UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
FRANCINE KAVISKI
DESEMPENHO TÉRMICO DE COBERTURA VEGETADA SOBRE GUARITA DE FIBRA DE VIDRO EXPOSTA A DIFERENTES CONDIÇÕES CLIMÁTICAS EM
CURITIBA
DISSERTAÇÃO
CURITIBA 2018
DESEMPENHO TÉRMICO DE COBERTURA VEGETADA SOBRE GUARITA DE FIBRA DE VIDRO EXPOSTA A DIFERENTES CONDIÇÕES CLIMÁTICAS EM
CURITIBA
Dissertação apresentada como requisito parcial à obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, do Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Área de concentração: Sustentabilidade, Meio Ambiente.
Orientador: Prof. Dr. Eduardo Leite Krüger. Coorientadora: Drª Cíntia Akemi Tamura
CURITIBA 2018
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação K21d Kaviski, Francine
2018 Desempenho térmico de cobertura vegetada sobre guarita de fibra de vidro exposta a diferentes condições climáticas em Curitiba / Francine Kaviski.-- 2018.
159 f.: il.; 30 cm.
Disponível também via World Wide Web. Texto em português com resumo em inglês.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Área de concentração: Sustentabilidade, Meio
ambiente, Curitiba, 2018. Bibliografia: p. 147-158.
1. Conforto térmico. 2. Isolamento térmico. 3. Fibras de vidro. 4. Calor - Transmissão. 5. Cobertura verde (Jardinagem). 6. Sustentabilidade. 7. Meio ambiente - Curitiba (PR). 8. Engenharia civil - Dissertações.
I. Krüger, Eduardo, orient. II. Tamura, Cintia Akemi, coorient. III. Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, inst. IV. Título.
CDD: Ed. 22 -- 624 Biblioteca Central da UTFPR, Câmpus Curitiba
Diretoria de Pesquisa e Pós-Graduação
TERMO DE APROVAÇÃO DE DISSERTAÇÃO Nº 150
A Dissertação de Mestrado intitulada DESEMPENHO TÉRMICO DE COBERTURA VEGETADA SOBRE GUARITA DE FIBRA DE VIDRO EXPOSTA A DIFERENTES CONDIÇÕES CLIMÁTICAS EM CURITIBA, defendida em sessão pública pelo(a) candidato(a) Francine Kaviski, no dia 12 de junho de 2018, foi julgada para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, área de concentração Meio Ambiente, e aprovada em sua forma final, pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil.
BANCA EXAMINADORA:
Prof(a). Dr(a). Eduardo Leite Krüger - Presidente - UTFPR Prof(a). Dr(a). Ariel Orlei Michaloski - UTFPR – UTFPR Prof(a). Dr(a). Patricia Regina Chaves Drach - UFRJ
A via original deste documento encontra-se arquivada na Secretaria do Programa, contendo a assinatura da Coordenação após a entrega da versão corrigida do trabalho.
Curitiba, 12 de junho de 2018.
A minha família, Delcio, Rosilda, Mariane e Lucas.
À Deus que me concedeu força e sabedoria para conduzir este trabalho. Ao meu orientador Eduardo Krüger que me propôs o desafio do conhecimento de coberturas vegetadas e pela valiosa orientação desse mestrado;
À minha coorientadora Cíntia Akemi Tamura pelo constante incentivo, apoio, direcionamento, reconhecimento e persistência na consolidação deste trabalho;
Aos meus pais Delcio e Rosilda pelos valores ensinados, constante atenção e auxílio na execução das minha ideias desatinas. A força-tarefa foi essencial para isto; À Mariane, exemplo de pessoa, ao amor e ao companheirismo de melhores irmãs, além de me amparar até a finalização deste trabalho;
Ao Lucas, pelo arrimo que representa e que me encoraja em qualquer circunstância;
Às famílias Scremin, Mattos Moraes, Medina, Martins, Cordeiro, Seki Kioshima, Klotz, Oliveira, que aceitaram minhas horas de ausência e contribuíram com boas energias ao desenvolvimento desse projeto;
Aos amigos: Eduardo Alberti, Fábio Salvador, Gustavo Volpato, Heloísa Chibicheski, Janaína Moraes, Juliana Biasi, que renderam conselhos e reforço psicológico nesse trabalho;
Ao apoio dos mestres arquitetos Adriano Dorigo e Armando Ito, que me aconselham e direcionam desde a graduação;
Ao casal Jeanne Moro e Cesar Setti que auxiliaram no transporte do protótipo; À Equipe do Laboratório de Mecânica dos Solos do DACOC. Ao Eclesielter, ao Alexandre, sobretudo ao Wagner pela assistência nos ensaios de granulometria. Ao DAMEN, ao Prof. Giuseppe Pintaúde e à Bárbara Heidemann;
À Diprotec Ltda, pela assessoria técnica e doação das mantas geotêxtis e geocompostas, sobretudo na pessoa do Luiz R.L. dos Anjos;
Ao companheirismo e torcida dos colegas da Salinha PPGEC, em especial Alessandra Weber, Fernanda Feltrim e Luna Steffen;
Ao apoio do PPGEC, em especial Maria Lígia e Jessika;
À Capes, pelo auxílio financeiro que possibilitou a realização deste trabalho; A todas as pessoas que, direta ou indiretamente, contribuíram para a execução desta dissertação de Mestrado.
“Eu começo com uma ideia e então ela se torna algo diferente.”
KAVISKI, Francine. Desempenho térmico de cobertura vegetada sobre guarita de fibra de vidro exposta a diferentes condições climáticas em Curitiba. 2018. 159 f. Dissertação de Mestrado – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2018.
O presente trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho térmico de uma cobertura vegetada em uma guarita de fibra de vidro para as condições climáticas primavera-verão de Curitiba/PR. A metodologia propõe a comparação da temperatura do ar e de superfícies no interior de guaritas em condição experimental (ME) e módulo controle (MC) para cinco diferentes configurações de composição de sistema (substrato; substrato e vegetação; substrato, vegetação e tela) e de condições da janela (aberta e fechada). O monitoramento das variáveis de temperatura do ar, superficiais e umidade do ar foi realizado entre primavera de 2017 e verão de 2018. A análise de conforto e estresse térmico seguiu parâmetros normativos de índice de bulbo úmido e temperatura de globo - IBUTG e temperatura efetiva - TE. Constatou-se que a envoltória de fibra de vidro, por Constatou-ser leve e de baixa resistência térmica, interfere diretamente na temperatura do ar em ambos os módulos. Evidenciou-se que o sistema de cobertura vegetada implantado no ME ofereceu amortecimento térmico bem como atraso térmico na superfície da cobertura. A temperatura de superfície interna em ME reduziu-se em até 12,1°C, na comparação direta com MC. Enquanto a mesma relação para monitoramento da temperatura interna do ar, foi de 2,5ºC. As horas iguais ou superiores a 30°C de IBUTG foram nulas, possibilitando a obtenção do conforto no ambiente de trabalho, o mesmo ocorrendo com os valores obtidos para o coeficiente de TE, os quais permaneceram dentro da faixa definida para conforto em 21 % das horas totais monitoradas. Finalmente, ao se comparar a estratificação térmica para as configurações adotadas para ME, evidenciou-se a capacidade de amortecimento térmico devido ao conjunto substrato-vegetação e à tela de sombreamento adotada.
ABSTRACT
KAVISKI, Francine. Thermal performance of a vegetated roof on fiberglass security booth exposed to different climatic conditions in Curitiba. 2018. 159 f. Master's Thesis - Graduate Program in Civil Engineering, Federal Technological University of Paraná. Curitiba, 2018.
