neve ao
derreter. Já a tradicional cobertura de gramínea da Escandinávia possui uma
inclinação entre 30° e 45° graus, onde uma camada grossa de terra com grama é
colocada sobre várias camadas de cortiça. Quando impermeabilizada, a cortiça é
bem resistente à decomposição, à passagem de raízes e à infiltração. A vida útil de
uma cobertura dessas é de aproximadamente vinte anos.
20
Em uma técnica similar foram erguidas há aproximadamente cem anos, casas
com camadas de terra e gramíneas, nas cidades do norte dos Estados Unidos e
Canadá (Figura 03). O sistema construtivo empregado procede provavelmente do
norte da Europa. A construção da cobertura era constituída de: caibros, ripas, ramos
secos, relva de pradaria e duas camadas de terra com gramíneas (0,10m de
espessura cada), colocadas em cima de grossas paredes de 0,60m a 0,90m de
largura, também, de terra com gramíneas (MINKE, 2003).
Figura 03: Edificação em Newfoundland (Canadá)
Fonte: Hurstwic (2007)
De acordo com Grant et al. (2003), um dos exemplos de coberturas verdes
reconstruído no século XIII é o mosteiro do Monte Saint-Michel (Figura 04), situado
na Normandia (noroeste da França), possui vários tipos de vegetações como
gramíneas, herbáceas e arbustos em sua cobertura.
21
Figura 04: Mosteiro do Monte Saint-Michel (França)
Fonte: La Coquillonnerie (2007)
Uma das primeiras edificações da renascença com coberturas verdes foi o
Pallazzo Piccolomini, na cidade de Pienza (Itália), construído pelo Papa Pio II, no
século XV. Outros dois notáveis exemplos de coberturas verdes podem ser vistos
também na Rússia imperial, como o Kremlin (complexo histórico fortificado), na
cidade de Moscou e o museu Hermitage, em São Petersburgo, fundado no ano de
1764 (GRANT et al., 2003).
Visto principalmente como uma prática vernacular até o meio deste século, só
recentemente as práticas construtivas em relação às coberturas verdes foram
adotadas extensamente na Europa (PECK et al., 1999).
As modernas coberturas verdes foram introduzidas na Alemanha nos anos 70
por indústrias, arquitetos, paisagistas e pesquisadores de universidades. Em 1971,
Gerda Gollwitzer e Werner Wirsing esboçam os princípios das coberturas verdes
modernas, no livro intitulado Roof Areas Inhabited, Viable, and Covered by
Vegetation. Já Hans-Joachim Liesecke no ano de 1972 escreveu as bases para
22
coberturas verdes intensivas
2
, em Roof and Terrace Gardens. Outros seguiram
notavelmente no mesmo processo, como Kolb, Hans Luz, Hans Kienle e Bernd
Krupka (VELAZQUEZ, 2005).
Dois modernos defensores da tecnologia das coberturas verdes foram os
arquitetos Le Corbusier e Frank Lloyd Wright. Le Corbusier projetou coberturas,
como um novo espaço para as áreas verdes e Wright utilizou as coberturas verdes
como um instrumento para integrar suas edificações com a paisagem. Naquela
época, não previram o possível impacto econômico e ambiental que essa tecnologia
teria no ambiente urbano nos dias atuais (PECK; KUHN, 2006).
Na Alemanha, o desenvolvimento do mercado para comercialização e
construção de coberturas verdes expandiu-se rapidamente nos anos 80, calculando
em média um crescimento anual de 15% a 20%. No ano de 1989, um milhão de m²
em coberturas verdes já existiam no país, em 1996 esse número passou para 10
milhões de m². Este crescimento foi estimulado, em sua maior parte, pelas políticas
públicas do estado e por programas de incentivos fiscais. Outros lugares como Viena
e Áustria, também forneceram subsídios e estabeleceram programas de incentivos
fiscais para o desenvolvimento das coberturas verdes em três estágios de projeto:
planejamento, construção e manutenção, garantindo inclusive três anos de apoio
aos proprietários. Esse interesse renovado deve-se, principalmente, ao rápido
declínio dos espaços verdes nas áreas urbanas de intenso desenvolvimento
populacional e, consequentemente, à perda dos benefícios que estes espaços
proporcionam ao ambiente construído (PECK et al., 1999).
2
Ver definição na página 23.
23
3.2 Definição
As coberturas verdes são sistemas planejados de coberturas, que incorporam
o uso da vegetação para contribuições ambientais, econômicas e sociais nas áreas
urbanas (BRITISH..., 2006). Neste sentido, profissionais da área contribuem,
significativamente, com projetos que transformam superfícies de coberturas em
espaços ambientalmente funcionais (DVORAK; FLEUR, 2006).
O sistema de coberturas verdes consiste na sobreposição de diversas
camadas sobre uma superfície estrutural, que de modo geral incluem: membrana a
prova de água (impermeabilização), sistema de drenagem, substrato (meio de
crescimento das vegetações) e plantas. Esse sistema construtivo pode ser parte de
uma produção pré-fabricada ou cada camada pode ser instalada separadamente na
obra, o que é definido com base nos objetivos e restrições de cada projeto. As
coberturas verdes com baixa espessura de substrato, ou seja, leves, são
denominadas pela literatura como “coberturas verdes extensivas”. Já as coberturas
com grande espessura de substrato são denominadas “coberturas verdes intensivas”
(ROSENZWEIG; GAFFI; PARSHALL, 2006).
As coberturas intensivas possuem substrato com no mínimo 0,30m de
profundidade, necessitam de manutenções periódicas como irrigação, podas e
fertilização. Proporcionam suporte a diversas espécies de vegetações, que vão
desde gramíneas e arbustos até plantas arbóreas (CONNELLY; LIU, 2005). Como
resultado da diversidade vegetal e das diferentes profundidades dos solos que as
coberturas verdes intensivas suportam, faz-se necessário um cálculo específico para
sua estrutura (DUNNEST; KINGSBURY, 2003).
24
Na figura 05 observa-se o Millenium Park, na cidade de Chicago (Estados
Unidos), provavelmente a cobertura intensiva mais extensa do mundo. Integra
tecnologia e arte dentro de um espaço público contemporâneo e multifuncional. Em
sua superfície têm-se fontes, esculturas, restaurantes, jardins e pista de patinação,
abaixo da cobertura verde existem dois estacionamentos subterrâneos e um teatro
(GREEN ROOFS GOES TO WASHINGTON, 2005).
Figura 05: Cobertura verde intensiva - Millenium Park (Chicago - EUA)
Fonte: Photo Gallery (2007)
Os sistemas extensivos de coberturas requerem baixa manutenção, pois
geralmente, utilizam espécies vegetais tolerantes às condições ambientais adversas
e dependendo da construção podem ser instalados em edificações sem alterações
estruturais (CONNELLY, 2005). Em relação ao solo, costuma-se fazer uma mistura
diversificada no substrato, com material orgânico, terra, areia, pedras e, também, é
realizada uma fertilização até as plantas se estabilizarem. O peso do solo saturado
de água varia entre 73kg/m² a 170kg/m², com sua profundidade alterando entre 0,5m
e 0,15m (PECK; KUHN, 2006).
3
3
Deve-se salientar que a espessura do substrato, bem como seu peso por metro quadrado, varia entre autores.
25
A cobertura verde extensiva contém somente uma ou duas espécies de
vegetação, como gramíneas, herbáceas e suculentas
4
. É projetada geralmente para
a máxima carga hidrológica, bem como o mínimo peso estrutural. Somente as
pessoas responsáveis pela manutenção têm acesso a este tipo de cobertura
(WARK; WARK, 2003). Na figura 06 observa-se várias edificações em um bairro
residencial na Austrália com coberturas verdes extensivas.
Figura 06: Coberturas verdes extensivas (Austrália)
Fonte: Wilson (2007)
Para Johnston e Newton (2004), as coberturas verdes intensivas tradicionais
possuem em sua estrutura básica algumas características como solos profundos,
sistema de irrigação e condições bem favoráveis para o crescimento das plantas. As
coberturas verdes extensivas possuem em geral solos rasos, pouca ou nenhuma
manutenção e condições satisfatórias para o desenvolvimento das plantas. No
quadro 01 estão relacionadas de forma comparativa as vantagens e desvantagens,
segundo os autores, em relação aos dois sistemas construtivos.
4
O termo "suculenta" é utilizado genericamente para designar plantas que, de alguma forma, armazenam grande
quantidade de água em seu interior. Cerca de 50 famílias, com mais de 600 gêneros e milhares de espécies
podem ser consideradas suculentas (BENEDITO; CORRADINI, 2007).
26
COBERTURAS VERDES INTENSIVAS COBERTURAS VERDES EXTENSIVAS
Vantagens
Proporciona grandes espaços
para o estabelecimento da
diversidade da fauna e da flora;
Possibilita a utilização do jardim
como espaço de contemplação e
também para cultivo de alimentos
Baixa manutenção em relação à
irrigação, podas e fertilização;
Baixo peso estrutural;
Maior flexibilidade em relação à
inclinação da cobertura;
Não exige perícia na execução;
Apropriado para implementar em
edificações existentes;
Possui um custo relativamente
baixo.
Desvantagens
Sistema construtivo complexo e de
grande manutenção;
Grande peso estrutural;
Alto custo inicial com a construção
e posteriormente com elementos
de manutenção.
Geralmente não possui acesso
para espaços de contemplação e
recreação;
Escolha limitada das espécies
vegetais.
Quadro 01: Descrição das vantagens e desvantagens entre uma cobertura verde intensiva e
uma cobertura verde extensiva
Fonte: Johnston e Newton (2004)
Outro tipo de cobertura descrito pela literatura são as coberturas verdes semi-
extensivas. Esse tipo de cobertura caracteriza-se por solos mais profundos e dão
abrigo a uma quantidade grande de variadas espécies vegetais, associadas à fauna
local. A profundidade do substrato confere mais peso à estrutura da edificação e,
consequentemente, exige mais manutenção no que diz respeito à poda, fertilização
e irrigação. Esse sistema construtivo comporta desde vegetações como musgos,
suculentas e gramíneas até pequenos arbustos (GEDGE et al., 2006).
Segundo Peck et al. (1999), as coberturas verdes também podem ser
classificadas como acessíveis ou inacessíveis. Uma cobertura verde acessível é um
espaço ao ar livre que permite ser utilizado tanto para contemplação, quanto para
27
recreação. Algumas exigências de segurança também devem ser determinadas,
como ter guarda-corpo e iluminação. As coberturas verdes acessíveis (Figura 07)
proporcionam benefícios sociais importantes aos usuários, além de aumentar o valor
de mercado da edificação.
Figura 07: Coberturas verdes acessíveis - Escola de Arte e Design (Cingapura)
Fonte: Photo Gallery (2007)
Uma cobertura verde inacessível (Figura 08), na verdade, possui acesso
somente para manutenções periódicas. Não apresenta nenhuma exigência em
relação a escadas regulamentares, guarda-corpo, iluminação ou outro componente
de segurança e podem ser horizontais, curvas ou com declividade acentuada. No
entanto, as coberturas com declividade acentuada e com curvas necessitam de
tirantes horizontais, servindo de reforço em dias de chuva intensa e impedindo o
desmoronamento das camadas superiores (PECK et al., 1999).
28
Figura 08: Coberturas verdes inacessíveis (Berlin - Alemanha)
Fonte: Minke (2003)
A questão da declividade é outro fator que está ligado ao tipo de cobertura
verde adotada, pois quanto mais profunda a espessura do substrato, menos
declividade deve ter a cobertura. As declividades das superfícies variam de
horizontais até acima de 40°. Nesse sentido, segundo o autor, para otimizar o custo
da construção uma declividade satisfatória seria de até 3°, não necessitando assim,
de um sistema de drenagem específico e nem de técnicas para contenção dos
possíveis deslizamentos (MINKE, 2003).
Tendo em vista as diversas formas de ajardinar uma cobertura e a relação
que ela estabelece com cada variável a ser adotada, o presente trabalho destina-se
a pesquisar sobre coberturas verdes extensivas e inacessíveis. Nessa perspectiva, o
nome utilizado foi: Coberturas Verdes Leves. Esta denominação deve-se aos
estudos desenvolvidos, anteriormente, pelo grupo de pesquisa Ecotecnologias:
29
novos materiais e procedimentos, da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC -
USP), para enfatizar a característica leve do sistema.
3.3 O sistema construtivo
Existe uma extensa disposição de tecnologias e soluções projetuais em
relação às construções das coberturas verdes. Algumas dessas informações foram
desenvolvidas por instituições privadas, no entanto atualmente, instituições públicas
e universidades também estão conduzindo pesquisas na área, que apresentam
importantes informações sobre este sistema construtivo. Os estudos são em relação
às plantas e substratos utilizados, bem como sobre o comportamento das coberturas
verdes nas várias escalas de abordagem (KANE, 2004).
A maioria das coberturas verdes possui um ordenamento dos componentes
construtivos de forma similar (Figura 09). O design destes componentes depende do
propósito da cobertura, bem como da capacidade estrutural da edificação (GETTER;
ROWE, 2006). Partindo da vegetação, tem-se na seqüência o substrato, o filtro, o
sistema de drenagem e, por fim, a impermeabilização em cima da laje ou qualquer
outra superfície de apoio (OBERLANDER; WHITELAW; MATSUZAKI, 2002).
30
Figura 09: Sobreposição de camadas em uma cobertura verde
Fonte: Tanner e Scholz-Barth (2004)
No quadro 02 estão especificadas, segundo Wong (2006), a relação e a
função de cada componente do sistema construtivo das coberturas verdes. De
acordo com Velazquez (2005), outras camadas e elementos opcionais também
podem ser intercalados entre estes componentes.
Vegetação
As coberturas verdes possibilitam a utilização de diversas espécies vegetais e
que, preferencialmente, apresentem baixa manutenção e resistência às
particularidades de cada região. Estas plantas são denominadas plantas
autóctones
5
.
Substrato
Serve de suporte para vegetações rasteiras de baixo peso, com uma espessura
que geralmente varia de 0.8m a 0.12m.
Filtro
Previne o entupimento da camada de drenagem, para isso, utiliza-se um
geotêxtil, com a função de filtrar partículas que se desprendem do solo.
Também serve como meio de transporte das águas pluviais para as raízes das
plantas, por capilaridade.
5
Do lat. autochtone, significa nativo (LUFT, 1995).
VEGETAÇÃO
SUBSTRATO
FILTRO
DRENAGEM
IMPERMEABILIZAÇÃO
31
Drenagem
Existem diferentes maneiras de se instalar um sistema de drenagem nas
coberturas verdes, uma delas é incorporar ao substrato uma camada de
material poroso, como areia ou cascalho. Outra forma é utilizar componentes
industrializados, como células perfuradas de polipropileno ou geomantas, que
ajudam no escoamento das águas pluviais.
Impermeabilização
A função preliminar de uma cobertura é manter o interior da edificação seco,
isto é, impedir à penetração das águas pluviais. Para jardins em coberturas, a
superfície impermeabilizada deve, também, ser resistente a perfuração por
raízes. Um tipo comum de membrana impermeabilizante, testada e usada
extensamente na Alemanha é a membrana termoplástica de PVC.
Quadro 02: Descrição do sistema construtivo de coberturas verdes
Fonte: Wong (2006)
3.4 Componentes do sistema construtivo
3.4.1 Vegetação
As vegetações no contexto urbano não são importantes somente no que diz
respeito à função ornamental mas, principalmente, em relação às contribuições
ambientais. Para tanto, fixam partículas poluentes em suspensão na atmosfera em
suas superfícies e trabalham como reguladoras das altas temperaturas e da
umidade do ar no ambiente construído (HORBERT et al., 1982).
A escolha de coberturas verdes com baixo peso próprio caracteriza-se por
raras manutenções periódicas, tais como irrigações e podas, o que restringe a uma
escala muito pequena de vegetações que possam ser utilizadas. As plantas devem
ser escolhidas para que cresçam e prosperem em condições particulares, em
relação aos lugares que estão inseridas e, também, para atrair a fauna da região
32
local. Espécies nativas requerem menor manutenção e são mais aptas a fornecer o
habitat necessário para animais locais (JOHNSTON; NEWTON, 2004).
Em relação às pesquisas sobre vegetações em coberturas, os autores do livro
Green Roofs Plants - A Resource and Planting Guide, declaram que mesmo
atualmente, não se tem estabelecido uma lista padrão de plantas recomendadas
para utilização em coberturas verdes. Mesmo com muitas décadas de estudos
desenvolvidos, em diversos países da Europa, é fundamental que cada localidade
construa sua própria experiência baseando-se nas condições peculiares em que se
encontram (DUNNETT, 2007).
De acordo com Johnston e Newton (2004), foram propostas algumas
diretrizes para o direcionamento na escolha das vegetações, em sistemas de
cobertura verde com característica “leve”. Nesse sentido, as plantas devem ter:
Baixo crescimento, geralmente menor que 0.60m;
Raízes com desenvolvimento horizontal e que se estabeleçam de maneira
resistente no substrato;
Capacidade de regeneração após longos períodos de secas ou chuvas
intensas;
Rápido crescimento;
Tolerância a solos com espessuras estreitas e pobres em nutrientes;
Resistência aos raios solares por longos períodos.
Segundo Minke (2003), as espécies vegetais podem ser plantadas na
cobertura de diversas maneiras. No quadro 03 podem-se observar as diferentes
formas de plantio a partir de sementes, estacas, grama em rolo, vegetação armada e
“panos” gramados.
33
SEMENTES
As sementes de vegetação nativa têm geralmente pouca capacidade de
germinação, mas em contrapartida são bastante resistentes. Plantadas a seco,
necessitam geralmente de 4g a 8g de semente por m². Já as sementes semeadas
em meios aquosos necessitam em média 2g por m².
ESTACAS
Para cultivar com o caule das plantas, necessita-se de mais ou menos 40 brotos
por m². As suculentas são um exemplo de plantas com cultivo por caules. Sua
colocação no substrato é facilmente realizada e, além disso, suportam longos
períodos de seca.
GRAMA EM ROLO
De fácil manuseio e bem difundida existem empresas em muitos países que
produzem gramados em rolos. Tanto na Alemanha quanto no Brasil, o tamanho
médio é de 0,50m x 1,00m e a espessura do substrato tem aproximadamente
20mm.
VEGETAÇÃO ARMADA
As mantas de vegetação podem ser armadas com feltro, redes ou malhas finas e
trançadas. Contêm segundo exigências, diferentes mesclas de musgos, suculentas
e gramíneas. A espessura do substrato varia de 15mm a 35mm, com dimensões
máximas de 1,00m x 1,00m.
“PANOS” GRAMADOS
Trata-se de vegetações bem enraizadas, em “panos” gramados com espessura de
50mm a 80mm. Pode-se apoiar uma camada em cima da outra, sem que
escorreguem, com indicações para coberturas de forte declividade.
Quadro 03: Diferentes formas de ajardinar uma cobertura verde
Fonte: Minke (2003)
De acordo com uma pesquisa desenvolvida pelo CEFET, na cidade do Rio de
Janeiro-RJ em parceria com instituições alemãs (Cologne University of Applied
Sciences e Fachhochschule Neubrandenburg), realizou-se um estudo sobre a
utilização de plantas em coberturas, nas cidades de clima tropical. A partir de uma
relação de espécies vegetais indicadas por especialistas na área de botânica e
paisagismo, foram plantadas mudas em canteiros pilotos, expostas às intempéries e
sem qualquer tipo de manutenção. Os critérios para escolha das espécies vegetais
levaram em consideração: 1) resistência ao alto nível de radiação solar, secas
34
prolongadas e chuvas torrenciais; 2) tamanho e desenvolvimento de raízes; 3)
plantas que não soltam muitas folhas; 4) tempo de crescimento das vegetações; 5)
adaptação a substratos estreitos e pobres em nutrientes; 6) plantas que não servem
de abrigo a animais nocivos ao homem; e 7) plantas com grande superfície foliar. No
quadro 04 estão descritas as vegetações utilizadas no experimento, com referência
ao nome científico e popular (LAAR et al., 2001).
NOME CIENTÍFICO NOME POPULAR
1. Portulaca grandiflora
2. Setcreasea purpúrea
3. Rhoeo discolor
4. Wedelia paludosa
5. Zebrina purpusii
6. Bulbine caulescens
7. Liriope muscari
8. Aspargus sprengeri
9. Pilea microphylla
10. Senecio confusus
11. Pedilanthus tithymaloides
1. Onze horas
2. Coração roxo
3. Abacaxi roxo
4. Mal-me-quer
5. Lambari roxo
6. Bulbine
7. Barba-de-serpente
8. Aspargo pendente
9. Brilhantina
10. Margaridão
11. Sapatinho de judeu
Quadro 04: Descrição de espécies vegetais analisadas segundo pesquisa realizada na
cidade do Rio de Janeiro-RJ sobre a utilização de plantas em coberturas de edificações
Fonte: Laar et al. (2001)
Como resultado do experimento, observou-se que as Wedelias não resistiram
e morreram, a Bulbine e a Setcreasea floriram, as flores da Portulaca não abriram
(mas a planta apresentava bom estado), os Aspargus apresentaram bulbos e as
demais espécies tinham um bom aspecto (LAAR et al., 2001).
Emilsson e Rolf (2005) realizaram uma pesquisa no ano 2000, para comparar
o estabelecimento de diferentes métodos na construção de coberturas verdes, de
baixo peso próprio, no sul da Suécia. Em relação aos estudos sobre vegetações,
35
foram utilizados três tipos de combinações, com diversas espécies de suculentas
misturadas. A primeira combinação é utilizada amplamente em coberturas verdes na
Suécia, a segunda foi criada para as condições mais nórdicas do país e a terceira foi
uma combinação de plantas com grandes folhagens e intensa floração. Para tanto, a
relação de todas as espécies analisadas foram:
Sedum acre
Sedum álbum
Sedum rupestre
Sedum sexangulare
Hylotelephium ewrsii
Phedimus floriferus
Phedimus hybridus
Phedimus kamtschaticus
Phedimus spurius
A camada de vegetação e de substrato possuía uma espessura de 40mm, e
além das três combinações de variedades vegetais foram testadas, também, três
maneiras de plantio dessas espécies, sendo elas: esteira com plantas, bandejas com
mudas e plantio por brotos. Como resultado da pesquisa, obteve-se mais de 80% de
cobertura vegetal nas esteiras com plantas, para todas as três combinações vegetais
realizadas. No entanto, para as outras duas formas de plantio (bandejas com mudas
e plantio por brotos) não houve uma variação significativa, ficando entre 50% a 60%
de cobertura vegetal. O estudo também concluiu que a variável mais relevante para
melhor cobertura de espécies vegetais é o estabelecimento do método de plantio
(EMILSSON; ROLF, 2005).
De acordo com estudos realizados para avaliar as variáveis que influenciam
no comportamento térmico das coberturas verdes, analisou-se que um dos principais
parâmetros em relação às vegetações está relacionado à densidade das folhagens.
