CENTRO UNIVERSITÁRIO – CATÓLICA DE SANTA CATARINA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
RELATÓRIO DE TCC SANDER DOROW
EFICIÊNCIA DO TELHADO VERDE NA DIMINUIÇÃO DA TEMPERATURA INTERNA DE AMBIENTES
JARAGUÁ DO SUL 2018
SANDER DOROW
EFICIÊNCIA DO TELHADO VERDE NA DIMINUIÇÃO DA TEMPERATURA INTERNA DE AMBIENTES
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Civil, do Cento Universitário – Católica de Santa Catarina em Jaraguá do Sul, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel.
Orientador(a): Prof. Juliana Reu Junqueira
JARAGUÁ DO SUL 2018
SANDER DOROW
EFICIÊNCIA DO TELHADO VERDE NA DIMINUIÇÃO DA TEMPERATURA INTERNA DE AMBIENTES
Relatório do Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Civil, do Centro Universitário – Católica de Santa Catarina em Jaraguá do Sul, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel.
BANCA EXAMINADORA
Profa. Msc. Juliana Reu Junqueira Orientadora
Profa. Dra. Carine Cardoso dos Santos Responsável pelo TCC
Prof. Esp. Mauren Nabaes Ferrari Soder Centro Universitário – Católica de Santa
Catarina
DEDICATÓRIA
Aos meus pais, por todo amor, carinho e compreensão recebidos nessa jornada.
AGRADECIMENTOS
A minha família, pelo apoio e incentivo concedido durante todo o processo. Ao Centro Universitário – Católica de Santa Catarina em Jaraguá do Sul. A todos os professores que contribuíram para minha formação acadêmica, especialmente a professora Juliana Reu Junqueira, pela orientação prestada. Aos amigos, pelos momentos compartilhados.
" Em algum lugar, alguma coisa incrível está esperando para ser descoberta. ” (Carl Sagan)
RESUMO
A procura por aperfeiçoamentos na construção civil tanto na fase de projeto, quanto na execução de uma obra é fundamental para evitar custos e problemas futuros. Essa busca deve sempre estar aliada ao conforto que será proporcionado ao usuário final. Aliando essa busca com o desenvolvimento sustentável, e ciente do conforto e economia que um telhado verde pode proporcionar, este trabalho teve como objetivo demonstrar através de uma comparação, as variações das temperaturas internas de um ambiente coberto com um telhado verde em relação a um telhado tradicional de fibrocimento. Para isso foi necessário a construção de dois protótipos com as mesmas dimensões e os mesmos elementos construtivos, diferindo apenas na composição dos telhados. Após a construção dos protótipos, ambos foram expostos as mesmas variações climáticas, e com o auxílio de termômetros, foi possível verificar as variações das temperaturas internas de cada um. Durante o período do experimento de 5 dias, observou-se que o protótipo que continha o telhado verde apresentou amplitudes térmicas menores do que aquele que possuía apenas telhas de fibrocimento. Além disso, em momentos de maior radiação solar, a cobertura verde apresentou temperaturas mais baixas, e em momentos de pouca radiação solar, a cobertura verde não apresentou temperaturas tão baixas quanto da cobertura tradicional. Essas características são indispensáveis para garantir o conforto térmico das edificações, além de proporcionarem menor consumo de energia elétrica, pois se reduz o uso de aparelhos de ar-condicionado, demonstrando assim a viabilidade técnica do uso de coberturas verdes. Também verificou-se que a gramínea escolhida da espécie Zoysia japonica adaptou-se bem ao telhado verde.
ABSTRACT
The search for improvements in construction both in the design phase and in the execution of a work is fundamental to avoid costs and future problems. This search must always be combined with the comfort that will be provided to the end user. Combining this search with sustainable development, and aware of the comfort and economy that a green roof can provide, this work had as objective to demonstrate through a comparison, the variations of the internal temperatures of an environment covered with a green roof in relation to a roof traditional fiber cement. For this it was necessary the construction of two prototypes with the same dimensions and the same constructive elements, differing only in the composition of the roofs. After the construction of the prototypes, both were exposed to the same climatic variations, and with the help of thermometers, it was possible to verify the internal temperature variations of each one. During the experiment period of 5 days, it was observed that the prototype that contained the green roof had lower thermal amplitudes than the one that only had fiber cement tiles. In addition, at times of higher solar radiation, the green cover had lower temperatures, and in times of low solar radiation, the green cover did not show temperatures as low as the traditional coverage. These characteristics are indispensable to guarantee the thermal comfort of the buildings, as well as to provide a lower consumption of electric energy, as it reduces the use of air conditioners, thus demonstrating the technical feasibility of using green roofs. It was also verified that the chosen grass of the species Zoysia japonica adapted well to the green roof.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Impressão artística do Zigurate de Etemenanki...17
Figura 2 - Telhado verde na Escandinávia...18
Figura 3 - Antigo Ministério da Educação e Saúde. ...19
Figura 4 - Composição básica do telhado verde...21
Figura 5 - Exemplo de telhado verde extensivo no Japão ...23
Figura 6 - Telhado verde intensivo na sede da Prefeitura de São Paulo...23
Figura 7 - Telhado verde semi-intensivo edifício Rockfeller Center’s...24
Figura 8 - Cobertura (a) aérea, (b) modular e (c) contínua...26
Figura 9 - Comparação de temperatura por fotografia infravermelho...31
Figura 10 - Edificação para medições...32
Figura 11 - Protótipos para experimento...33
Figura 12 - Construção dos protótipos...37
Figura 13 - Base de suporte...37
Figura 14 - Impermeabilização da base...38
Figura 15 - Manta geotêxtil...39
Figura 16 - Grama esmeralda na cobertura (a) e cobertura tradicional (b)...39
Figura 17 - Termômetro no interior de cada protótipo...40
Figura 18 - Isolamento de cada protótipo (a) telhado verde e (b) tradicional...41
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Vantagens em aspectos físicos, químicos, biológicos, sociais e
globais...29
Quadro 2 - Temperaturas internas do ar (tbs) nos sistemas de cobertura...33
Quadro 3 - Materiais utilizados...36
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Temperaturas registradas no dia 01/10/2018...43
Gráfico 2 - Temperaturas registradas no dia 18/10/2018...44
Gráfico 3 - Temperaturas registradas no dia 23/10/2018...46
Gráfico 4 - Temperaturas registradas no dia 27/10/2018...47
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
CBCS Conselho Brasileiro de Construção Sustentável IGRA International Green Roof Association
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 14 1.1 PROBLEMA DE PESQUISA ... 14 1.2 JUSTIFICATIVA ...14 1.3 OBJETIVOS ... 16 1.3.1 Objetivo Geral ... 16 1.3.2 Objetivos Específicos ... 16 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA...17
2.1 BREVE HISTÓRIA DAS COBERTURAS VERDES...17
2.2 SUSTENTABILIDADE...19
2.3 ASPECTOS TÉCNICOS DO TELHADO VERDE...20
2.3.1 Vegetação...22
2.3.2 Substrato...24
2.3.3 Filtro de Impurezas...25
2.3.4 Camada Drenante...25
2.3.5 Membrana à Prova d’água...25
2.4 CONSTRUÇÃO...26
2.4.1 Contínua...26
2.4.2 Modular...26
2.4.3 Aérea...27
2.5 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO TELHADO VERDE...27
2.6 EFICIÊNCIA TÉRMICA...30
2.7 VIDA ÚTIL DA COBERTURA...34
3 METODOLOGIA DA PESQUISA...35
3.1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...35
3.2 LOCALIZAÇÃO DOS PROTÓTIPOS...35
3.3 CONSTRUÇÃO DOS PROTÓTIPOS...36
3.3.1 Estrutura de base...37 3.3.2 Impermeabilização...38 3.3.3 Drenagem...38 3.3.4 Substrato e Vegetação...39 3.3.5 Termômetros...40 3.4 MÉTODOS DE AFERIÇÃO...41
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO...42
4.1 PERÍODO DE TESTE...42
4.2 COMPORTAMENTO TÉRMICO DOS PROTÓTIPOS...43
4.3 COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS...49
4.4 ADAPTAÇÃO DA GRAMÍNEA ESCOLHIDA...51
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS...52
5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS...54
REFERÊNCIAS...55
APÊNDICES...59
1 INTRODUÇÃO
1.1 PROBLEMA DE PESQUISA
Os habitantes das grandes cidades estão sentindo cada vez mais o aumento das temperaturas devido às ilhas de calor que se formam nos centros urbanos, nos quais as áreas verdes perderam espaço.
