3.2.1 Impactos ambientais da urbanização no século XX
O modelo de urbanização empregado no século XX causou diversos impactos negativos no clima, na natureza e na população humana. O uso de energia e água, o despejo de esgotos, a destinação de resíduos, a extração, o refino e o transporte de todos os recursos usados na construção, manutenção e funcionamento de edificações influenciam em fatores físicos da superfície e da atmosfera, alterando processos ecológicos e consequentemente a
conservação ambiental de fragmentos naturais e as atividades humanas nessas áreas. Além disso, os edifícios consomem 40% da energia elétrica mundial, 25% da colheita de madeira e 16% da água, sendo grandes causadores de degradações ambientais (GOURGEL, 2012).
Com o crescimento da população urbana no mundo e sua rápida expansão a partir de centros comerciais, áreas não planejadas foram ocupadas e urbanizadas, gerando necessidades em locais não preparados, sem infraestrutura necessária, comprometendo o atendimento de serviços básicos à população. Essa ocupação informal é realizada principalmente por populações de baixo poder aquisitivo, que encontram esses locais como alternativas de moradias por vezes com menor custo de vida que nos centros comerciais, assim como pelos empreendimentos imobiliários e turísticos que buscam maior proximidade dos remanescentes naturais para atrair consumidores. Por consequência há aumento no consumo de energia e água e na demanda por serviços, infraestrutura, manutenção da vida e das atividades políticas, socioeconômicas e ambientais nos ambientes urbanizados (OLIVEIRA, 2009).
Por exemplo, a urbanização pode influenciar atividades desenvolvidas por comunidades tradicionais que vivem diretamente de produtos da biodiversidade local. Esses grupos tradicionais permitem a permanência dos serviços ambientais disponibilizados por essas áreas naturais ao longo de gerações, que são degradados pela urbanização (GOURGEL, 2012). Assim, a urbanização causa condições indesejáveis para todos os humanos, moradores, visitantes e turistas das localidades urbanizadas sem planejamento, sendo necessário adaptar edifícios e espaços urbanos para as novas funções urbanas e ambientais (CORREA;
GONZALEZ, 2002).
A degradação ambiental torna a biodiversidade cada vez mais rara nas áreas urbanas, que é vista pelo mercado capitalista como objetos e paisagens comercializáveis, com maior valor de mercado e interesse de uso e apropriação exclusiva. Por isso deve ser valorizada sua conservação e recuperação com acesso para todos (HENRIQUE, 2009).
Entre as principais causas da degradação ambiental, a fragmentação do habitat acontece quando uma área de habitat é reduzida ou dividida em dois ou mais fragmentos isolados por áreas modificadas que comprometem o equilíbrio ecológico. Por exemplo, as áreas urbanas impermeáveis isolam trechos naturais, assim como as pequenas estruturas, como cercas ou outras barreiras que limitam o deslocamento de espécies entre áreas naturais (PRIMACK; RODRIGUES, 2001). Dessa maneira, as estruturas de ocupação e viárias reduzem espaços para movimentação de organismos vivos, limitando a troca gênica necessária para a manutenção da biodiversidade (BAGER, 2014).
A degradação ambiental é ainda mais preocupante em ecossistemas que apresentam alta fragilidade a impactos humanos, devido a suas características fisionômicas (ROSS, 2009).
Sendo assim, as condições de endemismo, de tendências à extinção de espécies e de formato das áreas naturais originais dos ecossistemas são fundamentais para avaliar a conservação ou degradação ambiental de um trecho de cobertura nativa (PRIMACK; RODRIGUES, 2001).
Segundo Rockström et al. (2014), a degradação ambiental e os problemas socioeconômicos causados pela urbanização poderão ser intensificados até o final do século XXI, com maior população exposta aos perigos climáticos. Em áreas urbanas impermeabilizadas e desordenadas há maior desequilíbrio entre o uso e ocupação da terra e a manutenção dos processos ecológicos. Nesse sentido, Rockström et al. (2014) reforçaram que o modelo de uso e ocupação da terra sem preocupação com os impactos socioambientais causados deve ser substituído por outro que considere as condições ambientais e as necessidades humanas, sobretudo em áreas urbanas no século XXI.