Quanto mais densa, maior a evapotranspiração e o sombreamento (devido a uma
menor incidência da radiação solar na superfície do substrato). Já a altura das
36
folhagens, somente, não é relevante, seu comportamento é significativo em conjunto
com folhas mais densas (THEODOSIOU, 2003).
Segundo Del Barrio (1998), para análise da camada de plantas levou-se em
consideração um conjunto de parâmetros, tais como: 1) absorção de radiação pelas
folhas; 2) radiação de ondas longas (calor) entre folhas e superfície do solo e folhas
e folhas; 3) estabelecimento da convecção
6
entre as folhas e o ar da cobertura
vegetal, cobertura vegetal e superfície do solo; 4) evapotranspiração em três
processos, evaporação da água de dentro das folhas, difusão do vapor pela
superfície foliar e convecção do vapor das folhas com o ar; 5) evaporação e
condensação do vapor de água na superfície do solo e convecção entre superfície
do solo e ar; 6) convecção de calor e transferência de vapor entre o ar da camada
vegetal e o ar externo ao sistema de cobertura verde.
A partir do estudo destas variáveis, concluiu-se que a evapotranspiração das
folhagens e as trocas de ar entre a camada vegetal e o ar externo ao sistema de
cobertura verde possui um papel fundamental para o estado higrotérmico das
plantas. A importância da vegetação, neste sentido, está relacionada à largura e à
distribuição horizontal das folhas, proporcionando um maior sombreamento, ou seja,
uma baixa transmissão da radiação solar na superfície do substrato (DEL BARRIO,
1998).
3.4.2 Substrato
Conforme Liu e Baskaran (2003), o substrato serve de suporte para o
crescimento e desenvolvimento das plantas. Sua composição e espessura
6
Ver definição na página 76.
37
dependem da vegetação selecionada e podem variar de 0.05m, até um pouco mais
do que 1.00m de altura (THEODOSIOU, 2003).
A estrutura da edificação tem que suportar o peso do solo saturado de água,
no entanto, para atenuar a carga estrutural nas edificações, existem os substratos
com formações mais leves (LIU; BASKARAN, 2003).
A composição dos solos caracteriza-se, também, pela porosidade e com a
distinção de três fases: sólida (minerais e matérias orgânicas), líquida (água) e
gasosa (ar e vapor de água). Qualitativamente, pode-se dizer que no solo insaturado
o calor é transportado por essas três fases. Os respectivos mecanismos são:
condução nas fases sólidas e líquidas, convecção em fases líquidas e gasosas e
transferência de calor latente
7
por difusão de vapor nos poros. O calor transferido,
sempre depende da quantidade de água e da temperatura do ar, o que leva a uma
dependência mútua e contínua na redistribuição de calor e umidade. A espessura da
camada, sua densidade e seu índice de umidade determinam as difusões térmicas
do solo, que aumentam com a densidade e diminuem com o índice de umidade (DEL
BARRIO, 1998).
Segundo Theodosiou (2003), o principal efeito relacionado com a espessura
do substrato é em relação à inércia térmica do solo, onde há um atraso e uma
atenuação no fluxo de calor recebido externamente pela radiação solar. Assim,
quanto maior a espessura do substrato, maior a inércia térmica e menor o fluxo de
calor, tanto de fora para dentro, quanto de dentro para fora.
De acordo com Minke (2003), o solo não deve ser muito argiloso, uma medida
recomendável é de 20% no total de argila e de 25% a 75% para materiais leves, com
granulometria que vai até 16mm.
7
Ver definição na página 75.
38
Na pesquisa de Emilsson e Rolf (2005) realizaram-se duas diferentes
composições de substratos para análise, contendo argila (5%), pedra calcário
triturada (5%), cacos de telhas cerâmicas (50% no substrato A e 43% no substrato
B), terra (37%) e material orgânico (3% no substrato A e 10% no substrato B). Em
relação às quantidades de cada componente, nota-se que o material orgânico foi o
único com diferença de concentração significativa do substrato A para o substrato B.
Como resultado, observou-se que os materiais orgânicos nos dois substratos foram
completamente decompostos durante o primeiro ano de experimento.
3.4.3 Sistema de drenagem
O sistema de drenagem tem como princípio dirigir e armazenar parte do fluxo
de água pluvial excedente (MINKE, 2003). O que não foi absorvido pelo substrato,
usado pelas plantas ou armazenado em cisternas, deve ser efetivamente drenado
do sistema de cobertura verde. Falhas no sistema de drenagem proporcionam o
apodrecimento das raízes, além de conferir mais peso à cobertura. Um típico
sistema de drenagem apresenta: filtro (para prevenir erosões do substrato e não
obstruir o sistema de drenagem), drenos, uma calha e por fim, um canal para
escoamento da água (DALEY, 2006).
A camada drenante cobre toda a superfície da cobertura e pode constituir-se
de sistemas pré-fabricados, como mantas de baixo peso, que direcionam bem o
fluxo da água das chuvas, além de já possuírem filtros, feitos de não-tecidos, em sua
estrutura (OBERLANDER; WHITELAW; MATSUZAKI, 2002).
Outra opção é a utilização de resíduos de demolição triturados como, pedras,
tijolos e concreto, por consistir em alternativa viável para implementação como
39
sistema de drenagem em meio ao substrato, na cobertura verde. Além disso,
apresentam benefícios na escala ambiental, pois incluem reaproveitamento de
materiais e reduzem a necessidade de transporte e disposição final dos resíduos da
construção (GREEN ..., 2006).
3.4.4 Impermeabilização e membrana anti-raiz
A camada mais importante e dispendiosa de uma cobertura verde é a
impermeabilização, pois previne as coberturas da infiltração das águas pluviais e da
perfuração por raízes de plantas. Há uma grande diversidade de membranas a prova
de água comercialmente disponíveis, variando entre as pesadas mantas de
desenrolar e os produtos líquidos de fácil aplicação (MARTIN, 2005).
Segundo Minke (2003), pesquisas sobre impermeabilização em coberturas
verdes realizadas com betume comprovam que é indispensável uma camada
adicional, para proteção contra perfuração por raízes. Ressalta-se que a membrana
de impermeabilização foi atravessada por raízes de distintas plantas, devido a
alguns microrganismos que vivem em suas extremidades terem propriedades para
dissolver materiais betuminosos. As figuras 10 e 11 evidenciam a perfuração por
raízes em membranas com material betuminoso e, também, em PVC,
respectivamente.
40
Figura 10 e 11: Perfuração por raízes em superfície impermeabilizada com betume e PVC,
respectivamente
Fonte: Minke (2003)
3.4.5 Suporte estrutural
Antes de projetar e construir um jardim na cobertura de edificações
existentes, um profissional da área deve ser solicitado para realizar a análise
estrutural. Assim, determina-se o tipo de cobertura verde que poderá ser construída.
No entanto, novos edifícios podem ser projetados com capacidade estrutural
adequada para implementação de qualquer forma de ajardinamento nas superfícies
das coberturas (DALEY, 2006).
Para o dimensionamento estrutural da cobertura verde deve-se levar em
conta alguns fatores como: cargas permanentes, peso total da cobertura, substrato
em estado de saturação de água e, também, o peso da vegetação. Outro fator
importante é não ultrapassar o valor admissível das cargas concentradas, seja por
transportes de pesos ou por armazenagem de materiais sobre a cobertura, no
período de construção (MINKE, 2003).
41
3.5 Os benefícios
3.5.1 Aumento das áreas verdes nas cidades
O ambiente urbano nos dias de hoje apresenta um constante crescimento e
desenvolvimento tecnológico, onde cada vez mais se têm pessoas vivendo em
cidades com superfícies impermeáveis. A escassez de espaços permeáveis exige
uma resposta alternativa e viável, como o uso das coberturas verdes em edificações,
ajudando a compensar as áreas verdes que estão cada dia mais se extinguindo nos
grandes centros urbanos (OBERLANDER; WHITELAW; MATSUZAKI, 2002).
Segundo Levallius (2005), as coberturas com vegetação oferecem a
vantagem de utilizar a superfície livre das coberturas nas edificações, mitigando ao
mesmo tempo alguns problemas urbanos.
Os espaços verdes fornecem um dos mais notáveis contrapontos do
desenvolvimento urbano. Em jardins, quintais e crescentemente nas coberturas das
edificações, plantas oferecem “natureza”, essencial às cidades (KANE, 2004).
Com o aumento das áreas verdes, as vegetações nas coberturas absorvem
como todas as plantas, gás carbônico (CO
2
) do ar e liberam oxigênio (O
2
). Isso
acontece no processo de fotossíntese (transformação de energia luminosa em
energia química), onde seis moléculas de gás carbônico (CO
2
) e seis moléculas de
água (H
2
O), mediante a um consumo de 2,83KJ, produzem uma molécula de glicose
(C
6
H
12
O
6
) e seis moléculas de oxigênio (O
2
). As folhas verdes sobre a cobertura
aumentam a produção de oxigênio (O
2
) e o consumo de gás carbônico (CO
2
). Se
existe um equilíbrio entre crescimento e morte das partes vegetais, sempre existirá a
vantagem de se extrair gás carbônico (CO
2
) do ar, que posteriormente será
armazenado no interior das plantas (MINKE, 2003).
42
Outra função que as plantas conferem é a capacidade de aderir em sua
superfície foliar partículas nocivas à saúde, que se encontram na forma de gases e
aerossóis em suspensão no ar. Estes por sua vez, são arrastados depois pela chuva
ao solo, atenuando assim a concentração dessas partículas poluentes e também de
fuligens no ambiente (BASS; BASKARAN, 2001; MINKE, 2003 e ACKERMAN,
2006).
São vários os benefícios que as áreas verdes proporcionam, tais como: a
função ecológica, a função estética, o suporte à biodiversidade, ajudando na saúde
mental e física dos indivíduos, além de fornecer referências subjetivas e espaços
coletivos ao lugar. Em Birmingham (Inglaterra), o governo lançou subseqüentemente
diversas políticas e iniciativas públicas, para financiar e promover novos projetos de
áreas verdes na cidade e, também, para a manutenção dos espaços verdes já
existentes (GREEN..., 2004).
As áreas ajardinadas propiciam lugares acolhedores, onde as pessoas
conseguem esquecer das atribulações do dia a dia, contemplando o crescimento e a
continuidade. Na capital da França (Paris), há também uma grande preocupação em
aumentar as áreas verdes na cidade, pois, segundo declaração do prefeito Bertrand
Delanoë, “recuperar o espaço para que uma cidade possa respirar, faz parte dos
desafios da civilização urbana atual” (ACKERMAN, 2006).
3.5.2 Regulação da temperatura
O ser humano é um ser homeotérmico, isto é, possui a capacidade de manter
a temperatura corporal dentro de certo intervalo pré-determinado, apesar das
43
variações térmicas do meio ambiente (homeostasia térmica). A temperatura de
equilíbrio da região corporal central varia entre 36ºC a 37°C e é menor pela manhã,
aumenta ao longo do dia e adquire máximos valores pelo início da noite. O equilíbrio
térmico acontece através do balanço entre a perda e a produção ou aquisição de
calor. A temperatura da pele
8
, contrariamente ao que acontece nas regiões corporais
internas (região corporal central), têm maior variação de amplitude térmica. O tecido
celular adiposo tem função isolante natural (baixa condução de calor) e separa a
pele (região mais sensível às variações térmicas externas) da região corporal central
(temperatura mais estável). O fluxo sanguíneo cutâneo é que estabelece a ligação
entre a pele e a região corporal central (MAGALHÃES et al., 2002).
As condições ambientais para uma melhor adequação térmica são aquelas
que minimizam o esforço psicológico, para regulação da temperatura interna do
corpo. Algumas doenças (como problemas no coração) e o inevitável processo da
velhice podem reduzir a capacidade ou habilidade do sistema psicológico de
balancear as perdas de calor. Certos aspectos da saúde, em relação a doenças
específicas, apresentam uma grande base psicológica diretamente ligada às
temperaturas externas. No entanto, os efeitos das temperaturas externas não podem
ser considerados de forma separada das temperaturas internas da edificação
(ASHRAE, 1993).
Segundo Rivero (1985), quando o meio externo não apresenta condições
térmicas adequadas, o organismo humano utiliza os mecanismos termorreguladores
de forma perceptível. A termorregulação, apesar de ser o meio natural de controle
das perdas de calor pelo organismo, representa um esforço extra e,
8
O valor normal da temperatura da pele varia entre 31ºC a 34ºC (KOENIGSBERGER et al., 1980).
44
consequentemente, uma queda na potencialidade de trabalho (FROTA; SCHIFFER,
1988).
À medida que o estresse térmico se eleva, pode suscitar mal estar
psicológico, diminuição da capacidade de trabalho, transtornos fisiológicos, fadiga
cerebral, desidratação, diminuição da coordenação sensorial e motriz, incidência de
doenças cardiovasculares e perturbações gastrointestinais (TALAIA, 2007).
As edificações em geral estão sujeitas às perdas e aos ganhos térmicos
através de seus fechamentos. A envolvente é a responsável em manter estáveis os
níveis de temperatura e de umidade do ar, dentro das margens admissíveis pelo
corpo humano. Nesse sentido, a cobertura é a parte das edificações térreas que
está sujeita às maiores flutuações térmicas, pois durante o dia alcança elevadas
temperaturas superficiais internas, devido a sua exposição direta à radiação solar e
durante a noite é a parte das envolventes opacas que mais calor perde por radiação,
para a abóbada celeste (MACHADO; BRITO; NEILA, 2003 e GIVONI, 1976).
De acordo com Theodosiou (2003), as coberturas verdes contribuem,
portanto, para a regulação térmica nos ambientes internos das edificações, mesmo
em dias com extremas temperaturas externas do ar, tanto para o frio quanto para o
calor.
A atenuação térmica propiciada por uma cobertura verde é baseada nas
diferentes camadas que reduzem a passagem da radiação solar. Este efeito isolante
não é constante, depende das variáveis que influenciam na proteção térmica, como
os fatores de transferência de calor, o índice de água nas camadas do sistema
construtivo e a velocidade dos ventos (PORSCHE; KÖHLER, 2003).
A combinação dos mecanismos realizados pelas plantas, tais como
fotossíntese e evapotranspiração, juntamente com os processos estabelecidos no
45
substrato, também ajudam a minimizar a quantidade de calor recebida pela
superfície do sistema de cobertura verde, conduzindo a temperaturas mais amenas
no interior das edificações (GREEN..., 2004).
Segundo pesquisa realizada na Alemanha, comprovou-se que para
temperaturas do ar externo com valor de 30°C, a temperatura no substrato da
cobertura verde não ficou acima dos 25°C. A atenuação térmica proporcionada no
verão pelas coberturas verdes é ainda mais evidente do que o efeito da isolação
térmica no inverno (MINKE, 2003).
3.5.3 Maior vida útil
O sistema da cobertura verde ajuda a proteger a superfície estrutural de
apoio, das flutuações da temperatura do ar externo e do impacto das radiações
solares. Estudos na comunidade européia indicam que as coberturas verdes
possuem facilmente o dobro de vida útil em comparação a um telhado convencional.
Este fator é uma economia direta em custos como trocas, reparos e manutenções,
para o proprietário do edifício (PECK; KUHN, 2006).
Em 2000, na cidade de Multnomah (Estado de Oregon - EUA), foi realizado
um projeto de cobertura verde com incentivo do Departamento de Serviços
Ambientais de Portland, a partir de uma avaliação entre diferentes sistemas
construtivos para coberturas. Dentre todos os sistemas analisados a cobertura com
vegetação foi escolhida, principalmente, por sua longevidade, seu custo-benefício e
suas vantagens ambientais (MULTNOMAH..., 2003).
46
As coberturas tradicionais possuem um custo menor para sua instalação,
comparadas ao sistema de coberturas verdes, mas depois de 15 anos necessitam
de reposição (VUJOVIC; OGUREK 2005). Embora as coberturas verdes atuais não
tenham mais de 35 anos de duração, pesquisadores e profissionais da área estimam
uma vida útil de 50 anos, para esse sistema construtivo (PORSCHE; KOHLER,
2003).
3.5.4 Proteção contra incêndio
A indústria européia afirma que as coberturas verdes podem ajudar a não
propagação do fogo nas edificações. Entretanto, as plantas secas, podem
apresentar perigo de fogo. Uma alternativa para minimizar a possibilidade dos
incêndios seria colocar materiais que não entram em combustão, ao longo do
perímetro da cobertura, como pedras e cascalhos. Outra opção seria o uso de
plantas que retardem a atuação do fogo, como as suculentas, que têm alto índice de
água em seu interior (PECK; KUHN, 2006).
Segundo Breuning (2007), no ano de 1988, na cidade de Stuttgart (Alemanha)
diversos profissionais, bem como oficiais da cidade, do estado e do país,
desenvolveram um amplo programa de pesquisa sobre incêndios realizado pelo
laboratório de pesquisas e testes em materiais de Baden-Württemberg (Research
and material testing laboratory of Baden-Württemberg). Depois da realização de uma
ampla escala de testes, o resultado dos experimentos foi um só: o risco de pegar
fogo em uma cobertura verde é de 15 a 20 vezes menor do que nos telhados
convencionais. Hoje na Alemanha existem inúmeras coberturas verdes e nenhum
relato de incêndio nesses sistemas construtivos. Normalmente a pessoa que faz um
47
seguro contra incêndio recebe um desconto de 10% a 20%, quando possui uma
cobertura com vegetação em sua edificação.
3.5.5 Retenção das águas pluviais
Nas regiões tropicais, o ritmo das cheias se relaciona, com o volume e o
tempo de duração das grandes chuvas de verão. Cidades inteiras, em suas faixas
ribeirinhas, recebem as interferências das inundações nos verões chuvosos,
principal época das precipitações. Quanto mais se desenvolve o organismo urbano,
em conjunto com as superfícies dos solos impermeabilizados, mais rápido se torna o
escoamento superficial, maior o volume das águas nos rios e mais desastrosas e
imediatas às interferências das inundações sobre a funcionalidade urbana. Não
tendo previsto, o aumento de volume e a rapidez dos processos de inundações das
planícies aluviais incorporadas ao espaço urbano, grandes cidades recebem o
impacto das chuvas e dos transbordamentos dos rios que as seccionam. Interrompe-
se o tráfego nas vias marginais e avenidas em fundo de vales. Multiplicam-se as
pequenas vias de circulação interna e quebra-se a continuidade das relações, entre
as vias de circulação externa e interna. A somatória dos pontos críticos consegue
interferir drasticamente na funcionalidade do organismo urbano. Se os rios são
poluídos, piores as conseqüências para a saúde pública e mais insistentes e
agressivas as reclamações (AB´ SÁBER, 2006).
Uma variedade de práticas para administração dos efeitos ocasionados pelas
fortes chuvas (associadas a um alterado sistema hidrológico nas áreas urbanas),
existe no combate à degradação ambiental. Nesse sentido, os sistemas de
coberturas verdes em edificações estão emergindo como um instrumento que
48
contribui para o melhor funcionamento do sistema de drenagem urbana (CARTER;
JACKSON, 2006).
De acordo com Cunha (2004), no sistema de coberturas verdes, parte da
água precipitada é incorporada ao substrato, parte é evapotranspirada e o excesso
escoa para o sistema de drenagem municipal. Na cobertura tradicional, uma maior
quantidade de água escoa diretamente para as galerias pluviais, ocasionando assim,
um grande fluxo no sistema e, consequentemente, inundações no ambiente urbano
(Figura 12). Nesse sentido, as coberturas verdes ajudam a retardar o fluxo das
águas pluviais e reduzem a freqüência dos eventos de inundação, que é um
problema de extrema relevância nas cidades.
Figura 12: Escoamento pluvial em uma cobertura verde e em um telhado convencional,
respectivamente
Fonte: Cunha (2004)
Durante as últimas duas décadas, diversas pesquisas foram publicadas na
Alemanha, analisando a redução do fluxo das águas das chuvas em diferentes tipos
de coberturas verdes. A relação da precipitação com a quantidade de água pluvial
49
retida na cobertura está diretamente ligada à espessura do substrato (MENTENS;
RAES; HERMY, 2005).
Na cidade de Mineápolis (EUA), houve uma iniciativa governamental para o
reconhecimento das coberturas verdes como a melhor prática na administração dos
efeitos das fortes precipitações e, além disso, ressaltou-se como esses sistemas
construtivos podem contribuir com paisagem urbana para novos e redirecionados
projetos
(PECK, 2007).
Segundo Velazquez (2006), o fluxo das águas pluviais retidas nas coberturas
verdes varia de 50% a 95%. No entanto, estudos desenvolvidos no Estado da
Pensilvânia (EUA) mostraram que as coberturas verdes chegam a armazenar 74%
das águas de chuva em seu ápice (TILLINGER et al., 2006).
3.5.6 Efeitos estéticos e sociais
As coberturas verdes têm o potencial de mudar o ambiente urbano, onde o
papel da natureza, nesse contexto, é inspirar comportamentos com premissas
sustentáveis e ações em direção às interações homem-natureza (ROSENZWEIG;
GAFFI; PARSHALL, 2006).
É notável, o efeito que produz uma cobertura com plantas em sua superfície,
se comparado a um telhado convencional. A beleza natural da vegetação traz bem
estar ao “espírito” humano. Trata-se de uma percepção subjetiva, que permite sua
contemplação, além de trocas de plantas e de experiências entre os moradores
(MINKE, 2003).
50
Conforme pesquisa do Laboratório de Paisagem e Saúde Humana, da
Universidade de Illinois (EUA), sobre a relação do bem estar social e psicológico que
as áreas verdes propiciam, concluiu-se que indivíduos que possuem espaços verdes
próximos a suas residências têm um espírito comunitário mais acentuado, suportam
melhor o estresse e as dificuldades do cotidiano. Quanto mais verde o lugar, menor
o índice de crimes contra a pessoa e a propriedade, e também menos lixo e
pichações. Há indícios, também, que as áreas verdes têm efeito restaurador sobre a
atenção voluntária dos indivíduos, que está relacionada com o tipo de concentração
intensa, necessária para trabalhar ou estudar. Ela determina a qualidade do
raciocínio e o modo de lidar com situações difíceis. O contato com a natureza
permite contemplação e trocas subjetivas com os estímulos sensitivos do meio
(ACKERMAN, 2006).
3.5.7 Melhora na eficiência energética
A racionalização do uso da energia apresenta estreitos laços com a
adequação das edificações e dos espaços urbanos ao clima e ao ambiente, evitando
ou reduzindo a utilização dos sistemas de condicionamento artificial de ar, quer com
a finalidade de refrigerar, quer com a de aquecer os ambientes. Os controles
térmicos naturais propiciam a redução do excesso de calor ou de frio resultante no
interior dos edifícios, minimizando, por vezes, os efeitos das temperaturas
excessivas (FROTA; SCHIFFER, 1988).