This study aims to evaluate the thermal performance of a vegetated roof in a fiberglass security booth for the spring-summer climatic conditions of Curitiba / PR. The methodology was based on the comparison of an experimental module (EM) against a control module (CM) for five different configurations of the green-roof system (substrate, substrate and vegetation, substrate, vegetation and shading screen) and window conditions (open and closed). The monitoring of air temperature, surface and air humidity variables was performed between spring 2017 and summer 2018. The thermal comfort / thermal stress analysis followed normative parameters of the wet-bulb globe temperature index (WBGT) and the effective-temperature index (ET). It was found that the fiberglass booth, due to its low thermal mass, interferes directly with the air temperature in both modules. The green roof in EM reduced thermal fluctuation with time-lag effect in terms of surface temperatures. Internal surface temperature reduced by up to 12.1°C when compared to CM. The hours equal to or greater than 30°C WBGT were null, ensuring comfort conditions indoors, the same occurring with the values obtained for the ET coefficient, which remained within the comfort range at 21 % of the total monitored hours. Finally, thermal stratification in ME could be attributed to the substrate’s thermal capacity and vegetation cover and to the shading mesh.
Figura 1 - Levantamento de artigos na base Scopus - total ... 23
Figura 2 - Levantamento de artigos na base Scopus - termos ... 24
Figura 3 - Estrutura da pesquisa ... 26
Figura 4 - Zigurates ... 29
Figura 5 - Edificações da Islândia ... 30
Figura 6 - L’Anse aux Meadows, Canadá ... 30
Figura 7 - Casa Hehe, Tanzânia ... 31
Figura 8 - Jardim suspenso, Palazzo Piccolomini, Toscana - Itália ... 32
Figura 9 - Terraço, Abadia Saint-Michel, Normandia - França ... 32
Figura 10 - Villa Savoye, Paris - França ... 33
Figura 11 - Terraço Jardim, Villa Savoye, Paris - França ... 34
Figura 12 - FallingWater House, Pensilvânia – EUA ... 35
Figura 13 - Mietskasernen, Alemanha ... 36
Figura 14 - Componentes da cobertura vegetada ... 37
Figura 15 - Cobertura vegetal extensiva... 39
Figura 16 – Cobertura vegetada extensiva modular (a) e contínua (b) ... 40
Figura 17 - Cobertura vegetada semi-extensiva ... 41
Figura 18 - Cobertura vegetada intensiva ... 41
Figura 19 – Ano climático de referência plotado sobre o diagrama bioclimático da edificação, Curitiba ... 50
Figura 20 - Configuração do experimento durante o período do verão ... 52
Figura 21 – Disposição das camadas e dos equipamentos em uma mesma configuração ... 52
Figura 22 - Temperaturas máximas e mínimas médias de cada mês, ao longo de um ano, para Sedum e Herbácea na cobertura vegetada experimental ... 53
Figura 23 – Disposição dos equipamentos e camadas em teste ... 55
Figura 24 – Resultados de STR para todas as configurações em teste ... 56
Figura 25 - Configuração da guarita LC ... 58
Figura 26 - Configuração da guarita CV ... 58
Figura 27 – Modelos de guaritas em PRFV disponíveis no mercado ... 62
Figura 29 - Estudo de insolação dos módulos de pesquisa, a partir da
orientação norte ... 67
Figura 30 - Implantação dos módulos de pesquisa, experimental (a) e controle (b), fachada norte. ... 67
Figura 31 - Dimensionamento da guarita simples em teste ... 68
Figura 32 - Fotomontagem interna do módulo ME com apoio estrutural, com sombreamento e isolamento das aberturas e com árvore de sensores utilizados. ... 70
Figura 33 – Dimensionamento do protótipo para o ME ... 71
Figura 34 – Etapas de desenvolvimento da camada de estrutura do protótipo 72 Figura 35 – Execução da camada impermeabilizante ... 73
Figura 36 - Execução da camada de substrato ... 74
Figura 37 – Implantação da camada vegetal ... 75
Figura 38 – Implantação da tela de sombreamento sobre a cobertura vegetada ... 76
Figura 39 - Camadas do sistema de cobertura vegetada em teste ... 77
Figura 40 – Procedimento de análise de granulometria grossa a partir da separação do solo por peneiras ... 82
Figura 41 - Microtrac®, equipamento utilizado para determinação da granulometria fina ... 83
Figura 42 - Termômetro de globo manufaturado ... 89
Figura 43 - Módulos MC e ME e respectivas árvores de sensores utilizadas, em vista frontal (a) e em vista lateral (b) ... 90
Figura 44 - Disposição dos equipamentos para módulos ME e MC ... 91
Figura 45 - Posicionamento dos sensores para módulo controle ... 92
Figura 46 - Posicionamento dos sensores para módulo experimental ... 93
Figura 47 - Abrigo meteorológico RS1 HOBO Onset ® fixado ao tripé para monitoramento de temperatura e umidade externas do ar ... 94
Figura 48 – Curva granulométrica do substrato analisado ... 100
Figura 49 – Distribuição da temperatura externa do ar no período de análise da configuração 1SF ... 102
Figura 50 – Temperaturas superficiais internas do ME, e internas e externas do MC, no período de análise da configuração 1SF ... 103
(b) no período de análise da configuração 1SF ... 104 Figura 52 – Temperaturas superficiais internas do ME, e internas e externas do MC, referência do dia padrão para a configuração 1SF ... 104 Figura 53 – Distribuição da temperatura externa do ar no período de análise da configuração 2SVF ... 106 Figura 54 – Temperaturas superficiais internas do ME, e internas e externas do MC, no período de análise da configuração 2SVF ... 107 Figura 55 – Distribuição da temperatura superficial interna do ME (a) e do MC(b) no período de análise da configuração 2SVF ... 108 Figura 56 – Temperaturas superficiais internas do ME, e internas e externas do MC, referência do dia padrão para a configuração 2SVF ... 108 Figura 57 – Distribuição da temperatura externa do ar no período de análise da configuração 3SVA ... 110 Figura 58 – Temperaturas superficiais internas do ME, e internas e externas do MC, no período de análise da configuração 3SVA ... 111 Figura 59 – Distribuição da temperatura superficial interna do ME (a) e do MC (b) no período de análise da configuração 3SVA ... 112 Figura 60 – Temperaturas superficiais internas do ME, e internas e externas do MC, referência do dia padrão para a configuração 3SVA ... 112
Figura 61 – Distribuição da temperatura externa do ar no período de análise da configuração 4SVTA ... 114
Figura 62 – Temperaturas superficiais internas do ME, e internas e externas do MC, no período de análise da configuração 4SVTA ... 115 Figura 63 – Distribuição da temperatura superficial interna do ME (a) e do MC(b) no período de análise da configuração 4SVTA ... 115 Figura 64 – Temperaturas superficiais internas do ME, e internas e externas do MC, referência do dia padrão para a configuração 4SVTA ... 116
Figura 65 – Distribuição da temperatura externa do ar no período de análise da configuração 5SVTF ... 118
Figura 66 – Temperaturas superficiais internas do ME, e internas e externas do MC, no período de análise da configuração 5SVTF ... 119 Figura 67 – Distribuição da temperatura superficial interna do ME (a) e do MC(b) no período de análise da configuração 5SVTF ... 119
Figura 68 – Temperaturas superficiais internas do ME, e internas e externas do MC, referência do dia padrão para a configuração 5SVTF ... 120 Figura 69 – Diferença de temperaturas superficiais entre o ME
comparativamente ao MC, referência do dia padrão nas diferentes
configurações ... 122 Figura 70 – Temperaturas internas do ar no ME, e internas e externas no MC, em período de análise da configuração 1SF ... 123 Figura 71 – Temperaturas internas do ar no ME, e internas e externas no MC, referência do dia padrão para a configuração 1SF ... 123 Figura 72 – Temperaturas internas do ar no ME, e internas e externas no MC, em período de análise da configuração 2SVF ... 125 Figura 73 – Temperaturas internas do ar no ME, e internas e externas no MC, referência do dia padrão para a configuração 2SVF ... 126 Figura 74 – Temperaturas internas do ar no ME, e internas e externas no MC, em período de análise da configuração 5SVTF ... 127 Figura 75 – Temperaturas internas do ar no ME, e internas e externas no MC, referência do dia padrão para a configuração 5SVTF ... 128 Figura 76 – Diferença de temperatura externa do ar com temperaturas internas do ar do ME e do MC, referência do dia padrão nas três configurações ... 130 Figura 77 – Estratificação da temperatura de superfície externa, solo e interna ME, referência do dia padrão para as diferentes configurações. ... 136 Figura 78 – Estratificação da temperatura interna do ar do ME a 0,10m, a 1,10 e a 1,70m do piso, referência do dia padrão para as 3 configurações ... 137 Figura 79 – Índice de radiação entre o período de 23/05 a 11/06/2018,
