ANÁLISE DO RUNOFF A PARTIR DE MATERIAIS VEGETAIS
RESIDUAIS FIBROSOS PARA USO COMO SUBSTRATO AGRÍCOLA EM
TELHADOS VERDES
Bruno Antônio Scatolin Rossafa Garcia1, Wellington Mary2, Luciene Pimentel da Silva3, Márcio
Alexandre Alberto4
Resumo
O crescimento populacional expressivo durante o século XX aliado ao aumento das demandas por alimentos e energia, em contexto de mudanças climáticas, implica na necessidade de realinhamento no desenvolvimento das cidades. Os telhados verdes contribuem para o desenvolvimento da agricultura urbana, aumentam a retenção de águas pluviais, contribuem na otimização do consumo de energia, na mitigação dos efeitos das ilhas de calor, aumentando a resiliência das cidades. Foram realizados estudos experimentais sobre a retenção hídrica promovida pela aplicação na cobertura de edificação pré-existente de materiais residuais vegetais obtidos a partir da casca do coco verde e do bagaço da cana-de-açúcar com vistas ao desenvolvimento de telhados verdes. Os resultados foram comparados ao desempenho de substrato comercial e de cobertura de telhas. Os três substratos promoveram a diminuição dos volumes iniciais de runoff, bem como retardo na ocorrência da vazão de pico. Embora, o substrato agrícola comercial tenha apresentado resultados mais vantajosos do ponto de vista da retenção hídrica, o uso dos materiais residuais vegetais além da redução do runoff, possibilitam o aproveitamento desses materiais, contribuindo na redução de resíduos no meio ambiente.
Palavras-Chave – telhados verdes, controle do runoff, materiais residuais vegetais
RUNOFF ANALYSIS OF VEGETABLE FIBRES WASTE MATERIALS
TO APPLY AS GROWING SUBSTRATE IN GREEN ROOFS
Abstract
The population growth that occurred during the 20th century associated to the increasing on demand for food and energy, in the context of climate change, implies on the need to re-adequate cities development. Green roofs contribute to urban agriculture, on increasing rainwater retention, optimizing energy consumption, on reducing the heat island effect, and on increasing city’s resilience. Hydric retention were studied based on experiments involving the use of vegetable fibres waste materials obtained from coconut husk and sugarcane bagasse on the roof of a pre-existent edification, to implement green roof. Results were compared to the performance of commercial substrate and to tile roof. The three substrates promoted reduction on runoff volumes, as well as delayed peak flow. Although the commercial substrate performed better on reducing runoff, the use
1 Bolsista, Departamento de Arquitetura e Urbanismo (DAU), Faculdade de Arquitetura, Universidade Federal Rural do
of the vegetables fibres waste material, apart of controlling runoff, allow the use of these materials, contributing on reducing waste.
Keywords - Green roofs, runoff control, vegetable fibres waste materials INTRODUÇÃO
Telhados verdes constituem uma solução construtiva que envolve a aplicação de vegetação com solo ou substrato, sobre superfície impermeabilizada da cobertura. De forma abrangente, é formado por camada impermeabilizante, camada antiraízes, camada de drenagem, camada filtrante, substrato e vegetação. São vários os benefícios dos telhados verdes para o desenvolvimento de cidades mais sustentáveis, entre eles, a retenção de águas pluviais, que podem contribuir no controle dos escoamentos superficiais e aumento da resiliência das bacias hidrográficas urbanas nos casos de crises hídricas. São inúmeros os trabalhos que relatam os benefícios dos telhados verdes na gestão das águas pluviais, e.g. diminuição e retardo da vazão de pico dos hidrogramas (VERSINI et al., 2015; LAMERA et al., 2014; LOIOLA et al., 2015); qualidade do runoff (LI e YEUNG, 2014; HARPER et al., 2015). Recentemente, várias cidades brasileiras têm incentivado com políticas públicas e legislação específica a introdução dos telhados verdes no meio urbano. A cidade do Rio de Janeiro, já dispõem de legislação para esse fim (Lei 6349/2012).