Recentes pesquisas realizadas no Canadá chegaram à conclusão de que as
coberturas verdes efetivamente reduzem a demanda de energia das edificações,
tanto em climas quentes quanto em climas frios. O efeito de retardo térmico
51
proporcionado pelo sistema construtivo reduz a penetração de radiação solar e,
também, ajuda a prolongar a vida útil da cobertura (LAWLOR, 2006). Em uma
cobertura verde com 0.10m de substrato, estudos demonstram que esse sistema
construtivo confere uma economia de 25% a 30% de energia (LIU; BASKARAN,
2003).
3.5.8 Contribuição à biodiversidade
Os insetos, pássaros e borboletas encontram nas áreas verdes alimento e
habitat para manter sua espécie, bem como um meio para sustentar seus hábitos
naturais. Os indivíduos contemplam esse contato mais próximo com a natureza, ao
mesmo tempo em que obtêm qualidades essenciais nos espaços urbanos (GREEN
INFRASTRUCTURE, 2005).
Segundo Burgess (2004), um dos primeiros pesquisadores a realizar um
estudo detalhado sobre biodiversidade em coberturas verdes foi Stephan
Brenneisen, no ano de 2001 na Suíça. A pesquisa de Brenneisen ajudou a
influenciar no estabelecimento de coberturas verdes como parte integral no
planejamento urbano do Reino Unido. Com referência a esse estudo, desenvolveu-
se uma outra pesquisa sobre o potencial das coberturas verdes na conservação de
pássaros, também no Reino Unido, e concluiu a relevante contribuição desse
sistema de cobertura à biodiversidade. As duas coberturas estudadas nesse projeto
tinham tamanhos e posições diferentes e não foram instaladas especificamente para
beneficiar pássaros. Assim, o autor afirma que trazer um elemento natural ao
52
ambiente urbano é um grande benefício, não apenas aos pássaros, mas a outros
animais e aos seres humanos.
A diversidade vegetal fornece um mosaico de micro-habitantes na cobertura
verde, aumentando assim a biodiversidade relativa à flora e fauna. Para tanto,
coberturas verdes com plantio uniforme de espécies vegetais proporcionam em
menor escala essa variedade, devido ao estabelecimento de monoculturas
uniformes, como as “mantas” de suculentas, amplamente utilizadas na Europa
(GEDGE; KADAS, 2005).
A partir de análises estatísticas, chegou-se a conclusão de que a diversidade
das espécies vegetais encontradas nas coberturas está diretamente relacionada à
idade da cobertura, à profundidade do substrato e a composição da sua estrutura.
Em Londres, as coberturas verdes estão fornecendo um habitat útil e atraente para
invertebrados e outros animais. Assim, diversas espécies encontradas, comuns e
pouco comuns ao meio urbano, beneficiam-se do peculiar espaço que as coberturas
com vegetações fornecem, tirando partido de um novo nicho não disponível em
outros lugares da cidade (JONES, 2002).
Ecólogos em muitos países avaliam as estruturas das coberturas verdes e
suas interações com o ambiente como suporte à vida de plantas e de animais.
Desse modo, fornecem uma valiosa fonte de informações para pesquisadores e
profissionais da área. Contribuem com a interação entre profissões e asseguram que
os avanços tecnológicos estejam incorporados à futuros projetos, estabelecendo
parâmetros para construção de coberturas verdes mais adequadas à biodiversidade
(GEDGE; KADAS, 2005).
53
3.5.9 Atenuação das ilhas de calor
Nas últimas décadas, as áreas verdes na paisagem urbana diminuíram em
meio ao crescimento das avenidas e dos edifícios. Um dos efeitos desse
crescimento foi o aumento da poluição do ar, bem como o aumento na média dos
valores das temperaturas encontradas no ambiente construído (LAZZARIN;
CASTELLOTTI; BUSATO, 2005).
A configuração urbana não apresenta, necessariamente, as mesmas
condições climáticas relativas ao macroclima regional no qual está inserida. Estas
alterações, nos valores das temperaturas, estão diretamente relacionadas com o
tamanho e as atividades desenvolvidas nos setores predominantes do núcleo
urbano. Portanto, significativas alterações microclimáticas nas grandes cidades
podem resultar em verdadeiras ilhas de calor (FROTA; SCHIFFER, 1988).
Pavimentação, telhados e outras superfícies escuras absorvem a radiação
solar e reirradiam parte desse o calor. O predomínio dessas superfícies no ambiente
urbano contribui com o aumento da temperatura do ar no verão de 6ºC a 10ºC. As
altas temperaturas em confluência com partículas suspensas no ar tem como
resultado uma densa camada de poluição, prejudicando tanto o ambiente como a
saúde humana. No entanto, o uso de coberturas com vegetação ajuda a amenizar a
temperatura do ar através de uma menor absorção da radiação solar e, também,
pela regulação da umidade, resultado da evapotranspiração das plantas
(HENDERSON, 2003).
As coberturas verdes diminuem consideravelmente o aquecimento em suas
superfícies. Assim, partículas em suspensão, antes impulsionadas à atmosfera
54
formando capas de gases poluentes, são reduzidas em grandes proporções (MINKE,
2003).
3.6
Ações de fomento
Qualidade do ar, da água, do solo, da biodiversidade, bem como de outras
variáveis do cenário natural são recursos insubstituíveis para uma melhor qualidade
de vida. A arquitetura nem sempre se adequa a essas referências de extrema
relevância, que contribuem tanto para obtenção de benefícios particulares, quanto
para benefícios coletivos na escala urbana. Em algumas cidades da Europa e
América do Norte, autoridades locais e conselhos das cidades começaram a
incentivar projetos de coberturas verdes para compensação da exploração crescente
dos recursos naturais. Os incentivos financeiros diretos, a redução de impostos,
redução de taxas para gerenciamento das águas pluviais e medidas compensatórias
para uso e ocupação do solo são algumas das políticas que podem ser usadas para
incentivar e promover a expansão do mercado das coberturas verdes
(INTERNATIONAL..., 2006).
Segundo o Manual de Recursos e Infra-estrutura em Coberturas Verdes para
realização de Políticas Municipais (Resource Manual on Green Roof Infrastructure
for Municipal Policy Makers), diversas municipalidades são líderes em desenvolver
políticas públicas para coberturas verdes (MAKING GREEN..., 2005).
Na Alemanha, França, Áustria, Noruega, Suíça e em outros países europeus,
as coberturas verdes transformaram-se em um sistema construtivo aceito no
mercado e uma característica bem-vinda a paisagem urbana. O desenvolvimento
55
das coberturas verdes, nesses países, deve-se ao resultado direto das políticas
públicas e dos programas de incentivos governamentais adotados. Nesse sentido,
uma nova indústria foi criada para fornecer materiais, plantas, projetos, mão de obra
e grupos de manutenção, denominando-se “a indústria verde do telhado” (PECK et
al., 1999).
Os quadros 05 e 06 apresentam dois estudos de caso sobre a implementação
de políticas públicas, uma na América do Norte e outra na Europa, respectivamente.
Portland (Oregon – EUA)
A cidade promove o desenvolvimento das coberturas verdes com algumas políticas,
mas requer obrigatoriedade somente em edifícios públicos. Há aproximadamente
4000 m² de coberturas verdes construídas e a mesma quantidade por construir. É
considerada umas das cidades nos Estados Unidos que mais promove o
desenvolvimento deste sistema construtivo. Referente à legislação tem-se:
Todos os edifícios novos devem ser construídos com uma cobertura verde
que cubra ao menos 70% de sua área total. No restante da cobertura devem-
se colocar coletores de energia solar. Todas as trocas ou reposições nas
coberturas devem também incluir uma cobertura verde. A cidade possui
consultores específicos para ajudar em reuniões para discussão dos
objetivos das políticas.
O código de zoneamento da cidade oferece bônus para construções de
coberturas verdes, e quanto maior a área, maior o bônus. O proprietário deve
assinar um acordo assegurando a manutenção apropriada da cobertura.
A cidade possui uma grande demanda na melhora da administração dos
efeitos prejudiciais das tempestades para reparos comerciais, industriais, e
institucionais, que são baseados na quantidade de áreas impermeabilizadas.
Os projetos arquitetônicos a serem desenvolvidos passam por uma revisão e
posterior aprovação. Uma cobertura verde especificada no projeto é
considerada um recurso que ajudará na aprovação da proposta.
Portland provê educação e práticas no desenvolvimento das coberturas
verdes. Oferece assistência técnica aos donos das edificações e visitas
monitoradas às edificações com coberturas verdes.
A cidade financiou exibições e demonstrações das coberturas verdes em
locais ainda de testes.
56
Portland (Oregon – EUA)
As coberturas verdes são reconhecidas formalmente como uma das
melhores práticas para a administração dos efeitos das tempestades na
cidade.
Um grupo de pessoas intituladas "Eco-telhados em toda parte" promove o
desenvolvimento da cobertura verde em bairros de baixa da renda.
Desenvolvem projetos para demonstração, fixam concessões para
desenvolvimentos em pequena escala e negociam preços acessíveis a sua
implementação.
Quadro 05: Políticas públicas desenvolvidas na cidade de Portland (Oregon - EUA)
Fonte: Making green... (2005)
Basel (Suíça - Europa)
A motivação para o desenvolvimento das coberturas verdes na cidade de Basel, se
deu, principalmente, em função dos benefícios relacionados com a economia de
energia e, também, pelo aumento da biodiversidade. Na década de noventa haviam
135 patrocinadores para subsidiar 85000 m² de coberturas verdes, que
proporcionariam uma economia energética de 4GW/ano. Como resultado dos novos
regulamentos e renovações, 15% das coberturas foram vegetadas. Os
regulamentos para coberturas verdes, em Basel, não encontraram nenhuma
resistência significativa, porque, todas as partes interessadas foram envolvidas no
processo desde o começo e, também, por causa do forte programa de incentivo a
essas construções.
No meio dos anos noventa, uma votação pública encontrou sustentação
geral para que um imposto da eletricidade promovesse medidas que
poupassem a energia. Após consultar as partes interessadas, Basel investiu
os recursos provenientes dessas taxas de eletricidade em um programa de
incentivo à construção das coberturas verdes durante dois anos.
Desde 2002, os regulamentos para construção estipulam que as coberturas
convencionais novas ou renovadas devem vegetar suas superfícies para
fornecer um habitat valioso para a biodiversidade (principalmente dos
invertebrados).
Basel forneceu uma concessão para a pesquisa sobre os benefícios da
proteção da biodiversidade nas coberturas verdes e com base nesses
resultados é que deram forma a algumas especificações para projetos.
Promoveu um concurso para avaliar a cobertura verde mais bonita da cidade.
Quadro 06: Políticas públicas desenvolvidas na cidade de Basel (Suíça - Europa)
Fonte: Making green... (2005)
57
As políticas a favor das coberturas verdes têm pretensões de elevar ao
máximo os benefícios coletivos que esse sistema construtivo confere. Os benefícios
coletivos são aqueles que visam à melhora do microclima local e a redução do fluxo
intenso das águas pluviais nos sistemas de drenagens. Já em relação aos
benefícios particulares, somente as vantagens diretas como: atenuação da
temperatura do ar interno nas edificações e a parte estética da cobertura é que
induzem os proprietários à construção das coberturas verdes. Diversas
municipalidades canadenses estão interessadas em estabelecer políticas públicas e
incentivos fiscais que ajudem a obter benefícios na escala urbana, aumentado
também, práticas com premissas sustentáveis em edificações. Para isso, é
importante que os três níveis do governo revisem sua legislação vigente e,
posteriormente, introduzam uma nova política pautada em incentivos para
construção das coberturas verdes (NGAN, 2004).
De acordo com Gregory e Long (2006), um dos obstáculos mais difíceis de
contemplar é ter todas as partes responsáveis pela elaboração de uma política
pública detalhada para coberturas verdes em comum acordo com sua administração,
seu reforço, sua manutenção e decisões sobre os incentivos a serem adotados. Se
não houver um consenso de como a política será estruturada e implementada,
provavelmente os benefícios ambientais podem não ser contemplados
integralmente. Outro aspecto igualmente importante é a participação da comunidade
nas decisões políticas para melhor entendimento, representatividade e aprovação
das futuras medidas a serem deliberadas.
Além das políticas públicas, outras iniciativas para o fomento das coberturas
verdes também começam a surgir, como as conferências de Coberturas Verdes por
Cidades Saudáveis (Green Roofs for Healthy Cities). Esta iniciativa foi desenvolvida
58
a princípio, por uma pequena rede de organizações públicas e privadas, fundada
como resultado direto de um projeto de pesquisa sobre os benefícios das coberturas
verdes e suas barreiras para o desenvolvimento industrial. O objetivo fundamental
desta conferência foi aumentar a percepção econômica, social e ambiental relativa
aos benefícios das coberturas verdes, além de comercializar produtos e serviços na
América do Norte (GREEN ROOFS FOR HEALTHY..., 2005).
Na Universidade de Sheffield foi sediada, também, uma conferência sobre as
coberturas verdes para apresentar os benefícios práticos desse sistema construtivo
na Grã-Bretanha. O conteúdo da conferência abordava: 1) apresentação de estudos
de casos (como incentivos para sua construção nas cidades da América do Norte e
Europa); 2) discussão com especialistas sobre infra-estrutura, conservação de
energia, atenuação das ilhas de calor, redução do fluxo pluvial, melhor custo-
benefício, aumento da biodiversidade e conservação da natureza; 3) apresentação
de políticas e de incentivos fiscais para implementação do sistema construtivo; 4)
mostra de produtos, serviços e pesquisas desenvolvidas sobre as coberturas verdes
(GREEN ROOF..., 2006).
No ano de 2002, grupos organizados realizaram um “workshop” em
Vancouver, para identificar as maiores barreiras para o desenvolvimento das
coberturas verdes na província de British Columbia (Canadá). A partir desse
encontro foram levantadas algumas questões sobre as coberturas verdes, em
relação à falta de dados específicos sobre seu desempenho térmico, ausência de
experimentações e falta de demonstrações práticas. Assim, o Instituto de
Tecnologias da British Columbia (British Columbia Institute of Technology), apoiado
por um consórcio de organizações governamentais, associações industriais e
fornecedores de materiais, criaram um centro para a promoção da tecnologia das
59
coberturas verdes. O princípio desse centro é trabalhar em conjunto com os fóruns
de pesquisas, desenvolver uma rede regional de inventários sobre o desempenho
das coberturas verdes, estabelecer um modelo para avaliação do sistema
construtivo e sensibilizar a população através da educação e de demonstrações do
funcionamento das coberturas verdes (CONNELLY; LIU, 2005).
De acordo com Johnston (2007), em resposta ao crescimento internacional e
à demanda pela tecnologia das coberturas verdes foi inicialmente oficializado em
Berlim (Alemanha), no ano de 2006, a Rede Mundial de Infra-estrutura para
Coberturas Verdes (The World Green Roof Infrastructure Network). Essa rede
apresenta algumas associações profissionais de coberturas verdes nos quatro
continentes (Quadro 07).
The World Green Roof Infrastructure Network
Asociación Mexicana para la Naturación de Azoteas (México);
Association pour le Développement et l'Innovation de la Végétalisation
Extensive des Toitures (França);
Associazione Italiana Verde Pensile (Itália);
Europäische Föderation der Bauwerksbegrünungsverbände (Europa);
Fachvereinigung Bauwerksbegrünung (Alemanha);
Green Roofs for Healthy Australian Cities (Austrália);
Green Roofs for Healthy Cities (América do Norte);
Green Roofs for Sustainable Cities (Nova Zelândia);
Hochschule Wadenswil (Suíça);
International Green Roof Association (Internacional);
Livingroofs (Reino Unido);
Scandinavian Green Roof Institute (Suécia);
Zöldtetõépítõk Országos Szövetsége (Hungria).
Quadro 07: Membros da rede mundial de infra-estrutura para coberturas verdes
Fonte: Johnston (2007)
60
O objetivo maior dessa rede é promover o desenvolvimento das coberturas
verdes e a pesquisa sobre sua infra-estrutura, política e implementação, em diversos
países pelo mundo. Através de uma cooperação internacional, a rede possibilita o
suporte à formação de uma indústria nacional de coberturas verdes e associações
comerciais, contribuindo para uma melhor troca de informações e experiências sobre
o assunto (JOHNSTON, 2007).
3.7 Estudos de caso
Diversos estudos estão sendo desenvolvidos sobre coberturas verdes no
mundo. Estes estudos variam entre os de simulação computacional e os
experimentais. Nesse sentido, serão apresentados alguns estudos de casos como
referência ao que está sendo pesquisado e discutido de forma mais abrangente.
ANALYSIS OF THE GREEN ROOF THERMAL PROPERTIES AND INVESTIGATION
OF ITS ENERGY PERFORMANCE
Autores: Niachou,
Papakonstantinou, Santamouris,
Tsangrassoulis e Mihalakakou.
Ano: 2001 Local: Loutraki - Grécia
Introdução
O desempenho energético das coberturas verdes e de suas propriedades
térmicas é um assunto que vários cientistas têm conduzidos em suas
pesquisas nos últimos anos.
Boas proteções térmicas podem reduzir a excessiva perda ou ganho de calor
que as construções suportam, durante o período de inverno ou de verão.
Plantar na cobertura das edificações oferece essa proteção e as coberturas
com vegetação proporcionam benefícios tanto quantitativos, quanto
qualitativos.
61
Introdução
O processo de transferência de calor para o interior dos ambientes com
coberturas ajardinadas, comparado às coberturas convencionais, sofrem uma
atenuação térmica, pois a radiação solar, a temperatura e a umidade relativa do
ar são reduzidas quando passam pelas folhagens que cobrem a cobertura.
Objetivos
Apresentar resultados no que diz respeito ao microclima do ambiente
interno e externo das edificações que possuam coberturas verdes;
Avaliar propriedades térmicas por meio de métodos matemáticos e
experimentais;
Estimar o impacto total da eficiência energética das edificações com
coberturas verdes.
Materiais e Métodos
A pesquisa foi realizada no verão de 2000, em um hotel situado na cidade de
Loutraki, Grécia. Durante a fase experimental do estudo foram feitas medições
da temperatura, em superfícies do ambiente interno e externo da edificação
com cobertura verde, bem como nos edifícios próximos sem cobertura verde.
Os equipamentos para realização das medições consistiram em:
Uma câmera de termógrafo infravermelho para ilustrar a temperatura
superficial;
Um termômetro infravermelho para medições da temperatura interna e
externa da superfície das edificações;
Um termômetro - psicrômetro para medir a temperatura do ar interno,
temperatura do ar externo e, também, a umidade relativa do ar;
Sensores para registro da temperatura interna do ar.
O motivo principal da medição com termógrafos infravermelhos é visualizar
espacialmente a distribuição de temperaturas.
As medições experimentais foram realizadas em espaços internos e externos à
edificação, onde a cobertura verde foi colocada. Posteriormente, o estudo de
suas propriedades térmicas, bem como de seu desempenho foi realizado
usando um código computacional e um modelo de simulação numérica.
Conclusão da pesquisa
As temperaturas registradas nas diferentes superfícies das coberturas
apresentam significativas variações e dependem do material empregado. Em
relação às coberturas com vegetações, também existe essas variações,
havendo uma diferenciação de acordo com as espécies vegetais encontradas.
62
Conclusão da pesquisa
Em análise comparativa, reduzidas temperaturas superficiais são registradas
em espaços cobertos por vegetação densa e escura. Temperaturas mais
elevadas são registradas em espaços cobertos por vegetações espaçadas e
avermelhadas, bem como no substrato.
Em relação à avaliação das propriedades térmicas, em coberturas verdes,
concluiu-se a partir de experimentações, que a temperatura do ar interno não
ultrapassa os 30°C, já em coberturas convencionais quase sempre ultrapassam
os 30°C. Mesmo sem isolação térmica e, tanto no inverno quanto no verão, as
temperaturas dos ambientes internos são mais agradáveis com as coberturas
verdes. Como resultado do desempenho térmico, a economia de energia para
coberturas verdes é bem maior do que para coberturas sem vegetações.
Quadro 08: Análise das propriedades térmicas das coberturas verdes e investigação de seu
desempenho energético
Fonte: Niachou et al. (2001)
INVESTIGATION OF THERMAL BENEFITS OF ROOFTOP GARDEN IN
THE TROPICAL ENVIRONMENT
Autores: Wong, Chen, Ong e
Sai.
Ano: 2003 Local: Cingapura
Introdução
O nome “Cidade Jardim” proporcionou a Cingapura uma reputação
internacional, onde o governo local estimula a criação de uma imagem verde
além da paisagem existente. Atualmente, as coberturas com vegetação
existem em estacionamentos, “flats” e edifícios comerciais. Com um potencial
de resfriamento passivo, as coberturas verdes e seus benefícios térmicos são
essenciais para projetos arquitetônicos em climas tropicais.
Objetivos
Explorar, direta e indiretamente, os impactos térmicos em coberturas
verdes no ambiente tropical.
Questionar sobre a redução da temperatura superficial por diferentes
espécies de plantas (com diferentes índices de áreas foliares) e a
redução do ganho de calor por vegetação.
Avaliar as oscilações das variáveis ambientais ocasionadas pelas
plantas.
63
Materiais e Métodos
Foram feitas medições em uma cobertura de um edifício comercial, em
Cingapura. O lugar do experimento não foi influenciado por sombras ou pela
reflexão da radiação solar. As medições foram realizadas em diversas
vegetações e superfícies, no período de outubro a novembro.
Os equipamentos utilizados foram:
Dois jogos de Dataloggers Yokogawa (DAQstation DX200) e cabos de
termopares para a medir temperaturas de superfície;
Dois jogos de aquisição de dados (Babuc A) e sensores para medir
temperatura do ar ambiente, umidade relativa e velocidade do vento.
Dois jogos de sensores para medir a radiação solar.
Na figura 13 observa-se uma ilustração com os vários pontos das medições
realizadas, suas alturas e referências. Na superfície do solo com vegetação
(1), na superfície do solo sem vegetação (2), na superfície impermeabilizante
em baixo do solo (3), na superfície da laje embaixo do sistema construtivo (4),
na superfície com piso (5), na superfície da laje embaixo do piso (6), acima da
vegetação (7-9), acima do piso (10-12), acima da mureta que divide o sistema
de cobertura verde e o piso (13), entre a laje e o forro (14) e por fim, debaixo
do forro (15).
Figura 13: Ilustração com os pontos das medições e suas respectivas alturas
Fonte: Wong et al. (2003a)
As temperaturas do ar externo e a umidade relativa foram medidas sob a
proteção de abrigos de madeira branco. Estes abrigos foram projetados sem
fechar embaixo para proteger os sensores da radiação solar direta e das
precipitações, ao mesmo tempo em que não se interrompe a ventilação
natural. Todos os parâmetros foram medidos e gravados em um intervalo de 5
minutos durante os meses de outubro e novembro, analisando assim, os
impactos térmicos diretos e indiretos em uma cobertura verde.