3.2.2 Arquitetura Sustentável
O estilo de vida e a arquitetura moderna fazem com que passemos mais de 70% do nosso tempo no interior de edificações. Existem opções construtivas para projetos de construção e de adaptação nas edificações existentes para redução de seus impactos ambientais. Por exemplo, são aplicadas soluções arquitetônicas para promover maior equilíbrio com o entorno, considerando as condições bioclimáticas locais, os materiais e condições socioeconômicas do local e região em que insere (GOURGEL, 2012).
O ponto de partida das preocupações ambientais com o consumo de recursos naturais e com os impactos humanos na superfície e na atmosfera terrestre foi a publicação “Silent Spring” de Rachel Carson em 1962 sobre os efeitos do uso de pesticidas no meio ambiente.
Em 1969 o pesquisador escocês Ian McHarg em “Design with Nature” propôs paisagismo, arquitetura e planejamento em acordo com a natureza. Schumacher em 1974 publicou o trabalho “Small is Beautifull”, no qual apresentou princípios green, com base em que não há produção crescente infinita em planeta finito, que o consumo deve respeitar os limites de tolerância da natureza, de modo que a exploração descontrolada dos recursos naturais causa impactos na vida humana, por degradar os sistemas de suporte de seus recursos. Em 1987, o
“Relatório Brundtland: O Nosso Futuro Comum” definiu desenvolvimento sustentável,
sustentabilidade e fundamentos para a arquitetura sustentável. Em 1992, a Agenda 21 apresentada na Eco ou Rio 92 apresentou práticas dessa arquitetura, considerando o uso de tecnologia e materiais locais, construção intensiva, design energeticamente eficiente, reciclagem de materiais, prevenção de resíduos, desenvolvimento de conhecimento sobre o impacto ambiental dos edifícios e planejamento de estímulos à autoconstrução de casas pelos pobres. Na Conferência da ONU em Instambul, em 1996, a Agenda Habitat II apresentou a ideia de promoção de abrigos para todos e sustentabilidade dos aglomerados humanos (GOURGEL, 2012).
A Arquitetura Sustentável tem como principal objetivo de integrar os edifícios com o meio ambiente, o clima e as características da vida local para a melhoria da vida humana atual e das próximas gerações. Também busca reduzir a poluição do ar, o consumo de energia e outros fatores. Essa arquitetura reconhece variações do clima e busca igualdade socioeconômica e justiça na distribuição dos recursos (LOPES, 2007).
Em Luanda, na Angola, onde o clima é tropical seco, existem muitas construções em tijolo de adobe, cimento ou cerâmico, pedras e materiais reaproveitados. Nas coberturas são comuns as chapas metálicas e nem sempre há portas e janelas. Geralmente ocupam terrenos não autorizados, com materiais que modificam o balanço hídrico e de energia. Essas construções geralmente são voltadas para os regimes de ventos predominantes e apresentam estruturas que possibilitam a circulação de ar e a separação entre o teto e a cobertura para permitir a ventilação, proteger da umidade, das chuvas e dos insetos (GOURGEL, 2012).
3.3 Tetos verdes
Os tetos verdes, ou plantio nos topos das edificações, interagem com o clima, a ecologia e a sociedade local. A vegetação diminui a incidência de radiação solar na estrutura da edificação, protegendo-a e emite vapor de água para a atmosfera pela evapotranspiração.
Isso associado à evaporação que ocorre no solo, diminui o calor nos materiais em superfície e no ar em ambientes internos e externos próximos. Assim, há menor necessidade de consumo de energia elétrica para climatização e muitos outros benefícios para as construções, população humana e biodiversidade nos ambientes internos e externos das construções (CATUZZO, 2013; FARIAS, 2012; PERSCH et al., 2011; ROLA; UGALDE, 2007;
ROSSETI et al., 2013a; VERGARA et al., 2009; WONG et al., 2003).