configuração 2SVF Extra ... 138 Figura 80 – Distribuição da temperatura superficial interna do ME (a) e do MC(b) no período de análise da configuração 2SVF Extra ... 139 Figura 81 – Temperaturas superficiais internas do ME (a) e do MC (b),
referências dos dias 31/05 e 08/06/2018 para a configuração 2SVF Extra ... 140 Figura 82 – Estratificação da temperatura interna do ar do ME (a)
comparativamente ao MC (b), a altura 0,10m, a 1,10 e a 1,70m do piso,
comparativamente ao MC (b), a altura 0,10m, a 1,10 e a 1,70m do piso,
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Protocolo de pesquisa para análise bibliométrica ... 20 Quadro 2 - Tipologia de coberturas verdes e estimativas ... 39 Quadro 3 – Espécies vegetais para coberturas vegetadas extensivas
pré-selecionadas ... 79 Quadro 4 - Caracterização técnica dos equipamentos utilizados ... 88
Tabela 1 - Resultados de origem ... 21
Tabela 2 - Apuração de artigos e exclusão de duplicados ... 22
Tabela 3 - Resultados com exclusão automática - endnote® ... 22
Tabela 4 - Diretrizes construtivas para Zona Bioclimática 01 ... 49
Tabela 5 - Cargas do sistema de cobertura vegetada em teste ... 69
Tabela 6 - Composição de substratos avaliados para Curitiba-PR ... 78
Tabela 7 - Configurações e respectivos períodos de monitoramento e de análise ... 85
Tabela 8 – Dia padrão para análise do desempenho térmico das guaritas nas cinco diferentes configurações. ... 86
Tabela 9 - Equipamentos instalados no MC e devidas configurações de monitoramento ... 92
Tabela 10 - Equipamentos instalados no ME e devidas configurações de monitoramento ... 93
Tabela 11 – Caracterização do substrato analisado ... 100
Tabela 12 – Caracterização higroscópica do substrato analisado ... 101
Tabela 13 – Diferenças de temperaturas superficiais internas e externas do ME e do MC, referência do dia padrão (12/11/17) para a configuração 1SF ... 105
Tabela 14 – Diferenças de temperaturas superficiais internas e externas do ME e do MC, referência do dia padrão (08/12/17) para a configuração 2SVF ... 109
Tabela 15 – Diferenças de temperaturas superficiais internas e externas do ME e do MC, referência do dia padrão (22/12/17) para a configuração 3SVA ... 113
Tabela 16 – Diferenças de temperaturas superficiais internas e externas do ME e do MC, referência do dia padrão (04/01/18) para a configuração 4SVTA ... 117
Tabela 17 – Diferenças de temperaturas superficiais internas e externas do ME e do MC, referência do dia padrão (13/01/18) para a configuração 5SVTF ... 121
Tabela 18 – Diferenças de temperaturas internas e externas do ar no ME e no MC, referência do dia padrão (12/11/17) para a configuração 1SF ... 124
Tabela 19 – Diferenças de temperaturas superficiais internas e externas do ME e do MC, referência do dia padrão (08/12/17) para a configuração 2SVF ... 126
Tabela 20 – Diferenças de temperaturas superficiais internas e externas do ME e do MC, referência do dia padrão (13/01/18) para a configuração 5SVTF ... 129
Tabela 21 - Relação do índice IBUTG para o ME e o MC, referência do dia
padrão para as diferentes configurações ... 131 Tabela 22 – Temperatura efetiva para o ME e o MC, referência do dia padrão para as diferentes configurações com janela fechada ... 132 Tabela 23 – Temperatura efetiva máxima para o ME e o MC, referência do dia padrão para as diferentes configurações ... 133 Tabela 24 – Redução da temperatura de superfície entre ME e MC, por meio do índice de STR (máximo), referência do dia padrão para as diferentes
configurações ... 133 Tabela 25 – Relação da média de temperatura do ar externo com a máxima e o mínimo de temperatura superficial, de ME e MC, por meio do índice de ETR (máximo e mínimo), referência do dia padrão para as diferentes configurações
... 134
Tabela 26 – Estratificação da temperatura interna do ar para o ME e o MC, referência do dia 31/05/2018, configuração 2SVF Extra ... 142 Tabela 27 – Estratificação da temperatura interna do ar para o ME e o MC, referência do dia 08/06/2018, configuração 2SVF Extra ... 143
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas a.C. – Antes de Cristo
d.C. – Depois de Cristo FBL – Fibras do Brasil Ltda.
IBUTG – Índice de Bulbo Úmido e Termômetro de Globo IGRA – International Green Roof Association
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística INMET – Instituto Nacional de Meteorologia
INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia ISO – International Organization for Standardization
MC – Módulo Controle ME – Módulo Experimental NBR – Norma Brasileira
NR – Norma Regulamentadora
PNMA – Plano Nacional do Meio Ambiente PRFV – Plástico reforçado em fibra de vidro ZB1 – Zona Bioclimática 1
LISTA DE SÍMBOLOS
Cfb – Clima temperado marítimo (Classificação climática de Köppen) Clo – Resistência térmica da roupa
ºC – graus Celsius dB – Decibéis
m/s – Metro por segundo
N – Newton
kg/m² – Quilograma por metro quadrado kWh – Quilowatt-hora
TE – Temperatura efetiva UR – Umidade relativa do ar W – Watt
1 INTRODUÇÃO ... 13 1.1 PROBLEMA DE PESQUISA ... 16 1.2 OBJETIVOS ... 18 1.3 JUSTIFICATIVA... 18 1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 26 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 28 2.1 COBERTURAS VEGETADAS ... 28
2.1.1 Breve cronologia dos sistemas de coberturas vegetadas ... 28
2.1.2 Tipologia e caracterização dos sistemas de coberturas vegetadas ... 37
2.1.3 Componentes da camada vegetal e da camada de substrato ... 42
2.1.4 Desempenho e conforto térmico ... 45
2.1.5 Estado da arte ... 51
2.2 GUARITAS ... 60
2.2.1 Padrões de conforto do trabalho normatizados para guaritas ... 63
3 METODOLOGIA... 65
3.1 LOCALIZAÇÃO DO ESTUDO E IMPLANTAÇÃO DOS MÓDULOS... 65
3.2 GUARITAS ... 68
3.2.1 Módulo Experimental - ME ... 69
3.2.2 Desenvolvimento do protótipo ... 70
3.2.3 Seleção dos componentes ... 77
3.3 MONITORAMENTO ... 84
3.3.1 Cronograma de trabalho e configurações de análise ... 84
3.3.2 Definição dos períodos de análise ... 85
3.3.3 Equipamentos ... 88
3.3.4 Desdobramento da pesquisa ... 94
3.4 PARÂMETROS AVALIADOS ... 95
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 99
4.1 CARACTERIZAÇÃO DO SUBSTRATO ... 99
4.2 ANÁLISE DA TEMPERATURA SUPERFICIAL ... 102
4.2.1 Configuração 1SF – Substrato e janela fechada ... 102
4.2.2 Configuração 2SVF – Substrato, vegetação e janela fechada ... 106
4.2.4 Configuração 4SVTA – Substrato, vegetação, tela e janela aberta ... 113
4.2.5 Configuração 5SVTF – Substrato, vegetação e janela fechada ... 117
4.2.6 Comparação das configurações ... 121
4.3 ANÁLISE DA TEMPERATURA DO AR ... 122
4.3.1 Configuração 1SF – Substrato e janela fechada ... 122
4.3.2 Configuração 2SVF – Substrato, vegetação e janela fechada ... 125
4.3.3 Configuração 5SVTF – Substrato, vegetação, tela e janela fechada ... 127
4.3.4 Comparação das configurações ... 129
4.4 ANÁLISE DE CONFORTO TÉRMICO ... 130
4.4.1 Resultados para IBUTG ... 130
4.4.2 Resultados para TE ... 131
4.4.3 Resultados para STR e ETR ... 133
4.5 EFEITOS DE ESTRATIFICAÇÃO DE TEMPERATURA (TS E T) NO ME . 135 4.5.1 Temperatura superficial estratificada ... 135
4.5.2 Temperatura interna do ar estratificada ... 137
4.6 DESDOBRAMENTO DA PESQUISA ... 138
4.6.1 Análise de temperatura superficial – 2SVF Extra (Substrato, vegetação e janela fechada) ... 138
4.6.2 Efeito de estratificação de temperatura interna do ar estratificada – 2SVF Extra (Substrato, vegetação e janela fechada)... 141
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 144
5.1 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 146
REFERÊNCIAS ... 147
A sobrevivência da espécie é o principal norteador das ações instintivas realizadas pelos seres vivos. Neste contexto, a busca pela satisfação de necessidades básicas, como alimentação e abrigo, levou o ser humano à concepção e ao desenvolvimento de artefatos e tecnologias que atuassem como agentes facilitadores. A arquitetura vernacular se localiza neste contexto. Considerando fatores ambientais e os recursos naturais disponíveis, grupos humanos concebem edificações que atendam necessidades específicas, acomodando valores, realidades econômicas e estilos de vida (VASCONCELOS, 2000).