64
Conclusão da pesquisa
Com o resultado das medidas de campo, concluiu-se que os efeitos diretos
das coberturas verdes são seus benefícios térmicos, que se deve a
combinação dos efeitos da camada de substrato junto com a vegetação. O
que reduz os valores das temperaturas superficiais nas coberturas e,
consequentemente, sua transferência de calor para os ambientes internos das
edificações.
Outro benefício segundo a pesquisa é em relação à atenuação térmica no
ambiente externo e na mitigação dos efeitos das ilhas de calor. Desde que
aquecida as superfícies externas pela radiação solar e a radiação difusa, ao
longo do dia, as mesmas adquirem uma grande temperatura superficial que,
posteriormente, emite uma quantidade de radiação em forma de ondas longas
para o ambiente. No entanto, a radiação emitida em forma de ondas longas
(calor) pela vegetação é bem menor do que a emitida por superfícies sem
cobertura vegetal.
Nas áreas sem vegetações, a temperatura máxima da superfície do piso
chegou a alcançar 57°C quando a radiação solar estava em 1400 W/m²
durante a tarde. A variação diária máxima da temperatura superficial no piso
ficou em torno de 30°C. Para o solo exposto, a temperatura de superfície
medida durante o dia não era tão elevada quanto à da superfície do piso. A
temperatura superficial máxima do solo exposto ficou em torno de 42°C e sua
variação diária máxima da temperatura superficial ficou em torno de 20°C. Isso
se deve à evaporação da umidade no solo, que contribui com a redução das
temperaturas em sua superfície durante o dia.
Com a presença da vegetação, as temperaturas mais elevadas foram
registradas, geralmente, sob as folhagens escassas, já as temperaturas
menos elevadas foram detectadas sob densas folhagens. A variação diária
máxima da temperatura superficial nas vegetações não foi maior do que 3°C e
a máxima temperatura de superfície chegou a 36°C, que é um valor bem
menor do que aqueles medidos na superfície do piso e no solo exposto.
Comparando os valores do fluxo de calor encontrados embaixo da camada do
solo exposto e embaixo da cobertura com vegetação, encontraram-se
resultados similares nas medições noturnas. Esses resultados indicam que a
camada de substrato possui uma boa propriedade de atenuação térmica. Já
em relação à vegetação, as plantas desenvolvem importante papel na redução
do ganho de calor através do efeito do sombreamento durante o dia.
Quadro 09: Investigação dos benefícios térmicos de jardins em coberturas no ambiente
tropical
Fonte: Wong et al. (2003a)
65
EXPERIMENTAL MEASUREMENTS AND NUMERICAL MODELLING OF A
GREEN ROOF
Autor: Lazzarin,
Castellotti e Busato.
Ano: 2005 Local: Vicenza - Itália
Introdução
As coberturas verdes são utilizadas como reguladores de temperatura há
muitas décadas atrás, tanto em países de clima frio quanto em países de clima
quente. Hoje em dia proporcionam uma maior eficiência energética nas
edificações, além de ajudar na redução da poluição urbana.
Objetivos
Avaliar o resfriamento passivo de uma cobertura verde através de
dados de radiação solar, temperatura do ar, umidade relativa,
precipitação e radiação solar global.
Materiais e Métodos
As experimentações foram realizadas no verão de 2002 e 2003 e no inverno
de 2004. As medições foram realizadas em uma cobertura verde instalada em
um hospital, na cidade de Vicenza (Itália). A cobertura tinha ao todo 1000m²
de extensão, uma camada de substrato com espessura de 0,20m, uma
camada de drenagem com espessura de 0,11m (polietileno expandido), e as
vegetações utilizadas foram plantas suculentas.
Externamente ao sistema construtivo da cobertura foram monitorados dados
de temperatura na superfície do solo, em uma profundidade intermediária do
solo, no limite entre o solo e a camada de drenagem e entre a camada de
drenagem e a capa de impermeabilização. No interior da edificação foi
registrada a temperatura superficial da face interna da laje e a temperatura do
ar interno.
Os instrumentos de medição foram:
Piranômetro
Termo – higrômetro / Capacidade do sensor - RTD
Coletor de chuva
Termômetros para solo / Termopares
Higrômetros para solo / Sensores
Termômetros para ambiente interno / Termopares
Todos os dados foram registrados a cada segundo, com médias de 15 em 15
minutos. Nas medições subseqüentes, a definição do tempo foi ajustada para
médias a cada 1 hora.
66
Materiais e Métodos
As variáveis meteorológicas foram mensuradas para avaliar o comportamento
da cobertura verde através das seguintes equações: irradiação solar global,
temperatura do ar e precipitação.
Todas as discussões prévias sobre o comportamento térmico e energético da
cobertura verde foram baseadas em resultados de dados experimentais. O
modelo estimou o processo de trocas térmicas e da evapotranspiração
partindo das variáveis meteorológicas, das características geométricas e
termodinâmicas da cobertura verde.
Conclusão da pesquisa
Durante o verão, com o solo em circunstâncias secas, a cobertura verde
proporciona uma atenuação do ganho térmico em ambientes internos de
aproximadamente 60%, comparado a um telhado tradicional, com uma
camada de isolamento. Isso se deve às reflexões e a absorções solares mais
elevadas na vegetação, quando a evapotranspiração for muito limitada. No
entanto, quando o solo está em uma condição úmida, a cobertura verde
trabalha como um refrigerador passivo, pela evapotranspiração.
Quadro 10: Medições experimentais e modelos numéricos de uma cobertura verde
Fonte: Lazzarin, Castellotti e Busato, (2005)
DESEMPENHO TÉRMICO DE COBERTURAS VEGETAIS EM EDIFICAÇÕES NA
CIDADE DE SÃO CARLOS-SP
Autor: Morais Ano: 2004 Local: São Carlos - Brasil
Introdução
Os benefícios das coberturas verdes tem sido objeto de estudo de vários
pesquisadores em diferentes países. Pois frente a um modelo de urbanização
que sobrecarrega as cidades e despovoa o campo, tanto em países
desenvolvidos quanto nos em desenvolvimento, projetos alternativos com
premissas sustentáveis, com o intuito de uma reabilitação ecológica impõem-
se de modo a evitar o consumo excessivo dos recursos naturais.
Objetivos
Avaliar teórica e experimentalmente o comportamento térmico de uma
cobertura verde, em protótipo, submetida ao clima da cidade de São
Carlos - SP (Brasil), em situação de inverno e verão.
67
Materiais e Métodos
O protótipo foi construído sobre a laje de uma edificação existente no
departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva da Universidade Federal de
São Carlos. Essa edificação possui dois ambientes separados por uma
platibanda, definindo o sistema de cobertura verde e a laje pré-moldada de
concreto.
Para monitorar as condições higrotérmicas ambientais foi adotado um sistema
eletrônico de aquisição de dados, constituído por aparelhos registradores de
temperatura e umidade relativa do ar e temperaturas superficiais, modelo
HOBO® , fabricado nos Estados Unidos pela empresa “ONSET Computer
Corporation”. O sistema ainda proporciona a coleta e a transmissão para o
computador dos dados sem que o monitoramento seja interrompido.
De modo a evitar interferências que prejudicassem a identificação das
variáveis medidas, os aparelhos foram posicionados estrategicamente à
sombra e no interior de recipientes de alumínio (para o inverno), com
pequenas aberturas que permitissem a livre passagem do ar e dentro de duas
caixas de poliestireno expandido (para o verão), formando uma câmara de ar
entre elas, para melhor isolamento.
As variáveis medidas foram: temperaturas do ar interno e externo, ao
protótipo, temperatura superficial interna das lajes e umidade relativa do ar.
Já os dados referentes às temperaturas superficiais externas das lajes foram
estimados pelo programa Jardim 1.0 – Temperaturas Superficiais em
Vegetação (RORIZ, 2003), que adota um modelo de cálculo baseado no
método Penmain-Monteith, cuja equação determina a taxa de
evapotranspiração da água, em plantas e no solo. O programa gera dois tipos
de gráficos: um com curvas de temperaturas do ar e superficiais externas na
laje de concreto e na cobertura verde. Outro gráfico apresenta as curvas de
irradiações extraterrestres, global, de onda longa, líquida e energia de
evaporação.
As medições foram realizadas no mês de junho, para a situação de inverno e
em outubro para a situação de verão.
Conclusão da pesquisa
Em relação ao desempenho térmico de inverno, a cobertura verde reduziu as
flutuações térmicas diárias da temperatura superficial interna cerca de 70% a
mais do que a laje de concreto. A temperatura superficial da cobertura com
vegetação, comparada com a temperatura superficial externa da laje, diminuiu
cerca de 60%. Isto se deve à capacidade da vegetação de reduzir o ganho de
calor por irradiância solar
9
de ondas longas, uma conseqüência do efeito de
refrigeração evaporativa.
No desempenho térmico de verão, o ambiente com cobertura verde teve uma
9 Taxa de radiação incidente sobre um corpo, por unidade de área da superfície. Todas as grandezas relativas
às propriedades radiantes dos componentes devem fazer referência ao comprimento de onda da radiação e à
sua direção de incidência ou de reflexão ou de emissão. Quando estas informações forem omitidas, tratam-se de
propriedades totais hemisféricas (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT, 2003).
68
Conclusão da pesquisa
redução do fluxo de calor de 20%, pelo sistema estar associado às funções
biológicas da vegetação como fotossíntese e evapotranpiração. Assim,
absorvem parcelas significativas de irradiância solar, reduzindo temperaturas
superficiais internas da laje e amenizando as temperaturas do ar no interior da
edificação. Uma vez que, do total da irradiância solar que incide em uma
cobertura verde, 27% são refletidos, 60% são absorvidos pelas plantas e 13%
são transmitidos para o solo. Quanto as temperaturas superficiais internas, a
cobertura verde reduziu cerca de 55% das variações térmicas diárias.
O estudo concluiu, no entanto, que as coberturas com vegetação são
alternativas técnicas e economicamente viáveis para o clima local, com
amplas possibilidades de utilização. Adicionalmente, os benefícios ambientais
desse sistema construtivo extrapolam a própria edificação, atingindo seu
entorno na incorporação integrada e harmoniosa entre vegetação e áreas
edificadas.
Quadro 11: Desempenho térmico de coberturas vegetais em edificações na cidade de São
Carlos-SP
Fonte: Morais (2004)
COBERTURAS VIVAS EXTENSIVAS: ANÁLISE DA UTILIZAÇÃO EM PROJETOS
NA REGIÃO METROPOLITANA DE PORTO ALEGRE E SERRA GAÚCHA
Autor: Krebs Ano: 2005 Local: Porto Alegre - Brasil
Introdução
É cada vez maior o número de informações sobre os impactos ambientais
resultantes dos procedimentos tradicionalmente adotados, nas atividades da
indústria da construção civil em diversos países. Os projetos arquitetônicos,
em geral, não prevêem os impactos ecológicos a médio e longo prazo. No
entanto, as coberturas verdes representam uma opção que, juntamente com
tantas outras técnicas, compõem efetiva possibilidade de mudanças nos
paradigmas projetuais.
Objetivos
Analisar experiências da utilização de coberturas verdes de baixo peso,
na região metropolitana de Porto Alegre e na Serra Gaúcha.
Materiais e Métodos
Devido ao inexpressivo número de obras que utilizem as coberturas verdes,
comparado às técnicas tradicionais, não há registros dessas obras,
categorizando-as em nenhum órgão como CREA (Conselho Regional de
Engenharia, Arquitetura e Agronomia), IAB (Instituto dos Arquitetos do Brasil)
69
Materiais e Métodos
e Prefeituras. Por esse motivo, foi importante entrevistar o maior número de
pessoas envolvidas com o tema, autores de projetos e usuários das
edificações com coberturas verdes.
Realizou-se o levantamento de dez edificações, onde foram conhecidos os
materiais empregados, as técnicas construtivas utilizadas, os benefícios
percebidos pelos autores de projetos e usuários, assim como as dificuldades
encontradas pelos mesmos.
Análise e Conclusão da pesquisa
Das edificações pesquisadas a predominância é do uso residencial de
coberturas verdes no corpo principal da edificação, especificadas inicialmente
com o restante do projeto.
Todas as coberturas têm em comum a investigação construtiva e o interesse
na análise de seu comportamento, por parte de seus autores. Três edificações
foram classificadas como experimentais, por não usarem mão de obra
especializada e também por não terem o compromisso de venda e uso
permanente.
Duas edificações se destacam pela data de construção, que foi no ano de
1979. Posteriormente, foram encontrados exemplares de obras com
coberturas verdes no ano de 2003, havendo assim um intervalo de 24 anos.
Esses dados levaram a algumas hipóteses, como a década de setenta ter
impulsionado o interesse pela técnica das coberturas verdes, de baixo peso,
em diversos países. E que o interesse por uma nova tecnologia não se dá
isoladamente, mas vem de encontro com uma crescente sensibilização social
em repensar os processos de consumo dos recursos naturais, emergindo
assim no começo do século XXI.
Segundo levantamentos, os diversos sistemas de coberturas verdes foram
executados em pouco tempo, no máximo em uma semana. Com exceção das
bandejas pré-fabricadas de concreto para plantio de vegetações (Ecotelhas),
as demais coberturas utilizaram uma técnica construtiva bem simples, com
uma relativa facilidade na execução.
Sessenta por cento das obras levantadas possuem a cobertura verde voltada
para o norte, pois quanto maior à incidência solar direta, maior será a
evapotranspiração pelas plantas. A predominância da vegetação recaiu sobre
as suculentas, já as gramíneas foram evitadas.
Em relação às cargas permanentes, o peso máximo encontrado por m² foi de
250 kg com solo encharcado, e o peso mínimo foi de 110 kg. Outras duas
cargas que devem ser consideradas e estimadas são as cargas pontuais, que
se localizam sobre as vigas e as cargas acidentais, que são utilizadas para
espaço de contemplação e momentos de eventuais manutenções nas
coberturas.
A drenagem das águas residuais provenientes das coberturas analisadas
acontece de maneira semelhante à drenagem usual dos telhados tradicionais,
70
Análise e Conclusão da pesquisa
ou seja, por calhas.
Para impermeabilização do sistema construtivo foram utilizadas mantas
asfálticas, membrana de PEAD (Polietileno de Alta Densidade), pintura
asfáltica e membrana de PEAD e, também, telhas onduline, no caso da
utilização da Ecotelha. As infiltrações evidenciadas foram provenientes de
algumas irregularidades constatadas em fase de execução, como realização
de dobras e arremates da membrana de PEAD, sem ser realizada pela fábrica
e sem seguir a técnica indicada (solda quente), além das irregularidades e
falta de limpeza em cima da cobertura antes de sua colocação, ocasionando
furos na mesma. No entanto, a ampla utilização de membranas de PEAD foi
devido a sua resistência e a falta de outras opções no mercado.
Uma preocupação recorrente, em relação à camada de substrato, foi em não
deixar acontecer seu ressecamento. Uma maneira encontrada para manter a
umidade no solo em uma das edificações construídas foi colocar “travessas”
de tijolos para acúmulo das águas pluviais. Já em outra obra foram colocados
75% de terra preta, 20% de casca de arroz e 5% de composto orgânico de
javalis, também para manter a umidade.
As espécies vegetais empregadas nas obras foram: espécies de gramíneas
retiradas do próprio local, grama são carlos (Axonopus compressus), dinheiro
em penca (Callisia repens), érica (Cuphea gracilis), calancoê–fantasma
(Kalanchoe fedtschenkoi), onze horas (Portulaca oleracea), lambari
(Tradescantia zebrina) e a grama esmeralda (Zoysia japonica). Outras plantas
utilizadas foram indicadas pelo o agrônomo e paisagista Toni Backes, que
elaborou uma lista de vegetações (ANEXO A) paras as coberturas verdes no
Rio grande do Sul, servindo de referência para quatro construções realizadas.
Em sua lista, destaca-se a predominância de plantas não só do Brasil, mas de
espécies exóticas, pela pouca disponibilidade de produção e pesquisa em
relação às espécies nativas, quando empregadas como mudas individuais.
As vegetações dos sistemas de coberturas em geral apresentaram boa
aparência e cobriram todo o substrato. Na escolha das espécies vegetais
foram priorizadas as plantas que possuíam raízes superficiais, que
apresentassem resistência a períodos de seca e frio prolongados, bem como
as que resistissem ao excesso de chuvas e ventos. Alguns entrevistados
optaram pela substituição de gramíneas por suculentas. Já o arquiteto
responsável pela utilização de gramíneas nativas afirma que a tendência é que
essas espécies ressequem e se restabeleçam como as do jardim térreo,
regenerando-se naturalmente. As duas obras da década de setenta, tiveram a
vegetação trocada só depois de vinte anos, devido ao desgaste da
impermeabilização.
Em relação às vantagens percebidas pelos moradores, a estética foi colocada
como um fator importante, mesmo para aqueles que não a consideravam
como prioridade.
Mais da metade dos entrevistados citaram como benefícios, o baixo custo de
implantação e manutenção, auxílio na proteção térmica de materiais e
componentes do sistema da cobertura, melhora térmica no interior das
71
Análise e Conclusão da pesquisa
edificações, diminuição do volume e retardo na vazão das águas pluviais e,
por fim, integração com projetos por uma arquitetura sustentável
10
.
As manutenções realizadas foram regas nos meses quentes, reparos nas
infiltrações decorrentes das falhas construtivas e a retirada de ervas daninhas.
Nenhum profissional identificou a manutenção das coberturas verdes, de baixo
peso, como uma dificuldade encontrada em suas experiências.
Em todos os exemplos levantados há apenas uma técnica industrializada, que
são as Ecotelhas. Trata-se de um produto patenteado, de fácil montagem e
remoção (no caso de reparos na cobertura) e demonstra que com apenas
50mm de espessura do substrato existem espécies vegetais que se adaptam e
desenvolvem plenamente.
Com a presente pesquisa, conclui-se que o Brasil não possui tradição na
construção de coberturas verdes. Sendo assim, a análise de toda e qualquer
referência construtiva é tão válida quanto um experimento científico para seu
conhecimento e disseminação dos saberes.
Quadro 12: Coberturas vivas extensivas: análise da utilização em projetos na região
metropolitana de Porto Alegre e Serra Gaúcha
Fonte: Krebs (2005)
3.8 Manutenção, custos e dificuldades
Todas as coberturas verdes requerem algum tipo de manutenção, no entanto,
coberturas verdes, com baixo peso próprio, necessitam de pouca manutenção
depois da vegetação totalmente estabelecida e até a irrigação se faz desnecessária.
Para remoção das ervas daninhas que possam se instalar nas coberturas
recomendam-se podas de uma a duas vezes no ano e, além disso, pode-se utilizar
grandes proporções de minerais no substrato como forma de reduzir seu
desenvolvimento. Coberturas verdes de baixo peso não precisam de fertilizantes e
10
A Arquitetura sustentável considera a integração do edifício à totalidade do meio ambiente, de forma a torná-lo
parte de um conjunto maior. É a arquitetura que quer criar prédios objetivando o aumento da qualidade de vida
do ser humano no ambiente construído e no seu entorno, integrando as características da vida e do clima local,
consumindo menores quantidades de energia, para legar um mundo menos poluído para as próximas gerações
(CORBELLA; YANNAS, 2003). Não pressupõe um estilo ou um movimento arquitetônico, mas pode ser
encontrada tanto na arquitetura vernacular das mais variadas culturas como em muitos exemplos do modernismo
(GONÇALVES; DUARTE, 2006).
72
para as coberturas que possuem plantas suculentas em sua superfície, nem as
podas são necessárias (PORSCHE; KOHLER, 2003).
A maioria dos benefícios das coberturas verdes são a longo prazo e, nesse
sentido, torna-se difícil a determinação de custos para uma avaliação financeira
imediata. No entanto, proprietários de edifícios tomam suas decisões baseadas,
principalmente, em uma simples comparação financeira de benefícios e custos
adicionais que possam ter com a cobertura verde (PHILIPPI, 2006).
De acordo com Wong et al. (2003b), embora a cobertura verde possa ter um
custo mais elevado inicialmente, esse valor é posteriormente compensado, levando-
se em consideração os benefícios provenientes do ciclo de vida útil deste sistema de
cobertura. Resultados de pesquisas demonstram que a cobertura verde pode
diminuir o consumo de energia do edifício, gerando uma economia líquida anual de
14.6%. Assim, a incorporação da eficiência energética no ciclo de vida útil da
cobertura verde demonstra uma vantagem relevante, compensando assim,
despesas anteriormente aplicadas na construção. Na Alemanha, por exemplo, onde
o desenvolvimento das coberturas verdes encontra-se estabelecido, uma indústria
inteira de serviços foi formada para reduzir custos na fase de instalação.
Para Porsche e Kohler (2004), os custos para a construção de uma cobertura
verde na Alemanha são, aproximadamente, duas vezes mais do que para a
construção dos telhados convencionais. Nos Estados Unidos, os valores são
similares aos da Alemanha, já no Brasil, os custos são 30% a menos do que os
valores encontrados na Alemanha e nos EUA. O valor dos salários pagos para a
construção das coberturas verdes varia de acordo com cada país. A mão de obra
nos EUA custa 50% a menos do que na Alemanha, já no Brasil chega até a 90% a
menos quando comparada, também, com a mão de obra alemã.
73
Alguns fatores contribuem para minimizar os custos materiais como, por
exemplo, a estandardização e a certificação de produtos verdes, bem como a
introdução de produtos e componentes industrializados para construção das
coberturas verdes. Outro fator se refere é a especialização e o treinamento de mão
de obra para reduzir os custos na fase de construção. Assim, a chave econômica
para o fomento das coberturas verdes é a introdução de uma moderna tecnologia
(PHILIPPI, 2006).
Segundo Peck et al. (1999), todas as novas tecnologias enfrentam barreiras
para se introduzir no mercado. Mesmo que as coberturas verdes estivessem com
toda credibilidade, além de bem divulgadas e estabelecidas, as barreiras à entrada
nos mercados continuariam existindo. Estas barreiras são estruturadas em quatro
principais categorias:
Falta de conhecimento e sensibilização para o tema;
Falta de incentivo à implementação;
Barreiras custo-benefício;
Riscos técnicos associados com a incerteza do sistema construtivo.
Tanner e Scholz-Barth (2004) complementam com outras três questões
relativas às barreiras encontradas para implementação das coberturas verdes, como
a falta de diretrizes, especificações e mão de obra com profissionais qualificados.
3.9 Comportamento, desempenho e conforto térmico
Segundo Vecchia (2003), para avaliar o comportamento térmico das
envolventes de uma edificação é necessário analisar os dados meteorológicos
obtidos em superfície (temperatura e umidade relativa do ar, direção e velocidade
74
dos ventos predominantes, pluviosidade e radiação solar global) em função do
tempo de exposição às condições climáticas. Nesse sentido, pode-se salientar que a
incidência da radiação solar é o elemento principal nos processos de trocas
térmicas, sobretudo, nos sistemas de cobertura das edificações.