De acordo com Freitas (2018), quando comparada a temperatura de um centro urbano com a temperatura das regiões rurais, a diferença pode chegar a 11°C, sendo o ápice ao anoitecer. Isso ocorre pelo fato da área rural perder calor mais rápido que a urbana, onde as edificações mantêm o calor emitido pelo sol durante o dia por mais tempo.
Moraes (2004) comenta que, o conforto térmico está diretamente ligado a qualidade de vida e o bem-estar dos ocupantes, por esse motivo as áreas verdes tornam-se oportunas para a amenização do aquecimento e redução no consumo de energia com aparelhos climatizadores.
Visto isso, faz-se necessário uma mudança na forma de projetar e construir, buscando soluções que visam diminuir os efeitos das altas temperaturas, e que possam ser aplicadas também em construções já existentes.
Assim surge a possibilidade do uso de telhados verdes. Porém, é necessário apresentar à sociedade sistemas eficientes de telhado verde, que apresentem custo compatível ao mercado e que não sejam demasiadamente caros quando comparados aos modelos tradicionais de cobertura.
Dessa maneira, apresenta-se a problemática deste projeto. Será possível obter sistemas eficientes de telhado verde em relação a diminuição da temperatura? Quais as vantagens e desvantagens de ter um telhado verde quando comparado a um telhado tradicional?
1.2 JUSTIFICATIVA
Tendo ciência do aquecimento global, fenômeno que está diretamente ligado ao efeito estufa, e as consequências que o mesmo pode causar à sociedade e ao planeta, buscam-se formas alternativas e sustentáveis que possibilitem o equilíbrio
entre a utilização de recursos naturais e o desenvolvimento econômico-social. Uma alternativa viável é a implantação de telhado verde, que possibilita mitigar alguns impactos ambientais negativos oriundos do crescimento econômico desordenado. Segundo Garrido Neto (2012), o crescimento populacional e econômico, após a revolução industrial até os dias atuais, desencadeou uma exploração de recursos naturais nunca antes presenciada.
[...] inúmeras árvores foram derrubadas, diversos cursos d’agua foram degradados, o ar tornou-se mais poluído, a população passou a produzir mais lixo e mais esgoto, e diversas espécies de animais e vegetais foram reduzidas ou extintas (GARRIDO NETO, 2012, p. 04).
Com a mesma intensidade que os problemas ambientais apareceram, surgiram também as moradias, geralmente concentradas em grandes centros urbanos. Muitas foram construídas num período em que não havia preocupação com fatores ambientais, ocupando o lugar da vegetação nativa e contribuindo assim para o aumento da emissão de gás carbônico, visto que as plantas são as grandes responsáveis por sua absorção, e consequentemente contribuindo para o aumento do efeito estufa e das temperaturas.
De acordo com Gouveia (2008), os materiais utilizados na construção civil, principalmente aqueles destinados à cobertura, possuem grande capacidade de transferência de calor, que implica diretamente no conforto térmico no interior da edificação, situação essa, que estimula a utilização de aparelhos elétricos para diminuição ou elevação da temperatura, agravando o impacto ambiental.
Em vista disso, descreve Sailor (2012, p. 2, apud VIEIRA, 2014, p. 12) que “as coberturas verdes trazem benefícios tais como a redução da magnitude da ilha de calor urbana, promoção de habitat, melhoria da qualidade do ar, redução da transmissão de ruído para edifícios e redução de consumo de energia nos edifícios.”
Portanto a aplicação do telhado verde em edificações mostra-se como eficiente solução para manutenção de um ambiente agradável. Roaf (2014) afirma que cada vez mais, os profissionais precisarão integrar a engenharia, arquitetura e ecologia, projetando edificações que respeitem o meio ambiente, utilizando o mínimo de energia possível, sendo preferencialmente de fontes renováveis, adequando assim as necessidades da população a um modelo sustentável.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo Geral
Analisar e comparar a variação das temperaturas internas de um protótipo coberto por gramíneas formando um telhado verde em relação a outro protótipo com telhado tradicional de fibrocimento.
1.3.2 Objetivos Específicos
Para atender o objetivo geral deste projeto, foi definido os seguintes objetivos específicos:
Construir dois protótipos em alvenaria;
Aplicar em apenas um protótipo a cobertura com telhado verde;
Comparar a temperatura interna dos protótipos durante 5 dias com auxílio de termômetros;
Verificar a adaptação da gramínea escolhida no telhado verde; Analisar a viabilidade técnica da implantação do telhado verde.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Nesta etapa está apresentada uma breve descrição sobre a história dos telhados verdes, bem como sua contribuição para um desenvolvimento sustentável. Também será demonstrado sua composição e aspectos construtivos, além das vantagens e eficiência térmica que este tipo de cobertura proporciona. Por último será mostrado o aumento da vida útil do telhado, assegurado pela cobertura vegetal.
2.1 BREVE HISTÓRIA DAS COBERTURAS VERDES
No decorrer da história, os telhados verdes sempre estiveram presentes nas habitações de diferentes etnias. Segundo Glancey (2001), os relatos mais antigos desse tipo de construção datam do século XIV a.C e são chamados de Zigurates. O mais famoso deles era o Zigurate de Etemenanki, na Babilônia, atual Iraque, que tinha 91 m de altura e uma base quadrada de 90 m de lado, conforme Figura 1. Eram construídos de pedras e acessadas por um conjunto de escadas com vegetação no topo. Esse tipo de construção tinha por objetivo diminuir as altas temperaturas que atingiam as planícies da Mesopotâmia proporcionando conforto a seus ocupantes.
Figura 1 – Impressão artística do Zigurate de Etemenanki
Fonte: Conrado, 2014.
Segundo Minke (2004, tradução nossa) mais tarde, durante a Idade Média, países do norte da Europa, na região da Escandinávia, começaram a utilizar as coberturas verdes de forma intensiva em função das extremas condições climáticas
locais. Os escandinavos cortavam a vegetação juntamente com parte do solo contendo raiz e substrato, e colocavam em cima da cobertura de suas casas. Utilizava-se esse sistema de cobertura pelo seu bom isolamento térmico, diminuindo a perda de calor da edificação para o exterior durante as longas noites de inverno, conforme a Figura 2.
Figura 2 – Telhado verde na Escandinávia
Fonte: Croffi, 2016.
De acordo com Quintella (2012), até metade do século XX, as práticas construtivas com telhados verdes eram consideradas como popular e vernaculares, porém com as crescentes preocupações com a degradação do ambiente urbano e a diminuição de áreas verdes nos centros populacionais a partir da década de 1960, renovou-se o interesse nas coberturas verdes. Nesse período desenvolveram-se pesquisas acerca do tema, buscando novos métodos e componentes das coberturas com vegetação, inclusive estudos sobre agentes inibidores de raízes, membranas impermeabilizantes, materiais drenantes, solos de peso leve e espécies de plantas.