Historicamente, os dogmas do modernismo de Le Corbusier e a percepção das características bioclimáticas locais compuseram as estratégias construtivas dos anos 1930 a 1950 (ALMEIDA, 2008). Segundo levantamento da Divisão das Nações Unidas para a População do Departamento dos Assuntos Econômicos e Sociais - DESA (UNRIC, 2017), ao final de 1950, a população mundial que ocupava o meio urbano correspondia a 30%. No entanto, em 2014, a mesma havia aumentado consideravelmente, passando a representar 54% do total. Como reflexo deste crescente aumento, a partir da década de 1960, ocorreram alterações na morfologia das cidades. O porte das edificações foi elevado, e juntamente o uso de tecnologias ativas para climatização de ambientes internos, a exemplo das instalações de condicionamento de ar artificiais (ROAF; FUENTES; REES, 2014). Dialeticamente, a percepção do consumo de energia, da poluição e dos ruídos gerados por estes sistemas foram considerados irrelevantes (CORBELLA; YANNAS, 2003). Como consequência desta falta de conscientização, Roaf, Fuentes e Rees (2014) apontam que atualmente mais da metade do consumo mundial de energia advém de prédios localizados em países desenvolvidos, sendo que tais edificações são os maiores emissores de gases que alteram o clima em macroescala.
Como resposta a este cenário, ainda em 1960, se desenvolve o conceito de Bioclimatologia por Olgyay1, na qual a arquitetura é composta por um conjunto de
_______________
1 Victor Olgyay (1910-1970) foi arquiteto urbanista. Nascido na Hungria formou-se em Budapeste e lecionou em Princeton, Nova Jersey, EUA. Foi pioneiro na área de conforto com o estudo da bioclimatologia (AULICIEMS; SZOKOLAY, 1998; LAMBERTS; DUTRA; PEREIRA, 2005).
elementos construtivos favoráveis ao clima e ao conforto do indivíduo (LAMBERTS; DUTRA; PEREIRA, 2014).
Com esse mesmo intuito, no âmbito do retorno a práticas projetuais mais coerentes, o período de 1970 foi intensificado pelo planejamento sustentável e pela busca do conforto ambiental (LAMBERTS; DUTRA; PEREIRA, 2005). As políticas ambientais passaram a gerar programas e subsídios aos empreendimentos que proporcionavam superfícies verdes no meio urbano à medida que a indústria desenvolvia insumos e materiais tecnológicos de apoio (OSMUNDSON, 1999 apud COSTA, 2010).
Um dos primeiros movimentos preocupados com o aproveitamento da energia solar na construção surgiu em 1973, quando o preço do petróleo sofreu grande aumento, ocasionando a primeira crise energética. Esse fato estimulou a retomada de técnicas construtivas que buscavam a integração da arquitetura com o clima local (FROTA, 2004).
Somente nos anos 1980, discussões sobre aquecimento global, emissões de gases e impactos na camada de ozônio receberam maior atenção. No entanto, as consequências desfavoráveis das ações humanas em relação ao meio ambiente já eram perceptíveis, como o aumento crescente das temperaturas globais, evento que marcou a década de 1990. Por fim, consolidou-se a noção de que as edificações necessitavam ser projetadas de forma a atender simultaneamente a demandas energéticas e de conforto ambiental (ROAF; FUENTES; REES, 2014).
Tendo em vista as mais frequentes crises de fornecimento energético nos anos 1960 e a conscientização da finitude dos recursos do planeta das décadas seguintes, as políticas públicas reforçaram a necessidade da conservação do meio ambiente, recorrendo a medidas de racionamento e reformulação de conceitos, principalmente por meio de incentivos.
Em âmbito internacional, em meados de 1960 a Alemanha estimulou o crescimento das técnicas de coberturas vegetadas por meio de políticas ambientais. A partir disso, demais países desenvolvidos, como Suíça, Noruega, Itália, Reino Unido e EUA, também desenvolveram regulamentações e incentivos fiscais para as construções locais. Um exemplo dessas políticas é a estratégia adotada em Nova York. A cidade oferece créditos tributários federais de até US$ 1,80/ m² para projetos que adotem os padrões da American Society of Heating, Refrigerating and
(RANGEL et al., 2015).
No Brasil, a Constituição de 1988 tratou da temática do meio ambiente, e a partir dessa foi instituída a principal lei ambiental, o Plano Nacional do Meio Ambiental – PNMA, Lei nº 6938/81 como regulamentadora da proteção e da preservação do meio ambiente. Entretanto, segundo Rangel et al. (2015), a gestão da ocupação do solo urbano ainda carece de regulamentações apropriadas que coloquem o planejamento como diretriz norteadora do crescimento das cidades. Estas regulamentações, por conseguinte, devem promover a interação racional entre técnicas construtivas e os recursos materiais naturais disponíveis, sendo que as particularidades ligadas ao clima devem ser incluídas como fatores decisivos de projeto (SERRA, 1994).
Uma das técnicas projetuais que pode promover a melhoria da qualidade do espaço urbano, valorizando a preservação de recursos naturais e a adaptação às especificidades climáticas é a provisão de áreas vegetadas. Estas, entre outros benefícios, absorvem dióxido de carbono, produzem oxigênio e filtram o ar (YEANG, 2006). De acordo com o mesmo autor, uma única árvore pode capturar 160 kg de carbono/ano, o que corresponde a uma taxa de absorção de 1,63 kg/m².
Além destes fatores, constata-se que a presença de áreas permeáveis arborizadas nas cidades contribui na mitigação do efeito de ilhas de calor. Esse fenômeno ocorre em regiões que apresentam um acúmulo de calor devido à morfologia urbana e materiais de revestimento urbano com grande capacidade de absorção solar. Isto decorre geralmente em consequência de ruas estreitas e de edificações altas, que ocasionam áreas sombreadas e com baixo fluxo de ar, além da ação do calor antropogênico que provém de atividades humanas (BEVILACQUA et
al., 2017). Nestes cenários, é possível verificar que a presença de áreas permeáveis
arborizadas pode promover a ocorrência de temperaturas entre 6ºC a 8°C inferiores às áreas construídas, devido à ação de mecanismos como evapotranspiração, reflexão (albedo)2 e de zonas sombreadas (NIACHOU et al., 2001; CORBELLA; YANNAS, 2003).
_______________
2 Albedo é a fração da radiação do solar refletida em uma superfície. A origem desta terminologia advém do latim albus, quer dizer branco. Como variável, o albedo quantifica o percentual de radiação solar refletida por um corpo qualquer em relação ao total de radiação incidida.
O uso da tecnologia verde, de um modo geral, também é eficaz na minimização dos efeitos da insolação em coberturas, proporcionando conforto aos usuários nas edificações. A configuração desses sistemas usualmente utiliza diferentes técnicas sustentáveis, entre elas: coleta de água pluvial, utilização de materiais biodegradáveis, painel solar – Solar PV, telhados frios - Cool Roof, tetos reservatórios - Blue Roof e cobertura com vegetação - Green Roof.