A retenção das águas nos telhados verdes dependem sobretudo da espessura e das propriedades de retenção do substrato agrícola (BERNDTSSON, 2010). A atividade agrícola gera e se beneficia do uso de resíduos da produção como subprodutos do beneficiamento de grãos, hortifruticultura, resíduos provenientes da casca do coco verde, banana, cana-de-açúcar (ROSA et al., 2002). Esses resíduos podem gerar transtornos tanto nas áreas rurais como nas cidades, que constituem centros de consumo.
O coco verde (Coccus nucifera L.) apresenta facilidade de comercialização, sobretudo por seu baixo custo e disponibilidade. Mas, o acúmulo da casca do coco descartada, agravada por seu volume, e dificuldades na logística para o correto descarte, trazem prejuízos ambientais, sobretudo nas cidades praianas como o Rio de Janeiro, onde o consumo da água do coco verde é elevado. Martins e Jesus Jr. (2010) estimam que sejam descartados no Brasil cerca de 7 milhões de toneladas de coco por ano. Esse resíduo, no entanto, que leva em média 12 anos para decomposição, pode ser usado como matéria prima em diversas atividades produtivas, com potencial de geração de trabalho e renda, entre elas, como substrato agrícola (SILVA, 2014; SILVA E FRANÇA, 2013). De forma análoga, o bagaço proveniente da moagem da cana-de-açúcar também têm potencial de reaproveitamento. Estima-se que são gerados anualmente cerca de 12 milhões de toneladas de bagaço. Atualmente, o bagaço já tem várias aplicações na economia brasileira, como alimentação animal, produção de combustível, cogeração de energia, entre outros. Devido sua alta concentração de nutrientes é também usado como substrato na produção do milho hidropônico (COSTA E BOCCHI, 2012).
O objetivo principal desse trabalho foi verificar o potencial de materiais residuais originados da trituração da casca do coco e do bagaço da cana-de-açúcar para uso como substrato em telhados verdes, sobretudo para controle dos escoamentos superficiais.
MATERIAIS E MÉTODOS Localização do experimento
Essa pesquisa foi desenvolvida no contexto do Projeto HIDROCIDADES (PIMENTEL DA SILVA et al., 2008), que toma como linhas metodológicas a pesquisa-ação (THIOLLANT, 2000), com foco na racionalização e conservação da água em áreas urbanas com geração de trabalho e renda. A pesquisa relatada nesse artigo foi desenvolvida na Escola Municipal Professor Teófilo Moreira da Costa localizada na rua Esperança, s/n, Vargem Grande, Rio de Janeiro. Foi utilizada uma edificação existente onde funcionava anteriormente um vestiário (masculino e feminino). Foi feito reforço no madeiramento do telhado, com a instalação de dois caibros (7,5 x 3,5 cm) além dos existentes, perfazendo um espaçamento de 0,60 m no sentido longitudinal, a fim de garantir a sobrecarga gerada pelo telhado verde. A construção é em alvenaria com dimensões de 6,0 x 4,0 metros de área, porém a área do telhado (cobertura) tem 7,0 x 4,5 metros, pé direito de 3,20 metros e cobertura em telhas de fibrocimento (“onduline” 6,0mm) sem a presença de laje, característica de construções simples e representativas da região. A inclinação do telhado é de 6%. Internamente, a construção é dividida ao meio por uma parede, gerando assim dois ambientes de iguais dimensões. Na Figura 1 pode-se observar a localização da Escola Teófilo na Cidade do Rio de Janeiro, Brasil.
