FERNANDO DURSO NEVES CAETANO
INFLUÊNCIA DE MUROS VIVOS SOBRE O
DESEMPENHO TÉRMICO DE EDIFÍCIOS
CAMPINAS 2014
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO
FERNANDO DURSO NEVES CAETANO
INFLUÊNCIA DE MUROS VIVOS SOBRE O
DESEMPENHO TÉRMICO DE EDIFÍCIOS
Orientadora: Profª Drª Lucila Chebel Labaki
Dissertação de mestrado apresentada à Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre na área de Arquitetura, Tecnologia e Cidade.
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO ALUNO FERNANDO DURSO NEVES CAETANO, E ORIENTADO PELA PROFESSORA DOUTORA LUCILA CHEBEL LABAKI.
CAMPINAS 2014
RESUMO
Nas cidades, os materiais utilizados para o revestimento do solo possuem propriedades que alteram o balanço dos ciclos naturais, induzindo a formação de fenômenos danosos como as ilhas de calor e as inundações urbanas. A partir desta constatação, atualmente muitas cidade vêm buscando uma recuperação da vegetação enquanto alternativa tecnologia que proporcione conforto ambiental sem prejudicar o desenvolvimento sustentável. Mas apesar de seu potencial para a amenização ambiental passiva, nem sempre é possível uma inserção considerável de áreas verdes nas cidades, tendo em vista que a valorização e demanda pelo uso do solo relegam-na a um segundo plano. Neste sentido, os revestimentos vegetais oferecem uma alternativa ao utilizarem a envoltória dos edifícios para introduzir a vegetação nas cidades; normalmente as coberturas e paredes dos edifícios configuram espaços subutilizados, mas com uma influência direta sobre o ambiente interno. Por causa disto, a tecnologia dos revestimentos vegetais tem atraído a atenção de muitos pesquisadores da área de clima urbano e conforto ambiental. Dentro deste contexto o trabalho aborda uma variação da tecnologia conhecida como muros vivos, que propõe a criação de uma pele vegetal sobre a alvenaria dos edifícios. A pesquisa teve como enfoque a análise térmica, utilizando para isto um delineamento experimental com medições comparativas. O objetivo principal consistiu em verificar a extensão em que o uso de um muro vivo externo influencia o comportamento térmico da envoltória e do interior de um edifício. O experimento ocorreu no campus da Universidade Estadual de Campinas, dentro da realidade construtiva e climática da região sudeste do Brasil. Durante a sua realização foram medidos parâmetros ambientais (temperaturas superficiais, do ar, e de globo negro; umidade relativa) em dois edifícios similares (um exposto e outro protegido com a pele verde) durante meses de verão (outubro de 2013 a janeiro de 2014). Além da influência sobre o comportamento térmico do edifício, a pesquisa também avaliou a viabilidade de uso de diferentes espécies vegetais em sistemas de muro vivo, assim
como parâmetros técnicos referentes à irrigação, nutrição e fixação das plantas. Os principais resultados obtidos demonstraram que o sistema proporcionou um amortecimento térmico médio de até 19 °C na temperatura superficial externa da envoltória, e um atraso térmico médio de até 4 horas; no interior, a presença da pele verde proporcionou uma amenização média de até 2,73 °C na temperatura operativa no horário mais quente do dia típico.
ABSTRACT
In cities the materials used to cover the ground have properties that change the balance of natural cycles, leading to the shaping of harmful phenomena as the heat islands and urban floods. From this evidence many towns currently seek the restoration of vegetation cover as a way to provide environmental comfort without neglecting the sustainable development. But despite its potential for passive mitigation, not always the insertion of large green areas in cities is feasible due the high value and demand for land use. In this sense the green skins provide an alternative when using the buildings envelope in order to add vegetatios in cities; usually, the roofs and walls of buildings characterize underutilized areas, but with a direct influence on its internal environment. Because of this, the technology of vegetal coatings has attracted the attention of many researchers in the field of urban climate and environmental comfort. Within this context, this research addressed a variation of this technologies known as living walls, which proposes the creation of a vertical greenery system attached to the masonry of the buildings. The research had a focus on the thermal analysis, using for this an experimental approach with comparative measurements. Its main objective has been to verify the extent to which an external living wall influences the thermal behavior of the envelope and the interior of a building. The experiment took place at the State University of Campinas campus, within the constructive and climatic reality of southeastern Brazil. During its realization were measured environmental parameters (air, superficial, and black-globe temperatures; relative humidity) in two similar buildings (one exposed and other protected with the vegetal skin) during the summer months (October 2013 to January 2014). In addition, the research also evaluated the feasibility of using different plant species in the system, as well as technical parameters referring to irrigation, nutrition and plants attachment. The main results showed that the living wall provided an average thermal damping up to 19° C at the outer surface temperature of the envelope, and an average thermal lag of up to 4 hours for the warmer hours of the day; inside, the
presence of the vegetal skin provided a mitigation up to 2,73 ° C in the operative temperature to the hottest hours of the average day.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 1
2. REVISÃO DE LITERATURA ... 9
2.1. DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DOS MUROS VIVOS ... 9
2.2. ESTUDOS SOBRE A AMENIZAÇÃO TÉRMICA DOS MUROS VIVOS ... 10
2.3. ATUAIS CONFIGURAÇÕES DA TECNOLOGIA ... 12
3. FORMULAÇÃO DA HIPÓTESE ... 17
4. OBJETIVOS ... 19
5. MATERIAL E MÉTODOS ... 21
5.1. CONCEPÇÃO DO EXPERIMENTO ... 21
5.1.1. DESENVOLVIMENTO DOS PROTÓTIPOS ... 21
5.1.2. SELEÇÃO DOS EDIFÍCIOS ... 26
5.2. PLANEJAMENTO DO SISTEMA DE IRRIGAÇÃO ... 31
5.3. FORMULAÇÃO DO MEIO DE CRESCIMENTO ... 37
5.4. PLANEJAMENTO DA NUTRIÇÃO DAS PLANTAS ... 41
5.5. SELEÇÃO DAS PLANTAS E DESIGN DO MURO VIVO ... 43
5.6. MONTAGEM DO EXPERIMENTO E MEDIÇÕES AMBIENTAIS ... 50
5.7. FORMA DE ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 58
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 63
6.2. INFLUÊNCIA DO MURO VIVO SOBRE O COMPORTAMENTO TÉRMICO DA
ENVOLTÓRIA E DO AMBIENTE INTERNO DO EDIFÍCIO ... 71
7. CONCLUSÕES ... 87
8. TRABALHOS FUTUROS ... 89
BIBLIOGRAFIA ... 91
AGRADECIMENTOS
Agradeço à professora Lucila pela orientação e direcionamento durante a realização da pesquisa, e por me receber de braços abertos num contexto totalmente novo para mim. Agradeço também à professora Ana Maria Liner Pereira Lima, aos professores Pedro Roberto Furlani e Jorge Yoshio Tamashiro, e ao pesquisador Rhuanito Soranz Ferrarezi, pelas orientações técnicas fornecidas para a pesquisa.
Agradeço o companheirismo e suporte dos colegas do LACAF, aos técnicos Obadias e Daniel, e aos funcionários da Unicamp pelo auxílio na montagem do experimento.
Agradeço à Fapesp pela concessão da bolsa de mestrado, e às empresas RainBird®, Conplant®, e Schneider® por disponibilizar a doação de materiais imprescindíveis à realização do experimento.
Por fim, agradeço à minha família e aos amigos da IPBG e da CEU pelo suporte e cuidado durante minha estadia em Campinas.