Descreve ainda, Quintella (2012), que durante a década de 1980, ocorreu um rápido desenvolvimento das coberturas verdes na Alemanha. Este crescimento foi estimulado por leis de incentivo tanto municipais, quanto estaduais e federais que subsidiavam em até 40 marcos alemães por cada metro quadrado de cobertura verde a ser empregado. No Brasil, conforme Bruand (1984), a primeira construção com telhado verde foi o Ministério da Educação e Saúde no Rio de Janeiro, erguida
entre 1936 e 1943, ilustrado na Figura 3. O jardim da cobertura foi uma das primeiras obras realizadas pelo artista plástico e arquiteto Roberto Burle Marx, em 1938. Já o projeto arquitetônico foi elaborado por Lúcio Costa, Affonso Reidy, Jorge Moreira, Carlos Leão, Ernani Vasconcellos e Oscar Niemeyer.
Figura 3 – Antigo Ministério da Educação e Saúde
Fonte: Rubatino, 2016.
2.2 SUSTENTABILIDADE
Segundo o Relatório de Brundtland (1987), o desenvolvimento sustentável é um conjunto de ideias, estratégias e demais atitudes ecologicamente corretas, economicamente viáveis, culturalmente diversas e socialmente justas que procuram atender as necessidades da geração atual, sem comprometer a capacidade das gerações futuras de satisfazerem as suas próprias necessidades. Significa possibilitar que as pessoas, agora e no futuro, atinjam um nível satisfatório de desenvolvimento social, econômico, cultural e de realização humana, fazendo ao mesmo tempo, um uso razoável e consciente dos recursos naturais, preservando a fauna e a flora.
A primeira Conferência das Nações Unidas que teve como tema o meio ambiente aconteceu na capital da Suécia, Estocolmo em 1972. Na época, buscou-se conscientizar a sociedade a melhorar a relação com o meio ambiente e preservá-lo para as gerações futuras.
A partir desse ideal, o desenvolvimento sustentável tornou-se um tema bastante notável entre as nações, e ganhou ainda mais força após o comprometimento dos países com o documento Agenda 21 criado durante a RIO-92, onde estabeleceu-se a importância que cada país tem no engajamento a repensar como seus governos, empresas, organizações não-governamentais e toda a sociedade podem cooperar para reduzir os impactos ambientais.
Em 1997, no Japão, foi apresentado o Protocolo de Kyoto, que consiste num tratado internacional com objetivo de que países desenvolvidos assumissem o compromisso de reduzir a emissão de gases poluentes que contribuem para o aumento do efeito estufa, diminuindo assim os impactos causados pelo aquecimento global. Também foram realizadas discussões para criar métodos de desenvolvimento que não prejudicassem o planeta.
Em 2002, outro fórum de discussão das Nações Unidas, o RIO+10, foi realizado em Johanesburgo, África do Sul, onde debateu-se os resultados alcançados a partir da RIO-92. Em 2012, novamente no Rio de Janeiro, aconteceu a RIO+20, cujo objetivo era discutir sobre a renovação do compromisso político com o desenvolvimento sustentável.
Essas conferências foram fundamentais para a mudança de comportamento da sociedade com o meio ambiente. De acordo com Garrido Neto (2012), os hábitos depredatórios de gerações passadas resultaram em problemas que atualmente são vivenciadas pelos habitantes de todo o mundo, como a escassez de recursos naturais, aquecimento global, excesso de resíduos, poluição água, do solo e do ar. É dever de toda a humanidade reparar os erros do passado e mudar hábitos não ecologicamente corretos para que os eventuais problemas futuros sejam menores.
Ciente desse cenário, a arquitetura e engenharia têm buscado aperfeiçoamento em técnicas compensatórias e ideias sustentáveis que possam ser usadas na construção civil como mitigadoras dos impactos ambientais indesejados resultantes da ação antrópica incorreta.
Uma dessas técnicas que se mostra como boa alternativa é a implantação de telhados verdes no combate as altas temperaturas encontradas principalmente em grandes centros urbanos.
2.3 ASPECTOS TÉCNICOS DO TELHADO VERDE
Os materiais que compõem a área externa da edificação estão diretamente ligados ao desempenho térmico no interior dos ambientes, pois são através deles que ocorrem as trocas de calor. Incropera, Bergman e Dewitt (2008) definem como processo de transferência de calor a situação em que exista diferença de temperatura entre um meio ou entre meios diferentes.
Para Minke (2004, tradução nossa), inversamente do que acontece em países europeus de clima frio, em que a cobertura verde ajuda a manter as temperaturas mais agradáveis durante a noite após receberem a radiação solar ao longo do dia, no Brasil, país tropical, a cobertura verde atua como diminuidor do calor, pois é ela que recebe a forte radiação solar de maneira direta, reduzindo a troca de calor entre ambiente interno e externo.
De acordo com Pereira et al (2006), todo território brasileiro apresenta níveis de radiação solar elevados, o que torna o uso de telhado verdes ainda mais eficientes. John e Savastano Junior (2014) afirmam que metade dos telhados no Brasil são construídos com telhas de fibrocimento, material esse que possui alta transmitância térmica, ou seja, transmitem calor para o interior da construção, condição que poderia ser evitada com coberturas verdes.
Segundo Stiegemeier de Liz (2016), telhado verde nada mais é do que o uso de substrato e vegetação sobre uma estrutura de cobertura já existente, sendo a composição básica formada por componente estrutural, camada impermeabilizante, camada drenante, manta geotêxtil, substrato e cobertura vegetal, conforme Figura 4.
Figura 4 – Composição básica do telhado verde
Baldessar (2012) afirma que o emprego desse sistema de cobertura não é característica apenas de novas construções, podendo ser aplicado em edificações já existentes, desde que sejam observados elementos estruturais. Para isso é necessário apurar a resistência da estrutura que receberá acréscimo de carga, e observar detalhes pertinentes a impermeabilização, barreira contra raízes, drenagem e inclinação.
Embora a técnica de cobertura verde seja aplicada principalmente em telhados planos, é possível usá-la em telhados inclinados, contanto que medidas sejam adotadas para que não ocorram problemas como o deslizamento do substrato e consequentemente da vegetação. Essas medidas vão variar de acordo com a inclinação da cobertura e do volume de precipitação da região.
Minke (2004, tradução nossa) classifica os telhados verdes e suas inclinações considerando-os planos até 5% de inclinação, encosta suave quando de 5% a 35%, telhado com declive de 36% a 84%, e telhado íngreme quando superior a 84% de inclinação, ao passo que quanto mais inclinado, menos econômicos se tornam, e a aparência do plantio menos natural. Minke (2004, tradução nossa) menciona ainda que para os telhados considerados planos e suaves, é desnecessária a colocação de dispositivo de contenção, sendo apenas necessário para os telhados com declive ou íngremes.
2.3.1 Vegetação
Spangenberg (2004, p. 31, tradução nossa) comenta que a “vegetação é um elemento de design importante na melhoria do microclima urbano e conforto térmico em espaços urbanos ao ar livre em climas quentes. ” Assim sendo, a escolha da vegetação deve ser feita pensando no clima da região e a aparência que deverá ter o telhado após sua aplicação.
Corsini (2011), classifica os telhados verdes em extensivos, intensivos e sem-intensivos, conforme a International Green Roof Association (IGRA) sendo:
a) Extensivo: apresenta configuração de um jardim conforme Figura 5, possuindo plantas rasteiras e altura da estrutura entre 6 cm e 20 cm. Exige pouca manutenção devido à baixa taxa de crescimento e dispensa irrigação. O peso do conjunto fica entre 60 kg/m² e 150 kg/m²;
Figura 5 – Exemplo de telhado verde extensivo no Japão
Fonte: Imovelcenter, 2016.
b) Intensivo: apresenta plantas médias e grandes conforme Figura 6, com altura da estrutura entre 15 cm e 40 cm. Exige manutenção e irrigação regular, e seu peso fica entre 180 kg/m² e 500 kg/m²;
Figura 6 – Telhado verde intensivo da sede da prefeitura de São Paulo
.
Fonte: Revista Labverde, 2017.
c) Semi-intensivo: mostra-se como opção intermediária, com plantas de tamanho mediano e altura da estrutura entre 12 cm e 25 cm. Requer manutenção e irrigação periódica. Seu peso fica entre 120 kg/m² e 200 kg/m². Conforme Figura 7.