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Figura 1.1 - Localização da Área de Estudo: Comunidade da Vila Cascatinha e Bacia Hidrográfica do Rio Morto - Baixada de Jacarepaguá, Rio de Janeiro. Fonte: Rosa
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Figura 1.1 - Localização da Área de Estudo: Comunidade da Vila Cascatinha e Bacia
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locais com cobertura de telhas de fibrocimento, infraestrutura de abastecimento de água e energia próprias;
• Localização da Escola;
• Público da Escola de ensinos fundamental e médio; • Escola Municipal durante o turno diurno e Estadual no noturno; • Atendimento a moradores da Vila Cascatinha, assim como referencial
dos moradores da Vila Cascatinha com a escola Teófilo.
Figura 3.1 - Localização da Escola Municipal Professor Teófilo Moreira da Costa e do Experimento do Telhado Verde. Fonte: Google Earth – acesso em 03/02/09)
3.2 O desenho do experimento
A Figura 3.2 apresenta o desenho experimental adotado. O telhado da construção preexistente foi dividido em duas partes de forma simétrica. O lado direito foi destinado ao plantio e o outro permaneceu sem alteração (testemunha). Sob o lado a ser plantado foi feito reforço no madeiramento do telhado. Foram instalados
Figura 1 - Localização da Escola Teófilo na Baixada de Jacarepaguá na cidade do Rio de Janeiro, RJ.
Desenho experimental
A Figura 2 apresenta o desenho experimental adotado. O telhado da construção pré-existente foi dividido em duas partes de forma simétrica. O lado direito foi destinado a cobertura com bagaço de cana e o outro com fibra de coco com espessura entre 10 (substrato agrícola comercial) e 15 cm (materiais fibrosos). Foram instaladas calhas coletoras independentes em ambos os lados. Cada uma drenando de forma independente para um reservatório, cada um com capacidade de 250 litros. Os
Em ambos reservatórios foram instalados sistemas simples com mangueira transparente para monitoramento dos níveis d’água. A simulação de chuvas foi feita a partir do sistema instalado de irrigação por aspersão (Figura 3).
Figura 2 - Desenho do Experimento do Telhado Verde.
Figura 3 - Sistema de irrigação por aspersão utilizado para simular efeitos da chuva nos testes de runoff dos telhados cobertos por bagaço de cana e fibra de coco.
Foi simulada uma chuva de 42 mm/h equivalente à maior vazão admitida no sistema de irrigação, avaliando os valores de runoff por 13 minutos. Os valores de runoff foram calculados a partir dos níveis d’água observados nas caixas coletoras e convertidos em L/s. Os valores de runoff obtidos foram comparados com os valores obtidos em experimentos de Oliveira et al. (2009) para testemunha (cobertura de telhas em fibrocimento sem vegetação) e cobertura com substrato agrícola comercial (BIOMIX).
Os dias para realização das simulações e avaliação do comportamento da retenção das águas pluviais apresentaram condições climáticas de céu aberto e baixa incidência de ventos. Antes do início da realização dos dois testes foi retirada uma amostra do substrato para análise de umidade em laboratório. No caso dos substratos fibrosos, foram retiradas amostras para análise da umidade também após a simulação.
APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS
Na Tabela 1 são apresentados o tempo de início e fim do runoff para cada tipo de substrato agrícola testado e testemunha (sem substrato). A Figura 4 apresenta os valores do runoff calculados ao longo do tempo para as condições da cobertura: Testemunha (telha sem substrato), Substrato BIOMIX, fibra da casca do Coco Verde e fibra obtida a partir do Bagaço da Cana-de-Açúcar, para simulação de equivalentes em intensidade de chuva de 42 mm/h durante 13 minutos de avaliação.
Tabela 1 - Volumes e duração do runoff para cobertura com fibras da casca de coco e do bagaço da cana-de-açúcar.
Tipo de substrato na cobertura
Início do runoff Fim do runoff
Testemunha 50 seg 4 min
BIOMIX 2 min 40 seg 27 min
Fibra casca de
coco verde 5 min 43 seg 55 min 58 seg
Fibra bagaço da
cana-de-açúcar 1 min 59 seg 1 h 29 min 45 seg
Figura 4 - Análise do runoff para diferentes substratos.