1. INTRODUÇÃO
Desde o final do século XVIII o ser humano vem obtendo uma capacidade muito grande de intervenção sobre o espaço físico, como parte do avanço científico-tecnológico advindo com a revolução industrial. Dentro deste processo, o modelo de reprodução das cidades também sofreu grandes modificações, caracterizando-se então por uma rápida expansão superficial, e extensa absorção dos recursos naturais ao redor (HARVEY, 2004; BENEVOLO, 2009).
Os novos materiais construtivos disponíveis, ao lado do aprimoramento tecnológico da construção civil facilitaram a execução de empreendimentos imobiliários e a expansão da malha viária, necessária para difusão do transporte automotivo. Desta forma, aos poucos a cobertura vegetal do solo foi sendo substituída por superfícies rígidas e impermeáveis. No Brasil, embora esse fosse um processo tardio, o mesmo modelo de reprodução e expansão das cidades aconteceu (BRITO, 2005).
Todas estas modificações permitiram um ganho muito grande em termos de facilidade de deslocamento, distribuição de bens e insumos, assim como para a criação de infraestruturas urbanas antes inconcebíveis. Entretanto, este processo que a princípio teve pouco impacto ambiental, posteriormente demonstrou ser uma das principais fontes de degradação que os grandes centros urbanos hoje vivenciam, com repercussões na qualidade do ar, água, dinâmica microclimática, e até mesmo no bem estar psicológico dos habitantes (RIBEIRO & BARROS, 1997; HALL, 2009).
Materiais como o concreto e o asfalto, que em grande parte compõem os revestimentos urbanos, proporcionam um balanço energético muito diverso do apresentado pelas superfícies vegetadas; assim, ao impermeabilizar o solo e ampliar a absorção do calor solar, os fluxos energéticos no ambiente urbano passam a pender para as trocas sensíveis, o que favorece o aumento da temperatura do ar e da
temperatura radiante (FIGURA 1). Somado a isto, o alto grau de poluentes presentes na atmosfera urbana dificulta ainda mais a dispersão do calor, gerando uma situação crítica para a saúde dos habitantes (AKBARI et al, 2001).
FIGURA 1 - Variação das temperaturas de acordo com o revestimento do solo
Fonte: http://heatisland.lbl.gov/coolscience
Foi só através de estudos recentes que estes fatos vieram à tona, e as pessoas começaram a entender que o papel da cobertura vegetal não se limitava apenas à função estética, mas também ao equilíbrio de diversos ciclos naturais. Com a sua retirada em larga escala, paralelamente ao surgimento de fenômenos danosos como as inundações urbanas, ilhas de calor, e os picos de poluentes no ar, ficou clara a extensão do choque ambiental provocado (NOWAK, 2006).
Hoje uma grande parcela das pesquisas científicas referentes ao papel ambiental da vegetação tem sido direcionada para a temática do conforto térmico, visto que sua atuação a este nível é mais dramática. A vegetação, por meio da evapotranspiração, sombreamento do solo, e isolamento térmico na folhagem possibilita um balanço energético com a predominância de fluxos latentes, o que ajuda a umidificar o ar, e previne os extremos de temperatura (FIGURA 2). Ao lado disto, a área de
FIGURA 2 - Imagem termográfica: Impacto da vegetação na temperatura das superfícies
Mas além do conforto térmico existe uma diversidade de estudos sobre outros benefícios ambientais da vegetação, o que demonstra sua atuação multifacetária. Um destes campos, por exemplo, diz respeito ao bem estar psicológico; com o avanço na compreensão da fisiologia humana, hoje se sabe que o conjunto de atributos morfológicos da vegetação é capaz de induzir estados de relaxamento mental, reduzindo o estresse proveniente de atividades com altos requisitos de atenção (HERZOG & STREVEY, 2008).
Mollon & Regan (1999) ainda dizem que a distribuição espectral da luz em ambientes vegetados proporciona um mix luminoso de alta qualidade para o sistema visual humano (FIGURA 3). Paralelamente, autores como Ulrich (1986) e Wolverton et al (1989) discutem a participação da vegetação na manutenção do bem estar físico, e na qualidade do ar através da retenção de poluentes, e adsorção de gases tóxicos.
FIGURA 3 - Máscara Lumínica: Impacto da vegetação na luminosidade das superfícies
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O fato é que nos últimos 150 anos, com a crescente pressão social ligada à degradação ambiental nas cidades, cada vez mais a vegetação vem assumido o caráter de tecnologia verde, passando a ser sistematicamente utilizada como estratégia passiva de conforto ambiental. Em diversas cidades, este processo de recuperação da vegetação tem se transformado numa corrida com repercussões positivas na qualidade de vida da população (NOWAK, 2006; PERINI & MAGLIOCCO, 2012).
A percepção de que as cidades se desenvolvem sob a lógica de um metabolismo linear (captação de insumos e geração de resíduos), tem induzido a uma busca de alternativas para convertê-lo em um metabolismo com configuração cíclica, onde os resíduos constituam insumos para retroalimentação do ciclo; e neste processo mais uma vez a vegetação assume um papel central (GIRARDET, 2001).
Akbari et al (2001) dizem que o gasto energético para o condicionamento artificial dos edifícios, devido ao aumento da temperatura urbana, pode corresponder de 5 a 10 % da demanda energética total das cidades. Ao lado disto, nos grandes centros urbanos a soma dos gastos públicos investidos na saúde respiratória da população atinge anualmente valores exorbitantes, devido à queda na qualidade do ar.
Neste sentido, o uso da vegetação enquanto estratégia passiva de conforto se traduz em ganhos financeiros para a população, e em uma grande economia de recursos para os cofres públicos; pois através de sua capacidade de remover poluentes do ar, a presença das áreas verdes nas cidades influi diretamente na prevenção das doenças respiratórias da população (MCPHERSON et al, 1997; NOWAK, 2006).
Apesar de todos estes benefícios, o processo de inserção da vegetação nas cidades nem sempre é facilitado, visto que a alta demanda dos setores públicos e privados pelo uso do solo urbano colocam em segundo plano as demandas ambientais. Na verdade, esse cenário se torna ainda mais complexo através de indícios científicos de que os benefícios ambientais da vegetação só são realmente efetivos quando ela se
Considerando esta limitação, a busca por espaços alternativos que possibilitem uma inserção mais facilitada da vegetação assume grande importância para um planejamento urbano ambientalmente responsável. E é derivado desta necessidade que atualmente diversos pesquisadores têm voltado sua atenção para a envoltória dos edifícios, como uma opção para este problema, já que sendo locais frequentemente subutilizados se encaixam bem no perfil.
As paredes e coberturas dos edifícios, além de corresponderem a uma grande parcela das superfícies urbanas, também possuem o padrão suficientemente disperso para amplificar os benefícios da vegetação. Atualmente, as tecnologias construtivas que agregam a vegetação à envoltória dos edifícios são conhecidas por diversos nomes, como coberturas verdes e paredes verdes (FIGURA 4). Tais tecnologias, ao colocarem a vegetação em contato direto com o edifício proporcionam um ganho ambiental significativamente maior para o condicionamento interno, comparativamente à influência indireta das áreas verdes urbanas.
FIGURA 4 - Exemplos de aplicação da vegetação à envoltória dos edifícios
Fonte: 1 - http://www.apartmenttherapy.com/uimages/ny/2008-03-29greenroof1.jpg; 2 - http://nature.desktopnexus.com/get/31090/?t=7uevdf9cu0rn7r735ci5ps7gd15329e06eecb9c;
3 - http://vertgarden.files.wordpress.com/2012/02/foto.jpg
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É neste contexto tecnológico que se insere o objeto de estudo desta pesquisa, as paredes verdes. A abordagem de peles vegetais externas, com um enfoque no comportamento térmico do edifício, se deu por alguns motivos específicos. Em primeiro lugar, porque nos grandes centros urbanos os edifícios possuem um perfil muito verticalizado, o que implica que a área de paredes, comparativamente à área de coberturas, é consideravelmente maior.