A exploração de superfícies cobertas por vegetação como recurso arquitetônico é um conceito encontrado na literatura por meio de diversas nomenclaturas. Essa temática tem sido explorada em trabalhos científicos e em políticas públicas, dada sua capacidade de amenização dos efeitos indesejáveis do aquecimento por radiação solar no meio urbano. Além do eventual benefício estético, estas coberturas possibilitam a redução da poluição do ar urbana, amenizam amplitudes térmicas do ar e de superfícies por meio de associação de substrato e vegetação, a geração de energia, a captação de águas pluviais e a drenagem urbana, entre outros (MINKE, 2004; DIMOND; WEBB, 2017). No entanto, ainda que a utilização de coberturas vegetadas seja reconhecida como recurso válido para a melhoria de índices de conforto ambiental em edificações, com resultados satisfatórios em diversos estudos, as estratégias de ensaios que envolvem esse tipo de sistema de cobertura são pouco exploradas em módulos em escala real, sendo que a disponibilidade de recursos financeiros é um dos fatores que inviabiliza esse tipo de pesquisa.
1.1 PROBLEMA DE PESQUISA
Considerando a importância da inserção de superfícies vegetadas no meio urbano como mecanismo de captura de carbono e condicionamento passivo (acomodação térmica) tanto de áreas abertas quanto ambientes fechados, o presente trabalho propõe a avaliação do desempenho térmico de uma cobertura vegetada aplicada a guaritas em fibra de vidro.
Essas guaritas são fabricadas a partir do compósito plástico reforçado em fibra de vidro (PRFV), o mesmo utilizado em outros produtos tais como caixas d’água e
usualmente empregado na construção civil devido à sua leveza, desempenho mecânico, resistência à corrosão, custo reduzido no ciclo de vida, além de baixa degradabilidade do material (TECH COMPOSITES, 2018). Ademais, apresenta resistência mecânica comparável a materiais como madeira e metal. Entretanto, por ser um compósito de matriz polimérica de baixo custo de produção, promove grande geração de detritos tóxicos. Por isso, é essencial que a cadeia de processo produtivo deste material seja adequadamente controlada, de forma que riscos à saúde dos trabalhadores envolvidos em sua produção e a possibilidade de contaminações ambientais sejam eliminados (KEMERICH et al., 2013).
A temática de análise experimental do desempenho térmico de guaritas em fibra de vidro deu-se recentemente no Programa de Pós-Graduação de Engenharia Civil (PPGEC) da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). A pesquisa de Suetake (2017) consistiu na avaliação do desempenho térmico de coberturas de duas guaritas expostas às condições reais de intempéries, utilizando como isolantes mantas com três tipos de materiais: aglomerado de poliestireno rígido, papel alumínio e embalagens cartonadas.
O presente trabalho, portanto, propõe uma extensão ao trabalho de Suetake (2017). Busca-se identificar a viabilidade da cobertura vegetada como mecanismo de climatização natural para contribuição ao conforto térmico destes abrigos leves e com dimensões semelhantes. Com esta perspectiva, a pergunta que elucida o problema de pesquisa apresenta-se da seguinte forma:
QUAL O DESEMPENHO TÉRMICO DE UMA COBERTURA VEGETADA, IMPLANTADA SOBRE UMA GUARITA DE FIBRA DE VIDRO, EXPOSTA A
DIFERENTES CONDIÇÕES DO CLIMA EM CURITIBA?
Entende-se que ao responder a pergunta de pesquisa, será possível identificar a viabilidade da cobertura vegetada como mecanismo de climatização natural para contribuição do conforto térmico de edificações leves de dimensões semelhantes.
_______________
1.2 OBJETIVOS
A pesquisa dispõe como objetivo geral a análise comparativa do desempenho térmico de um sistema de cobertura vegetada com a cobertura original de guaritas de PRFV, situadas em Curitiba-PR. Para este fim, estabeleceram-se os objetivos específicos:
a) Desenvolver um protótipo de cobertura vegetada a ser aplicado em uma guarita de PRFV existente na Universidade Tecnológica Federal do Paraná – Sede Ecoville;
b) Verificar os dados climáticos referentes ao período de medição para definição de dias padrão e representação de dia de céu claro para análises posteriores;
c) Comparar simultaneamente o desempenho térmico da guarita módulo experimental vegetada (ME) versus guarita módulo controle (MC) durante o período primavera-verão em Curitiba-PR;
d) Avaliar diferentes configurações de composição do sistema de cobertura vegetada e guarita e analisar o comportamento térmico a partir dessas intervenções.
1.3 JUSTIFICATIVA
A dinâmica da construção proposta pela arquitetura bioclimática engloba, além do processo de políticas públicas, a redução do gasto energético, bem como a minimização da geração de poluentes na atmosfera (KEELER; BURKER, 2010). A análise de desempenho térmico possibilita o desenvolvimento de métodos que amenizem o calor absorvido pela radiação solar nas superfícies urbanas (CORBELLA; YANNAS, 2003).
temperatura do ar produzidas pela morfologia urbana ao nível do quarteirão, das praças, das ruas arborizadas ou não, espaços de escala menor, mas também importante. Do conhecimento objetivo das relações entre os edifícios, a vegetação e a temperatura dos espaços exteriores urbanos pode ser deduzida, também, da incidência direta e indireta da energia urbana: estimar trocas térmicas entre os edifícios e o entorno imediato, com ou sem vegetação (MASCARÓ; MASCARÓ, 2010, p. 39).
Permite também relacionar as prioridades de uma edificação a partir de forma, espaço e dispêndio energético (BROWN; DEKAY, 2004). De acordo com Corbella e Yannas (2003, p. 19), “Arquitetura Sustentável é a continuidade mais natural da Bioclimática, considerando também a integração do edifício à totalidade do meio ambiente, de forma a torná-lo parte de um conjunto maior”. Além da obra, o conforto do ambiente contribui para o consumo reduzido de energia e respectiva redução da emissão de poluentes no planeta.
A solução de implantação de coberturas vegetadas aumenta a refletância solar das superfícies (BEVILACQUA, et al. 2017), bem como reduz o gasto de energia e a emissão de gases de edificações (YEANG, 2006). Outros benefícios são a drenagem das águas das chuvas, a redução da amplitude térmica diária, o desempenho acústico e a maior durabilidade do sistema de cobertura (proteção aos raios solares) (MINKE, 2004; SAVI, 2012).
A manutenção desse sistema depende da qualidade de execução na fase inicial e por isso exige a demanda de mão-de-obra especializada cujo valor incide no custo final da obra (SAVI, 2012). Embora esse tipo de cobertura exija cuidados periódicos, apresenta vida útil em dobro, estimada em 50 anos, quando comparada ao sistema convencional de telhas cerâmicas (LOPES, 2007). Desta forma, considera-se relevante a possibilidade de aproveitamento de todos os benefícios oriundos de coberturas vegetadas quando aplicadas em guaritas.
Como ambiente de trabalho e ainda com exigência de atenção ininterrupta, é necessário que portarias e guaritas ofereçam condições de conforto e proteção (BRASIL, 2014). O estresse térmico influencia não só a produtividade como também a saúde de indivíduos no meio de trabalho; por isso, requer estratégias projetuais de baixo custo “propiciando conforto em edifícios não condicionados” (GIVONI, 1994, p. 909).
Com o propósito de se conhecer o grau de exploração do tema, Blank et
de coberturas vegetadas entre o período de 1969 a 2012. Como resultado, os autores identificaram que o tema só passou a ser explorado em pesquisas a partir de 1992. Foram identificadas 32 áreas de pesquisa que tratavam da utilização de coberturas vegetadas em diversos campos de pesquisa, demonstrando um crescimento anual da produção científica. No entanto, os estudos que avaliam a utilização de coberturas vegetadas na arquitetura são reduzidos quando comparados a outras áreas, a saber: caracterização de solo, especificação de espécies vegetais e níveis de retenção de águas pluviais, entre outros. Com isso, delineou-se o interesse pelo conhecimento de coberturas vegetadas caracterizadas como um campo multidisciplinar, bem como o alcance de resultados que contribuem para diversas aplicações.