Figura 7 – Telhado verde semi-intensivo edifício Rockfeller Center’s
Fonte: Instituto Ecoação, 2014.
2.3.2 Substrato
O substrato, camada de solo em que a vegetação é plantada, deve atender as necessidades das plantas em absorver a umidade e nutrientes. Para Snodgrass e McIntyre (2010, tradução nossa), os substratos precisam atender critérios como boa drenagem, resistência a decomposição, estabilidade física e química, garantindo assim a capacidade de se tornar acessível para nutrir as plantas.
Baldessar (2012) diz que quando comparados os substratos de cobertura verde e o solo de campo, verifica-se que, basicamente, os telhados verdes apresentam substratos leves e soltos, ou seja, não se compactam por seu peso próprio, que é uma característica muito boa para a permeabilidade. Já os solos de campo são mais densos e pesados, pois em sua composição há partículas finas que se deslocam facilmente, e a longo prazo, ocasionam problemas de permeabilidade.
Cantor (2008, tradução nossa) atesta que os substratos inorgânicos são mais indicados, porém necessitam de alguns aditivos para se adequarem às condições específicas de cada tipo de vegetação. Todavia, substratos que estão disponíveis regionalmente reduzem o custo de transporte, porém tal disponibilidade nem sempre é possível, e são mais indicados para o crescimento de plantas nativas em que as condições são semelhantes às naturais. Alguns substratos típicos segundo Cantor (2008, tradução nossa) são: argila expandida, lava, pedra-pomes, terracota, argila calcinada e ardósia expandida.
2.3.3 Filtro de Impurezas
De acordo com Ferraz (2012), a camada filtrante tem a função de separar a camada do substrato e vegetação da camada drenante, evitando o entupimento do sistema de drenagem por partículas que se desprendem do solo. Essa camada filtrante geralmente é feita de material geotêxtil e possui pequena espessura, servindo também como meio de transporte das águas pluviais para as raízes das plantas por capilaridade.
2.3.4 Camada Drenante
Essa camada tem por objetivo recolher e direcionar para o sistema de águas pluviais a quantidade excedente de água que não é absorvida pela vegetação e pelo substrato. Para Ferraz (2012), dependendo da intensidade da chuva, esse excesso de água pode ser acumulado em local adequado para uso posterior, e a capacidade de absorção de água do sistema deve ser dimensionada conforme o índice de precipitação local.
Esta camada pode ser de material sintético ou de material mineral granulado com grande permeabilidade, sendo indicados faixas de cascalho e telas, pois aumentam a velocidade da drenagem.
2.3.5 Membrana à Prova d’água
Tem por função evitar que qualquer umidade proveniente do meio externo, transponha e atinja estrutura de base, assegurando a estanqueidade do sistema. Para Baldessar (2012), esta camada é extremamente importante, pois em casos de vazamento, podem ocorrer problemas de saúde nos ocupantes da edificação, uma vez que, fungos e bactérias nocivos ao homem se proliferam em ambientes úmidos e com pouca ventilação.
Como característica física, Garrido Neto (2012) menciona que a membrana deve apresentar alta resistência à perfuração, para evitar o transpasse de possíveis raízes que, por sua vez, tenham penetrado o material geotêxtil, por meio do efeito físico de empuxo. No mercado atualmente existem dois tipos de membranas impermeabilizantes: a de PVC (policloreto de vinila), e manta asfáltica.
2.4 CONSTRUÇÃO
De acordo com Pereira (2007), a construção de um telhado verde pode ser dividida em três tipos básicos: aérea, modular e contínua conforme a Figura 8.
Figura 8 – Cobertura (a) aérea, (b) modular e (c) contínua
Fonte: Adaptado de Ecotelhado, 2018.
2.4.1 Contínua
Conforme SILVA (2011), trata-se do tipo de cobertura verde mais antiga e divulgada. Consiste em empregar a camada de solo imediatamente sobre a base previamente impermeabilizada.
Pereira (2007) aponta ainda que as camadas podem variar em sua composição conforme a base utilizada e o tipo de clima local, sendo que nas regiões de clima predominante frio, é necessária uma camada que terá a função de uma membrana isolante que evitará a condensação de vapor d’água. Já em lugares de clima quente, são necessárias as camadas impermeabilizante, de drenagem, de filtragem e de vegetação.
2.4.2 Modular
De acordo com Silva (2011), encontram-se no mercado, módulos fabricados com materiais biodegradáveis, já com o substrato e plantas crescidas, prontos para a aplicação direta em um sistema, podendo serem utilizados em coberturas planas e
inclinadas. Esses módulos possuem compartimentos capazes de armazenar água, garantindo longos períodos sem irrigação.
“É o sistema indicado para jardins extensivos e possui um limite para o substrato, de no máximo de 5 cm de profundidade” (SILVA, 2011, p. 31).
Seu uso também é indicado para situações em que a presença das bordas de contenção do módulo são convenientes, como no caso de hortas suspensas e canteiros.
2.4.3 Aérea
Nesse modelo de telhado verde, a vegetação não utiliza a camada de substrato como base, mas sim outro ponto de suporte para o seu desenvolvimento. Para Silva (2011), o tipo aéreo tem como vantagem não sobrecarregar a estrutura, além de permitir a utilização de plantas frutíferas. Em contrapartida esse tipo de telhado verde não oferece o mesmo isolamento térmico dos sistemas anteriores.
2.5 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO TELHADO VERDE
As vantagens ambientais que as coberturas verdes promovem de acordo com Garrido Neto (2012) principiam da restauração da natureza removida para o desenvolvimento das cidades, promovendo assim a melhoria do microclima local, um aumento da biodiversidade com a presença de plantas, e a criação de uma superfície permeável que absorve a água precipitada e a libera de forma controlada, reduzindo os picos de vazão de escoamento que chegam às redes de drenagem.
Por esse motivo, o telhado verde contribui para que não ocorram cheias nas cidades, diminuindo os prejuízos sociais e financeiros do ambiente urbano, evitando o transbordamento de rios, e mostrando-se assim como uma vantagem ambiental.
Segundo Dunnet e Kingsbury (2004, tradução nossa), na cidade de Portland, no Estado de Oregon, EUA, o uso de telhados verdes é incentivado para diminuir a poluição nos rios, dado que uma quantidade significativa de poluentes era levada dos telhados até os rios, através da chuva e pelo sistema de drenagem urbana, prejudicando a produção de salmões neles realizada.
Desta maneira, afirma Osmundson (1999 apud MEIMARIDOU, 2008), que quando aplicados em grande escala, os sistemas de coberturas verdes desempenham importantes papéis na conservação de um ecossistema saudável, sobretudo em grandes centros urbanos.
Segundo a IGRA (International Roof Association 2017), os benefícios do telhado verde se subdividem em públicos e privados. Os benefícios públicos são aqueles que englobam fatores como habitat natural para animais e plantas, capacidade de retenção parcial da água das chuvas, redução das “ilhas de calor” urbanas, redução da poeira e poluição. Já os benefícios privados são o aumento da vida útil da cobertura, redução dos níveis de ruídos internos e conforto térmico.
Para Silva e Duarte (2017), as vantagens também estão relacionadas à diferentes estações do ano, sendo que no verão, a cobertura verde evita a entrada de calor no interior dos ambientes; e no inverno, os mantém aquecidos, agindo como uma manta térmica isolante, trazendo economia no consumo de energia elétrica, uma vez que diminui o uso aparelhos aquecedores e condicionadores de ar.
Outro modo de demonstrar as vantagens promovidas pela implantação de um sistema de telhado verde, é considerando alguns aspectos físicos, químicos e biológicos, além de sociais e globais, conforme o Quadro 1 (MEIMARIDOU, 2008).
Quadro 1 – Vantagens em aspectos físicos, químicos, biológicos, sociais e globais
Fonte: Meimaridou, 2008.