Liu & Bass (2005) dizem que a área de cobertura das edificações pode corresponder a até 35% das superfícies horizontais urbanas; entretanto, Dunnett & Kingsbury (2008) afirmam que no caso das fachadas, este valor pode chegar a até vinte vezes a área total de coberturas, redundando numa maior disponibilidade de área para implantação da vegetação.
Junta-se a isto o fato de que os muros vivos, em sua orientação vertical, permitem que a vegetação seja visualizada pelas pessoas, participando ativamente no bem-estar psicológico da população, além de amplificar o processo de purificação do ar ao colocar a vegetação em contato direto com o vento canalizado nos cânions urbanos.
Finalmente, em comparação com as coberturas verdes a tecnologia das paredes verdes ainda tem sido alvo de poucos estudos referentes à avaliação da resposta térmica no contexto climático dos trópicos; este fato não constitui exceção para o Brasil, onde a tecnologia é pouco conhecida e utilizada, necessitando de uma melhor caracterização (MORELLI & LABAKI, 2009).
Ao contrário dos climas temperados, nos trópicos a necessidade de amenização do calor é premente, e este papel a vegetação cumpre especialmente bem. Considerando que as paredes verdes distribuem este efeito de amenização ao longo da fachada de várias moradias, nos prédios, fica fácil perceber a implicação que o seu uso traz para a eficiência energética dos edifícios.
vegetais, o que evidencia o potencial dos muros vivos para uma indústria da construção civil brasileira mais comprometida com o bem estar das pessoas e com a responsabilidade ambiental nas cidades.
Portanto, seguindo a tendência de se agregar a vegetação diretamente ao sistema construtivo, numa arquitetura simbiótica com a natureza (JODIDIO, 2009), esse trabalho explorou a tecnologia das paredes verdes dentro do contexto climático e construtivo da região sudeste do Brasil.
O trabalho, que incorporou um caráter experimental, ocorreu no campus da Universidade Estadual de Campinas, onde a tecnologia foi estudada, adaptada e testada em um edifício, com a obtenção de parâmetros de comportamento térmico, princípios de projeto, e padrões de nutrição/manutenção para sistemas similares ao utilizado na pesquisa.
2. REVISÃO DE LITERATURA
2.1. DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DOS MUROS VIVOS
O surgimento das atuais configurações tecnológicas dos muros vivos situa-se em um contexto histórico da Europa no qual a concepção do ambiente construído passava por transformações drásticas, referentes a uma preocupação com a qualidade ambiental e ecológica nas cidades.
Assim, como parte de um forte movimento pró-natureza iniciado na Alemanha, durante os anos de 1970 a 1980, as pesquisas sobre novas formas de se agregar a vegetação no ambiente construído proporcionaram o redescobrimento e adaptação tecnológica das peles verdes, antes utilizadas como uma estratégia de melhoria estética das residências (KÖHLER, 2008).
Neste processo a tecnologia foi rapidamente adaptada para tirar proveito dos benefícios ambientais da vegetação. Inicialmente, os sistemas de coberturas verdes foram pesquisados antes dos muros verdes, levando a um maior avanço dessa tecnologia, e maior difusão ao redor do mundo. Entretanto, os estudos mais recentes têm se concentrado nas peles verdes verticais (paredes), com indícios de que esta configuração supera sob muitos aspectos os benefícios ambientais das coberturas verdes (DUNNETT & KINGSBURY, 2008).
Köhler (2008), por exemplo, diz que a configuração vertical dos muros verdes possibilita um Índice de Área Foliar (IAF) por metro quadrado de solo muito maior do que o alcançado com as coberturas verdes, amplificando os benefícios da vegetação. Devido a estas vantagens, atualmente diversos pesquisadores ao redor do mundo têm despertado interesse pela tecnologia, procurando realizar uma caracterização funcional
mais precisa das diferentes configurações do sistema, em diferentes condições climáticas, principalmente no que diz respeito ao seu potencial para o condicionamento térmico passivo das edificações.
2.2. ESTUDOS SOBRE A AMENIZAÇÃO TÉRMICA DOS MUROS VIVOS
Os estudos sobre o comportamento térmico dos sistemas de muro vivo tiveram início na Europa, mas atualmente podem ser encontrados em diversas regiões de clima tropical e subtropical. Em Singapura, por exemplo, Wong et al (2009; 2010) realizam uma pesquisa para avaliar a eficiência termoacústica de diversas tipologias de muros verdes, num programa que integra uma iniciativa do governo para recuperação da vegetação urbana; de acordo com os autores foram encontradas reduções de até 11,58 °C na temperatura superficial do muro. Entretanto, os resultados de isolamento acústico não foram tão favoráveis, sendo considerada uma vantagem secundária do sistema.
Já na Grécia, Eumorfopoulou & Kontoleon (2009), estudando paredes revestidas com trepadeiras, encontraram uma redução média de 5,7 °C na temperatura superficial externa. Em concordância com estes resultados, no Brasil Morelli & Labaki (2009) encontraram reduções de 1,2 °C na temperatura externa de um edifício revestido com trepadeiras, enquanto na Espanha Pérez et al (2011) encontraram reduções médias de 5,5 °C na temperatura superficial de um muro revestido com trepadeiras em treliças.
Em Hong Kong, os problemas ambientais enfrentados pela cidade fizeram com que Cheng et al (2010) vissem nos muros verdes uma alternativa para a recuperação da vegetação urbana, em face do déficit existente de áreas para habitações. Assim, num experimentos realizados com o sistema os autores encontraram reduções de até 40 W/m² no fluxo de calor através da parede. Neste estudo foi ressaltado que os muros
Há ainda estudos que abordam a construção de modelos matemáticos para simular a resposta térmica obtida com o uso de muros verdes, tanto ao nível da cidade quanto do edifício. Este é o caso de Alexandri & Jones (2008) que simularam o efeito da inserção de muros e coberturas verdes em perfis de cânion urbanos com diversas orientações, e em localidades diferentes, encontrando reduções de até 11,3 °C na temperatura do ar dentro do cânion.
Entretanto, apesar de tais modelos permitirem uma rápida quantificação preliminar do efeito da pele verde, outros autores apontam que nem sempre eles representam a realidade funcional da tecnologia, visto que não abrangem a complexidade de fatores envolvidos no balanço energético das plantas. Holm (1989), falando a esse respeito, diz que uma das principais limitações dos modelos com vegetação reside no fato de não agregarem o efeito da evapotranspiração das plantas, o qual pode corresponder a 30 % das trocas de calor nas folhas.
Talvez seja pela compreensão desta limitação que alguns estudos para a simulação de muros vivos se associem a pesquisas experimentais, como forma de validação dos respectivos modelos; este é o caso dos estudos de Stec et al (2005) e de Wong et al (2009), que assim obtiveram resultados mais precisos.
Apesar disto, mesmo os modelos que não incluem a parcela de resfriamento evaporativo das plantas em sua estrutura ainda obtêm bons resultados de amenização, demonstrando também um efeito de isolamento térmico da camada de folhas. Na década de 1980 Holm (1989) já havia evidenciado que a camada superficial de folhas em um revestimento vegetal funciona como um filtro ótico, refletindo 18 % da radiação solar incidente, absorvendo 64 % e transmitindo apenas 18 %.
Em concordância com estes resultados, Perini et al (2011) também demonstraram experimentalmente que a velocidade do ar dentro da folhagem de um muro verde tende a zero, o que a transforma num bom isolante térmico; esse efeito, somado à proteção física da alvenaria contra a atuação dos ventos diretos, ajuda a tornar o ambiente interno menos suscetível às variações de temperatura do exterior.