Dada a diversidade de abordagens existentes para o tema, e de forma a contextualizar o objeto da pesquisa dentro do escopo das produções científicas relacionadas à arquitetura bioclimática, adotou-se a técnica de análise bibliométrica. Essa metodologia permite obter um panorama do grau de exploração dos principais assuntos correlatos à pesquisa, bem como evidenciar áreas que ainda demandam maior investigação. Como fonte para o levantamento dessas referências utilizou-se o repositório digital Scopus. Essa plataforma de dados catalogados é a maior referência quantitativa de resumos e de citações por meio de revisão por pares, além de incorporar ferramentas de busca que investigam, identificam, classificam e apuram a pesquisa (ELSEVIER, 2017). O tratamento dos dados por sua vez, realizou-se a partir do gerenciador de referências EndNote® X8.
Para estruturar esta avaliação, foi elaborado um protocolo de pesquisa, conforme apresentado no Quadro 1.
Quadro 1 - Protocolo de pesquisa para análise bibliométrica
Etapa Objetivos Materiais
1-Recorte Definição de termos, os quais deleguem a temática da
pesquisa, através de conceito e referência.
Seleção prévia acerca do tema.
2-Levantamento
Busca nos campos Title, Abstract e Keywords no repositório de dados Scopus e seleção de termos relevantes: “experimental green roof”; “green cover”; “green roof”; “living roof”; “plant evapotranspiration”; e “vegetated roof”
Base do Scopus.
3-Seleção Exclusão de artigos duplicados, sem resumo e sem
ano (2 etapas: automática e posteriormente manual). EndNote® X8
4-Análise
Leitura e fichamento dos artigos de interesse à pesquisa, elaboração do estudo de caso e referência de metodologias.
EndNote® X8 e Excel®
termos fundamentais, expressões que representam conceitos, os quais delimitaram o assunto. Para aproximação ao tema e compreensão da aplicabilidade desses termos, a fim de evitar interpretações errôneas, buscaram-se trabalhos do tipo artigos, dissertações e teses que explorassem a temática de superfícies vegetadas aplicadas à arquitetura. Inicialmente foram relacionados 13 termos e aplicados no Scopus, a utilizar campos Title, Abstract e Keywords4. Selecionaram-se então os seis constructos que retornaram a maior quantidade de resultados e relevância ao assunto proposto, considerados assim na análise bibliométrica. Foram estes: “experimental
green roof”, “green cover”, “green roof”; “living roof”; “plant evapotranspiration”; e
“vegetated roof”5.
Os trabalhos científicos selecionados atenderam aos seguintes critérios: (1) recorte temporal entre 2012 e 2017; (2) os termos deveriam constar em títulos, resumos ou palavras-chaves; (3) tipo de documentos avaliados restringido a artigos. Identificados na Tabela 1, a etapa de levantamento retornou um montante de 1221 artigos.
Tabela 1 - Resultados de origem
Termos fi %
1 “experimental green roof” 20 1,64
2 “green cover” 151 12,37 3 “green roof”; 924 75,68 4 “living roof”; 34 2,78 5 “plant evapotranspiration”; 35 2,87 6 “vegetated roof” 57 4,67 Total 1221 100 Fonte: A autora.
Perante a avaliação dos trabalhos encontrados no repositório de dados, independente da especificidade dos assuntos, observou-se que os termos possuem _______________
4 Título, Resumo e Palavras chave.
5 Telhado verde experimental, Cobertura verde, Telhado verde, Telhado vivo, Evapotranspiração de plantas, Telhado vegetado.
discrepância na frequência (fi) de citação. O termo “green roof” é o mais usual em 75,68% das citações, enquanto o termo “experimental green roof” que introduz somente uma variável6 a mais na expressão de busca representa 1,64% de indicações.
A próxima etapa consistiu na exclusão de artigos duplicados, que foi feita com a utilização do software EndNote® X8, resultando em 115 artigos. Retirou-se também de forma manual 2 artigos que não possuíam o autor. Estes dados são apresentados na Tabela 2.
Tabela 2 - Apuração de artigos e exclusão de duplicados
Critério de exclusão Seleção Total
Subtração de duplicados Automática 115
Sem autor Manual 2
Excluídos 117
Fonte: A autora.
Ao final destas etapas, obteve-se um banco com 1.104 publicações, cuja frequência por termos de busca é apresentada na Tabela 3.
Tabela 3 - Resultados com exclusão automática - endnote®
Termos fi %
1 “experimental green roof” 20 1,81
2 “green cover” 149 13,50 3 “green roof”; 890 80,62 4 “living roof”; 3 0,27 5 “plant evapotranspiration”; 32 2,90 6 “vegetated roof” 10 0,91 Total 1104 100 Fonte: A autora. _______________
6 Uma variável representa uma classificação ao objeto de estudo, na qual possibilita atribuição de qualidades, através da especificação de traços, de aspectos, etc., ou de quantidades, por valores ou propriedades (MARCONI; LAKATOS, 2003, p.242).
absolutos de publicações que tratam do tema desta pesquisa são ainda incipientes, quando comparados a demais áreas de estudo. Esta tendência é corroborada por estudo de Blank et al. (2013). Entretanto, constata-se uma tendência crescente da produção científica sobre o tema quando se analisa o volume total de publicações ao longo dos cinco anos avaliados (2012 – 2017), como apresentado na Figura 1.
Figura 1 - Levantamento de artigos na base Scopus - total
Fonte: A autora.
Ainda que a produção apresente tendência ascendente, ao final de 2015 identificou-se a redução no ritmo de produções de 14% em relação ao final do ano anterior, ou seja, 23 publicações. No entanto, a tendência geral de crescimento é representativa, apresentando comportamento linear ascendente.
Os dados obtidos permitiram verificar que o campo de pesquisas relacionadas à cobertura vegetada envolve as questões ambientais como principal problemática (Blank et al., 2013). A Figura 2 apresenta a disparidade de ocorrências para cada termo pesquisado, dentro do recorte temporal estabelecido.
120 172 184 161 229 238 100 120 140 160 180 200 220 240 260 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Vo lu m e de pu bl ic a ç õe s Anos
Figura 2 - Levantamento de artigos na base Scopus - termos
Fonte: A autora.
Observa-se que o termo “green roof” teve 597,32% mais publicações que o termo “green cover”, segundo termo mais citado. Quando comparado à média de publicações dos demais termos pesquisados, as ocorrências registradas para o termo correspondem a 2.079,4% a mais de publicações.
Deste modo, os termos pré-selecionados para síntese do conhecimento existente são relevantes, entretanto, apresentam especificidades relatadas a seguir:
a) Termo “experimental green roof” concentra publicações que envolvem estritamente a temática de cobertura vegetada em análises bioclimáticas e em análises de materiais que compõem as camadas; b) Termo “green cover” apresenta número significativo de publicações,
porém há pouca aplicabilidade no objeto desta pesquisa. O termo é utilizado no contexto de abordagem multidisciplinar, envolvendo áreas de agronomia, arqueologia, arquitetura, biologia, engenharia, química, urbanismo. Estudos se distribuem, por exemplo, nas áreas de cultivo, monitoramento de coberturas verdes e análise de sensações, genética das plantas, análise de substratos e compósitos químicos do solo,
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Vo lu m e de pu bl ic a ç õe s Anos
1 - experimental green roof 2 - green cover 3 - green roof 4 - living roof 5 - plant evapotranspiration 6 - vegetated roof
Entretanto, a relevância do termo se distingue para áreas de análise sobre coberturas verdes em macroescala;
c) O termo “green roof” apresentou maior abrangência e aplicabilidade para o objeto de estudo. É um termo genérico para abordagem da cobertura vegetada em diversas perspectivas e escalas. Exige maior cautela quanto à interpretação, porém permite maior compreensão da temática;
d) O termo “living roof” é usual em áreas de estudos hídricos, com foco na drenagem de águas pluviais. Entretanto, é possível identificar trabalhos que contribuam para o objeto da pesquisa;
e) O termo “plant evapotranspiration” é de baixa relevância a perspectiva de análise quanto ao desempenho térmico de cobertura vegetada. Observa-se empregabilidade usual para áreas de estudos hídricos e industriais, com enfoque na interação entre planta e solo. Ainda assim, foi possível identificar trabalhos que contribuam para o objeto da pesquisa quanto às especificidades da camada de drenagem;
f) O termo “vegetated roof” demonstrou-se relevante para o objeto da pesquisa. As linhas de pesquisa identificadas são restringidas às temáticas de avaliação de escoamento hídrico, de conforto acústico, de composição química dos substratos e de análises ocorridas em períodos frios ou microclima diferenciado - semiárido.