A característica mais importante para o controle térmico dos materiais e
componentes construtivos é avaliar o seu comportamento térmico, do ponto de vista
da transmissão de calor. Com a utilização de materiais com inércia térmica ou
capacidade isolante pode-se obter o equilíbrio térmico das temperaturas no interior
das edificações. O principal critério para conseguir este equilíbrio térmico é ter um
fluxo mínimo no ganho de calor interno pelas envolventes, no verão, e uma perda
mínima de calor, também, pelas envolventes, no inverno (OLGYAY, 1998).
O desempenho térmico pressupõe a utilização de padrões de referência
comparativa às situações definidas ou anteriormente analisadas, uma vez que o
desempenho existe em função das demais situações similares e, portanto, exige
sempre um referencial de comparação (VECCHIA, 2003).
A manutenção do equilíbrio térmico entre o corpo humano e o ambiente que
está inserido é um requisito fundamental para conservação da saúde e do bem-estar
dos indivíduos (GIVONI, 1976). O interesse em estabelecer critérios para o conforto
térmico começou a, aproximadamente, cento e cinqüenta anos atrás, na Europa do
século XIX, com o movimento por melhores condições de trabalho nas indústrias
(KOENIGSBERGER et al., 1980). Nesse sentido, o conforto térmico é definido como,
uma condição da mente que expressa satisfação com o ambiente térmico (ASHRAE,
1993).
75
De acordo com Frota e Shiffer (1988), a classificação de índices para a
avaliação do conforto térmico procura englobar o efeito conjunto de diversas
variáveis, caracterizando-se por:
Índices biofísicos: Baseia-se nas trocas de calor entre o organismo humano
e o ambiente.
Índices fisiológicos: Trata-se da relação entre as variáveis fisiológicas e os
dados meteorológicos como, temperatura e umidade relativa do ar, direção e
velocidade dos ventos e radiação solar global.
Índices subjetivos: Está relacionado com as percepções individuais que
variam de pessoa para pessoa.
Pode-se perceber que a definição de comportamento, desempenho e conforto
térmico são três conceitos distintos. Em relação a presente pesquisa foi adotado o
conceito de comportamento térmico, para análise e comparação das respostas
térmicas em diferentes sistemas de cobertura frente aos dados meteorológicos.
3.10 Trocas térmicas
Sempre que um corpo estiver a uma temperatura maior que a de outro corpo,
ou que, no mesmo corpo existam temperaturas diferentes, ocorre uma transferência
de energia, da região de temperatura mais elevada para a menos elevada, e a este
fenômeno dá-se o nome de transmissão de calor (ARAÚJO 1982).
As trocas de calor que compreendem variações de temperaturas são
denominadas trocas secas. Nestas trocas, o calor envolvido é denominado como
calor sensível e os mecanismos acontecem pela: condução, radiação e convecção.
No entanto, há uma outra forma de troca térmica, que são as trocas úmidas. Para
isso, acontece uma mudança no estado de agregação da água, onde o calor
envolvido nestas trocas é denominado calor latente e os mecanismos são:
76
evaporação e condensação (FROTA; SHIFFER, 1988). No quadro 13 estão
definidas conceituações sobre estas diferentes formas de trocas térmicas.
TROCAS TÉRMICAS SECAS
TROCAS TÉRMICAS SECASTROCAS TÉRMICAS SECAS
TROCAS TÉRMICAS SECAS
CONDUÇÃO
Processo pelo qual a energia é transferida de uma região de alta temperatura para outra de
temperatura mais baixa, dentro de um meio (sólido, líquido ou gasoso) ou entre meios
diferentes, com contato físico direto. No fluxo de calor por condução, a energia é
transmitida por meio de comunicação molecular direta, sem o deslocamento das mesmas
(KREITH, 1973).
CONVECÇÃO
Processo pelo qual energia é transferida das porções quentes para as porções frias de um
fluido através da ação combinada da condução de calor, armazenamento de energia e
movimento de mistura (KREITH, 1973).
RADIAÇÃO
Processo pelo qual o calor é transferido de um corpo em alta temperatura para um corpo
em baixa temperatura, quando os mesmos estão separados no espaço, ainda que exista
vácuo entre eles. Geralmente este conceito é aplicado a todos os tipos de processos que
transmitem energia por meio de ondas eletromagnéticas (KREITH, 1973).
TROCAS TÉRMICAS ÚMIDAS
TROCAS TÉRMICAS ÚMIDASTROCAS TÉRMICAS ÚMIDAS
TROCAS TÉRMICAS ÚMIDAS
EVAPORAÇÃO
Proveniente da mudança do estado líquido para o gasoso. A velocidade da evaporação é
em função do estado higrométrico do ar e sua velocidade (FROTA; SHIFFER, 1988).
CONDENSAÇÃO
Decorre da mudança do estado gasoso do vapor de água contido no ar para o estado
líquido, a partir do ponto de orvalho, onde o grau higrométrico do ar se eleva a 100%
(FROTA; SHIFFER, 1988).
Quadro 13: Conceituação dos mecanismos físicos para trocas térmicas
Estritamente falando, somente a condução e a radiação devem ser
classificadas como processos de transferência de calor, pois esses dois mecanismos
dependem da existência de diferenças de temperaturas para operar. O último dos
três modos, a convecção, não obedece à definição da transferência de calor, porque
77
sua operação também depende do transporte mecânico de massa. Porém, a
convecção também realiza a transmissão de energia, de regiões de temperatura
mais alta para regiões de temperatura mais baixa, nesse sentido, o termo
"transferência de calor por convecção" tornou-se aceito de forma generalizada
(
KREITH, 1973).
De acordo com Araújo (1982), o fenômeno da radiação é de fundamental
importância para a vida no planeta, pois é assim que o sol aquece a Terra,
oferecendo indispensáveis condições à existência vegetal e animal. No entanto, a
incidência de uma radiação eletromagnética sobre uma superfície sofre um
parcelamento de sua intensidade, sendo uma parte absorvida, a outra transmitida e
a outra refletida. A radiação térmica ao se refletir, pode acontecer de duas maneiras:
radiação regular (ângulo de reflexão igual ao de incidência) e radiação difusa
(distribuição em várias direções dos raios refletidos). O que define se a radiação vai
ser regular ou difusa é a natureza da superfície. Se a superfície for lisa e polida,
maiores as chances de ocorrerem radiações regulares, no entanto, se a superfície
for áspera, rugosa e sem brilho, maior a chance de ocorrer à radiação difusa.
Quando o fluxo de calor é variável nas diferentes seções de um fechamento,
ou seja, o fluxo que entra é diferente do fluxo de calor que sai, denomina-se de
regime transitório. O regime transitório pode ser particularmente um caso de
periodicidade, no qual as temperaturas de um mesmo ponto variam ciclicamente,
como as oscilações das temperaturas em relação à cobertura de uma edificação,
exposta dia e noite às condições atmosféricas (ARAÚJO, 1982 e COSTA, 1982).
Em uma cobertura, as trocas de calor entre o ambiente externo e interno
ocorrem conforme ilustrado na figura 14. Ao projetista da edificação, cabe reduzir
estas trocas térmicas atuando sobre os elementos e componentes de vedação. Sua
78
possibilidade de ação sobre as parcelas convectivas, em geral, é limitada, pois esta
depende fortemente da incidência dos ventos, restando como alternativa a atuação
sobre as componentes condutiva e radiante (VITTORINO; SATO; AKUTSU, 2003).
Figura 14: Trocas de calor em uma cobertura
Fonte: Vittorino, Sato e Akutsu (2003)
Segundo Serra (2002) e Costa (1982), a radiação solar é o fator que mais
influencia nos processos de trocas térmicas, devido a sua forte incidência direta nas
superfícies dos fechamentos e, também, devido às radiações provenientes do
entorno.
Tradicionalmente, “isolar termicamente” uma cobertura estava associado à
utilização de materiais conhecidos como isolantes “resistivos”, isto é, que reduzem a
transferência de calor por condução. A resistência térmica destes materiais se deve
principalmente à grande quantidade de ar presente entre as fibras, ou confinado nas
pequenas células formadas no processo de expansão das espumas e dos isolantes
granulares. Outra forma de reduzir os ganhos de calor pela cobertura é diminuir a
79
absorção da energia solar pelo uso de materiais de alta refletância
11
, na sua face
externa, ou reduzir a quantidade de calor irradiado para o interior dos recintos, pelo
emprego de materiais com baixa emissividade
12
(VITTORINO; SATO; AKUTSU,
2003).
Nota-se que os fechamentos opacos têm uma importância fundamental sobre
as condições internas das edificações, não só por atuarem como uma barreira
térmica, mas porque, também, são capazes de acumular energia térmica na massa
dos elementos que compõem as envolventes da edificação (SERRA, 2002).
Nesse sentido, a massa térmica
13
tem sua importância como elemento
retardador da progressão da onda de calor, amenizando situações de temperaturas
extremas no interior das edificações (diminuição das amplitudes térmicas) e
poupando energia, tanto para aquecimento, quanto para resfriamento dos ambientes
internos. Nesse sentido, é com base no conceito de inércia térmica que a influência
da massa dos elementos construtivos mais se aplica ao comportamento térmico dos
edifícios (ANES, 2007).
3.10.1 A inércia térmica
Os valores das temperaturas diárias, cujas flutuações são aproximadamente
senoidais, influenciam diretamente nos fechamentos de uma edificação. Sendo
assim, as características dos materiais empregados podem ser utilizadas de forma
favorável para conseguir melhores condições térmicas, no interior dos ambientes
(OLGYAY, 1998).
11
Quociente da taxa de radiação solar refletida por uma superfície pela taxa de radiação solar incidente sobre
essa mesma superfície ( ABNT, 2003).
12
Quociente da taxa de radiação emitida por uma superfície, pela taxa de radiação emitida por um corpo negro à
mesma temperatura. Grandezas relativas às propriedades radiantes dos componentes devem fazer referência ao
comprimento de onda da radiação e à sua direção de incidência, ou de reflexão ou de emissão (ABNT, 2003).
13
Refere-se à combinação da densidade e da espessura do material da envolvente (PAPST, 1999).
80
Pela inércia térmica, o calor externo ganho durante o dia é armazenado na
massa dos elementos que compõem a envoltória da edificação e somente parte
deste calor é transmitido para o interior dos ambientes. Neste contexto, dois
parâmetros são importantes para a análise da inércia térmica, o tempo de atraso e o
amortecimento do calor transmitido (Quadro 14), que se relacionam diretamente com
as características térmicas do material e sua espessura (PAPST, 1999).
ATRASO TÉRMICO
Tempo transcorrido entre uma variação térmica em um meio e sua
manifestação na superfície oposta de um componente construtivo, submetido
a um regime periódico de transmissão de calor. O atraso térmico depende da
capacidade térmica do componente construtivo e da ordem em que às
camadas estão dispostas (ABNT, 2003).
AMORTECIMENTO TÉRMICO
É a propriedade do fechamento, de diminuir a amplitude das variações
térmicas. Trata-se da relação entre a amplitude da temperatura superficial
interna de um fechamento, pela amplitude da temperatura do ambiente
externo. Para o coeficiente de amortecimento, em regimes cíclicos e
temperaturas internas constantes, o valor será sempre menor que 1, e
quanto menor for seu valor, maior será a capacidade de amortecimento do
fechamento (RIVERO, 1985).
AMPLITUDE TÉRMICA
É a diferença entre as temperaturas máximas e mínimas (PICCININI; GAN,
2006).
Quadro 14: Definição dos parâmetros para análise da inércia térmica
Somente o fator de amortecimento, que está relacionado à resistência dos
componentes opacos às flutuações da temperatura externa, não denota uma boa
inércia térmica, mas sim quando associado a um atraso térmico. Ou seja, quando
associado à capacidade de armazenar e retardar a transferência de calor para o
ambiente interno, característica dos elementos massivos (YOSHIDA, 2006).
81
Na figura 15, pode-se observar um ambiente que recebe a incidência dos
raios solares durante o dia, armazena o calor na envolvente construtiva e só
transfere esse calor no período noturno. Nota-se, também, pelo gráfico esquemático
sobre as amplitudes térmicas que as variações das temperaturas ocorridas durante o
dia foram de maior amplitude fora da edificação e de menor amplitude dentro da
edificação. Evidencia-se assim, um amortecimento térmico conferido pelo tipo de
fechamento e um atraso no ápice dessas temperaturas, atenuando termicamente os
ambientes internos.
Figura 15: Parâmetros relativos à inércia térmica
Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira (1997)
Segundo uma pesquisa realizada por Granja (2002), sobre os efeitos da
inércia térmica em fechamentos opacos, concluiu-se que seus benefícios se dão
essencialmente em relação ao amortecimento e deslocamento dos ápices de cargas
térmicas e são passíveis de conferir vantagens energéticas nas edificações. Para
tanto, esses parâmetros dependem da localização da edificação, das características
construtivas, do projeto e de seu regime de operação.
82
Para Frota e Schiffer (1988), nem sempre a inércia térmica tem suas
vantagens, pois em lugares de clima quente e úmido dificulta a retirada do calor
interno, prejudicando o resfriamento da construção. Assim, quando a temperatura do
ar externo no período noturno está agradável, a envolvente começa a transmitir o
calor armazenado durante o dia. Portanto, o uso de elementos construtivos com
considerável inércia térmica se faz pertinente em regiões com grandes amplitudes
da temperatura do ar externo nas estações quentes (GOODWIN; CATANI, 1979).
4. MATERIAIS E MÉTODOS
Este capítulo apresenta os procedimentos adotados para o cumprimento dos
objetivos propostos pela pesquisa. Cabe ressaltar, que toda a metodologia aplicada
foi desenvolvida por Vecchia (1997) e descrita em sua tese de doutorado, Clima e
Ambiente Construído: A abordagem dinâmica aplicada ao conforto humano.
Em um primeiro momento foi feita uma caracterização geral sobre o canteiro
experimental, sua localização, as células de teste e os sistemas de coberturas
analisados. Posteriormente, foram descritos os equipamentos de monitoramento
utilizados, os valores monitorados nas células de teste, o acompanhamento dos
estados atmosféricos e a análise dos dados de superfície. Por fim, apresentou-se a
definição do episódio representativo do fato climático (com base na climatologia
dinâmica) e a avaliação do comportamento térmico em edificações.
83
4.1 As células de teste
As células de teste estudadas na presente pesquisa são construções com
dimensões padrão, onde o único diferencial é o sistema construtivo das coberturas.
O motivo da construção dessas células de teste veio da necessidade de realizar
medições experimentais em espaços edificados com uma escala tal, que permitisse
se apropriar dos dados monitorados para analisar e comparar o comportamento
térmico das envolventes de uma maneira mais próxima do real.
4.1.1 Localização
A cidade onde se situa o experimento da pesquisa sobre a análise do
comportamento térmico de um sistema de CVL e sua comparação entre diferentes
sistemas de coberturas é São Carlos.
Localiza-se na região central do Estado de São Paulo (Figura 16), aos 22º03'
de latitude sul e 47º56' de longitude oeste, com altitude média de 850m acima do
nível do mar (EMBRAPA, 2006). Devido à posição geográfica, no topo das cuestas
basálticas e no início do Planalto Ocidental, encontra-se muito exposta aos ventos
de caráter zonal. Essa característica geofísica impõe um particular sistema de
ventos, que contribui para a caracterização do clima de São Carlos (VECCHIA,
1997).
84
Figura 16: Localização do Município de São Carlos em relação ao Estado de São Paulo e ao
Brasil
Fonte: Abreu (2006)
Segundo a clássica caracterização de Köppen (1948), o clima do Município é
tropical de altitude (Cwa), clima quente de inverno seco, onde a temperatura média
do mês menos quente é inferior a 18°C, ao passo que a do mês mais quente
ultrapassa 22°C. O total de chuvas do mês mais seco não atinge 30 mm, ao mesmo
tempo em que o mês mais chuvoso apresenta pluviosidade dez ou mais vezes
superior a do mês mais seco.
No entanto, de acordo com preceitos da Climatologia Dinâmica, Monteiro
(1973) classifica São Carlos como região de climas controlados por massas
equatoriais e tropicais, caracterizando-se por climas tropicais alternadamente secos
e úmidos (Vb). Assim, a região Centro-Norte do Estado de São Paulo, onde se situa
a cidade, é individualizada pelo ritmo
14
da circulação atmosférica regional que se
justapõe às diversidades do relevo. A característica marcante dessa região é
14
Ver definição na página 103.
85
conferida pela existência de um período seco nítido, onde a freqüência das chuvas
diminui consideravelmente, culminando na área de inverno mais seca do Estado.
4.1.2 Caracterização geral
O canteiro experimental se encontra na Escola de Engenharia de São Carlos
(EESC), na Universidade de São Paulo (USP), possui uma estação meteorológica
automática (Laboratório de Construção Civil - Departamento de Arquitetura e
Urbanismo) e diversas células de teste (Figura 17).
Figura 17: Localização do canteiro experimental no Campus da USP - São Carlos
Fonte: Universidade de São Paulo (2006)
As células de teste possuem características similares em relação à orientação
solar, aberturas, dimensões e composição dos elementos construtivos, variando
apenas o sistema de coberturas. As construções têm dimensões internas de 2.20m x
2.70m e 2.90m de altura (Figura 18).
86
Figura 18: Corte e planta esquemático das células de teste
Fonte: Vecchia e Castañeda (2006)
Todas as células de teste possuem piso de concreto (tipo radier com 0.15m
de espessura) e paredes de tijolo cerâmico maciço (0.20 x 0.10 x 0.05m), pintadas
de cor branca. As portas (2.10 x 0.60m) e as janelas (1.00 x 0.70m) da construção
são todas com placas de embalagem longa vida reciclada. A orientação Norte fica
voltada à fachada com janela e a orientação Leste para a fachada principal, com
porta.
A implantação no terreno obedeceu à estratégia da trajetória aparente do sol,
evitando sombreamento de uma célula de teste sobre outra. Também foram levados
em consideração os ventos predominantes na região, que se alternam entre
nordeste e sudeste.
Dentre todas as células de teste que se situam no canteiro experimental
(Figura 19), apenas cinco sistemas de coberturas foram analisados e comparados
nessa pesquisa, sendo eles: 1) telha de aço galvanizado, 2) telha de fibrocimento
ondulada, 3) laje pré-moldada cerâmica, 4) telha cerâmica e 5) CVL.
87
Figura 19: Células de teste no canteiro experimental da USP - São Carlos
Fonte: Fotos por Daniela Arantes (2007)
Foram comparados no presente estudo com o sistema de CVL, três sistemas
construtivos de coberturas utilizados amplamente no Brasil, que são: as telhas
cerâmicas, as telhas de fibrocimento e as telhas de aço galvanizado. O outro
sistema de cobertura utilizado, muito comum na América Latina, é a laje pré-
moldada cerâmica sem colocação de telhas. Trata-se de uma laje pré-moldada, com
vigotas de concreto e vedação cerâmica, impermeabilizada com geomanta aplicada
sob tintura impermeabilizante, a base de óleo vegetal de mamona (Ricinus
communis) na cor branca (Figura 20).
Figura 20: Células de teste com telha de aço galvanizado, fibrocimento, laje pré-moldada
cerâmica e telha cerâmica, respectivamente, no canteiro experimental da USP - São Carlos
Fonte: Fotos por Daniela Arantes (2007)
88
4.1.3 O sistema de cobertura verde leve (CVL)
A CVL constitui-se de diversas “camadas” sobrepostas em cima de uma laje
pré-moldada cerâmica, sendo elas: camada de resina polimérica vegetal para
impermeabilização da laje, geomanta tridimensional para drenagem, camada de
substrato com terra vegetal e grama esmeralda (Zoysia japonica) em sua superfície.
Sua vantagem é aliar um sistema construtivo de baixo peso próprio, isto é,
pouca sobrecarga na estrutura da edificação comparado a outros sistemas de
coberturas verdes, com um menor impacto no ambiente, em relação às etapas de
construção e ao longo da vida útil do edifício.
Para a construção deste sistema de cobertura foram utilizados os materiais e
componentes descritos no quadro 15.
Materiais e componentes utilizados na construção da CVL
Laje Blocos cerâmicos com vigotas pré-moldadas de concreto.
Cimento, areia e pedra.
Platibanda Tijolo cerâmico maciço (0.05 x 0.10 x 0.20m) e tubos de PVC.
Cimento e areia.
Impermeabilização
Resina poliuretana de origem vegetal (Ricinus communis).
Pasta de cimento Cimento e látex.
Drenagem Geomanta MacDrain® 2L (Maccaferri).
Substrato Terra preparada.
Vegetação
Grama esmeralda em rolo (Zoysia japonica)
Quadro 15: Descrição dos materiais e componentes utilizados para a construção do sistema
de CVL
Fonte: Vecchia (2005) e Lima (2005)
89
A célula de teste utilizada, pré-existente no canteiro experimental, necessitou
de uma adaptação para a construção da CVL, modificando assim sua inclinação.
Portanto, com a diminuição da declividade existente elevaram-se as paredes da
célula de teste, passando a inclinação da cobertura para 10% (Figura 21).
Figura 21: Elevação de paredes para modificação de inclinação e construção da CVL
Fonte: Lima (2005)
ESTRUTURA DE SUPORTE
Trata-se de um sistema de cobertura, que possui seu apoio em uma laje,
tradicionalmente utilizada no Brasil, constituída de vigas pré-moldadas e blocos
cerâmicos, com dimensão total de 2.8 x 4.2m (Figura 22).
Figura 22: Laje para sustentação do sistema de CVL
Fonte: Lima (2005)
90
Depois da laje finalizada construiu-se uma platibanda, com duas fiadas de
tijolos maciços e canos de PVC para escoamento das águas pluviais (Figura 23).
Figura 23: Platibanda finalizada
Fonte: Lima (2005)
A água coletada serviu para estudo hidrológico, no que se refere ao reuso de
águas pluviais utilizando a CVL. Esse estudo foi desenvolvido por Cunha (2004), um
dos pesquisadores do grupo de Ecotecnologias: novos materiais e procedimentos
em parceria com o NIBH (Núcleo Integrado de Bacias Hidrográficas), pela Escola de
Engenharia de São Carlos (USP).
IMPERMEABILIZAÇÃO
Primeiramente, foi realizada uma pré-impermeabilização com uma pasta
constituída de cimento, água e látex, com a finalidade de tampar os poros do
concreto. Esta pasta foi espalhada na superfície da laje, com o auxilio de um rodo e
na platibanda usando um rolo (Figura 24). Salienta-se a importância de espalhar a
pasta de cimento uniformemente, garantindo com que toda a superfície tenha
recebido a nata, para maior aderência da camada de impermeabilização.