2.3. ATUAIS CONFIGURAÇÕES DA TECNOLOGIA
Dentre os trabalhos que abordam a temática dos muros vivos há aqueles que discutem as diferentes configurações tipológicas que o sistema possui, assim como as vantagens e desvantagens de cada uma. De acordo com Köhler (2008) os modelos mais recentes da tecnologia são similares aos sistemas de coberturas verdes; entretanto, devido a algumas peculiaridades, como a disposição vertical e a pequena espessura do meio de crescimento, a sua viabilização se torna mais complexa.
Assim, quando as plantas do muro vivo não estão enraizadas no chão, surgem dificuldades relacionadas à retenção de água e nutrientes no sistema, o que gera gastos adicionais com adaptações. Apesar disso, estes sistemas independentes do solo possuem benefícios que contrabalanceiam a sua maior complexidade e investimento financeiro. Dunnett & Kingsbury (2008) dizem que os sistemas de muros verdes se dividem basicamente em duas categorias, com características e configurações próprias:
a) Fachadas vegetadas (façade greening): Esta categoria corresponde à configuração tradicional da tecnologia, e se baseia no uso de trepadeiras com a capacidade de autofixação, ou ainda sustentadas através de suportes rente ao muro. As fachadas vegetais remontam a uma tradição construtiva muito antiga e difundida no mundo todo, sendo econômica e de fácil aplicação já que as plantas enraizadas no solo, ou em recipientes, crescem livremente e retiram dali o seu sustento (FIGURA 5).
Entretanto, este sistema também possui algumas limitações práticas relacionadas ao alcance vertical das trepadeiras, ao crescimento muito lento, além de possíveis problemas com infiltração e danos físicos ao edifício, caso o muro não esteja adequadamente protegido.
FIGURA 5 - Configuração das Fachadas Vegetadas com trepadeiras
Fonte: 1 - http://downtown2015.com/HS-planting-core.jpg;
2 - http://www.scottshephard.com/wp-content/uploads/2010/02/IMG_78961.jpg
b) Muros vivos (living walls): Esta configuração corresponde aos modelos mais recentes da tecnologia, apresentando uma rápida difusão ao redor do mundo; os sistemas de muros vivos trazem consigo a inovadora premissa de agregar o meio de crescimento diretamente à superfície vertical, liberando as plantas da dependência direta do solo (FIGURA 6).
Mas para que isto seja possível, o sistema incorpora um esquema técnico de recipientes modulares com um meio de crescimento para o enraizamento das plantas, ou superfícies porosas (feltros, esponjas, placas e mantas fibrosas). Como este volume de substrato presente nos muros vivos geralmente é bem limitado, isto implica também que o seu funcionamento seja semi-hidropônico, necessitando de irrigação controlada para suprir água e nutrientes às plantas.
Devido a estes requisitos, somado à necessidade de diversos componentes artificiais e custos adicionais com o projeto, transporte, montagem especializada, e manutenção do sistema, Ottelé et al (2011) indicam que a pegada ecológica dos muros vivos às vezes pode ser alta.
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FIGURA 6 - Exemplos de muros vivos com painéis vegetais Fonte: 1 - http://www.greenovergrey.com/photo-gallery/photo-gallery.php; 2 - http://www.besthousedesign.com/2009/11/18/pnc-green-living-wall-mingo-design/; 3 - http://www.greenovergrey.com/photo-gallery/photo-gallery.php
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Entretanto os muros vivos também proporcionam oportunidades inexistentes em outras tecnologias verdes. Como exemplo disto, citam-se (FIGURA 6):
1. Maior poder de isolamento térmico devido às diversas camadas;
2. Virtualmente sem limites de expansão, favorecendo o uso em prédios;
3. Previnem danos à envoltória, devido à independência da alvenaria;
4. Possibilitam um efeito visual imediato;
5. Possibilitam o uso de uma grande variedade de plantas ornamentais;
6. Facilitam o processo de instalação e substituição, devido à característica modular;
3. FORMULAÇÃO DA HIPÓTESE
É interessante notar que, assim como as coberturas verdes, o desenvolvimento inicial da tecnologia dos muros vivos se deu em países de clima temperado ou subtropical do hemisfério norte. Entretanto, diversos pesquisadores apontam que a tecnologia possui um grande potencial para o condicionamento térmico de edifícios em climas tropicais, pois o seu impacto será tanto maior quanto mais quente e seco for clima (WONG et al, 2010; PÉREZ et al, 2011).
Assim, baseado em outros estudos de amenização térmica das peles verdes em contextos tropicais e subtropicais, esta pesquisa foi desenvolvida sob a hipótese de que o uso de muros vivos em edifícios inseridos na realidade climática do sudeste brasileiro proporciona amenização térmica das altas temperaturas observadas durante o período do verão, trazendo melhores condições de conforto térmico passivo aos usuários nos interiores.
4. OBJETIVOS
A pesquisa teve como objetivo principal avaliar a influência que um sistema de muro vivo externo exerce sobre o comportamento térmico da envoltória e do ambiente interno de um edifício, dentro da realidade climática de Campinas.
Secundariamente o trabalho visou:
Desenvolver um protótipo do sistema, utilizando matérias primas locais, para ser utilizado no experimento.
Selecionar e avaliar o desenvolvimento de espécies vegetais no sistema.
Estudar aspectos referentes à fertilização e irrigação das plantas, fornecendo parâmetros básicos para o funcionamento de muros vivos similares ao do estudo na realidade em questão.
5. MATERIAL E MÉTODOS
5.1. CONCEPÇÃO DO EXPERIMENTO
Após um estudo inicial das tipologias de revestimentos vegetais, o primeiro passo para a realização da pesquisa foi a análise das configurações existentes dentro da categoria dos muros vivos, e a forma com que o fator de amenização térmica do revestimento poderia ser testado.
Através da revisão de literatura foi possível identificar que as pesquisas com muros verdes tendem a uma ênfase nos trabalhos experimentais, ou à associação dos modelos de simulação com protótipos físicos, devido à maior facilidade de se avaliar o real funcionamento dos complexos mecanismos de amenização térmica presentes na vegetação.
Assim, levando em conta este fator, e considerando que os estudos sobre revestimentos vegetais no Brasil se encontram num estágio inicial, a pesquisa foi concebida com um delineamento experimental comparativo, no qual se propôs a medição simultânea de parâmetros ambientais em edifícios idênticos, com e sem a presença da pele verde.
5.1.1. Desenvolvimento dos protótipos
Para a definição da configuração de muro vivo a ser utilizada no experimento foi feito um levantamento de materiais utilizados em sistemas modulares de muros vivos industrializados; ao lado disso, também foi feita uma análise de configurações de muros
vivos utilizadas em outras pesquisas experimentais, sendo encontradas diversas possibilidades compositivas neste processo.
Nos trabalhos de Wong et al (2010) e Ottelé et al (2011), por exemplo, foram utilizadas 8 configurações diferentes de muros vivos em experimentos de análise ambiental. De um modo geral, os muros vivos são constituídos por elementos modulares com algum tipo de receptáculo que retêm as plantas e um meio de crescimento. Os principais materiais utilizados para isto são os plásticos tratados, como o polietileno (FIGURAS 7.1 e 7.4), metais como o alumínio (FIGURA 7.2), e mantas como o geotêxtil fixado a uma base rígida (FIGURA 7.3).