Enquanto o pico de runoff para cobertura tipo “testemunha” ocorre aos 5 minutos após o início da simulação, para o substrato comercial ocorreu aos 12 minutos, para a fibra da casca do coco após 11 minutos e para a fibra da cana, após 14 minutos. Ou seja, foram verificados retardos
Ressalta-se, no entanto, que foram observadas no período de desenvolvimento do experimento chuvas com durações mais longas e maiores intensidades do que a simulada. Adotando o critério para projeto de microdrenagem (tempo de recorrência de 10 anos e duração de 10 minutos) e equação de chuvas para Via 11, de acordo com orientação da Rio Águas, obteve-se a chuva de projeto aproximadamente igual a 174 mm/h.
Conforme observado por Oliveira et al. (2009) e diante dos resultados observados neste novo ensaio, observa-se que o melhor comportamento do substrato agrícola na redução do runoff, deve em princípio indicá-lo como melhor opção. No entanto, os outros substratos, além de também promoverem a retenção das águas pluviais, criam oportunidade de aproveitamento dos materiais vegetais residuais. Deve-se considerar a possibilidade de adição do material fibroso ao substrato agrícola comercial. Além disso, a mistura poderá minimizar o efeito negativo de arrasto de partículas observados em Oliveira et al. (2009) para o substrato agrícola comercial.
Na Tabela 2 são apresentados os resultados das análises de umidade dos substratos antes e depois da simulação de chuva. No caso do substrato comercial foi feita análise apenas antes da simulação e adotada a capacidade de retenção máxima de água (CRA) de 60% fornecida pelo fabricante. Ou seja, o substrato foi capaz de reter cerca de 10% (potencial máximo de retenção) a partir da simulação de chuva. Já nos casos da fibra de coco e bagaço de cana foram obtidos o potencial máximo de retenção através da análise de umidade antes e depois do ensaio de runoff. Observa-se para os materiais fibrosos maiores vazões de pico. Em princípio, isso poderia ser justificado pela decomposição dos materiais fibrosos, o que reduz a porosidade do substrato. Aparentemente, a decomposição foi de menor intensidade para a fibra de coco. Deve-se ainda considerar nesses resultados que a espessura da camada depositada sobre o telhado foi maior para os materiais fibrosos (~15 cm) do que para o substrato comercial (~10cm).
Tabela 2 - Percentual de umidade do substrato antes e depois da simulação da chuva. Tipo de substrato Umidade amostra de substrato ANTES do ensaio (%) Umidade amostra de substrato DEPOIS do ensaio (%) BIOMIX 49,45% 60% (fabricante) Fibra de coco 67,32% 73,27% Bagaço de cana 47,41% 59,38%
OBS: O potencial máximo de retenção de água do substrato no momento da simulação pode ser expresso pela equação 1.
POTmáx.% = CRA% - UA% Onde:
POTmáx% é o potencial máximo de retenção de água pelo substrato ou solo num dado instante;
CRA% é a capacidade de retenção de água do substrato comercial (valor tabelado); UA% é a umidade da amostra do substrato antes da simulação de chuva (num dado instante).
CONCLUSÕES
O objetivo principal da pesquisa foi avaliar o comportamento de materiais residuais vegetais fibrosos e de substrato agrícola comercial no controle do runoff, com vistas à aplicação desses materiais como substrato em telhados verdes. Os resultados observados demonstraram que todos os
materiais foram eficientes no controle do runoff. No entanto, em termos de redução e retardo do runoff, e diminuição da vazão de pico, o substrato comercial foi o mais eficiente. Por outra lado, os materiais fibrosos, além de apresentarem impacto positivo no controle do runoff, possibilitam o uso desses resíduos, contribuindo na redução dos mesmos no meio ambiente. Deve-se considerar a possibilidade de adição do material fibroso ao substrato agrícola comercial. A mistura poderá também minimizar o efeito negativo de arrasto de partículas observados para o substrato agrícola comercial em outros experimentos.
REFERÊNCIAS
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