91
Figura 24: Aplicação da pasta de cimento em cima da laje e da platibanda
Fonte: Cunha (2004)
Depois da aplicação desta pasta de cimento foi empregada na superfície
externa da laje, uma resina polimérica vegetal a base de óleo de mamona (Ricinus
communis), que visa à impermeabilização de superfícies porosas (ANEXO B). Com
a aplicação desta resina formou-se um filme altamente compacto sobre a superfície
impermeabilizada, evitando a penetração de água e outros agentes agressivos aos
componentes construtivos da laje. Sua aplicação se realizou por meio de rolos e
pincéis, semelhante à aplicação de uma tinta, e foram aplicadas duas camadas de
impermeabilizante (Figura 25).
Figura 25: Aplicação da resina polimérica vegetal na laje da CVL
Fonte: Lima (2005)
92
O emprego dessa resina polimérica é recomendado, conforme normas da
ABNT, para casos de impermeabilização contra água sob pressão e
impermeabilização contra umidade do solo.
A resina polimérica vegetal a base de óleo de mamona foi desenvolvida por
Chierice (1994), pelo Grupo de Química Analítica e Tecnologia de Polímeros, do
Instituto de Química da USP (campus São Carlos-SP) e é comercializado pela
empresa Construquil Polímeros. Constitui-se de produto obtido a partir de recurso
renovável e não tóxico o que contribui para uma construção de caráter sustentável,
não provocando prejuízos ao meio ambiente ou à saúde de quem a manipula ou a
utiliza na fase de ocupação.
DRENAGEM
O sistema de drenagem utilizado foi um geocomposto (MacDrain® 2L),
fabricado pela empresa Maccaferri, indústria de produtos voltados para geotecnia
(ANEXO C). Este geocomposto possui características de leveza e flexibilidade, com
núcleo drenante constituído por geomanta tridimensional, com espessuras de 10mm
ou 18mm (Figura 26).
Figura 26: Geomanta MacDrain® 2L
Fonte: Maccaferri (2006)
93
Esta geomanta é fabricada a partir de filamentos de polipropileno ou
poliamida (nylon), tendo índice de vazios em torno de 95%. O núcleo é termo
soldado a dois geotêxteis (não-tecidos de poliéster) em todos os pontos de contato.
Suas vantagens são: proporcionar elevada capacidade de vazão, ser de fácil
manuseio, simples instalação, proteger os sistemas de impermeabilização contra
eventuais danos mecânicos e principalmente ser leve e bem flexível.
SUBSTRATO E VEGETAÇÃO
A vegetação utilizada no sistema de CVL foi a grama esmeralda (Zoysia
japonica), plantada em um substrato composto de terra preparada (Figura 27).
Figura 27: Colocação da grama esmeralda (Zoysia japonica) no sistema de CVL
Fonte: Lima (2005)
94
Segundo Lorenzi e Souza (2001), a grama esmeralda é uma herbácea
rizomatosa, reptante, perene, ramificada, proveniente do Japão. Seu crescimento
varia de 0.10m a 0.15m de altura. Cultivada em gramados a pleno sol, não resiste a
pisoteios, não tolera muita sombra e exige poucas podas. Deve ser plantada em
terra fértil e irrigada em intervalos. Multiplica-se por placas ou divisão de touceiras.
Na figura 28 observa-se a mesma célula de teste, com o sistema de CVL em
dois momentos, primeiramente, sem o sistema para coleta de água das chuvas e,
posteriormente, com o sistema para coleta de água das chuvas e avaliação de seu
reuso.
Figura 28: Sistema de CVL em célula de teste no canteiro experimental da USP - São Carlos
Fonte: Lima (2005)
95
4.2 Medições
4.2.1 Equipamentos de medição e armazenamento de dados
Para realização de medições nas células de teste e seu posterior
armazenamento, utilizou-se um sistema de aquisição de dados automático. Este
sistema processa os registros de temperaturas relativas ao comportamento térmico
dos diferentes sistemas de cobertura, a partir de termopares (Quadro 16).
MODELO DESCRIÇÃO DOS EQUIPAMENTOS
DATALOGGER
CR10X
Datalogger Campbell Scientific Inc., modelo CR 10X, com terminal
para a conexão de 12 sensores, teclado e display embutidos. Uma
porta de comunicação de 40Kb de memória RAM interna (19.296
Datapoints) e baterias internas recarregáveis/recarregador de
baterias.
PS12LA Bateria recarregável 12V.
PC208e
Software de programação e comunicação PC208W.
SC32A Interface de comunicação direta.
SM716 Módulo externo de memória RAM – 96K.
SC532 Interface para módulo externo de memória SM192.
Quadro 16: Descrição dos equipamentos do sistema de aquisição de dados
Fonte: Vecchia (2003)
Nesse sentido, no interior de uma das células de teste do canteiro
experimental foi instalada uma caixa termicamente isolada, para proteção dos
equipamentos de monitoramento, contendo: um datalogger CR10X da Campbell
Scientific Inc., um multiplexador de 32 canais tipo AM416, um conjunto de
termopares tipo T (cobre/constantin) e um sistema de bateria, ligado a um painel
solar externo (Figura 29).
96
Figura 29: Sistema de aquisição automática de dados no interior da caixa térmica
Fonte: Foto por Daniela Arantes (2007)
Cada célula de teste dispõe de termopares para leitura da temperatura
superficial interna dos elementos construtivos, do sistema de cobertura, e da
temperatura do ar interno. Na superfície interna de cada sistema de cobertura foram
instalados três sensores de temperatura par-termoelétricos, para fornecer médias na
totalização dos registros da temperatura superficial.
O contato da ponta do termopar e a superfície dos diferentes sistemas de
cobertura, em sua parte interna, se deu por meio de um pequeno orifício. Assim, foi
encaixada somente a ponta eletro-soldada (em atmosfera de gás argônio),
juntamente com um pouco de pasta térmica, para melhor condução do calor (Figura
30). O cabo dos sensores foi fixado nas diferentes superfícies dos sistemas de
cobertura, com cola tipo araldite.
Figura 30: Termopar (cobre/constantin) com ponta eletro-soldada
Fonte: Foto por Daniela Arantes (2007)
97
As pontas dos sensores foram criteriosamente protegidas por abrigos
(shields), constituídos por um tubo PVC com 150mm de diâmetro e
aproximadamente 0.10m a 0.15m de comprimento, isolação térmica (foil), ventoinhas
laterais e dispostos a uma altura de 1.00m em relação ao piso (altura máxima da
zona habitada).
Para monitorar a temperatura e umidade relativa do ar, radiação solar global,
pluviosidade, direção e velocidade dos ventos, utilizou-se a estação meteorológica
automática (Figura 31) localizada, também, no canteiro experimental em frente às
células de teste.
Figura 31: Estação meteorológica automática do Laboratório de Construção Civil -
Departamento de Arquitetura e Urbanismo (USP - São Carlos)
Fonte: Foto por Daniela Arantes (2007)
A composição instrumental contida na estação meteorológica automática está
descrita nos quadros 17 e 18 onde, respectivamente, são apresentados os
equipamentos e os sensores utilizados, com algumas informações complementares.
98
COMPOSIÇÃO DA ESTAÇÃO METEOROLÓGICA AUTOMÁTICA
01 CR21X (Datalogger)
01 CONTROLE DE TENSÃO
02 ANEMÔMETROS 01 SENSOR DE TEMPERATURA E
UMIDADE RELATIVA DO AR
01 ANEMOSCÓPIO 01 SENSOR PARA PRESSÃO
BAROMÉTRICA
01 PAINEL SOLAR 01 PLUVIÔMETRO (com báscula de 1mm
de chuva)
01 BATERIA RECARREGÁVEL DE 12V 01 PIRANÔMETRO (sensor de radiação
solar global)
Quadro 17: Composição instrumental da estação meteorológica automática
Fonte: Vecchia (2003)
SENSORES
HMP35C-U Sensor de temperatura (-35 a +50ºC) e de umidade relativa do ar (0 a
100%). Fabricante: Vaisala.
03001 R.M.Young Wind Sentry anemômetro (0 a 60m/s).
41002 Abrigo meteorológico para sensor de temperatura e umidade relativa
HMP35C-U, não aspirado R.M.Young.
TM525MM Sensor de precipitação (tipo báscula – incrementos de 0,1mm).
Fabricante: Texasonics.
PTA427 Sensor de pressão barométrica (800 a 1060 mB). Fabricante: Vaisala.
LI200X Sensor de radiação solar global LI-COR (400 a 700 nM), radiação
direta e difusa.
Quadro 18: Descrição de sensores utilizados nas medições
Fonte: Vecchia (2003)
Para acompanhar mais amiúde o processo das trocas térmicas, os dados
climáticos foram adquiridos através de monitoramento contínuo, com registros dos
valores a cada 20 segundos, totalizando médias de 30 em 30 minutos. Salienta-se,
99
que a Organização Mundial de Meteorologia estabelece registros a cada 60
segundos, com médias a cada hora.
4.2.2 Valores monitorados nas células de teste
TEMPERATURA SUPERFICIAL INTERNA DOS SISTEMAS DE COBERTURA
Esse parâmetro foi escolhido para exprimir o comportamento térmico dos
componentes construtivos, que compõe os distintos sistemas de cobertura, com
diferentes propriedades termofísicas.
Destina-se a medir os valores da energia interna, na superfície dos sistemas
de cobertura, que por condução transmitem o calor do lado mais quente para o lado
mais frio.
TEMPERATURA DO AR INTERNO
É responsável pela avaliação do comportamento térmico do ar ambiente no
interior das células de teste e envolvem mecanismos de trocas de calor por
condução, convecção e radiação.
Pode-se dizer que as diferenças entre os valores das temperaturas do ar
interno, registrados em cada uma das células de teste, são provenientes das
diferenças do comportamento térmico de cada componente construtivo do sistema
que compõe a cobertura. Portanto, os valores registrados expressam as condições
térmicas existentes no interior de cada uma das células de teste.
Duas colocações se fazem pertinentes em relação às experimentações
desenvolvidas nas células de teste, a primeira em relação ao calor interno excessivo
provocado pela ação da radiação solar direta (principalmente no período vespertino)
100
e a segunda em relação à dispersão térmica, onde todo calor armazenado durante o
dia é emitido novamente ao ambiente, devido às diferenças de temperatura.
4.2.3 Acompanhamento dos estados atmosféricos
O acompanhamento dos estados atmosféricos para a análise do episódio
representativo do clima, pode ser realizado e observado pelo comportamento do
regime de ventos, pelo sistema de formação e dissipação de nuvens e pela
ocorrência de chuvas. Além disso, pode-se visualizar o registro da entrada de
sistemas frontais (frentes frias) sobre uma dada região, por meio de imagens de
satélites.
As massas de ar atuantes devem ser classificadas de acordo com sua
intensidade (vigorosas ou dissipadas) e quanto à sua duração (tempo que
permanecem ativas sobre a região analisada).
Os estados atmosféricos podem ser subdivididos em etapa pré-frontal e etapa
pós-frontal, expressos pelos períodos que antecedem e sucedem à penetração da
frente fria, respectivamente. A etapa pré-frontal pode ainda ser subdividida em duas
fases: prenúncio e avanço. A etapa pós-frontal em outras duas fases: domínio e
transição.
Com base na atuação dos sistemas atmosféricos predominantes, pode-se
compreender a ação das massas de ar sobre a região analisada, assim como suas
repercussões no espaço geográfico e, principalmente, sobre o ambiente construído.
O quadro 19 apresenta uma comparação entre as principais diferenças das
duas etapas dos sistemas atmosféricos.
101
PRÉ-FRONTAL PÓS-FRONTAL
Fases: prenúncio e avanço Fases: domínio e transição
Calor – seco;
Elevação dos valores da temperatura
relativa do ar;
Redução dos valores da umidade
relativa do ar;
Queda da pressão atmosférica;
Ruptura do regime dos ventos
predominantes (velocidades acima
do habitual e fortes rajadas).
Frio – úmido;
Diminuição dos valores da
temperatura relativa do ar;
Aumento dos valores da umidade
relativa do ar;
Aumento da pressão atmosférica e
das precipitações;
Alteração no quadrante dos ventos
predominantes (vem de outras
direções e com diferentes
velocidades).
Quadro 19: Comparação entre as etapas pré-frontal e pós-frontal
Fonte: Vecchia (2003)
4.2.4 Análise dos dados climáticos obtidos em superfície
Os dados climáticos obtidos em superfície por estações meteorológicas fazem
registros anuais, diários, horários e em frações de horas. Assim, são registrados
valores com informações sobre a temperatura e umidade relativa do ar, radiação
solar global incidente, pluviosidade, direção e velocidade dos ventos predominantes.
As análises dos dados climáticos levam em consideração o vigor, a
intensidade e a duração dos sistemas atmosféricos dominantes durante o período de
estudo. Os períodos de verão e inverno proporcionam maiores situações de estresse
térmico, pois são quando as frentes frias apresentam, respectivamente, menor e
maior rigor, em função das massas de ar dominantes.
A partir disso, é possível obter com detalhes as condições climáticas e suas
repercussões no espaço edificado. Nesse sentido, os dados meteorológicos se
correlacionam com os processos de trocas térmicas por condução, convecção,
102
radiação, evaporação e condensação, influenciando diretamente no comportamento
térmico através das envolventes da edificação.
Todos os dados climáticos são necessários para a definição do episódio
representativo do clima, por apresentarem o estado atmosférico dominante no
período de análise e estarem ligados à dinâmica das massas de ar.
4.3 Definição do episódio representativo do fato climático
O entendimento do clima voltado às necessidades de sua caracterização faz-
se necessário para definir e avaliar ambientes humanos. Isso implica em uma
tentativa de adequar os ambientes às condições climáticas do local, através de uma
especial caracterização e utilização dos dados meteorológicos, que expressam
variações das condições climáticas, no tempo e no espaço.
De acordo com a Climatologia Clássica, costuma-se descrever o clima de um
lugar citando-se as médias aritméticas dos dados climáticos obtidos em superfície,
que são registradas em um determinado lugar. No entanto, com esse procedimento,
duas regiões distintas podem ter as mesmas médias e apresentarem climas
diferentes (WORLDWATCH..., 2007).
Segundo a Climatologia Dinâmica, definida pela conceituação clássica de
Max Sorre, entende-se o clima como “uma série de estados atmosféricos acima de
um lugar em sua sucessão habitual”. Assim, o autor enfatiza a noção de tempo
(meteorológico), como uma unidade complexa, cheia de associações e dinâmica em
essência, percebida sensorialmente e passível de ser arbitrária, abstrata,
103
decomposta e medida nos diferentes elementos que a constituem (MONTEIRO,
1976).
A perspectiva dinâmica da atmosfera, como meio de entendimento dos
espaços regionais, substitui as médias utilizadas pela climatologia clássica pelo
ritmo. Paradigma Sorreano, o ritmo exprime “não mais a distância quantitativa dos
valores sucessivos, mas o retorno mais ou menos regular dos mesmos estados”. Em
outras palavras, é o encadeamento sucessivo e contínuo dos estados atmosféricos e
suas articulações, no sentido de retorno aos mesmos estados. É o fundamento
causal que possibilita a organização biológica e antrópica dos espaços, sendo
intrínseco à natureza física da atmosfera (MONTEIRO, 1976).
Nesse sentido, a mais importante contribuição da abordagem dinâmica
relaciona-se à introdução do ritmo, reflexo imposto pelos elementos climáticos no
balanço térmico das edificações, que se traduz através de sensações térmicas
extremas, de forma ritmada e cíclica, ao longo do tempo.
Com base no ritmo climático foram definidos conceitos para a caracterização
climática regional e, portanto, critérios destinados à obtenção de séries de dados
meteorológicos baseados em episódios representativos do fato climático.
A interpretação do fato climático se traduz através dos elementos do clima,
tomados de acordo com as condições atmosféricas, respeitando os fatores
geográficos de modificação e traduzidos sob adequada escala de abordagem, no
tempo e no espaço.
O que diferencia os episódios uns dos outros é a intensidade e a duração de
cada massa de ar que predomina sobre o local, tornando mais ou menos vigorosa a
sua atuação sobre uma dada região, fato que diretamente se reflete no registro dos
elementos climáticos tomados em superfície (dados meteorológicos).
104
Portanto, ocorre uma variação sucessiva e encadeada nos valores dos
elementos climáticos que, mesmo quando adquiridos de maneiras separadas,
permitem a definição de um estado geral da atmosfera, principalmente, quando se
adota um período amostral, correspondente à penetração e predomínio de uma
massa polar.
Os períodos de observação tomados dessa forma representam o tipo de
tempo, através de uma única seqüência relativa a cada massa polar que penetra
com características próprias e de particular vigor e duração, na medida em que
avança e predomina sobre o local.
Para cada tipo de tempo, analisa-se a ação dos dois principais períodos
considerados críticos para percepção térmica, que se caracteriza pela fase pré-
frontal e pós-frontal. É importante ressaltar que, os estados atmosféricos pré e pós-
frontais se alteram de acordo com cada estação do ano, apresentando distintas
combinações atmosféricas, diretamente relacionadas com o conjunto dos elementos
do clima.
Dessa forma, os episódios expressam períodos críticos em relação às
sensações térmicas impostas pelas excitações do clima, que uma região pode estar
submetida.
A maior contribuição dos episódios representativos é de aliar os mecanismos
da circulação atmosférica e suas conseqüências no espaço geográfico aos valores
obtidos através do monitoramento climático de dados meteorológicos, tomados em
superfície e traduzidos analiticamente pelos registros de temperatura e umidade do
ar, direção e velocidade dos ventos, pressão atmosférica, índices pluviais e valores
da radiação solar.
105
Assim, os episódios fornecem subsídios para a avaliação do comportamento
térmico nos ambientes internos das edificações, analisados em curtos períodos de
tempo cronológico, sem perder a precisão e a representatividade dos dados
registrados.
4.4 Avaliação do comportamento térmico dos sistemas de
cobertura
Dois parâmetros podem ser utilizados na análise experimental para a
avaliação do comportamento térmico dos distintos sistemas de cobertura: os
registros dos valores das temperaturas superficiais internas e das temperaturas do
ar interno.
Os valores registrados para as temperaturas internas do ar traduzem as
influências impostas nas superfícies das células de teste, de forma determinante
pela ação térmica incidente na superfície que compõe os sistemas de cobertura.
Assim, as paredes das células de teste, por se tratar de edificações térreas, não
contribuem de forma significativa para os ganhos térmicos interiores.
A análise do comportamento térmico das células de teste é realizada com
informações provenientes de medições feitas com termopares, no período escolhido
do episódio representativo do clima e armazenadas em um sistema de aquisição
automática de dados.
A partir do registro dos dados térmicos referente às edificações em estudo,
transformam-se os arquivos obtidos em tabelas e, posteriormente, os valores
contidos nessas tabelas são transformados em gráficos, para melhor informação
visual e entendimento das variações das temperaturas medidas.
106
Por fim, são avaliados dois parâmetros relacionados à inércia térmica dos
componentes construtivos, o amortecimento térmico no interior das edificações, que
é a propriedade do fechamento de diminuir a amplitude das variações térmicas,
proporcionado pela composição dos sistemas de cobertura e o atraso térmico, que é
o tempo transcorrido entre a ocorrência da máxima temperatura externa e sua
manifestação na superfície oposta de um componente construtivo.
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nesse capítulo serão apresentados os resultados obtidos a partir das
medições experimentais, com base nos episódios representativos e nas devidas
comparações entre o comportamento térmico dos sistemas de cobertura, segundo a
seqüência metodológica proposta.
Salienta-se que, em princípio, tanto os dados climáticos meteorológicos,
quanto os valores monitorados no interior das células de teste foram adquiridos e
trabalhados anteriormente, pelo grupo de Ecotecnologias: novos materiais e
procedimentos, com formação no ano de 2002.
5.1 O episódio representativo e o dia típico experimental
De acordo com a necessidade da análise climática voltada ao comportamento
térmico, determina-se a fase mais adequada a realização do experimento. Em
relação ao presente estudo, a escolha da fase foi em um período bem quente e
seco, transição primavera-verão, pois o desconforto térmico na maior parte dos dias
na cidade de São Carlos provém das altas temperaturas e da baixa umidade.
107
Segundo o Boletim Climanálise (2006), no mês de outubro de 2004 a atuação
das frentes frias foi maior no sudoeste do Estado de São Paulo, onde o total
pluviométrico acumulado superou a média histórica em até 100mm. As temperaturas
ficaram acima da média em grande parte dos setores norte e central do Brasil. No
norte da Região Sudeste, os valores das temperaturas máximas excederam a média
histórica em mais de 3°C.
A primeira massa de ar fria atuou entre os dias 03 e 08, e esteve associada
ao último sistema frontal do mês de setembro. O período de atuação da segunda e
terceira massa de ar frio foi muito curto, aproximadamente dois dias cada, o que foi
consistente com a alta freqüência das frentes frias entre os dias 09 e 16
(
CLIMANÁLISE, 2006).
O mês de outubro de 2004 caracterizou-se pelo avanço de três sistemas
atmosféricos que atuaram sobre a região de São Carlos. O período mais perceptível
ficou entre os dias 04 e 10 de outubro, que foi escolhido como o episódio
representativo do fato climático.
Os dias do episódio representativo expressam claramente as etapas pré-
frontais e pós-frontais, qualificando-se como um episódio entre duas frentes frias
atuantes no município de São Carlos. A escolha se deu na fase de prenúncio e de
avanço de uma massa Polar Atlântica (mPA), uma vez que nessas situações (antes
do avanço) ocorre um sobre-aquecimento do ar na região a ser penetrada pela
frente, elevando os valores da temperatura do ar externo e ocorrendo uma
conseqüente diminuição nos valores da umidade relativa do ar.
A partir do dia 04 de outubro, sob o domínio de uma massa Polar de fraca
intensidade, inicia-se sua fase de tropicalização
15
. Nos dias subseqüentes ocorre a
15
Caracteriza-se por uma fase, onde a massa de ar atuante perde as suas características polares e começa se
aquecer, com isso, perde-se o seu rigor térmico de frio (VECCHIA; MIMBACAS, 2006).
108
formação de uma massa Tropical, de característica quente e seca, até atingir o seu
ápice no dia 09 de outubro, que antecede a penetração de uma nova frente fria.
A figura 32 apresenta informações gráficas sobre as máximas temperaturas
do período que compreende os dias 04 a 10 de outubro (episódio representativo).
TEMPERATURAS MÁXIMAS DO AR EXTERNO
20
22
24
26
28
30
32
34
36
4/10 5/10 6/10 7/10 8/10 9/10 10/10
Dia
Temperatura (ºC)
Figura 32: Temperaturas máximas do ar externo durante o episódio representativo do fato
climático (04 a 10 de outubro de 2004)
Fonte: Vecchia (2005)
Os dias posteriores ao episódio escolhido não foram considerados, por não
apresentarem interesse para o presente estudo sobre o comportamento térmico de
distintos sistemas de cobertura. Isso porque, os dias subseqüentes se caracterizam
pela diminuição dos valores da temperatura do ar externo e do conseqüente
aumento dos valores da umidade relativa do ar externo às edificações.