Os tetos de edificações se destacam na relação superfície urbana e atmosfera, pois estão mais expostos aos fatores climáticos que as outras partes dessas construções. Nesse sentido, o cultivo sobre edificações demanda diversos cuidados e conhecimentos climáticos na fase de planejamento dessas construções, como em relação ao peso da vegetação, do solo, da água pluvial retida, das atividades e dos materiais a utilizar e movimentar sobre os tetos verdes. Os nomes mais comuns em estudos sobre o plantio no topo de construções urbanas são: telhado verde, cobertura verde, cobertura verde leve, cobertura viva, cobertura vegetal, cobertura ecológica, ecotelhado, biotelha, teto vivo, teto verde, green roof (do inglês), laje verde, naturação ou semelhantes, reconhecendo suas diferenças estruturais e de composição (CATUZZO, 2013; CORREA; GONZALEZ, 2002; MARCOLINO, 2012; PERSCH et al., 2011; VERGARA et al., 2009).
As denominações telhado jardim, laje jardim, terraço jardim e jardim suspenso são aplicadas ao cultivo de espécies ornamentais nessas coberturas (ROSSETI et al., 2013a). Para a International Green Roof Association, os telhados intensivos são telhados jardim ou roof gardens; enquanto que os extensivos correspondem aos telhados verdes ou green roofs, e os semi-intensivos têm características intermediárias entre as outras (CATUZZO, 2013).
Em geral, os tetos verdes são divididos em três tipos relativos ao sobrepeso, suas relações hídricas e outras características: os tetos verdes extensivos, semi-intensivos e intensivos (Figura 16). Nesse esquema não é considerado o plantio em vasos e recipientes colocados sobre a cobertura da edificação.
Figura 16 – Tipos de tetos verdes.
Fonte: LOHMAN, 2008, p. 29.
Os tetos verdes extensivos demandam pouco substrato, irrigação, poda, fertilização, peso estrutural e custos quando comparados aos intensivos, que, por sua vez, permitem maior porte, biomassa e diversidade vegetal, presença de animais, lazer, cultivo de alimentos, de espécies ornamentais e de outros usos. Quanto a profundidade do solo ou substrato utilizado em tetos verdes, os intensivos têm solo com mais de 20 cm de espessura, enquanto que os extensivos têm solo inferir a 20 cm de profundidade (Figura 17).
Figura 17 – Perfis de tetos verdes.
Legenda: kg/m2 = quilogramas por metro quadrado.
Fonte: MORAIS, 2004, p. 19.
A inclinação da cobertura é outro fator que deve ser considerado para o plantio sobre as construções urbanas. As práticas extensivas podem ser construídas em superfícies inclinadas em até 45 °, demandam baixa manutenção, auxiliam na gestão de recursos hídricos, isolam termicamente o ambiente interno e funcionam como isolamento ao fogo (OLIVEIRA, 2012).
Quando plana (até 5% de inclinação) a vegetação é mais propensa à umidade e demanda mais estrutura de drenagem em locais úmidos. Quando sobre inclinação moderada (de 5 a 35%) é considerado o tipo de construção mais econômica e de fácil manutenção. Já o plantio sobre coberturas com inclinação acentuada (de 36 a 84%) deve evitar o deslizamento do substrato, que restringe os cultivos. Segundo Gertz (2014), no método artesanal, uma cobertura da edificação pode receber uma caixa de madeira com os componentes do teto verde, de modo que a altura das laterais impeça a saída do substrato e da vegetação.
3.3.1 Histórico, estruturas e manutenção
O plantio em coberturas de edificações não é uma prática inovadora, pois há muitos séculos era realizado para manter o ciclo hidrológico e o desempenho térmico pela relação entre solo, plantas e atmosfera nos topos de construções. Entre os mais antigos tetos verdes documentados, os zigurates eram pirâmides com degraus e rampas laterais em forma de torre que foram construídos por volta de 600 a.C. na antiga Mesopotâmia pelos povos assírios, em região de clima desértico predominante naquele período, atualmente ocupada pelo Iraque, onde o clima varia de semiárido à desértico. Nessas coberturas, cultivavam diferentes espécies de crucíferas, gramíneas, leguminosas e outras plantas. Em 450 a.C. foram construídos os Jardins Suspensos da Babilônia (Figura 18) pelos povos babilônicos na mesma região, talvez o teto verde mais famoso da história humana (OLIVEIRA, 2009).