De acordo com Silva (2011), uma das desvantagens do telhado verde é não poder cultivar alimentos em ambientes poluídos, pois as plantas acabam absorvendo a poluição atmosférica, contaminando os alimentos, tornando-os impróprios para o consumo.
Outro ponto importante de acordo com o CBCS (Conselho Brasileiro de Construção Sustentável 2014) é a instalação incorreta de telhados verdes, que podem trazer riscos à saúde pública. A proliferação de fungos causada por problemas de infiltrações, associada à má ventilação, podem acarretar em doenças cardiorrespiratórias, e assim, um conceito que tem por objetivo trazer conforto térmico e benefícios à saúde da população, torna-se um vilão, prejudicando a integridade física das pessoas e gerando gastos governamentais antes desnecessários.
O CBCS destaca também, que no Brasil, até o presente momento inexistem normas técnicas dedicadas para a construção de telhados verdes. Assim sendo, não
existem orientações adequadas para os profissionais, e limita a defesa do consumidor.
Para Meimaridou (2008), as desvantagens técnicas podem ser melhor compreendidas quando comparadas pela classificação do telhado verde. Sholz-Barth (2001 apud MEIMARIDOU, 2008) diz que o sistema intensivo apresenta como desvantagem a alta sobrecarga na estrutura, necessitando de reforço estrutural, elevando o custo inicial, além de exigir manutenção intensa. Para o sistema semi-intensivo McMilin (2005 apud MEIMARIDOU, 2008) descreve que as desvantagens são a média sobrecarga da estrutura, possível biodiversidade indesejada e manutenção periódica. Já para o sistema extensivo, Beattie e Berghage (2001 apud MEIMARIDOU, 2008) apontam que não são projetados para uso intenso de público e podem apresentar alteração da aparência da vegetação com a mudança das estações do ano.
Por fim, apesar das desvantagens citadas, o telhado verde mostra-se como uma proposta viável, necessitando ser estudada e apresentada de forma mais ampla, para promover a sustentabilidade na construção civil.
2.6 EFICIÊNCIA TÉRMICA
A parte da edificação que está exposta a radiação solar de maneira mais significativa é a cobertura. Sabendo da redução da durabilidade dos materiais devido as variações de temperaturas diárias elevadas, Lohmann (2008) aponta que é comum aparecerem manifestações patológicas, como a desintegração de materiais, delaminação ou descamação de partes dos componentes da cobertura.
Lötsch (1981 apud LOHMANN, 2008) cita que os grandes centros populacionais apresentam temperaturas maiores em relação às zonas rurais da cidade. A exemplo a cidade de Reinbek na Alemanha, apresenta temperaturas do ar no verão de 4ºC a 11ºC mais altas no centro da cidade em comparação a zona rural. A razão disso deve-se ao fato de que áreas permeáveis com árvores, arbustos e gramíneas foram substituídas por áreas impermeáveis de asfalto e concreto.
Roaf (2014) realça que nos últimos anos, a resposta da arquitetura para combater as altas temperaturas não tem sido criar soluções ambientalmente aceitáveis, mas sim, instalar aparelhos de ar-condicionado, sendo que nos EUA 40% da energia gerada é utilizada em sistemas de condicionamento de ar.
Conforme Dunnet e Kingsbury (2004 apud LOHMANN, 2008), se o prédio for projetado para possuir uma cobertura verde, certamente se diminuirá a potência e, consequentemente o consumo de energia do ar-condicionado, de forma que para cada redução na temperatura interna de 0,5º C, pode-se reduzir a potência do ar-condicionado em até 8%. Isso acontece pela diminuição do ganho térmico do ambiente externo, através da menor condutividade térmica que a vegetação proporciona. Dessa forma o telhado verde pode ser utilizado para diminuir ou até mesmo substituir os sistemas de ar-condicionado.
Essa redução de temperatura no ambiente externo pode ser melhor observada por meio de uma fotografia térmica, que converte as radiações infravermelhas em uma faixa visível do espectro, conforme a Figura 9, onde as áreas com telhado verde apresentam diminuição de temperatura em relação aquelas com telhados convencionais.
Figura 9 – Comparação de temperatura por fotografia infravermelho
Fonte: Gotscience, 2016.
Para Rocha (2011), essa diminuição da temperatura no interior da edificação também é bastante expressiva. Quando a temperatura interna é de 30 ºC, o telhado convencional exposto ao sol pode atingir mais de 70 ºC. Entretanto quando o telhado é verde, a temperatura em sua superfície se mantém entre 25 º e 30 ºC, diminuindo consequentemente a temperatura interna e o uso de aparelhos climatizadores.
Ainda de acordo com Rocha (2011), a cobertura verde influencia muito na economia de energia elétrica, ficando comprovado em testes reduções entre 18% e 73% no consumo, dependendo de fatores como clima local, posição e forma do telhado, e materiais utilizados.
A fim de demonstrar essa variação das temperaturas Morais (2004) realizou um estudo na cidade de São Carlos em São Paulo, em que compara medições de temperatura no interior de uma edificação de 5,23 x 3,60 m, com 2,21 m de altura, que foi dividida ao meio, possuindo uma parte com cobertura vegetal de 22 cm de substrato e a outra parte uma cobertura de laje impermeabilizada, conforme a Figura 10.
Figura 10 – Edificação para medições
Fonte: Morais, 2004.
Os resultados obtidos mostraram diferenças entre as medições de temperatura do ar realizadas no interior dos ambientes, sendo que atingiram variações de 1,2 ºC no inverno e 3,8 ºC no verão, comprovando a eficiência da cobertura verde em ambas situações. O período de medição foi de 05 a 12 de julho de 2004 para situação de inverno e de 15 a 22 de outubro de 2004 para situação de verão.
Outro estudo que apresenta o mesmo propósito foi realizado por Vecchia (2005), na Escola de Engenharia de São Carlos, USP, onde foram construídos cinco protótipos com iguais dimensões de 2,7 m x 2,2 m, e altura de 2,9 m, diferenciando apenas os sistemas de cobertura, conforme Figura 11.
Figura 11 – Protótipos para experimento
Fonte: Vecchia, 2005.
Os materiais utilizados para cobertura foram: telhas de aço galvanizado, telhas cerâmicas, telhas de fibrocimento de 6 mm, laje de concreto impermeabilizada e cobertura vegetal com 10 cm de espessura. Os resultados obtidos demonstraram que a cobertura vegetal tem uma amplitude térmica menor entre os sistemas propostos no estudo, conforme indica o Quadro 2.
Quadro 2 - Temperaturas internas do ar (tbs) nos sistemas de cobertura
Fonte: Vecchia, 2005.
Para Lohmann (2008) os resultados obtidos nos experimentos são derivados de características intrínsecas à cobertura vegetal. Entre essas características que garantem o isolamento térmico podem-se citar:
a) O colchão de ar, atuando como mau condutor térmico, formado pela vegetação que dificulta a propagação do calor;
b) A camada de vegetação que impede a chegada dos ventos à superfície do substrato, dado que sem a movimentação de ar, a perda de calor por convecção (efeito do vento) é quase nula;
c) Quando a temperatura do ambiente externo é mais baixa que a do ambiente interno, geralmente de manhã, a perda de calor da parte de dentro para a parte de fora é maior, formando-se orvalho na vegetação da cobertura. Minke (2004, tradução nossa) explica que, essa formação de orvalho aumenta a temperatura, pois na condensação de 1 g de água, libera-se 2217 Joules de calor;
d) Parte das ondas de radiação solar são absorvidas, e outra parte são refletidas pela cobertura vegetal, diminuindo a temperatura na edificação.
Lohmann (2008) menciona ainda que as vegetações que formam pastos apresentam melhores resultados na diminuição da temperatura, pois possuem um maior índice de área de folha verde por metro quadrado.