A figura 33 apresenta a seqüência das imagens do satélite GÓES (CENTRO
DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS - CPTEC, 2006) nos dias 04
28
,
1ºC
25
,
5ºC
24
,
3°C
28
,
8ºC
34
,
04ºC
29
,
7ºC
25
,
1ºC
109
a 11 de outubro de 2004. Evidencia-se assim, de forma ilustrativa, a seqüência do
domínio das massas de ar sobre a região do Estado de São Paulo nesse período.
Figura 33: Imagens de satélite (GÓES) no período de 04 a 11 de outubro 2004
Fonte: Cptec (2006)
Foi apresentado o dia 11 de outubro, juntamente com os dias do episódio
representativo para mostrar a seqüência do domínio da massa Polar, que teve no dia
10 de outubro (Imagem G) sua fase de avanço. O quadro 20 faz uma correlação
entre as imagens de satélite e a dinâmica atmosférica predominante, apresentando
suas respectivas fases, as máximas e mínimas temperaturas registradas, bem como
suas amplitudes térmicas.
110
DESCRIÇÕES
t máx
ext (ºC)
t min
ext (ºC)
Amplitude
(ºC)
Imagem A
04/10
Domínio de uma massa Polar com reduzido
vigor térmico.
25,1 14,4 10,7
Imagem B
05/10
Domínio da massa Polar e início de sua fase
de tropicalização. A massa perde vigor e, por
isso, diminui a intensidade de suas
propriedades características iniciais.
28,1 13,6 14,5
Imagem C
06/10
Fase de transição, isto é, tem início o
processo de tropicalização da massa Polar,
que aos poucos, vai se convertendo em uma
massa quente de caráter Tropical.
25,5 13,5 12,0
Imagem D
07/10
Prenúncio: nova frente vinda sul do país se
aproxima. A massa Polar em fase de
tropicalização perde vigor térmico. Ao sul,
observa-se uma nova frente fria que deve
avançar sobre latitudes menores,
provavelmente atingindo a região de São
Carlos (SP).
24,3
10,4
13,9
Imagem E
08/10
Prenúncio de uma frente fria que, neste
momento, inicia a sua trajetória em direção à
região de São Carlos (SP). Dia em que
ocorre o denominado aquecimento pré-
frontal, conforme pode ser verificado pelo
valor da temperatura máxima registrada.
28,8
10,5
18,3
Imagem F
09/10
Pré-frontal e início do avanço da frente fria
tendo em sua retaguarda uma massa Polar
Atlântica.
34,04 12,7 21,4
Imagem G
10/10
Avanço sobre a região de São Carlos e início
das alterações nas condições do tempo.
29,7 17,3 12,4
Imagem H
11/10
Início do domínio de massa Polar que, nesse
dia, cobre todo o Estado de São Paulo.
- - -
Quadro 20: Descrição das imagens de satélite (GÓES)
Fonte: Vecchia (2005)
Particularmente, a esse episódio climático adotado para a cidade de São
Carlos, os valores da temperatura do ar externo atingiram elevados índices. O dia 09
de outubro se caracterizou por um sobre-aquecimento, comum nos dias e momentos
111
que antecedem à penetração de uma frente fria (massa Polar Atlântica), onde sua
temperatura chegou a 34,04ºC (Figura 34). Consequentemente, o valor de sua
amplitude térmica foi um dos maiores, chegando a 21,4ºC, devido à diferença do
valor da temperatura mínima do ar externo (12,7ºC) e o valor da temperatura
máxima do ar externo (34,04ºC).
TEMPERATURA DO AR EXTERNO
dia 09 de outubro 2004
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
0:00
Horas (h)
Temperatura (ºC)
Figura 34: Temperaturas máximas do ar externo durante o dia típico experimental
Fonte: Vecchia (2005)
Vale a pena ressaltar que a temperatura registrada nesse dia ultrapassou o
valor das médias máximas históricas para o mês, que é de 24,7ºC, conforme as
Normais Climatológicas 1961-1990
16
. Apenas ficou abaixo da temperatura máxima
absoluta do ar registrada em 12 de outubro de 1963, apresentando o valor de 36,4ºC
(DEPARTAMENTO NACIONAL DE METEOROLOGIA, 1992).
16
As Normais Climatológicas se caracterizam por médias realizadas a cada 30 anos, das variáveis climáticas,
pelo Departamento Nacional de Meteorologia.
34
,
0
4
ºC
12
,
7ºC
112
Sendo assim, com base nos valores encontrados em relação à temperatura
do ar referente à etapa pré-frontal e superando o valor das temperaturas médias
máximas das Normais Climatológicas peculiares ao mês de outubro, o dia 09 ficou
caracterizado como o dia típico experimental.
Em relação ao dia típico, um fator relevante para sua escolha deve-se,
também, à sua visibilidade. Pode-se perceber na figura 35, que o dia se manteve
com o céu limpo e o valor da radiação solar global chegou ao seu ápice às 12h, com
965W/m² e apresentando uma parábola característica de dias sem nebulosidade.
RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL
dia 09 de outubro 2004
0
200
400
600
800
1000
1200
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
0:00
Horas (h)
Rad solar global (W/m²)
Figura 35: Radiação solar global registrada no dia 09 de outubro 2004 (dia típico experimental)
Fonte: Vecchia (2005)
965 W/m²
113
5.2 A cobertura verde leve
Para avaliar o comportamento térmico relativo à célula de teste com o sistema
de CVL foram colocados os valores obtidos em forma de gráfico (Figura 36),
contendo a temperatura do ar externo e interno à edificação e a temperatura
superficial interna do sistema construtivo da CVL, onde todos os valores são
referentes ao dia típico experimental (09 de outubro 2004).
COBERTURA VERDE LEVE (CVL)
dia 09 de outubro 2004
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
0:00
Horas (h)
Temperatura (ºC)
Temp.ext do ar CVL
Temp. int do ar
CVL
Temp. sup. Interna
Figura 36: Valores das temperaturas registradas no dia 09 de outubro 2004 referente às
medições no interior da célula de teste com CVL (temperatura do ar e temperatura superficial
do sistema construtivo) e da temperatura do ar externo
Fonte: Vecchia (2005)
12
,
7ºC
34
,
04ºC
26,7ºC
17,5ºC
16,2
ºC
28,8
ºC
114
Pode-se notar pelo gráfico que, às 15h30min (ANEXO D), quando o valor da
temperatura máxima do ar externo é 34ºC, o valor da temperatura do ar interno, no
mesmo horário, registra 26,5ºC. Calcula-se então, uma diferença de 7,5ºC, entre a
máxima temperatura externa (34ºC) e a temperatura interna do ar (26,5ºC).
Em relação ao valor da temperatura superficial interna da célula de teste com
o sistema de CVL, também às 15h30min, foi registrado um valor de 24,4ºC. Nota-se
então, uma diferença de 9,6ºC, entre a máxima temperatura do ar externo (34ºC) e a
temperatura superficial interna (24,4ºC).
Percebe-se que o processo das trocas térmicas é retardado pelas camadas
da CVL devido à capacidade térmica dos componentes construtivos, da ordem em
que suas camadas estão dispostas, da sua massa térmica, da ação de
sombreamento das vegetações, dentre outros efeitos térmicos característicos deste
sistema de cobertura.
No ápice das temperaturas do ar externo (34ºC) e da temperatura superficial
interna (26,7ºC), referente ao sistema de CVL, verifica-se uma diferença de 7,3ºC.
No entanto, a temperatura máxima do ar externo ocorre às 15h30min, enquanto que
a máxima temperatura superficial interna acontece às 20h, ou seja, com um atraso
térmico de 4h30min.
A amplitude térmica, referente aos valores da temperatura do ar externo é de
21,3ºC, enquanto que a amplitude térmica dos valores da temperatura superficial do
sistema de CVL é de 9,2ºC (Tabela 01). Isso significa que a superfície interna da
cobertura verde está amortecendo o calor transferido e, nesse sentido, contribuindo
com a minimização dos valores da temperatura interna do ar.
115
Tabela 01: Valores de temperaturas registrados no sistema de CVL e suas respectivas
amplitudes térmicas
TEMPERATURA
MÁXIMA (ºC)
TEMPERATURA
MÍNIMA (ºC)
AMPLITUDE
TÉRMICA (ºC)
Temperatura do ar externo
34 12,7 21,3
Temperatura superficial interna
26,7 17,5 9,2
Temperatura do ar interno
28,8 16,2 12,6
Em relação ao amortecimento térmico, obteve-se um valor de 0,4, devido ao
cálculo da relação entre a amplitude da temperatura superficial interna do sistema de
CVL (9,2°C) e a amplitude da temperatura do ar externo (21,3°C). Vale ressaltar
que, quanto menor o seu valor, maior a capacidade de amortecimento do
fechamento.
Uma relação que, também, pode ser estabelecida é comparar a influência da
radiação solar global com o registro da temperatura superficial interna do sistema de
cobertura. Assim, nota-se que quando a radiação solar atinge seu ápice as 12h, com
o valor de 965W/m² a CVL alcança sua temperatura mais elevada as 20h.
5.3 Os sistemas de cobertura
Para analisar o comportamento térmico entre os diferentes sistemas de
cobertura, comparou-se a temperatura superficial interna do sistema de CVL com as
116
temperaturas superficiais internas dos outros sistemas de cobertura da referida
pesquisa. Para tanto, os sistemas de cobertura são: 1) telha de aço galvanizado; 2)
telha de fibrocimento ondulada; 3) laje pré-moldada cerâmica (inclinada) com
impermeabilização (cor branca) de resina de óleo vegetal (Ricinus communis); 4)
telha cerâmica; 5) CVL.
TEMPERATURA SUPERFICIAL INTERNA DOS
SISTEMAS DE COBERTURA
dia 09 de outubro 2004
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
0:00
Horas (h)
Temperatura (ºC)
Aço Galvanizado Fibrocimento Cerâmica
CVL Laje pré-moldada
cerâmica
Temp. do
ar externo
Figura 37: Temperaturas superficiais internas dos cinco sistemas de cobertura em análise e a
temperatura do ar externo
Fonte: Vecchia (2005)
Pode-se perceber, na figura 37, a comparação entre o sistema de CVL e os
outros sistemas de cobertura (aço, fibrocimento, laje e cerâmica). Quando
comparados, a maior diferença entre os horários das máximas temperaturas
superficiais internas foi de 7h30min, relativo ao sistema de cobertura com telha de
aço galvanizado (12h30min) e a CVL (20h).
117
A temperatura superficial interna da CVL contribui então, no comportamento
térmico da edificação, fornecendo energia no período noturno (pois permanece com
valores superiores aos registrados para a temperatura interna do ar) e, por outro
lado, armazenando calor no período da tarde, quando as temperaturas do ar interno
ainda se mantêm abaixo às do ar externo.
Vale ressaltar, que em comparação ao horário da máxima radiação solar
(965W/m²) registrada às 12h, a telha de aço galvanizado é a que possui menor
inércia térmica, pois o ápice de sua temperatura superficial interna acontece meia
hora depois (12h30min).
Todos os sistemas de cobertura apresentam temperaturas acima dos 34°C no
período vespertino, exceto o sistema de cobertura com telha cerâmica e a CVL.
Nesse sentido, têm-se o período de permanência das temperaturas acima dos 34°C
em relação aos respectivos sistemas de cobertura:
Telha de aço galvanizado – 9h às 18h
Telha de fibrocimento – 10h30min às 18h30min
Laje pré-moldada cerâmica – 12h30min às 20h30min
Saliente-se que, em média, a temperatura da pele normalmente se encontra
na faixa dos 31 a 34ºC, o que significa que, se a temperatura superficial interna do
fechamento for maior do que estes valores, o organismo humano passa a ganhar
calor por radiação. Logo, as superfícies dos sistemas de cobertura que apresentam
valores superiores a essa faixa de temperatura estarão trocando calor por energia
radiante com todos os ocupantes dos recintos internos às edificações.
Ao contrário dos demais sistemas de cobertura, a CVL não atinge os 34ºC
nas mesmas condições dos outros sistemas, uma vez que sua temperatura
superficial interna máxima, verificada experimentalmente, foi de 26,7ºC.
118
A amplitude térmica da CVL é de 9,2ºC, com temperatura superficial interna
mínima igual 17,5ºC (na madrugada) e temperatura superficial interna máxima igual
26,7ºC (no início da noite por volta de 20h). Portanto, quando comparada com os
demais sistemas de cobertura, a CVL apresenta a menor amplitude térmica e,
consequentemente, confere o melhor comportamento térmico (Tabela 02).
Tabela 02: Valores das temperaturas superficiais internas, nos distintos sistemas de
cobertura analisados, com suas respectivas amplitudes e amortecimentos térmicos
TEMPERATURAS
SUPERFICIAIS
INTERNAS
SISTEMAS DE
COBERTURAS
MÁXIMAS
(ºC)
MÍNIMAS
(ºC)
AMPLITUDE
TÉRMICA
(ºC)
AMORTECIMENTO
TÉRMICO
01 Aço
Galvanizado
57,8 9,8 48,0 2,3*
02 Fibrocimento 48,6 9,5 39,1 1,8*
03 Laje pré-
moldada
cerâmica
45,0 11,5 33,5 1,6*
04 Cerâmica 32,8 12,5 20,3 0,9
05 CVL 26,7 17,5 9,2 0,4
* O amortecimento térmico não se aplica nesses casos devido a forte influência da radiação
solar nestes sistemas de cobertura.
Para tanto, nota-se que a CVL é o sistema de cobertura que apresenta a
maior inércia térmica e, consequentemente, o maior amortecimento térmico, quando
comparado aos outros sistemas de cobertura.
Depois do sistema de CVL, o outro sistema de cobertura que apresenta
menor amplitude térmica é o de telhas cerâmicas. Segundo Bueno, Lamberts e
Philippi (2007), isso se deve a capacidade da cerâmica de fixar umidade (possui
119
poros facilmente preenchidos por líquidos), ganhando energia por calor latente
através da condensação à noite e perdendo energia, também, por calor latente
através da evaporação de dia. Além disso, é a única célula de teste que possui forro
(laje pré-moldada cerâmica), o que contribui com uma maior atenuação nos valores
das temperaturas superficiais internas.
Tabela 03: Valores do atraso térmico dos distintos sistemas de cobertura analisados
SISTEMAS DE
COBERTURA
HORÁRIO DAS TEMPERATURAS
MÁXIMAS SUPERFICIAIS
INTERNAS
ATRASO TÉRMICO
01 Aço Galvanizado 12h30min - 3h*
02 Fibrocimento 13h - 2h30min*
03 Laje pré-moldada
cerâmica
16h 30min
04 Cerâmica 15h30min 0*
05 CVL 20h 4h30min
* O atraso térmico não se aplica nesses casos devido a forte influência da radiação solar
nestes sistemas de cobertura.
As temperaturas internas do ar permitem, juntamente, com as temperaturas
superficiais, estimar o comportamento térmico dos ambientes internos às edificações
(Figura 38). Ressalta-se, no entanto, que a contribuição mais precisa e significativa é
em relação à análise do comportamento das temperaturas superficiais internas,
devido a forte influência da radiação solar global incidente na superfície dos
sistemas de cobertura.
120
TEMPERATURA DO AR EXTERNO E INTERNO
ÀS CÉLULAS DE TESTES
dia 09 de outubro 2004
10
15
20
25
30
35
40
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1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
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17:00
18:00
19:00
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21:00
22:00
23:00
0:00
Horas (h)
Temperatura (ºC)
Aço Galvanizado Fibrocimento Laje pré-moldada
cerâmica
Cerâmica CVL Temp. do
ar externo
Figura 38: Temperatura do ar interno e externo às células de teste com diferentes sistemas de
cobertura
Fonte: Vecchia (2005)
Pode-se verificar que pelas temperaturas internas do ar, o comportamento
térmico mais adequado, também, cabe ao sistema de CVL, que apresentou a menor
amplitude térmica (12,6°C), quando comparado à amplitude térmica dos outros
sistemas de cobertura.
Em comparação aos outros sistemas de cobertura a telha de aço galvanizado
foi a que mais oscilou a sua temperatura máxima e mínima, chegando a uma
amplitude térmica de 20,1ºC (Tabela 04).
121
Tabela 04: Valores das temperaturas do ar interno nos distintos sistemas de cobertura do
experimento, com suas respectivas amplitudes térmicas
TEMPERATURAS DO AR
INTERNO
SISTEMAS DE COBERTURA
MÁXIMAS
(ºC)
MÍNIMAS
(ºC)
AMPLITUDE
TÉRMICA
(ºC)
01 Aço Galvanizado 33,7 13,6 20,1
02 Fibrocimento 31,0 14,4 16,6
03 Laje de Concreto 32,4 15,0 17,4
04 Cerâmica 28,7 15,0 13,7
05 CVL 28,8 16,2 12,6
Comparando o valor da máxima temperatura interna do ar (28,8ºC) com a
máxima temperatura externa do ar (34ºC) obtêm-se um valor de 5,2ºC. Nota-se que
em relação à máxima temperatura do ar interno, o valor registrado fica abaixo dos
valores da variação da temperatura superficial da pele (31°C a 34°C), sem a
aplicação de sistemas passivos ou mesmo de condicionador de ar eletro-mecânico.
Observa-se que no ápice da temperatura do ar externo (34ºC), às 15h30min,
o sistema de CVL apresenta um valor de 26,5ºC em relação à temperatura interna
da edificação. Só às 19h é que atinge sua máxima temperatura, com um registro de
28,8ºC, apresentando assim um atraso térmico de aproximadamente 3h30min
(diferença dos horários de registro das máximas temperaturas do ar interno e
externo).
A tabela 05 evidencia o horário de ocorrência das máximas temperaturas do
ar interno dos distintos sistemas de cobertura e seu atraso térmico em relação ao
horário da máxima temperatura do ar externo.
122
Tabela 05: Atraso térmico dos distintos sistemas de cobertura analisados em relação à
temperatura do ar externo
Sistemas de cobertura
Horário das temperaturas
máximas do ar interno
Atraso térmico
01 Aço Galvanizado 16h30min 1h
02 Fibrocimento 17h30min 2h
03 Laje de Concreto 17h 2h30min
04 Cerâmica 17h 2h30min
05 CVL 19h 3h30min
Em relação aos horários de registro das máximas temperaturas, têm-se uma
diferença de 1h entre o horário da máxima temperatura do ar externo (15h30min) e o
horário da máxima temperatura do ar interno com o sistema de aço galvanizado
(16h30min), já em comparação ao horário da máxima temperatura do ar interno,
também, com o sistema de aço galvanizado e o horário da máxima temperatura do
ar interno do sistema de CVL (19h), tem-se uma diferença de 2h30min.
123
6 CONCLUSÃO
Em comparação às diversas formas de se projetar coberturas verdes,
segundo fundamentação teórica pesquisada, a CVL enquadra-se no grupo de
coberturas verdes que, efetivamente, conferem um baixo peso à estrutura da
edificação. No entanto, em países onde essa tecnologia é desenvolvida há muitos
anos têm-se sistemas industrializados de coberturas com camadas mais estreitas de
substrato e vegetação, como por exemplo, as esteiras de plantas suculentas.
Com referência às medições experimentais realizadas na CVL chegou-se a
conclusão de que o bom comportamento térmico deste sistema está relacionado,
principalmente, à capacidade de inércia térmica da camada do substrato. Nesse
sentido, o calor transmitido por radiação solar (principal fonte dos ganhos térmicos) é
transferido gradativamente para o interior da edificação, não acompanhando de
forma imediata, as variações externas da temperatura do ar, além de diminuir as
oscilações de temperatura no sistema construtivo.
Dessa forma, o estudo do comportamento térmico comprovou por meio de
medições experimentais e com referência aos dois parâmetros relativos à inércia
térmica (atraso e amortecimento térmico), que a CVL:
Conferiu um atraso térmico de 4h30min, devido à diferença de horários
das máximas temperaturas registradas, entre a temperatura do ar
externo, com registro às 15h30min, e a temperatura superficial interna,
com registro às 20h.
A amplitude térmica do sistema de cobertura foi menor do que a
amplitude do ar externo e interno à célula de teste.
124
O amortecimento térmico registrado, devido a propriedade o sistema de
CVL em diminuir a amplitude das variações térmicas, foi de 0,4, pois
trata-se da relação entre a amplitude da temperatura superficial interna
da CVL pela amplitude da temperatura do ar externo.
Cabe ressaltar que a superfície vegetal também contribui para a atenuação
térmica no interior da edificação, devido aos mecanismos de evapotranspiração e
sombreamento que as folhagens proporcionam. No entanto, não foram
estabelecidas referências, na presente pesquisa, para a análise das trocas térmicas
nas camadas de plantas da CVL.
Referente aos estudos comparativos entre os diferentes sistemas de
cobertura, a CVL foi, também, a que obteve melhor desempenho. Foram realizados
dois tipos de análises, a primeira em relação à influência da incidência solar nos
valores de temperaturas encontradas na face interna dos sistemas construtivos e a
segunda em relação à diferença das temperaturas do ar interno registradas nas
distintas células de teste.
Sendo assim, percebeu-se que a análise comparativa das temperaturas do ar
interno, somente, não é suficiente ao ponto de definir o melhor comportamento
térmico dos sistemas de cobertura. Fez-se necessário a avaliação do
comportamento térmico, tanto das temperaturas superficiais internas dos sistemas
de coberturas, quanto da temperatura do ar interno às células de teste. Mas, no
entanto, as contribuições mais relevantes do estudo foram aquelas relativas à
análise comparativa das temperaturas superficiais internas, devido à grande
influência da radiação solar incidente nos distintos sistemas de cobertura.
125
A telha de aço galvanizado foi a que mais apresentou oscilações térmicas,
seguida pela telha de fibrocimento, laje pré-moldada cerâmica, telha cerâmica e por
fim, a CVL. A análise das amplitudes térmicas indica uma maior ou menor
capacidade do elemento construtivo em realizar trocas térmicas com o ambiente em
que se encontra exposto. Assim, a CVL é a que evidencia essa menor capacidade
de realizar trocas térmicas, não oscilando de forma significativa sua temperatura
superficial interna, devido a grande inércia térmica de seu fechamento. Dessa forma,
apresentou amplitudes térmicas aproximadamente 50% menores do que as
amplitudes relativas às oscilações da temperatura do ar externo.
Outro fator importante diz respeito aos horários que as temperaturas
superficiais atingem seu ápice. No sistema com telhas de aço galvanizado a
influência da radiação solar global é quase que imediata, absorvendo assim, muito
calor no período vespertino, quando a temperatura do ar externo e a radiação solar
se encontram mais elevadas. Já em relação ao sistema de CVL, o calor absorvido
apresenta sua máxima temperatura na superfície oposta da envolvente no período
noturno, quando a temperatura do ar externo é menor do que a do ar interno.