FIGURA 7 - Diferentes configurações tipológicas dos módulos de muros vivos
Fonte: 1 - http://f1f11.blogspot.com.br/p/green-roofs-guide.html; 2 - http://www.thermogreen.ind.br/jardins-verticais.html;
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Após a análise dessas configurações decidiu-se utilizar no experimento um sistema à base de bolsas de manta geotêxtil fixadas em uma base rígida de compensado impermeável através de grampos (FIGURA 8). A decisão pelo uso destes materiais foi baseada na sua maior facilidade de obtenção e versatilidade de manuseio, já que o sistema seria produzido no próprio laboratório.
Além disso, a manta geotêxtil é um material favorável ao uso em muros vivos porque contribui para a aeração das raízes e escoamento da água sem a perda do meio de crescimento. Já na base de sustentação das placas, o uso do compensado plastificado favoreceu a impermeabilização do sistema, e assim uma menor troca de umidade entre a parede e o muro vivo.
As placas de compensado foram cortadas em módulos de 60 x 60 cm, e após isto, tiras de manta geotêxtil cortadas nas dimensões de 60 x 180 cm foram dobradas e grampeadas sobre a base de compensado, formando 9 bolsas para inserção do substrato e plantas. Na borda superior dos painéis foi deixado uma faixa livre de 5 cm para a posterior fixação da tubulação de irrigação (FIGURA 9).
FIGURA 9 - Processo de fabricação dos painéis modulares de muro vivo
A fixação dos painéis na alvenaria foi realizada através de tubos de metalon com perfil de 20 x 50 mm (FIGURA 10). Estes tubos, após serem parafusados verticalmente na parede, com um espaçamento horizontal de 60 cm, permitiram então que as placas verdes fossem afixadas sem estabelecer um contato direto com a superfície da parede, resultando na criação de câmaras ventiladas com 20 mm de espessura entre a alvenaria e a pele verde.
Após a definição da configuração de muro vivo a ser utilizada no experimento, foram então fabricados 5 painéis teste com estas especificações, para a análise de parâmetros expansíveis a todo o sistema, como os referentes à irrigação e nutrição (seções 5.2 e 5.4).
FIGURA 10 - Esquema de fixação dos painéis modulares na alvenaria
O carregamento que o sistema de muro vivo ocasionaria à parede foi um dos dados avaliados através dos painéis teste, chegando-se a um valor médio de 15 kg/m² de alvenaria. Na Tabela 1 encontra-se esquematizada esta análise, onde se observam as massas individuais das amostras, e as médias obtidas.
TABELA 1 - Massa dos componentes individuais de cada painel
Amostras 1 2 3 4 Médias
Geotêxtil (g) 197 195 223 218 208
Base de compensado (g) 2200 1950 1900 1900 1988 Peso médio de substrato seco por painel _ 7,20 l (g) 450 Peso médio de líquidos após a irrigação por painel _ 1,05 l (g) 1050 Peso estimado da massa vegetal por painel _ 9 indivíduos (g) ≥ 1500 Peso médio do painel completo após a irrigação (g) 5196
5.1.2. Seleção dos edifícios
Paralelamente ao desenvolvimento da configuração de muro vivo para o experimento, foi feita ainda uma busca de edifícios dentro da Unicamp com um perfil favorável para a montagem do experimento e realização das medições ambientais. Neste processo, as principais características observadas foram:
1. Boa verticalidade (taxa maior de área de parede por área de cobertura); 2. Existência de dois exemplares idênticos (geometria, alvenaria, exposição); 3. Superexposição ambiental (insolação, ventos);
4. Facilidade de acesso e monitoramento;
5. Boa visibilidade das fachadas (apreço visual).
A geometria do edifício foi um fator importante neste processo de seleção, visto que a proporção das áreas parede / cobertura implicava diretamente na extensão em que se daria a influência do muro vivo sobre o balanço energético do ambiente interno; neste caso, a verticalidade do edifício aumentaria o peso das paredes neste balanço.
Já a necessidade de se obter exemplares idênticos relacionou-se ao caráter comparativo do experimento, com medições simultâneas nas diferentes superfícies e ambientes internos; tendo em vista que o efeito de amenização térmica dos muros vivos é amplificado sob condições extremas de temperatura (PÉREZ et al, 2011), buscaram-se também edifícios que aprebuscaram-sentasbuscaram-sem condições desfavoráveis de exposição das fachadas, a fim de aumentar o peso do processo comparação.
Considerando-se estes fatores, os edifícios escolhidos para a realização do experimento foram duas torres localizadas próximas aos laboratórios da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FIGURA 11). Tais torres configuravam
FIGURA 11 - Edifícios selecionados para a realização do experimento
Os edifícios situam-se num local de passagem, tendo uma boa visibilidade das fachadas. A sua orientação leste-oeste proporciona insolação na fachada principal (norte) ao longo de todo o dia; já a constituição de sua alvenaria é de blocos de concreto (140 mm), mais o reboco interno e externo (15 mm). As dimensões de cada pavimento são de 6 x 3 metros, com um pé direito de 3 metros.
A fim de abarcar os pontos mais críticos de exposição solar na parede das torres, decidiu-se então realizar o experimento utilizando as suas fachadas norte e oeste; neste caso, a implantação do muro vivo foi definida para o 1º pavimento da Torre 1, com a comparação da amenização térmica obtida em relação ao segundo pavimento da Torre 1, e ao primeiro e segundo pavimentos da Torre 2 (FIGURA 12).
FIGURA 12 - Perspectiva esquemática com o local de realização do experimento
TORRE 1 TORRE 2 TORRE 2 TORRE 1 Torre 1 Torre 2
Com a observação do movimento aparente do sol, identificou-se ainda que uma árvore próxima ao Edifício 2 projetaria uma sombra sobre sua fachada oeste durante o período vespertino, nos meses de verão; enquanto isso, a fachada norte permaneceria com a insolação inalterada (FIGURA 13).
FIGURA 13 - Sombreando arbóreo da fachada oeste da Torre 2 no período vespertino
Esta variação entre as fachadas oeste, no entanto, se mostrou interessante porque permitiria a análise do comportamento térmico da envoltória em três situações distintas (exposta; sombreada; revestida), com a comparação entre a eficiência do sistema de muro vivo e do sombreamento arbóreo para a amenização térmica da envoltória e do ambiente interno.
Com a ajuda de um taxonomista1, esta espécie arbórea foi identificada como Pterigota brasiliensis (pau-rei); de acordo com Lorenzi (2008), a árvore é de grande
porte, com uma copa densa em formato oval, e distribuição vertical, produzindo no geral um bom sombreamento (FIGURA 14).
FIGURA 14 - Árvore próxima ao edifício do experimento (Pterigota brasiliensis)
Baseado na área para a implantação do muro vivo na Torre 1, foram fabricadas 65 placas verdes, sendo 45 para uso na fachada norte (16,20 m²), e 20 para a fachada oeste (7,20 m²). Esta área para criação do muro vivo foi equivalente a 5 linhas de painéis verdes, cada qual com 9 placas na fachada norte e 4 placas na oeste, e determinou o número de linhas de gotejamento que o sistema de irrigação necessitaria para atender a todas as plantas(seção 5.2).
Durante a realização da pesquisa, antes da instalação das placas verdes os edifícios receberam uma nova pintura pré-programada pelo departamento; neste processo foi utilizada uma cor cinza-escuro com alta absortância solar. Esta modificação foi interessante sob o ponto de vista experimental porque reduziu o albedo da fachada; com isto, a absorção da radiação solar aumentou muito, e consequentemente os valores de temperatura superficial e a amplitude térmica diária também (seção 5.6), proporcionando uma visualização amplificada do efeito de amenização térmica da pele verde (FIGURA 15).
Após a pintura dos prédios, procedeu-se então à montagem dos componentes de apoio e análise do sistema, como as guias verticais de metalon para sustentação das placas, a infraestrutura hidráulica, e os equipamentos de medições.