2.7 VIDA ÚTIL DA COBERTURA
De acordo Piergili (2007 apud Duarte e Silva, 2017), as matérias-primas utilizadas na construção civil possuem propriedades de absorver e armazenar a radiação solar, que são transmitidas aos ambientes em forma de calor. Esse processo é responsável por temperaturas até 17 ºC mais quentes nos ambientes. Essa característica de absorção, reduz a vida útil dos materiais, prejudicando também a durabilidade da edificação.
A reação inicial das pessoas em relação à cobertura verde, tanto de leigos como daqueles envolvidos em construções, é a de que ele “segurando” água irá aumentar a probabilidade de penetração, gerando goteira e umidade dentro da edificação. Atualmente, na verdade, se um método apropriado for usado na construção, as coberturas verdes poderão durar mais do que as convencionais, com óbvio custo-benefício (HENEINE, 2008, pg. 35).
Duarte e Silva (2007) descrevem também que com a inserção de um telhado verde sobre um telhado tradicional, além dos benefícios já conhecidos, a edificação estará protegida contra os raios ultravioletas, chuvas de granizo, vendavais, frio e calor. Tensões e dilatações provocadas pela oscilação diária de temperatura serão reduzidas, prolongando assim a vida útil dos componentes da cobertura.
3 METODOLOGIA DA PESQUISA
3.1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O projeto se desenvolveu em três partes, sendo elas, revisão bibliográfica, construção dos protótipos de testes e análise dos dados obtidos.
Para dar início ao projeto, foi realizada uma revisão bibliográfica sobre os seguintes temas: sustentabilidade, tipos de coberturas verdes e suas vantagens e desvantagens, conforme já apresentados no capítulo 2.
Essa revisão bibliográfica tinha por objetivo elaborar uma pesquisa detalhada sobre os principais temas relacionados com o trabalho, de forma a identificar tecnologias já existentes, estudos já realizados, e algumas conclusões que já foram obtidas, e com isso, ter uma base para a elaboração dos protótipos que foram a segunda etapa do trabalho.
A terceira parte foi a obtenção, análise e comparação dos dados obtidos por meio do experimento, com a finalidade de demonstrar os benefícios promovidos pela implantação de uma cobertura verde.
3.2 LOCALIZAÇÃO DOS PROTÓTIPOS
O município onde foi realizado o experimento da pesquisa sobre a análise do comportamento térmico de um sistema de cobertura verde em comparação a um sistema tradicional de cobertura com telhas de fibrocimento é Jaraguá do Sul, região norte do estado de Santa Catarina, em latitude 26º29'09" sul e uma longitude 49º04'01" oeste, com altitude média de 30 metros.
De acordo com o instituto de meteorologia WeatherSpark (2018), em geral a temperatura local oscila de 13 °C a 29 °C e raramente é inferior a 8 °C ou superior a 32 °C, porém a estação quente permanece por quase 4 meses, de 11 de dezembro a 2 de abril, com temperaturas diárias acima de 28 °C, o que viabiliza os sistemas de coberturas verdes.
3.3 CONSTRUÇÃO DOS PROTÓTIPOS
Os dois protótipos para o experimento foram construídos em escala reduzida, no entanto possuem elementos construtivos que são empregados na construção civil, tendo apenas como diferencial o sistema de cobertura. As construções possuem dimensões de 1.0 m x 1.0 m para base e 1.2 m de altura.
As células de teste foram construídas sobre um piso de pedra natural tipo miracema já existente no local, e para as paredes foram utilizados tijolos cerâmicos de seis furos (0.10 m x 0.14 m x 0.24 m). Foi deixado uma pequena abertura de acesso para o interior de cada protótipo, onde colocaram-se os termômetros, que ficaram posicionados no centro geométrico e próximos ao teto. Para armação da cobertura optou-se por madeira, devido a praticidade e baixo custo, e as telhas escolhidas foram do tipo fibrocimento 6 mm, sendo que em apenas uma unidade ocorreu a aplicação da cobertura verde.
Os protótipos foram construídos de forma a serem propícios para a implantação da cobertura verde em um telhado inclinado. Essa inclinação deve estar entre 5% e 35%, pois de acordo com Minke (2004, tradução nossa), esses valores caracterizam inclinação suave, que dispensa dispositivos de contenção.
A implantação no terreno obedeceu a trajetória aparente do sol, evitando que sombreamentos afetassem os resultados.
Para a construção do telhado verde, conhece-se que as camadas sobrepostas são: vegetação, substrato, drenagem e impermeabilização da cobertura. O sistema aplicado foi do tipo extensivo, que acrescenta pequena sobrecarga à estrutura.
Dessa forma, os materiais utilizados na construção deste sistema de cobertura estão descritos no Quadro 3.
Quadro 3 – Materiais utilizados
Estrutura de base Telha de fibrocimento 6 mm
Impermeabilização Fita Sika MultiSeal
Drenagem Manta geotêxtil e brita n°1
Substrato Terra preparada
Vegetação Grama esmeralda em rolo (Zoysia japonica) Fonte: Autor, 2018.
3.3.1 Estrutura de base
Refere-se a um sistema de cobertura tradicional no Brasil, possuindo estrutura de madeira e telhas de fibrocimento na cobertura, e paredes em alvenaria conforme Figura 12.
Figura 12 – Construção dos protótipos
Fonte: Autor, 2018.
A base de suporte para o telhado verde apresenta dimensões de 1.22 m x 1.10 m, com inclinação de 15 %, conforme Figura 13.
Figura 13 – Base de suporte
3.3.2 Impermeabilização
Após a base estar devidamente pronta, realizou-se a impermeabilização da superfície com a fita adesiva Sika MultiSeal que é composta por uma camada de adesivo asfáltico coberto por uma lâmina de alumínio, com o intuito de vedar os poros e eventuais emendas que ocorrem em telhas de fibrocimento quando empregadas em escala real, conforme Figura 14.
Figura 14 – Impermeabilização da base
Fonte: Autor, 2018.
Com a aplicação desta fita formou-se uma barreira impermeável, evitando a infiltração de água e outros agentes nocivos aos elementos construtivos.
3.3.3 Drenagem
O sistema de drenagem utilizado foi uma manta geotêxtil, Figura 15. Este material possui elevada resistência à ataques químicos e biológicos, garantindo uma maior eficiência e durabilidade. Além de leve e flexível, quando associada com o solo, tem a capacidade de drenar, filtrar e separar a água de impurezas.
Figura 15 – Manta geotêxtil
Fonte: Autor, 2018.
3.3.4 Substrato e vegetação
A vegetação utilizada foi a grama esmeralda (Zoysia japonica), plantada em um substrato composto de terra preparada com aproximadamente 6 cm de espessura, para que as raízes pudessem obter os nutrientes necessários para sua sobrevivência, conforme Figura 16.
Figura 16 – Grama esmeralda na cobertura (a) e cobertura tradicional (b)
De acordo com Lorenzi e Souza (2001), a grama esmeralda é uma herbácea ramificada, reptante, rizomatosa, perene e proveniente do Japão. Seu crescimento varia de 0.10 m a 0.15 m de altura. Além disso, pode ser cultivada em locais que recebem radiação solar de forma constante e exigem pouca manutenção. No entanto, não resiste a pisoteios e não tolera lugares sombrios, devendo ser plantada em terra fértil com irrigação natural ou artificial.
3.3.5 Termômetros
Em cada protótipo foi colocado um termômetro de magnésio que registra a temperatura em graus Celsius, conforme Figura 17. Este método foi escolhido porque é capaz de exprimir o comportamento térmico de cada estrutura, considerando que os distintos sistemas de cobertura possuem diferentes propriedades termofísicas. Assim, as temperaturas indicadas em cada protótipo expressam condições térmicas inerentes ao interior de cada ambiente, estando ambos submetidos as mesmas condições climáticas.
Figura 17 – Termômetro no interior de cada protótipo
Fonte: Autor, 2018.