Em relação ao amortecimento térmico, somente a cobertura com telha
cerâmica e a CVL conferem uma diminuição no registro dos valores das
temperaturas superficiais internas por meio de seus fechamentos. Os outros três
sistemas de coberturas têm suas temperaturas acima da máxima temperatura do ar
externo, devido à influência da radiação solar incidente.
A CVL e a cobertura cerâmica, também, foram os únicos sistemas de
cobertura que mantiveram suas temperaturas superficiais internas abaixo dos 34°C,
lembrando que a temperatura da pele humana possui uma variação que vai dos
126
31°C aos 34°C. A partir desses valores o corpo começa a ganhar calor em forma de
energia radiante.
Nesse contexto, conclui-se que o sistema de CVL apresentou um bom
comportamento térmico de seu sistema construtivo frente às variações térmicas
externas. Demonstrou, também, o melhor comportamento térmico quando
comparado a outros sistemas de coberturas.
Por ser um sistema construtivo que estrutura sobreposições de camadas, as
coberturas verdes conferem inúmeras possibilidades para aplicação de diferentes
materiais e tecnologias. Nesse sentido, trata-se de um sistema de cobertura
facilmente adaptável a distintos lugares, pois utiliza materiais característicos das
regiões em que possa estar inserido.
Constitui-se, portanto, de alternativa viável tanto do ponto de vista construtivo
quanto do ponto de vista térmico, além de ser adaptável às referências relativas ao
ambiente em que se encontra. Contribui, também, com o aumento de áreas verdes
nas cidades em cima das edificações, conferindo, nesse sentido, uma segunda
função para a superfície das coberturas.
A pesquisa sobre coberturas verdes é bem ampla, por estruturar-se em
diversas possibilidades de projetos e elementos construtivos, bem como para
contemplação dos benefícios que o sistema proporciona. Dessa forma, muitas outras
pesquisas podem ser desenvolvidas em relação ao estudo das coberturas verdes
para avaliar cientificamente suas reais contribuições, tais como:
Estudo das diferentes formas de se impermeabilizar a superfície de
uma cobertura verde, prezando por alternativas que levem em
consideração a durabilidade e a resistência à perfuração por raízes,
bem como as questões ambientais;
127
Pesquisa sobre diferentes composições de substratos, no sentido de
contemplar uma boa drenagem ao sistema, fornecimento de nutrientes
e manutenção da umidade;
Estudo de espécies vegetais que melhor se desenvolvam na superfície
das coberturas com diferentes espessuras de substratos, levando em
consideração as características microclimáticas em que se encontram;
Pesquisa em relação à viabilidade econômica e vida útil do sistema
construtivo, em comparação aos sistemas de coberturas amplamente
utilizados no Brasil;
Estudo sobre a contribuição do sistema de cobertura no retardo do
fluxo das águas pluviais e sua viabilidade para implementação na
escala urbana.
Estudo sobre a influência das políticas públicas no que se refere à
difusão e fomento desse sistema de cobertura;
Pesquisa sobre contribuições à biodiversidade local que as coberturas
verdes podem proporcionar.
128
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135
ANEXOS
136
ANEXO A
Espécies vegetais indicadas para coberturas verdes no Rio Grande do Sul
NOME POPULAR NOME CIENTÍFICO ORIGEM PORTE SITUAÇÃO FECHAMENTO ÁGUA
Alho social Tulbaghia violacea E HM Sol Regular P
Aspargo
pendente
Aspargus sprengii E HM T Bom P
Boldo anão Plectranthus neochilus E HM Sol Bom P
Bromélias de
sol
BROMELIÁCEAS em
geral
N/E A Sol Ruim P
Bromélias de
sombra
BROMELIÁCEAS em
geral
N/E A Sombra Ruim P
Bulbine Bulbine frutescens E HM Sol Bom P
Clorofito Clorophytum comosum E HM ½ sombra Médio M
Tapete inglês Polygonum capitatum E HR Sol Médio P
Hera variegata Hedera helix E HR Sombra Médio M
Hera verde Hedera canariensis E HR Sombra Médio M
Iris variegata Iris sp. E HM Sombra Regular M
Lamium Lamium maculatum E HR Sombra Médio M
Lavanda Lavandula angustifolia E A Sol Ruim P
Lisimachia Lysimachia congestiflora E HR ½ sombra Médio M
Petúnia nativa Petunia axillaries N HR Sol Médio M
Piléia Pilea involucrata E HM T Regular P
Portulaca anã Lamnpranthus sp. E HR Sol Bom P
Portulaca
grandiflora
Portulaca grandiflora E HR Sol Bom P
Portulaca
grauda
Portulaca sp. E A Sol Médio P
Rosinha do sol Aptenia cardifolia E HR Sol Bom P
Sálvia
mexicana
Salvia leucantha E A Sol Ruim P
137
NOME POPULAR NOME CIENTÍFICO ORIGEM PORTE SITUAÇÃO FECHAMENTO ÁGUA
Sedum Sedum multiceps E HR Sol Ótimo P
Tradescância
anã
Callisia repens E HR ½ sombra Ótimo P
Tradescantia
roxa
Tradescantia palida E HR T Bom P
Verbena native Verbena tenuissecta N HR Sol Médio M
Vinca variegate Vinca major E HR T Médio M
Vinca verde Vinca minor E HR T Médio M
Violetinha Santipaulia x ionantha E HR ½ sombra Ótimo M
Zebrina Tradescantia zebrina E HR ½ sombra Bom M
Fonte: Krebs (2005)*.
Legenda
ORIGEM
:
N (nativa)
E (exótica)
PORTE
:
A (arbustivo)
HM (herbáceo médio)
HR (herbáceo rasteiro)
SITUAÇÃO
:
Sol
Sombra
½ sombra
Todas
QUANTIDADE DE ÁGUA:
Boa
Média
Pouca
*
Tabela desenvolvida pelo paisagista Toni Backes, para cursos e consultorias.
138
ANEXO B
Relatório de ensaio sobre o desempenho da resina poliuretana
Relatório de Ensaio
São Carlos, 23 de Fevereiro de 2001.
Construquil Polímeros Indústria e Comércio Ltda.
Rua Pedro José Laroca, 150 B.
V Distrito Industrial de Araraquara – SP
CEP 14808 300
Tel.: (16) 232 1552
ASSUNTO: Relatório sobre desempenho de resina poliuretana
Vimos apresentar o relatório de ensaios realizados em corpos de prova constituídos de resina
poliuretana de origem vegetal, produzida por essa empresa.
Foram empreendidos ensaios para a avaliação de desempenho segundo diferentes propriedades do
polímero em questão, quando submetido a diferentes agentes agressivos ou condições adversas.
1) Ensaio de Resistência ao Intemperismo Artificial da Resina
Este ensaio é realizado em conformidade com a ASTM G 53 - 96 for Operating Light and Water-
Exposure Apparatus (Fluorescent UV-Condensation Type) for Exposure of Nonmetalic Materials. O
procedimento consiste na exposição acelerada de materiais em laboratório, onde os agentes
degradantes (luz, calor e umidade) são controlados de maneira que simulem o ambiente natural.
Entretanto, devido a esses fatores agirem na atmosfera de modo aleatório e imprevisível, não se
pode esperar que o ensaio em laboratório reproduza fielmente as variações das intempéries
naturais. Porém, as exposições em laboratório permitem explorações comparativas entre os
corpos-de-prova.
Basicamente o aparelho de laboratório para o ensaio de intemperismo artificial é composto de oito
lâmpadas de radiação ultravioleta, sistema de aspersão de água, controles de temperatura e
umidade, controle de programação do ciclo e suporte dos corpos-de-prova. Estas partes são
acopladas em uma câmara, permitindo que o pesquisador tenha a facilidade de operação dos
controles de ajuste, colocação e troca dos corpos-de-prova e na manutenção do equipamento.
São moldadas placas de resina poliuretana, conforme o procedimento do ensaio de tração, com
dimensões de 30 x 7 x 0,3 cm, que foram colocadas no suporte existente na câmara, de modo a
sofrerem ciclos alternados de quatro horas de radiação ultravioleta e quatro horas de nebulização
de água. Este suporte permite que o fluxo d’água transcorra pela superfície das placas e que a
radiação ultravioleta incida sobre as mesmas.
Segundo a norma, as placas dispostas na área de exposição à radiação devem ser rotacionadas
diariamente, de modo a atenuar as diferenças de radiação nesta área. O sentido de rotação
adotado pode ser observado na figura abaixo:
139
Figura 1
Figura 1: Sentido da rotação das placas de resina no ensaio de intemperismo artificial
As placas de resina ficam expostas ao intemperismo, uma parte por 1000 horas e a outra por 2000
horas. Após este tempo, são recortados os corpos-de-prova com o uso do molde, conforme a ASTM
D 638M – 96, e submetidos ao ensaio de tração, para a avaliação da perda de resistência.
2. Ensaio de Resistência Química da Resina
O procedimento para a execução deste ensaio é realizado em conformidade com a norma ASTM C
543 – 95 for Evaluating the Resistance of Plastics to Chemical Reagents, cujo objetivo é avaliar o
desempenho da resina poliuretana quando é submetida à ação de agentes quimicamente
agressivos. A avaliação do desempenho dos corpos-de-prova é feita a partir da perda de
resistência mecânica.
Os resultados são obtidos após um intervalo de sete dias (168 horas) a partir da sua exposição ao
meio agressivo. A alteração da resistência mecânica é obtida submetendo os corpos-de-prova ao
ensaio de tração descrito na norma ASTM D 638M – 96, e comparando-os com aqueles que não
foram submetidos ao ataque químico. Portanto, os corpos-de-prova ensaiados possuem as
dimensões previstas nesta mesma norma, que foram confeccionados em placas de 3 mm e
recortados com um molde, conforme procedimento descrito no ensaio de tração. Para cada traço
da resina são recortados 30 corpos-de-prova, cinco para cada solução agressiva.
Foi preparado, em cubas plásticas, um litro de cada solução para cada traço de resina. Os corpos-
de-prova, então, foram colocados nas cubas, de forma que não ficaram em contato uns com os
outros, nem em contato com as paredes e o fundo da cuba, totalmente imersos nas soluções. Após
a imersão, a solução é remisturada a cada 24 horas, para evitar a possível decantação dos agentes
agressivos.
Foram utilizadas as seguintes soluções agressivas:
•
Ácido Nítrico, com concentrações de 10% e 40%.
•
Ácido Sulfúrico, com concentrações de 3% e 30 %;
•
Hidróxido de sódio, com concentrações de 10% e 60%;
3) Ensaio de Envelhecimento em Estufa da Resina
Este ensaio foi realizado em conformidade com a NBR6565 – Elastômero vulcanizado –
Determinação do envelhecimento acelerado em estufa. Tem por objetivo avaliar o envelhecimento
que a resina sofreria ao ser submetida a uma temperatura elevada, avaliação obtida através da
verificação de sua resistência à tração após sua permanência na estufa.
Para a sua execução, foram moldados 10 corpos-de-prova de cada traço da resina fornecida pelo
fabricante, conforme o ensaio de tração, sendo que 5 seriam levados à estufa por 48 horas a uma
temperatura de 100°C e os outros 5 a uma temperatura de 125°C, também por 48 horas.
Suporte de alumínio
Suporte de alumínio
140
4) Ensaio de Dureza da Resina
Para o ensaio de teste de dureza utilizou-se um durômetro WULTEST, com ponta de prova para a
escala Shore “A”, MODELO MP-2. Os ensaios de dureza, nas amostras de elastômeros PU, são
feitos sempre na temperatura ambiente, seguindo-se o procedimento descrito pela norma ASTM
D2240-97 for Rubber Property – Durometer Hardness. Para cada tipo de amostra, é realizado o
teste aplicando-se o durômetro em cinco pedaços diferentes, considerando-se o valor médio.
Este ensaio foi realizado com amostras de resina com e sem fibra, além de amostras submetidas
ao ensaio de resistência química e resistência ao intemperismo; neste último caso, a dureza foi
medida na superfície exposta ao intemperismo em relação à superfície oposta, que não recebeu
raios ultravioletas e nebulosidade d’água, para se avaliar o possível ressecamento de uma
superfície real exposta ao sol.
Figura 2: Foto do ensaio de dureza
RESULTADOS OBTIDOS
Tabela 1 - Resultados dos Ensaios de avaliação da resina à ação de agentes agressivos,
promovendo-se o ensaio de tração (ASTM 638 – M):
Amostras Tensão (MPa) Deformação (%)
Módulo de
Elasticidade (MPa)
TF 4,00 46,3 13,98
T1000H 3,57 30,4 42,17
T2000H 3,53 29,6 47,45
TAN10% 6,48 56,6 19,20
TAN40% 7,11 63,9 28,42
TAS3% 5,20 50,6 16,84
TAS30% 4,53 45,8 16,94
THS10% 7,59 56,3 20,43
THS60% 7,45 60,5 17,66
T100°C 6,22 61,0 22,42
T125°C 4,62 47,6 20,31
141
• (Amostra TF) à Tensão de ruptura e deformação das amostras de resina, mantidas em
ambiente normal, usada como referência.
• (Amostra T1000H) à Tensão de ruptura e deformação das amostras de resina, mantidas
em intemperismo artificial por 1000 horas.
• (Amostra T2000H) à Tensão de ruptura e deformação das amostras de resina, mantidas
em intemperismo artificial por 2000 horas.
• (Amostra TAN10%) à Tensão de ruptura e deformação das amostras de resina, mantidas
em solução de ácido nítrico a 10%.
• (Amostra TAN40%) à Tensão de ruptura e deformação das amostras de resina, mantidas
em solução de ácido nítrico a 40%.
• (Amostra TAS3%) à Tensão de ruptura e deformação das amostras de resina, mantidas em
solução de ácido sulfúrico a 3%.
• (Amostra TAS30%) à Tensão de ruptura e deformação das amostras de resina, mantidas
em solução de ácido sulfúrico a 30%.
• (Amostra THS10%) à Tensão de ruptura e deformação das amostras de resina, mantidas
em solução de hidróxido de sódio a 10%.
• (Amostra THS60%) à Tensão de ruptura e deformação das amostras de resina, mantidas
em solução de hidróxido de sódio a 60%.
• (Amostra T100°C) à Tensão de ruptura e deformação das amostras de resina, mantidas em
estufa à temperatura de 100°C.
• (Amostra T125°C) à Tensão de ruptura e deformação das amostras de resina, mantidas em
estufa à temperatura de 125°C.
Resultados do Ensaio de Dureza
Os resultados deste ensaio se encontram na tabela 2:
Tabela 2 - Resultados do ensaio de dureza:
Amostras
Dureza na Escala Shore “A”
TF 74
T1000H
Superfície Exposta
83
T1000H
Superfície Não Exposta
80
T2000H
Superfície Exposta
88
T2000H
Superfície Não Exposta
83
TAN10% 77
TAN40% 81
TAS3% 80
TAS30% 79
THS10% 80
THS60% 76
T100°C 76
T125°C 75
Prof. Dr. Osny Pellegrino Ferreira
Coordenador do Laboratório de Construção Civil
142
ANEXO C
Geocomposto para drenagem – características técnicas
143
ANEXO D
Planilha de dados do Laboratório de Construção Civil - USP
144
Dados Aço Galvanizado Fibrocimento Laje Cerâmica
Hora T. ar ext.
r. solar
T. ar int.
T. sup.
int.
T. ar int.
T. sup. int.
T. ar int.
T. sup.
int.
0:00 15,65 0 19,82 15,27 20,78 16,92 21,71 20,82
0:30 14,79 0 19 13,84 20,26 15,82 21,25 19,93
1:00 14,31 0 18,32 12,93 19,67 14,64 20,66 19,03
1:30 13,92 0 17,67 12,37 19,06 13,63 20,03 18,14
2:00 13,37 0 17,09 11,97 18,49 12,8 19,41 17,29
2:30 12,92 0 16,48 11,22 17,94 12,06 18,81 16,48
3:00 12,65 0 15,94 10,64 17,42 11,32 18,26 15,74
3:30 12,89 0 15,46 10,32 16,95 10,7 17,79 15,03
4:00 13,49 0 15,06 10,15 16,49 10,4 17,29 14,39
4:30 13,86 0 14,65 9,83 16,07 9,96 16,85 13,79
5:00 14,57 0 14,38 10 15,69 9,66 16,4 13,26
5:30 14,49 0 14,12 9,75 15,38 9,55 16,05 12,79
6:00 14,27 7 13,89 9,95 15,08 9,49 15,76 12,4
6:30 14,49 29 13,72 9,91 14,85 9,65 15,47 12,06
7:00 16,06 133 13,6 10,01 14,66 9,88 15,2 11,76
7:30 21,01 281 13,9 13,29 14,5 10,41 14,99 11,53
8:00 23,17 413 14,88 22,13 14,43 11,58 15 11,54
8:30 24,61 539 16,44 31,08 14,84 16,4 15,47 12,4
9:00 25,28 652 18,33 35,18 15,95 21,97 16,7 14,21
9:30 26,29 753 20,03 41 17,48 26,98 18,4 16,7
10:00 27,49 845 21,57 44,3 18,71 31,12 19,85 19,59
10:30 28,76 910 22,75 48,97 19,73 34,64 20,96 22,67
11:00 29,58 943 23,98 51,21 20,93 36,94 22,14 25,86
11:30 30,54 963 25,02 54,03 21,66 40,29 23,04 29,05
12:00 31,42 965 26,01 56,5 22,33 43,8 23,67 32,11
12:30 31,9 960 27,18 57,84 23,31 46,86 24,63 35
13:00 32,81 941 28,19 57,78 24,4 48,56 25,82 37,63
13:30 33,37 910 29,37 56,12 25,39 48,39 26,95 39,93
14:00 33,49 845 30,52 54,1 26,38 47,89 28,02 41,83
14:30 33,81 758 32,2 50,79 28,13 44,76 29,22 43,25
15:00 33,74 662 33,21 46,18 29,31 41,81 30 44,24
15:30 34,04 561 33,48 45,54 29,78 40,76 30,63 44,8
16:00 33,63 441 33,53 43,32 30,16 40 31,55 44,96
16:30 33,53 327 33,67 39,89 30,72 38,55 31,91 44,69
17:00 33,02 219 33,57 37,31 30,94 36,84 32,41 44,04
17:30 32,16 115 32,72 35,43 30,96 35,71 32,35 43,17
18:00 31 45 32,11 32,93 30,93 34,44 32,37 41,99
18:30 28,5 4 31,45 30,41 30,53 33,12 32,24 40,61
19:00 26,66 0 30,74 28,39 30,22 31,39 31,93 39,05
19:30 24,68 0 29,6 25,24 29,76 29,47 31,4 37,38
20:00 23,4 0 28,5 23,67 29,11 27,12 30,66 35,64
20:30 22,56 0 27,63 22,64 28,38 25,38 29,91 33,89
21:00 21,3 0 26,71 21,71 27,59 23,92 29,01 32,21
21:30 20,52 0 25,86 20,83 26,82 22,73 28,13 30,61
22:00 20,14 0 24,97 19,97 26,02 21,63 27,24 29,1
22:30 19,83 0 24,08 19,22 25,26 20,7 26,47 27,73
23:00 19,52 0 23,37 18,72 24,58 19,93 25,69 26,44
23:30 19,5 0 22,71 18,2 23,94 19,24 24,97 25,25
0:00 19,18 0 22,15 17,8 23,35 18,72 24,4 24,19
145
Dados Cerâmica CVL
Hora
T.ar ext.
r. solar
T. ar int.
T. sup. int.
T. ar int.
T. sup. int.
0:00 15,65 0 20,51 19,1 21,3 21,95
0:30 14,79 0 20,15 18,25 20,88 21,7
1:00 14,31 0 19,66 17,37 20,42 21,39
1:30 13,92 0 19,14 16,66 19,98 21,09
2:00 13,37 0 18,64 15,85 19,52 20,79
2:30 12,92 0 18,11 15,11 19,06 20,47
3:00 12,65 0 17,62 14,53 18,63 20,16
3:30 12,89 0 17,24 13,89 18,21 19,85
4:00 13,49 0 16,82 13,31 17,84 19,54
4:30 13,86 0 16,43 12,8 17,48 19,23
5:00 14,57 0 16,07 12,64 17,17 18,94
5:30 14,49 0 15,8 12,45 16,92 18,66
6:00 14,27 7 15,62 12,75 16,76 18,41
6:30 14,49 29 15,43 12,71 16,57 18,15
7:00 16,06 133 15,22 12,94 16,37 17,91
7:30 21,01 281 15,05 13,14 16,2 17,68
8:00 23,17 413 15,07 14,07 16,3 17,51
8:30 24,61 539 16,07 15,86 16,92 17,59
9:00 25,28 652 17,45 18,69 17,96 17,94
9:30 26,29 753 18,98 21,09 19,1 18,47
10:00 27,49 845 20,11 23,44 20,14 18,98
10:30 28,76 910 20,75 25,25 20,69 19,3
11:00 29,58 943 21,6 27,03 21,49 19,77
11:30 30,54 963 22,03 28,19 21,68 19,89
12:00 31,42 965 22,36 29,42 21,84 20,13
12:30 31,9 960 22,91 30,52 22,25 20,53
13:00 32,81 941 23,76 31,58 22,9 21,05
13:30 33,37 910 24,6 32,37 23,71 21,63
14:00 33,49 845 25,24 32,62 24,38 22,32
14:30 33,81 758 26,19 32,64 25,23 23,2
15:00 33,74 662 26,74 32,54 25,97 23,88
15:30 34,04 561 27,11 32,83 26,5 24,38
16:00 33,63 441 27,81 32,71 27,12 25,01
16:30 33,53 327 28,18 32,72 27,71 25,53
17:00 33,02 219 28,73 32,42 28,19 26,07
17:30 32,16 115 28,58 32,13 28,38 26,17
18:00 31 45 28,69 31,75 28,58 26,36
18:30 28,5 4 28,61 31,2 28,71 26,51
19:00 26,66 0 28,49 30,6 28,75 26,58
19:30 24,68 0 28,26 29,28 28,6 26,72
20:00 23,4 0 27,88 27,95 28,27 26,74
20:30 22,56 0 27,48 27,16 27,82 26,61
21:00 21,3 0 26,95 25,93 27,24 26,4
21:30 20,52 0 26,4 25,03 26,58 26,15
22:00 20,14 0 25,71 24,19 25,89 25,85
22:30 19,83 0 25,1 23,39 25,27 25,53
23:00 19,52 0 24,47 22,6 24,68 25,23
23:30 19,5 0 23,91 22,07 24,13 24,92
0:00 19,18 0 23,43 21,58 23,68 24,63
Fonte: Planilha de dados do Laboratório de Construção Civil (2006)
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