5.2. PLANEJAMENTO DO SISTEMA DE IRRIGAÇÃO
De acordo com Dunnet & Kingsbury (2008) uma das maiores dificuldades para a consolidação de sistemas de muros vivos reside na hidratação das plantas. Ao contrário das trepadeiras, como as plantas dos muros vivos estão afixadas em pequenos recipientes na superfície vertical, torna-se necessário a irrigação ativa do sistema para sua sobrevivência.
Além disso, sob o ponto de vista da amenização térmica, muito do aspecto funcional dos muros vivos relaciona-se à presença de água para a realização da evapotranspiração pelas plantas. Como a tecnologia caracteristicamente apresenta uma configuração vertical, o escoamento da água acontece de forma muito rápida, dificultando sua absorção pelas raízes. Soma-se a isto o fato de que nos muros vivos externos a exposição ao sol e ventos contribui ainda mais para o ressecamento do sistema e desidratação das plantas.
Para superar estas dificuldades, no geral a irrigação dos sistemas de muros vivos funcionam sob um esquema totalmente hidropônico, com irrigação contínua e recirculação da solução nutritiva, ou semi-hidropônico no caso da presença de um substrato absorvente de suporte para as raízes, com períodos de irrigação mais espaçados ao longo do dia (IRWIN, 2013).
Assim, para definir o sistema de irrigação mais adequado ao experimento buscou-se a orientação de um pesquisador especialista em hidroponia2, chegando-se
ao consenso pelo uso da fertirrigação por gotejamento, com um funcionamento semi-hidropônico. A principal vantagem no uso da fertirrigação por gotejamento reside na possibilidade de liberação gradativa da solução nutritiva diretamente nas raízes das plantas, evitando as perdas por escoamento durante o processo.
2
Ao lado disto, com a distribuição mais espaçada dos períodos de irrigação, e a retenção de líquido no substrato, torna-se possível regular o volume de solução em cada ciclo para manter a umidade nas raízes, sem a necessidade de recirculação constante da água. O sistema de irrigação do experimento foi elaborado de forma que cada linha de gotejamento coincidisse com o topo de cada linha de painéis (FIGURA 16). Desta forma, a água gotejada nas bolsas superiores dos painéis escoaria para as bolsas abaixo, antes de surgir uma nova linha de gotejamento.
FIGURA 16 - Posicionamento das linhas de gotejamento no topo dos painéis
A fim de regular o volume diário de fertirrigação, consultou-se também um especialista em nutrição vegetal3 que inicialmente indicou um uso diário de 100 a 200
ml de solução nutritiva para o volume de 800 ml de substrato presente em cada bolsa das placas. O volume final de solução para cada bolsa foi então calibrado através dos 5 painéis teste montados previamente.
As bolsas dos painéis teste foram preenchidas com o substrato especialmente formulado para a irrigação semi-hidropônica (seção 5.3), e foram então plantados com mudas de grama-amendoim (Arachis repens), uma das espécies mais representativa do sistema (seção 5.5). Após isto os 5 painéis foram colocados num espaço com condições de exposição similares às apresentadas na parede verde, e diariamente
topo, equivalentes a 117 ml por bolsa, através do escoamento para as duas bolsas inferiores (FIGURA 17).
FIGURA 17 - Painéis teste com mudas de grama-amendoim (Arachis repens)
Esta forma de disposição da solução nutritiva visou simular as condições de gotejamento do sistema de irrigação; para avaliar a eficiência deste esquema na distribuição da umidade entre as bolsas, assim como na manutenção dos níveis adequados de umidade, realizaram-se testes laboratoriais através de amostras de substrato coletadas nas bolsas.
Na Tabela 2 encontra-se exemplificado este processo, no qual as umidades volumétricas de 9 amostras de substrato foram coletadas durante um dia. As amostragens abrangeram bolsas tanto em diferentes posições nos painéis (1ª, 2ª e 3ª nível), quanto em diferentes horários do dia.
TABELA 2 - Umidades volumétricas (%) de amostras de substrato dos painéis teste
P ain é is b o
lsa Dia 02/05 (Veloc. ar - 3,32 m/s; Temp. média = 30,39 °c; Umid. relat. = 62,11 %)
Uv (%) 09h00min Uv (%) 14h30min Uv (%) 18h00min Legenda das bolsas
1 2 16,41 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5 20,21 8 20,71 3 2 21,24 5 22,37 8 25,69 5 2 21,10 5 21,23 8 20,94
Pela tabela é possível notar que a água foi bem difundida entre as bolsas, apesar do nível de umidade nas bolsas inferiores ficar levemente maior que o das bolsas superiores, possivelmente devido ao escoamento da água ao longo do tempo. Por outro lado, os níveis de umidade gerais obtidos com o volume inicial de fertirrigação não foram satisfatórios.
De acordo com Ferrarezi (2013), nas condições do experimento um valor de umidade volumétrica do substrato adequado para a hidratação das plantas estaria na faixa dos 40 %, com uma margem aceitável de 30 a 50 %; entretanto, a umidade volumétrica medida situou-se na faixa dos 20 %.
Assim foram realizadas novas calibrações do volume diário de fertirrigação até alcançar-se o valor de 150 ml de solução nutritiva por bolsa, no qual a umidade do substrato se estabilizou na faixa dos 30 % sem gerar desperdício pelo escoamento excessivo. É importante ressaltar que nos sistemas de muro vivo, apesar da grande demanda de irrigação, não é interessante a abundância de água devido à necessidade de se proporcionar às plantas uma maior resistência ambiental; portanto, optou-se por trabalhar com um valor de umidade limite do substrato.
Com o volume diário de solução nutritiva finalmente estabelecido, calculou-se então o tempo total de irrigação do muro vivo necessário para alcançá-lo; sabendo-se que a vazão individual de cada gotejador girava em torno de 63 ml/min, segundo especificações do fabricante4, para disponibilizar-se um total de 450 ml de solução
nutritiva nas bolsas de topo seria necessário o acionamento diário da bomba por cerca de 6 a 7 minutos.
Este intervalo de irrigação foi fracionado ao longo do dia para manter a umidade no substrato e evitar as perdas por escoamento, sendo determinado o acionamento pela manhã (4 minutos - 06h30min), ao meio do dia (1 minuto - 11h30min) e no fim da tarde (1 minuto - 17h00min). De acordo com a época do ano e as condições médias de
No total, o sistema de irrigação do muro vivo utilizou 5 linhas de gotejamento para 5 linhas de painéis verdes em cada fachada revestida (FIGURA 18). Estas linhas foram elaboradas com tubos de polietileno específicos para sistemas de fertirrigação5, nos quais foi possível a inserção dos gotejadores com o espaçamento desejado.
FIGURA 18 - Configuração do sistema de fertirrigação
Por fim, a concepção do sistema hidráulico de apoio à irrigação foi elaborada de forma que se pudesse disponibilizar independentemente a solução nutritiva ou a água pura para as plantas, de acordo com as necessidades nutricionais (seção 5.4). Para isto utilizaram-se 2 reservatórios de água ligados separadamente a uma bomba centrífuga (FIGURAS 18 e 19).
Além disso, foram instalados manômetros, registros e válvulas nas tubulações para controlar a pressão, evitar fluxos indesejados e retirar o ar do sistema de irrigação. Finalmente, para automatizar o funcionamento de todo o sistema foi adquirido um
5
interruptor de energia programável, ao qual a bomba foi ligada para ativar a irrigação apenas nos horários e intervalos previstos (FIGURA 19).