Com o intuito de obter medições mais precisas, fecharam-se as aberturas dos protótipos com uma tampa de isopor de 20 mm, impedindo as trocas do ar interno com o externo conforme a Figura 18.
Figura 18 – Isolamento de cada protótipo (a) telhado verde e (b) tradicional
Fonte: Autor, 2018. 3.4 MÉTODOS DE AFERIÇÃO
Os valores de temperatura obtidos em cada protótipo por meio da observação dos termômetros fixados em seu interior, foram coletados num período em que a temperatura externa do ar esteve mais elevada, o que possibilitou resultados mais precisos. Assim, foram realizadas três medições a cada intervalo de hora, sendo uma para o protótipo com telhado verde, uma para o protótipo com cobertura tradicional e uma para o ambiente externo. As leituras começaram às 9 h e terminaram às 20 h, num total de 12 medições diárias, durante um período de 5 dias. Os dados coletados foram armazenados em forma de planilhas que posteriormente tornaram-se gráficos, o que garantiu melhor visualização e entendimento das alterações das temperaturas.
Conseguidos esses parâmetros, foram avaliados também, as características pertinentes à inércia térmica dos elementos construtivos utilizados, como o amortecimento térmico, que é a diminuição da temperatura máxima e a temperatura mínima registradas num determinado período de tempo, e o atraso térmico, que é o tempo transcorrido entre a ocorrência da máxima temperatura externa e sua manifestação na superfície oposta de um elemento construtivo.
Desta forma, com as medições comparativas entre os protótipos, foi possível perceber as diferenças no desempenho térmico que cada cobertura proporciona, tanto em amplitudes térmicas, quanto em valores máximos diários de temperatura, demonstrando que o emprego de telhados verdes, entregam maior eficiência na redução do calor durante períodos quentes, e diminuição da perda de calor para o ambiente em momentos mais frios.
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nesse capítulo são apresentados os resultados obtidos a partir das medições experimentais, e nas devidas comparações entre o comportamento térmico dos diferentes tipos de cobertura, seguindo a sequência metodológica proposta.
Os dois protótipos que são objetos de estudo desse trabalho, apesar de possuírem características físicas parecidas, diferem-se em suas coberturas, o que garante comportamentos distintos quando ambos são submetidos as mesmas variações climáticas.
4.1 PERÍODO DE TESTE
O desconforto térmico ocorre devido aos diversos fatores que modificam a uniformidade da temperatura do ambiente. Entre as principais causas dessa mudança pode-se citar as correntes de ar, e principalmente, o aumento da temperatura ao longo do dia.
Assim sendo, a necessidade de escolha de períodos em que as temperaturas fossem mais elevadas foi essencial para a obtenção de resultados mais expressivos. Dessa forma, os dias escolhidos foram quentes e sem chuva, sendo eles 01, 18, 23, 27 e 30 de outubro de 2018.
Durante o período do experimento, a temperatura externa máxima obtida por meio de termômetros foi de 35 °C no dia 01 de outubro, e a mínima de 21 °C no dia 19 de outubro. As máximas foram observadas geralmente entre as 12 h e 14 h, horário esse de maior irradiância solar, e as mínimas após às 18 h, quando diminuía a incidência de raios solares.
Esse comportamento típico pode ser alterado em função das condições climáticas vigentes, como o aumento de ventos, a ocorrência de chuvas, ou mesmo a chegada de uma frente fria. Para esse experimento foi desconsiderado a umidade relativa do ar.
Outro aspecto bastante significativo está relacionado a duração do dia, sendo que para dias mais curtos, há menor elevação da temperatura, ao passo que em dias mais longos, o aquecimento é mais acentuado.
4.2 COMPORTAMENTO TÉRMICO DOS PROTÓTIPOS
O Gráfico 1 demonstra os valores de temperaturas obtidos no dia 01 de outubro, sendo que esse dia se caracterizou por um sobreaquecimento, atingindo a marca de 35 °C para a temperatura externa. Entretanto, é possível notar que a temperatura no protótipo com cobertura tradicional alcançou 38,5 °C, em um momento em que a temperatura externa era de 34 °C, portanto 4,5 °C acima. Esse comportamento já era esperado pois, a telha de fibrocimento possui maior taxa de transmitância térmica quando comparado ao telhado verde, em que a temperatura atingiu sua marca máxima de 29,5 °C.
Gráfico 1 – Temperaturas registradas no dia 01/10/2018
Fonte: Autor, 2018.
Também é possível observar que a amplitude térmica, ou seja, a variação entre a temperatura máxima e a mínima, foi sensivelmente maior na cobertura tradicional, sendo a mínima de 28 °C ao fim do dia, e 38,5 °C em seu ápice, totalizando uma amplitude de 10,5 °C num período de apenas 6 h. Por outro lado, o telhado verde demonstrou-se muito mais estável nesse aspecto. Sua amplitude
térmica foi de apenas 2 °C num período de 7 h, sendo a máxima temperatura de 29,5 °C e a mínima de 27,5 °C.
Considerando a temperatura média durante o período de medição, temos 32 °C para o ambiente externo, 34,8 °C para a cobertura tradicional e 28,8 °C para a cobertura verde. Essa diferença de 6 °C a menos na média do dia em prol do telhado verde é uma característica fundamental para o conforto térmico das edificações, uma vez que a temperatura da pele se encontra entre 31 °C e 34 °C, o que significa que se temperatura for superior a estes valores, o corpo humano passa a adquirir calor por radiação.
Outra característica perceptível nos dois tipos de coberturas é que o atraso térmico ocorreu de forma mais intensa na cobertura tradicional. No intervalo de tempo de apenas 2 h, das 10 h às 12 h, uma diferença de 4 °C já era observada na cobertura tradicional, enquanto que na cobertura com telhado verde, foi preciso 5 h para que a diferença de 2 °C em relação ao exterior aparecesse.
No segundo dia de experimento, 18 de outubro, conforme Gráfico 2, a temperatura ambiente máxima foi de 26 °C. Porém mesmo apresentando um valor não muito alto, já foi suficiente para realizar o comparativo entre os dois protótipos.
Gráfico 2 – Temperaturas registradas no dia 18/10/2018
Segundo o Gráfico 2, a temperatura às 9 h da manhã era 24 °C, mas no interior de cada protótipo era apenas 23 °C. Essa diferença ocorreu porque a irradiação solar no começo do dia era fraca, não sendo suficiente para aquecer os protótipos interiormente. Conforme a irradiação foi aumentando junto com o passar das horas, a temperatura também aumentou, sendo que ao meio-dia atingiu a marca de 26 °C. Nesse instante a cobertura com telhado verde registrava 23,5 °C em seu interior, ou seja, 2,5 °C a menos que o ambiente externo. Já na cobertura tradicional registrava 27 °C, portanto 1 °C a mais do que a temperatura externa.
No entanto a maior diferença ocorreu às 13 h, enquanto que a temperatura externa estava em 25,5 °C, o protótipo com telhado verde marcava 23,5 °C e o protótipo com cobertura de fibrocimento marcava 27,5 °C. Assim, a diferença entre ambos foi 4 °C, o que representa um valor considerável para um dia não muito quente.
Devido a inércia térmica que a cobertura vegetal proporciona, as amplitudes térmicas internas são reduzidas. Conforme o gráfico 2, podemos observar que a amplitude térmica do meio externo no período do experimento foi 5 °C. Entretanto o protótipo que continha o telhado verde apresentou somente 2,5 °C, enquanto que o protótipo de cobertura tradicional apresentou 6,5 °C. Por isto, fica evidente a capacidade de uso do telhado verde como um meio de eficiência energética, pois em dias quentes ele ajuda a diminuir as temperaturas, diminuindo a amplitude térmica e consequentemente aumentado o conforto, e em dias frios, consegue diminuir a perda de calor para o ambiente, ajudando a manter aquecida a edificação.
No Gráfico 3, são apresentados os valores referentes ao terceiro dia de experimento.