Desta forma, embora a temática de coberturas vegetadas seja alvo constante de pesquisas ambientais, verifica-se que há investigação crescente do tema em relação à abordagem de experimentos em condições reais.
A relevância de análise do desempenho térmico, portanto, supera o interesse de qualidade e bem estar do ambiente construído. Por meio deste estudo bibliométrico comprova-se a contribuição de estratégias de recursos e de técnicas construtivas para avanço do mercado, bem como melhorias ao clima urbano. Deste modo, como complemento a estudos já realizados, a avaliação do desempenho térmico de coberturas vegetadas e do comportamento delas em ambientes de atividades humanas visa à aplicabilidade em projetos arquitetônicos e à viabilização no mercado civil.
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO
A organização textual desta pesquisa está apresentada em cinco capítulos. O primeiro capítulo introduz o tema de pesquisa: sua problemática, justificativa, objetivos e estrutura (Figura 3).
Figura 3 - Estrutura da pesquisa
Fonte: A autora.
O segundo capítulo discorre sobre a fundamentação teórica definida a partir de análise bibliométrica com recorte temporal de cinco anos antecedentes à elaboração dessa pesquisa. Nesse item, são apresentados estudos referentes a coberturas vegetadas, ao desempenho térmico e a guaritas de fibra de vidro.
No terceiro capítulo, é feita a caracterização da pesquisa e do objeto, bem como a apresentação da metodologia utilizada. São especificados os equipamentos e os protocolos adotados para quantificar as variáveis do sistema através de medições
teto da guarita e no centro do ambiente interno da guarita.
Os resultados e as análises de configuração espacial e do comportamento das coberturas são apresentados no quarto capítulo, e o quinto capítulo expõe as conclusões, contribuições e limitações do estudo.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste capítulo são apresentados os conteúdos relevantes ao tema desta pesquisa, bem como o embasamento técnico de suporte à fase de testes experimentais. A seção 2.1 aborda o objeto de estudo, as coberturas vegetadas, a partir da análise cronológica desse sistema construtivo, subitem 2.1.1. Ademais, são apresentadas as tipologias encontradas no mercado (2.1.2) e a caracterização dos componentes materiais que particularizam a composição do sistema (2.1.3). No subitem 2.1.4, são exploradas características técnicas das camadas da cobertura vegetada com relação ao comportamento, ao desempenho e ao conforto térmico, bem como benefícios advindos de sua utilização. No subitem 2.1.5, são identificados estudos relevantes dentro da temática. Por fim, se fez necessária a apresentação das guaritas utilizadas na presente pesquisa; na seção 2.2 são apresentadas suas principais características, bem como parâmetros normativos do conforto do trabalho.
2.1 COBERTURAS VEGETADAS
Sistemas de coberturas vegetadas são compostos por uma camada vegetal justaposta ao substrato, implantados geralmente sobre telhados ou lajes impermeabilizadas, com ou sem inclinação. Na literatura, encontram-se diversas denominações para este recurso: cobertura verde, cobertura verde leve (CVL), cobertura vegetada, cobertura naturada, cobertura viva, jardim suspenso, ecotelhado, telhado verde, telhado vivo, teto verde, telhado jardim, entre outros. Para esta pesquisa, adotou-se o termo cobertura vegetada.
2.1.1 Breve cronologia dos sistemas de coberturas vegetadas
Conforme Peck e Kuhn (2003), sistemas que exploram como recurso de condicionamento passivo as coberturas vegetadas não apresentam inovação
combinação de plantas e solo (PECK; KUHN, 2003). Neste contexto, este sucinto histórico apresenta alguns exemplos de utilização de coberturas vegetadas, das edificações vernaculares às construções contemporâneas.
Datados entre o período de 600 a.C. e 450 a.C., os zigurates7 representam as primeiras evidências da presença de vegetação em coberturas. A Figura 4 apresenta um exemplo desta tipologia.
Figura 4 - Zigurates
Fonte: Archaeology Magazine (2013).
Essas edificações, mais conhecidas como jardins suspensos da Babilônia, localizavam-se na região situada atualmente no território do Iraque (OSMUNDSON, 1999 apud COSTA, 2010). Em um clima definido por verões e invernos rigorosos que intensificam a umidade local, essa tipologia construtiva característica dos povos mesopotâmicos favorecia o condicionamento térmico das edificações (RANGEL et al., 2015).
Outros exemplos de utilização da vegetação em coberturas são encontrados em povoados da Islândia e Escandinávia A Figura 5 apresenta um exemplo deste tipo de construção com cobertura vegetada.
_______________
7 Etimologia derivada do Oriente Médio, zigguratu, que significa cume, montanha. Construção monumental característica da arquitetura religiosa da Mesopotâmia, composta por uma forma piramidal. Esta era constituída por patamares, rampas e escadarias, no qual no topo localizava-se um santuário.
Figura 5 - Edificações da Islândia
Fonte: Florios (2016).
Esta tipologia surgiu devido à escassez de madeira nestas localidades. Como alternativa a este recurso natural, os agrupamentos humanos utilizavam turfas8 para impermeabilizar as coberturas e manter o interior aquecido (MINKE, 2004). Com esta mesma finalidade, regiões frias como Estados Unidos e Canadá (LOPES, 2007) difundiram essa tipologia de construções vernaculares com coberturas vegetadas a envolver a edificação. A Figura 6 apresenta exemplo de construção com este tipo de cobertura, L’Anse aux Meadows9, localizado no Canadá.
Figura 6 - L’Anse aux Meadows, Canadá
Fonte: eCycle (2017).
_______________
8 Etimologia derivada do termo céspede, que significa torrão de terra revestido por ervas gramíneas. Eram compostas por camadas tecidas por várias espécies de musgos, cuja lenta formação ocorria a partir da decomposição anaeróbica, podendo apresentar variações na consistência e cor.
9 L’Anse aux Meadows significa “Caverna das águas vivas”. É um sítio arqueológico localizado no
extremo norte da ilha de Terra Nova/ Canadá. Em 1978, a Unesco declarou este vilarejo patrimônio mundial. Ele foi reconstruído a partir de registros e vestígios locais, sendo atualmente um exemplo da tipologia das cidades dos povos nórdicos (vikings).
configurações dessa tipologia. Localizadas nos territórios norte-americanos, utilizavam superfícies verticais e horizontais vegetadas de forma a proteger paredes e telhados de chuvas e ventos. No entanto, permanece incerta a real origem da vegetação, se foi resultado de um crescimento proposital, ou ocorreu por propagação natural (MENDES, 2014).
Pouco se conhece sobre os detalhes construtivos associados ao período de tempo e à existência nas civilizações passadas. Compreende-se que coberturas verdes também eram utilizadas como elemento de resfriamento de ambientes internos, caso de regiões quentes como a Tanzânia (PECK; KUHN, 2003). A Figura 7 demonstra a forma conceitual desse modelo de cobertura.
Figura 7 - Casa Hehe, Tanzânia
Fonte: Minke (2004).
Nestas condições climáticas, a alta temperatura do ar externo é amenizada quando em contato com a superfície de substrato e vegetais. Por meio do sombreamento e da capacidade térmica dos componentes desse tipo de cobertura é que o ambiente interno se mantém isolado (MINKE, 2004).