5.3. FORMULAÇÃO DO MEIO DE CRESCIMENTO
Devido ao uso de um esquema de fertirrigação semi-hidropônica, a principal função do substrato no experimento foi a de reter a umidade e fornecer um meio para a fixação das raízes. Como a nutrição das plantas foi delegada à irrigação, a formulação do substrato se concentrou no uso de materiais leves, inertes, e absorventes.
De acordo com Dunnett & Kingsbury (2008), em sistemas de muros verdes os atributos do meio de crescimento mais preponderantes para a saúde das plantas são a porosidade, a capacidade de retenção de água, a densidade, e a estabilidade físico-química. Usualmente, as plantas resistentes a esquemas de plantio com exposição severa, como no caso de muros vivos externos, necessitam de uma boa aeração na zona das raízes.
Neste sentido, Irwin (2013) destaca que muitos muros vivos fracassam por não atender aos requisitos mínimos de porosidade do substrato, criando um meio de crescimento muito saturado que leva ao apodrecimento das raízes (FIGURA 20).
FIGURA 20 - Exemplos de muros vivos danificados devido a erros de projeto
Por outro lado, as condições ambientais severas também trazem uma grande necessidade de retenção de líquidos, tanto para a sobrevivência das plantas quanto para a eficiência do sistema de irrigação semi-hidropônico. De acordo com Irwin (2013), este aparente antagonismo entre os requisitos de aeração e retenção de água no meio de crescimento, na verdade representam um equilíbrio entre sua macro e microporosidade.
Em linhas gerais, a microporosidade é quem possibilita a retenção de água no meio, e é proporcionada por partículas muito pequenas como as existentes nos solos argilosos; por outro lado, a macroporosidade se relaciona à presença de partículas maiores, como no caso dos solos arenosos, permitindo assim a formação de bolsas de ar que dão o arejamento necessário às raízes (LORENZO, 2010).
Portanto, o equilíbrio entre a macro e microporosidade constitui um desafio para a composição de substratos adequados ao crescimento das plantas em muros vivos semi-hidropônicos. Além da porosidade balanceada, a estabilidade físico-química do substrato é também um fator determinante para a manutenção de sua qualidade ao longo do tempo.
As alterações químicas dos materiais de composição do substrato podem modificar o balanço de nutrientes proporcionado pela irrigação, causando acúmulos prejudiciais e alterações no pH; já as alterações físicas, que possuem estreita relação com as transformações químicas, modificam a estrutura do meio e quebram o balanço planejado para a sua aeração, retenção de líquidos, e manutenção do volume.
De acordo com Dunnett & Kingsbury (2008), este processo é frequentemente observado em meios com alta concentração de matéria orgânica, onde o processo de degradação ocasiona a acidificação e compactação do substrato; portanto, nos muros vivos não é recomendável o uso de substratos com altos teores de matéria orgânica em decomposição, sendo preferível os materiais mais inertes.
Por fim, a densidade é outra característica importante para a composição de substratos em muros vivos, já que influi sobre o carregamento estrutural imposto à alvenaria pelo sistema. Como é desejável que a sobrecarga do muro vivo seja a menor possível, além do uso de materiais leves o próprio parâmetro de porosidade do substrato também é um fator determinante, visto que possui relação direta com a densidade aparente.
Considerando estes requisitos, após consultar um especialista do ramo6, e
pesquisarem-se alguns materiais viáveis para a composição de um substrato para o experimento, chegou-se à definição de uma mistura à base fibra de coco e perlita, que são materiais leves, muito porosos e inertes (FIGURA 21).
FIGURA 21 - Substrato à base de fibra de coco e perlita
A fibra de coco é um material barato e acessível no mercado brasileiro, mas de acordo com Irwin (2103) ela apresenta restrições na absorção de água; por outro lado, a perlita constitui um excelente absorvente de água, mas possui um preço mais elevado. Para superar estas limitações foi encomendado um substrato7 elaborado a
partir de uma porção granular e uma porção fibrosa do mesocarpo do coco.
6
FERRAREZI, R. S.
7
Assim, através da associação de uma porção do mineral perlita (15 %), com porções grosseiras e refinadas da fibra de coco (85 %) foi possível incrementar a absorção de água sem elevar muito o preço do produto. Para verificar a adequação deste substrato ao experimento foram realizados alguns testes de laboratório com amostras não compactadas coletadas em anéis volumétricos.
Após serem pesadas, secas em estufa e pesadas novamente, os dados obtidos com as amostras foram então inseridos nas Equações 1 a 5 para o cálculo dos parâmetros de densidade, porosidade e umidade do substrato (VAN LIER, 2010).
Os resultados obtidos neste processo demonstraram que o substrato elaborado apresentava um alto valor de porosidade (87 %), e uma densidade aparente pequena (71 kg/m³). Já sua capacidade de retenção de água situou-se em torno de 400 ml por litro de substrato. Como parâmetro de comparação, de acordo com Cooper & Mazza
(equação 1) (equação 2)
ρ - densidade do solo (kg.m-3) ms - massa dos sólidos (kg)
V - volume total (m³)
ρs - densidade dos sólidos (kg.m-3)
ms - massa dos sólidos (kg)
Vs - volume dos sólidos (m³)
(equação 3) (equação 4) θ - umidade volumétrica U - umidade gravimétrica ρ - densidade do solo (kg.m-3) ρa - densidade da água (kg.m-3) U - umidade gravimétrica ma - massa de água (kg)
ms - massa dos sólidos (kg)
(equação 5)
α - porosidade
ρ - densidade do solo (kg.m-3) ρs - densidade dos sólidos (kg.m-3)
5.4. PLANEJAMENTO DA NUTRIÇÃO DAS PLANTAS
A nutrição semi-hidropônica em muros vivos implica no uso de um fertilizante juntamente com a irrigação. Portanto, para realizar o experimento foi obtida uma solução nutritiva concentrada, com macro e micronutrientes em proporções para o cultivo de plantas ornamentais8, e adicionada à água da fertirrigação nos reservatórios.
A dosagem de fertilizante na água foi um processo importante para evitar problemas de nutrição das plantas, sendo para isto realizados testes do potencial hidrogeniônico (pH) e da condutividade elétrica (CE) em amostras de substrato dos 5 painéis teste, de acordo com o método de Cavins et al (2000). Estas variáveis foram coletadas com um medidor combo de pH/EC/TDS da HANNA® Instruments.
A condutividade elétrica (CE), de um modo geral constitui um indicador indireto da concentração de sais na solução nutritiva, fornecendo assim um parâmetro para a regulação do volume de fertilizante adicionado à água. Já o pH indica se o meio de crescimento está ácido ou neutro demais para as plantas. De acordo com Furlani (2013), uma faixa de referência da CE para o cultivo de plantas ornamentais seria entre 700 e 2000 µS/cm, enquanto o pH deveria se manter em torno de 6.
A concentração inicialmente testada para a fertirrigação dos 5 painéis teste foi a de 2 litros de fertilizante para cada 1000 litros de água, de acordo com a especificação do fornecedor. Através desta diluição foi possível observar que os valores de pH e CE medidos se mantiveram dentro do intervalo recomendado, como demonstra a Tabela 3. Portanto, esta concentração inicial da solução nutritiva foi mantida para a fertirrigação do muro vivo durante o experimento.
A tabela 3 também demonstra que houve uma tendência de acúmulo de nutrientes nas bolsas centrais e inferiores. Assim, para evitar concentrações indesejados de sais minerais em alguns pontos, o sistema hidráulico do muro vivo
8
previu o uso de duas caixas d'água para possibilitar lavagens periódicas do substrato através da irrigação com água pura (seção 5.2).