Figura 18 – Desenho dos Jardins Suspensos da Babilônia.
Fonte: LOHMAN, 2008, p. 20.
Também foram desenvolvidos plantios sobre edifícios e mausoléus de imperadores do Império Romano; sobre as paredes e os telhados das residências dos Vikings com camadas de gramado para proteção das chuvas e ventos; sobre as casas na cidade italiana de Genova durante o período renascentista; no México durante o período pré-colombiano; e na Índia e Espanha nos séculos XVI e XVII. Em sequência, os tetos verdes viraram práticas populares que duraram até a metade do século XX em algumas cidades francesas e por toda a Escandinávia (ARAÚJO, 2007).
Atualmente, o cultivo sobre coberturas urbanas é popular principalmente na Alemanha (Figura 19), Áustria, Canadá, Noruega e Estados Unidos (Figura 20), com empresas de arquitetura especializadas no tema. A principal preocupação desses países que estimulou a implementação dos tetos verdes foi de combater a degradação ambiental causada pela
urbanização. A partir disso, foram realizados diversos estudos sobre materiais construtivos, estruturas de coberturas verdes e espécies vegetais adequadas. Em 1996 a Alemanha já comportava 10.000.000 m² de tetos verdes, resultado de leis de incentivo e subsídios (PECK et al., 1999). Semelhante ocorreu na Áustria, que apoia a as coberturas verdes desde o projeto até três anos após a construção da cobertura para plantio, permitindo assim a continuidade da instrução da população quanto à manutenção e uso adequados (OLIVEIRA, 2009).
Figura 19 – Teto verde na Alemanha.
Fonte: LAAR et al., 2001, p. 4.
Figura 20 – Teto verde na Flórida.
Nota: abril (esquerda) e agosto (direita) de 2005.
Fonte: CATUZZO, 2013, p. 83.
No final do século XX e início do XXI, os tetos verdes começaram a ser construídos sobre edifícios comerciais e sedes de prefeituras, como em Chicago, nos Estados Unidos, onde a cobertura do edifício da administração municipal tem vegetação e vista panorâmica do décimo andar. Na cidade japonesa Fukuoka a cobertura verde sobre o edifício da prefeitura dá acesso público para caminhada com vista panorâmica. Em São Paulo, o edifício da prefeitura do maior centro econômico do Brasil tem teto verde com espécies herbáceas, arbustivas e arbóreas (CATUZZO, 2013).
No Brasil os tetos verdes ainda encontram dificuldades como a falta de normas, de mão de obra especializada, de pesquisas relevantes e confiáveis sobre experiências do plantio em coberturas e seus benefícios econômicos e ambientais para as realidades brasileiras. Os estados do Rio Grande do Sul, São Paulo e alguns da região nordeste são os mais avançados nos estudos climáticos de tetos verdes (CATUZZO, 2013).
Em algumas áreas urbanizadas sem planejamento e ocupadas principalmente por população de baixa renda encontram-se exemplos de plantio sobre as coberturas das edificações. Por exemplo, em um estudo realizado em 2008 na comunidade do Morro da Babilônia, no bairro do Leme, na cidade carioca, foram desenvolvidos tetos verdes para reter água das chuvas e utilizá-la para fins não potáveis em uma creche (Figura 21). Nesse estudo foram observados benefícios psicológicos e estéticos da presença de vegetais em áreas urbanizadas sem planejamento, com patrocínio do Massachussets Institute of Technology, equipe técnica do Instituto Tibá e participação uma cooperativa de reciclagem local (INSTITUTO TIBÁ, 2016; OLIVEIRA, 2009).
Figura 21 – Construção de teto verde no Morro da Babilônia.
Legenda: (A) construção da estrutura; (B) aplicação de substrato;
(C) participação de crianças da comunidade;(D) sistema de drenagem com brita; (E) teto verde extensivo concluído.
Fonte: INSTITUTO TIBÁ, 2016.