Estudos arqueológicos na região da Pompéia10, na Itália, permitiram identificar vestígios da utilização de plantas em terraços das edificações (COSTA,2010). Outros
_______________
10 Pompéia tinha cerca de 20.000 habitantes quando foi assolada pela erupção do vulcão Vesúvio em 79 d.C.
exemplos mais recentes de utilização deste recurso são encontrados no período Renascentista, como os clássicos mausoléus e demais edifícios, datados do século XIV ao XVI. Cultivavam-se árvores nas coberturas destas edificações para finalidades estéticas, de forma a demonstrar o poder do homem em relação à natureza. Essa prática persistiu até o período renascentista, na forma de jardins suspensos. As Figuras 8 e 9 representam exemplos de aplicação de coberturas vegetadas encontradas na Itália e na França.
Figura 8 - Jardim suspenso, Palazzo Piccolomini, Toscana - Itália
Fonte: Paesionline (2018).
Figura 9 - Terraço, Abadia Saint-Michel, Normandia - França
Observa-se que as coberturas vegetadas desse período derivavam da preocupação formal arquitetônica e da busca pelo enquadramento estético. Ao vencer desníveis topográficos da edificação de maneira harmônica, esta técnica, vinculada a edificações monumentais, agregava valor de posse e status aos seus proprietários, indivíduos poderosos daquela sociedade (OSMUNDSON, 1999 apud COSTA, 2010). Exemplos contemporâneos podem ser encontrados na produção arquitetônica resultante do movimento modernista. Em meados dos anos de 1920, é fundamentada a ideia de megaestrutura pelo arquiteto Le Corbusier11. A Figura 10 apresenta imagem da Villa Savoye, exemplo determinante dos elementos construtivos priorizados nesse período.
Figura 10 - Villa Savoye, Paris - França
Fonte: Bragaia (2010).
Entre suas contribuições para a arquitetura, Le Corbusier reformulou a linguagem arquitetônica para o século XX com os cinco pontos: construção sobre pilotis, terraço-jardim, planta livre, fachada livre e janela em fita. (BAKER, 1998). A Figura 11 apresenta o terraço jardim dessa mesma construção. Projetada para ser uma área de lazer, possui diversos canteiros que receberam coberturas vegetadas, _______________
11 Le Corbusier (1887-1965) arquiteto vanguardista e planejador urbano. Nascido na suíça e naturalizado francês, cursou artes e ofícios em sua cidade natal e trabalhou no estúdio parisiense de Auguste Perret.
elemento que favorece a climatização dos ambientes situados abaixo dela por meio da exploração da capacidade térmica do solo.
Figura 11 - Terraço Jardim, Villa Savoye, Paris - França
Fonte: Bragaia (2010).
As técnicas construtivas então adotadas permitiam o controle da radiação solar, da permeabilidade do ar, da inércia térmica e da vegetação integrada à construção por meio de diversos recursos arquitetônicos. Estes benefícios eram obtidos com a utilização do brise-soleil, dos pilotis e dos terraços jardins, bem como a correta especificação da estrutura em relação à volumetria e à orientação da edificação (BAKER, 1998; REQUENA-RUIZ, 2012).
No mesmo período, Frank Lloyd Wright12 introduz como concepção projetual a prática da arquitetura orgânica, na qual a construção é entendida como elemento integrante da paisagem natural (PECK; KUHN, 2003). A Figura 12 apresenta imagem da Fallingwater House, exemplo maior deste partido projetual.
_______________
Figura 12 - FallingWater House, Pensilvânia – EUA
Fonte: Fracalossi (2012).
O projeto da FallingWater explora o uso do terraço na edificação. A cobertura comum conta com vegetação de envoltória, ou seja, de uma massa vegetal que funciona como elemento de composição, sendo que a edificação é inserida dentro desse ambiente. Entretanto, nesse momento, Wright não levava em consideração as propriedades físicas da vegetação na construção, tampouco mensurava o impacto econômico e ambiental possibilitado por meio do uso desse recurso na construção (PECK; KUHN, 2003).
Na década de 30, foi publicada a Carta de Atenas13, quando o continente europeu elegeu a adoção de técnicas e práticas sustentáveis na concepção de edificações, muito antes do conceito de arquitetura bioclimática. Tal resolução se deu como resultado das condições do clima local e da limitação de recursos naturais do período pós-guerra, quando se buscou reconstruir cidades e combater a crescente degradação ambiental (FERRAZ, 2012).
O pensamento de cuidado ambiental estendeu-se ao período pós-modernista, datado entre os anos 1950 e 60, em virtude do contexto de “risco de um colapso ecológico” (RANGEL et al., 2015, p. 398). A partir de discursões no âmbito sustentável,
_______________
13 Carta de Atenas é um documento elaborado em novembro de 1933 pela Assembleia do Congresso Internacional de Arquitetura Moderna – CIAM, composto por arquitetos, em debate da arquitetura moderna suprir necessidades da sociedade frente problemas do crescimento urbano, mecanização da produção e alterações do transporte (IRAZÁBAL, 2001).
em 1961, Reinhard Bornkamm14 publica o primeiro estudo que tratava de coberturas vegetadas, localizadas em cinquenta coberturas do cortiço alemão conhecido como
Mietskasernen15 (NETO, 2014). A Figura 13 apresenta um exemplo desses conjuntos
habitacionais.
Figura 13 - Mietskasernen, Alemanha
Fonte: Marjolein (2011).
Nestas coberturas, as superfícies eram compostas, primeiramente, por betume (camada impermeabilizante), sendo posteriormente cobertas por areia e cascalho. Formava-se assim uma camada protetora contra o risco de incêndios e permitia-se, naturalmente, o crescimento da vegetação (BELLINI; DAGLIO, 2015). Segundo Bellini e Daglio (2015), tais construções serviram como base para a técnica construtiva objeto desta pesquisa, sendo que algumas dessas estruturas foram preservadas até o século XX.
A partir da década seguinte (1970), inúmeras pesquisas abordaram as camadas da cobertura vegetada, bem como seus componentes, da micro à _______________
14 Reinhard Bornkamm, (1931-) professor do Instituto de Ecologia da Universidade Técnica de Berlim e pesquisador pioneiro de trabalhos experimentais com coberturas vegetadas.
15 Após a unificação alemã em 1871, Berlim foi urbanizada de forma não regulamentada, quando a administração visou prioritariamente o lucro imobiliário. Passam a existir núcleos urbanos de moradias destinados à classe de trabalhadores, que se tornou mais intensa após a expansão de Berlim, e seu respectivo crescimento industrial. Os Mietskasemen são conhecidos como “quartéis de aluguel”, em consequência do máximo adensamento das habitações que caracterizaram essa tipologia de construção à época em Berlim.
evidenciaram os diversos benefícios desse sistema. Além disso, regularizou-se sua aplicação através de normas e manuais, a exemplo da Alemanha, Suíça, Áustria e Noruega (ALBERTO et al., 2012).
Em 1980, o movimento ambientalista então em evidência reforçou a importância da utilização da vegetação em coberturas, dados os benefícios ao ambiente e ao psicofisiológico dos respectivos usuários (OSMUNDSON, 1999 apud COSTA, 2010). Ademais, estudos resultantes de parcerias universidade-indústria subsidiaram estímulos à exploração de tecnologias de materiais e técnicas, em especial as indústrias alemãs (BELLINI; DAGLIO, 2015).
Em síntese, cabe enfatizar que a utilização de coberturas vegetadas surgiu originalmente de forma espontânea, evoluindo para um conjunto de saberes e de técnicas que podem ser aplicados de forma de condicionar termicamente ambientes.
2.1.2 Tipologia e caracterização dos sistemas de coberturas vegetadas
O sistema de cobertura vegetada é constituído por diferentes materiais, que são definidos de acordo com sua durabilidade, necessidade de manutenção e valor econômico (SAVI, 2012). Estes conjuntos de materiais são dispostos em camadas na seguinte sequência: 1 – Camada vegetal, 2 – Camada de substrato, 3 - Camada anti enraizamento, 4 – Camada drenante, 5 – Camada impermeabilizante e 6 - Estrutura da cobertura (MINKE, 2004; LOPES, 2007; FERRAZ, 2012; SAVI, 2015), conforme ilustra a Figura 14.
Figura 14 - Componentes da cobertura vegetada