Gráfico 3 – Temperaturas registradas no dia 23/10/2018
Fonte: Autor, 2018.
No terceiro dia de experimento, 23 de outubro, a temperatura ambiente no início das medições era 22 °C, sendo a mesma para a estrutura com telhado tradicional e 1 °C menor para a estrutura com telhado verde. Às 13 h, foi observado a temperatura máxima de 27 °C, e nesse momento a diferença entre os dois protótipos era de 5,5 °C, sendo o mais quente aquele que continha cobertura tradicional. Essa diferença continuou presente até as 17 h, diminuindo somente com o pôr do sol, quando a diferença entre eles caiu para 2 °C, demonstrando a menor inércia térmica da cobertura tradicional quando comparada ao telhado verde.
Também nota-se que as temperaturas tendem a se igualar no começo da manhã e no final da tarde, visto que a incidência de raios solares é menor ou nula nessas horas, fazendo com que as estruturas de tamanho reduzido percam calor rapidamente para o ambiente.
Apesar disso, as médias para o dia foram 24,6 °C para a temperatura ambiente, 26,1 °C para o protótipo com cobertura tradicional e 22,6 °C para aquele
com telhado verde. Logo, esse dia de experimento demonstrou uma pequena vantagem para o telhado verde no desempenho higrotérmico em relação a telhados com fibrocimento.
Gráfico 4 – Temperaturas registradas no dia 27/10/2018
Fonte: Autor, 2018.
O Gráfico 4 acima, apresenta os valores referentes ao dia 27 de outubro. Esse dia demonstrou-se novamente como um dia típico da primavera-verão, seco e quente, assim como o primeiro dia de teste, que melhor representou a condição ideal para a realização do experimento.
Pode-se notar pelo Gráfico 4 que, às 13 h, quando o valor da temperatura máxima do ar externo é 30,5 ºC, o valor da temperatura do ar interno no protótipo com cobertura verde registra 26,5 ºC, a medida que no telhado tradicional a temperatura interna chega a 33 ºC.
Assim como nos dias anteriores, o protótipo provido de telhado verde apresentou a menor amplitude térmica, 2,5 °C, enquanto que o outro protótipo apresentou amplitude de 9 °C. A temperatura média do dia no período de teste, para o ambiente externo foi 28,8 °C, enquanto que para o telhado tradicional foi 29,9 °C e para cobertura vegetal foi 25,8 °C.
Percebe-se que o processo das trocas térmicas é mitigado pelas camadas da cobertura verde, e que a superfície interna da cobertura verde está amortecendo o calor transferido, contribuindo com a minimização dos valores da temperatura interna do ar.
Para o último dia de experimento, 30 de outubro, os valores obtidos foram semelhantes aos registrados no dia 27, conforme o Gráfico 5.
Gráfico 5 – Temperaturas registradas no dia 30/10/2018
Fonte: Autor, 2018.
Novamente a amplitude térmica registrada para o telhado verde foi 2,5 °C, enquanto que para a cobertura tradicional foi 6,5 °C.
Também é possível notar que no protótipo com telhado verde houve uma oscilação de apenas 0,5 °C após às 13 h, de 23,5 °C para 23 °C, período em que a máxima temperatura externa foi registrada em 27 °C, demonstrando mais uma vez sua elevada inércia térmica, fazendo com que o pico de temperatura interna apresentasse uma defasagem e um amortecimento em relação ao meio externo e ao protótipo sem cobertura verde, no qual a temperatura máxima atingiu 29,5 °C e declinou para 23 °C no fim do dia.
4.3 COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS
Após a realização do experimento, pôde-se notar que os gráficos elaborados contendo os valores de temperatura externa e interna para os dois protótipos, estão semelhantes com outros estudos já feitos como os de Lohmann (2008), Vecchia (2005) e Vieira (2014).Tais autores também demonstraram que a cobertura verde proporcionou uma redução significativa nas temperaturas máximas durante o dia, como também, fez com que demorasse mais para dissipar o calor retido no interior da edificação ao anoitecer.
É importante salientar que as variações nos valores obtidos em relação aos estudos dos outros autores devem-se ao fato de que seus protótipos possuíam características diferentes ao do presente trabalho. Vecchia (2005) utilizou uma estrutura com laje para seus experimentos, além do mais, a camada de substrato possuía maior espessura.
Vieira (2014), construiu protótipos de madeira compensada naval, com espessura aproximada de 1 cm, o que difere de casas de alvenaria e até mesmo de casas de madeira. Desse modo, os resultados por ele obtidos demonstraram pouca variação entre ambiente externo e o interior de cada célula de teste, visto que a inércia térmica dessas paredes é muito pequena quando comparada a alvenaria. Para Vieira (2014, p. 28) “Muito provavelmente em uma casa com paredes convencionais, a temperatura interna não se elevaria tanto durante o dia”.
Lohmaann (2008) empregou na construção de seus protótipos placas cimentícias de madeira mineralizada que são utilizadas como isolante acústico e térmico, e laje de concreto armado de 5 cm. Esses métodos possibilitaram um melhor isolamento térmico e o alcance de resultados mais precisos.
O Quadro 4 a seguir, expressa os valores de temperatura obtidos por cada autor durante os períodos de testes.
Quadro 4 – Temperaturas obtidas por diferentes autores Autores/Período Temperatura Temperatura Externa do Ar °C Temperatura Interna do Protótipo com Fibrocimento °C Temperatura Interna do Protótipo com Cobertura Verde °C Vecchia (7 dias) Máxima 34 31 28,8 Média 27,2 24,5 22,4 Mínima 12,7 14,4 16,2 Amplitude 21,3 16,5 12,6 Lohmann (1 dia) Máxima 27,5 25,2 24 Média - - - Mínima 19 19 19 Amplitude 8,5 6,2 5 Vieira (6 dias) Máxima 35 36 34 Média - - - Mínima 26 26 26 Amplitude 9 10 8 Presente Estudo ( 5 dias) Máxima 35 38,5 29,5 Média 26,8 28,4 24,5 Mínima 21 21 21 Amplitude 14 17,5 8,5
Fonte: Vecchia 2005, Lohmann 2008, Vieira 2014, Autor 2018.
Conforme o Quadro 4, fica fácil identificar que os protótipos que possuíam apenas a telha de fibrocimento apresentaram maior amplitude térmica do que aqueles que continham uma cobertura verde, principalmente durante períodos em que a radiação solar foi maior, independentemente dos materiais utilizados na construção.
Também observou-se que os protótipos que continham telhas cobertas com vegetação apresentaram uma temperatura máxima menor do que o ambiente externo e daquelas coberturas sem vegetação.
No estudo desenvolvido por Vecchia (2005), a temperatura mínima registrada foi menor onde não havia telhado verde. Isso ocorreu pela baixa inércia térmica da telha de fibrocimento, que não foi capaz de manter a temperatura no interior do protótipo enquanto que a temperatura externa diminuía.
Dessa forma, percebe-se que o processo de trocas térmicas é mitigado pelas camadas da cobertura verde e pelo sombreamento causado pela vegetação, garantindo assim um melhor comportamento térmico, e conforto para os usuários.
4.4 ADAPTAÇÃO DA GRAMÍNEA ESCOLHIDA
Apesar da camada de solo disponível para a vegetação ser rasa quando comparado ao habitat natural, a gramínea de nome científico Zoysia japonica, da família Poaceae, popularmente conhecida como grama esmeralda, se adaptou muito bem ao substrato.
Mesmo após mais de 30 dias do seu plantio, não foi preciso regar, pois as chuvas desempenharam esse papel. Também não houve a necessidade de corte, visto que seu crescimento foi de aproximadamente 1 cm.
Assim, em razão dessas características, a grama esmeralda mostra-se como uma escolha acertada para coberturas verdes, visto que que não foi necessário cuidado nesse período de experimento, e provavelmente necessitará de pouca manutenção quando aplicada em uma edificação.