É importante ressaltar que o cultivo de vegetais sobre coberturas de edificações demanda diversos cuidados, preparos e manutenção, ou seja, dedicação de trabalho e materiais desde o preparo das estruturas para receber as cargas adicionais. Essas coberturas devem contar com apoios estruturais resistentes, o que está relacionado com toda a construção
e não somente com as coberturas. Nos plantios sobre coberturas sem vasos ou outros recipientes, o solo, os vegetais e a água devem ser isolados da estrutura da construção, o que demanda, por exemplo, instalações de barreiras contra raízes, reservatórios de drenagem e membranas à prova d’água (VERGARA et al., 2009).
Apesar dos conhecimentos acadêmicos, ainda não há regulamentação específica para tetos verdes no Brasil, sendo aplicável a norma NBR 6120:1980 que dispõe sobre as cargas a considerar nos projetos das estruturas das edificações, “qualquer que seja sua classe e destino, salvo os casos previstos em normas especiais”, sendo que a retenção de água é considerada o principal fator adicional à carga dos plantios sobre coberturas urbanas (CATUZZO, 2013).
A importância da consideração do clima nos projetos de tetos verdes é extrema, pois o substrato, a vegetação e a estrutura devem ser preparados de acordo com o clima para obter melhor desenvolvimento vegetal, menor necessidade de manutenção e outros benefícios dessa prática. O substrato é muitas vezes um material leve, sintético, poroso e inerte, adicionado de nutrientes para as plantas (OLIVEIRA, 2012). Apesar das diferenças climáticas de cada local, a composição mais comum nos tetos verdes no mundo é de aproximadamente 20% de argila e entre 25 e 75% de materiais leves, ou seja, com granulometria até 16 mm (MINKE, 2003).
O acesso aos tetos verdes também cria categorias dessas estruturas. Os acessíveis podem ser visitados e utilizados por pessoas, enquanto que os inacessíveis não permitem a circulação de pessoas, mas demandam menor reforço de estrutura e podem ser planos, curvos e inclinados (ARAÚJO, 2007).
3.3.2 Relações climáticas
As coberturas são as partes das construções urbanas com maior exposição à radiação solar durante o dia, que pode transferir o calor para ambientes internos, onde a população humana urbana passa maior parte do tempo (ARAÚJO, 2007; LOPES, 2007).
A transmissão de calor ocorre quando há diferença de temperatura entre dois ou mais corpos ou partes do mesmo corpo, com transferência de energia do mais para o menos quente, o que é chamado de troca seca, em que o calor sensível sofre condução, radiação e convecção.
Na presença de água, o calor trocado é considerado latente e os mecanismos são de evaporação e condensação (BARROS, 2013).
Entre os materiais mais utilizados em telhados - aço galvanizado, cobertura verde leve (CVL), fibrocimento, amianto, laje de concreto, material reciclado e telha cerâmica romana -, a cobertura verde apresenta a menor amplitude térmica, ou seja, a menor diferença entre as temperaturas máximas e mínimas entre essas coberturas, revertendo em um microclima mais ameno e estável (LAAR, 2001).
Na Tabela 1 pode-se visualizar a diferença da temperatura interna sob diferentes tipos de coberturas de edificações enquanto a temperatura externa máxima do ar foi de 34º C em São Carlos, município paulistano, durante o período primavera-verão de 2004. Nesse estudo, a CVL aqueceu menos e demorou mais a subir a temperatura do ar interno que as demais coberturas (LOPES, 2007). Isso ocorre porque os vegetais e o solo ou substrato de tetos verdes demoram a aquecer e a transmitir calor para outras partes da estrutura, apresentando um atraso térmico em relação às outras coberturas tradicionais (ARAÚJO, 2007).
Tabela 1 – Temperatura do ar interna sob diferentes tipos de cobertura.
Fonte: LOPES, 2007, p. 121.
As habitações com telha ondulada de fibrocimento são mais encontradas em áreas de urbanização descontrolada, como nos aglomerados subnormais (UTIMURA, 2010).
O atraso térmico é entendido como o tempo decorrido entre uma mudança na temperatura do meio, com transmissão de calor durante um tempo e a manifestação na superfície oposta na construção, estando relacionado à capacidade térmica dos materiais construtivos e como as camadas estão dispostas. Já o amortecimento térmico é a propriedade de redução da amplitude das variações térmicas, que relaciona a amplitude da temperatura superficial interna com a obtida para o ambiente externo (LOPES, 2007).
Segundo Lopes (2007), o teto verde tem maiores inércia e amortecimento térmico entre os tipos de cobertura mais comuns, seguido das telhas de cerâmica com forro em laje pré-moldada. No verão, os tetos verdes reduzem a passagem do calor externo para ambientes internos de edificações no verão, enquanto que no inverno mantêm o calor nos ambientes internos. Segundo Catuzzo (2013), os tetos verdes protegem outras partes da construção
protegidas da radiação solar e de outros elementos do clima, reduzindo dilatações e retrações dos materiais, de modo a conservar mais a estrutura das coberturas (CATUZZO, 2013).
Em uma comparação entre duas caixas com telha de amianto no Rio Grande do Sul, sendo uma com ecotelhado adaptado, a cobertura verde reduziu 1º C a temperatura do ambiente externo e teve 10º C a menos que a caixa sem vegetação na telha (Gráfico 2).
Também foram observadas contribuições microclimáticas dos tetos verdes em diversos estudos realizados no Brasil nos períodos de verão e inverno, como em Florianópolis, no estado de Santa Catarina, onde o clima é temperado (FARIAS, 2012); em Cuiabá, no estado de Mato Grosso, na região tropical (Figura 22); em São Carlos, no estado paulistano, o clima é tropical de altitude (MORAIS, 2004).
Gráfico 2 – Evolução de temperaturas internas e externas em caixas com tetos verdes.
Legenda: Tamb = temperatura externa; TarV = temperatura interna com teto verde; TarN = temperatura interna com telha de amianto.
Fonte: CATUZZO, 2013, p. 78.
Figura 22 – Módulo e protótipos de tetos verdes.
Fonte: ROSSETI et al., 2013a, p. 1963.
No estudo de Catuzzo (2013) do clima urbano no centro do município de São Paulo foram comparados dois pontos extremos do teto verde intensivo no edifício sede da prefeitura
com outro teto em concreto de edifício comercial próximo e dados de estação meteorológica próxima. A cobertura verde se apresentou até 3,2º C mais fria e 21,7% mais úmida que a estação de medição. Cabe ressaltar que esses efeitos ocorrem principalmente em dias com poucas nuvens e com ventos brandos, pois as nuvens e as chuvas reduzem a incidência solar e a temperatura do ar, enquanto aumentam a umidade relativa (CATUZZO, 2013).
As contribuições térmicas dos tetos verdes também foram reforçadas em estudos realizados em outros países, como em Singapura, país de clima tropical; no estado canadense de Otawa (CATUZZO, 2013) e no Japão (Gráfico 3).
Gráfico 3 – Temperaturas superficiais internas de coberturas.
Legenda: tsi = temperatura superficial interna.
Fonte: OLIVEIRA, 2009, p. 43.
O aumento na quantidade de áreas verdes pode elevar a rugosidade da superfície e consequentemente o albedo, que podem reduzir causas e efeitos das ilhas de calor urbanas (CATUZZO, op. cit.). Isso é possível porque as plantas aumentam a umidade do ar, provocam resfriamento evaporativo, que diminui a temperatura do ar e aumenta a umidade no verão, pois ao absorverem parte da radiação para seu metabolismo, perdem água via estômatos durante a fotossíntese (ARAÚJO, 2007). Sendo assim, a vegetação ameniza o clima do entorno, reduzindo a amplitude térmica, absorvendo energia e renovando o ar atmosférico, ao manter o ciclo oxigênio-gás carbônico (DIMOUDI; NIKOLOPOULOU, 2003).
Durante o dia as superfícies externas são aquecidas pela radiação solar incidente e difusa, adquirindo temperatura superficial que é em parte emitida em forma de ondas longas para o ambiente, o que não ocorre em coberturas urbanas vegetadas, que emitem ondas curtas.
(LOPES, 2007).