TABELA 3 - Valores de pH e EC encontrados em amostras de substrato dos painéis teste
Código pH Condutividade (µS/cm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 B OLS A S LA TE R A IS P1-1 5,94 760 P1-4 5,82 920 P1-7 5,65 1535 B OLS A S CE N TR A IS P3-2 5,85 1035 1 2 3 4 5 6 7 8 9 P3-5 5,73 1020 P3-8 5,65 2120
Além da concentração de sais, um possível problema para o desenvolvimento das plantas, detectado e corrigido através dos painéis teste, foi a concentração de cloro presente na água fornecida pela rede pública. De acordo com Dias & Blanco (2010), a alta concentração de íons cloreto absorvidos pelas raízes podem ocasionar a queima do ápice e bordas das folhas, o que leva à sua queda prematura.
Este efeito (FIGURA 22), identificado nas plantas dos painéis teste com a ajuda de um especialista9, e através da verificação do Relatório de Resultados de Análise de
Água Tratada - 04/2013, da SANASA, foi solucionado deixando-se a água de irrigação
descansar por alguns dias (enchimento das caixas d'água 1 vez por semana); assim, com a vaporização natural do cloro o seu nível passava para valores aceitáveis.
PAINEL 1 - P1
5.5. SELEÇÃO DAS PLANTAS E DESIGN DO MURO VIVO
Nos muros vivos, as plantas caracterizam o elemento de maior interesse tecnológico do sistema, determinando tanto o seu aspecto visual quanto funcional. Portanto, uma seleção de espécies adequadas à localidade de implantação do muro vivo constitui uma etapa crucial no seu planejamento.
De acordo com Dunnet & Kingsbury (2008), um dos principais aspectos para a seleção de plantas em muros vivos externos consiste em sua resistência ambiental; isto porque, além de sua configuração vertical que causa um rápido escoamento da água e a exposição a fortes ventos, no geral o espaço restrito para o desenvolvimento radicular traz um risco iminente de ressecamento e morte das plantas, principalmente em regiões de clima tropical onde as temperaturas atingem valores extremos.
Nesse sentido, Irwin (2012) diz que o habitat natural das plantas fornece dicas para a escolha de espécies adequadas, através da observação de cenários similares ao dos muros vivos; como exemplo, citam-se as encostas rochosas, onde também há um alto grau de exposição e limitações em termos de enraizamento e hidratação.
Mas além da resistência ambiental, ainda há outros pontos importantes para esta seleção os quais irão influenciar o desempenho do sistema; neste grupo entram o aspecto visual, o interesse ecológico, o tipo de folhagem e a cobertura que proporciona, o tipo de crescimento, e o clico de vida das plantas.
Assim, uma espécie que apresente alta resistência ambiental, mas que não proporcione boa cobertura foliar da fachada e uma boa taxa de evapotranspiração já não seria tão interessante pelo ponto de vista da amenização térmica. Da mesma forma, o uso de espécies venenosas, ou que apresentem espinhos nas partes mais acessíveis do muro vivo não seriam uma boa escolha, independente do aspecto visual, resistência ambiental e cobertura foliar.
De um modo geral, as espécies que apresentam um crescimento escandente e volumoso são boas candidatas para uso nos muros vivos; além disso, no processo de design do muro vivo pesam os aspectos visuais, como a textura e cor das folhas e flores (HOPKINS & GOODWIN, 2011).
Portanto, considerando estes requisitos foram estabelecidos parâmetros para a seleção das espécies a serem utilizadas no experimento. A Tabela 4 traz um resumo destes parâmetros, aos quais foram atribuídos pesos simbólicos de acordo com o impacto que exerceriam sobre o desempenho do sistema (PERKINS & JOYCE, 2012).
TABELA 4 - Parâmetros de seleção das plantas
Parâmetros Pesos
Local de origem 1
Ciclo de vida 2
Tipo de exposição / luminosidade 3
Porte / tipo de crescimento 2
Tipo de clima 2
Tipo de raiz 2
Espinhos / partes cortantes / toxidade 2 Tipo de folhagem / cor / textura 2 Floração / frutificação / papel ecológico 1
Tipo de solo 2
Demanda hídrica e nutricional 3
Taxa de manutenção 2
Após estudarem-se estes requisitos, a seleção das plantas foi finalmente realizada utilizando-se catálogos de plantas ornamentais, como o de Lorenzi & Souza (2008); neste processo priorizou-se a heterogeneidade de espécies, o que refletiu no design final do sistema.
contribui para uma maior resistência e vitalidade das plantas (FIGURA 23). Portanto, a avaliação da amenização ambiental proporcionada pelo muro vivo no experimento constituiu uma visão do efeito conjunto das plantas.
FIGURA 23 - Exemplo de muro vivo com boa heterogeneidade de espécies
Fonte: http://www.flickr.com/photos/44607888@N07/
Feita a seleção inicial de plantas, esta lista foi submetida à apreciação de uma especialista em plantas ornamentais10, realizando-se um refinamento e chegando à seleção de 11 espécies para serem testadas no experimento. A Tabela 5 traz o nome científico e popular destas plantas, as quais foram dividas em três grupos (BASE; COMPLEMENTO; PONTUAIS) de acordo com a quantidade de critérios de seleção que atenderam e seu peso na composição visual da pele.
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TABELA 5 - Seleção final de espécies para a composição visual do experimento
Grupo Legenda Nome Científico Nome Popular
B
A
SE
3 Aptenia cordifolia Rosinha de sol
17 Callisia repens Dinheiro em penca
23 Arachis repens Grama amendoim
22 Evolvulus glomeratus Evôlvulo
C
OM
PLEME
N
TO 26 Cuphea gracilis Falsa Érica
30 Peperomia serpens Peperômia
20 Trandescantia spathacea Abacaxi roxo
35 Petunia axillaris Petúnia
PONT
UA
IS 4 Tulbaghia violacea Alho social
12 Neoregelia compacta Bromélia
33 Liriope muscari Barba de serpente
É importante ressaltar que algumas das espécies selecionadas não se enquadram no critério de resistência ambiental, mas foram utilizadas pelo efeito visual proporcionado (petúnia e falsa-érica). Neste sentido Irwin (2011) explica que, devido ao grande apelo estético dos muros vivos, muitas vezes o uso pontual de espécies mais frágeis, ou com ciclo de vida anual, é justificado pelo enriquecimento visual que proporcionam ao sistema, mesmo que por um curto período de tempo.
Além disso, o autor ressalta que o comportamento sazonal das espécies deve ser levado em conta no design do sistema, pois algumas espécies podem apresentar alterações visuais interessantes para uso no período mais frio (FIGURA 24).
FIGURA 24 - Muro vivo com interesse visual sazonal
Fonte: http://www.greenroofs.com/archives/green_walls.htm
Finalmente, com a lista definitiva de espécies foi então elaborado o design do sistema. De um modo geral as espécies selecionadas possuíam um perfil herbáceo, compondo um efeito volumoso de cascata no muro vivo (FIGURA 25). A distribuição das espécies na área do muro verde foi orientada por aspectos estéticos e funcionais, baseados nos seguintes conceitos:
Composição de desenhos orgânicos
Mesclagem de diferentes espécies
Combinação de cores e texturas
Distribuição no perfil vertical ponderando as necessidades individuais das plantas em relação à disponibilidade de água e à exposição ambiental.
O resultado final do processo de design do sistema se encontra na Figura 26, de acordo com a legenda da Tabela 5. Assim, a maior área do muro vivo foi ocupada com espécies do grupo BASE, participando drasticamente na sua aparência final, enquanto as espécies do grupo COMPLEMENTO e PONTUAIS criaram delimitações e bordas, dando uma maior riqueza visual ao muro vivo.
Ressalta-se que inicialmente o planejamento do experimento previa a instalação da pele verde até o segundo pavimento do edifício, e o desenho paisagístico foi pensado desta forma; entretanto, como esta configuração modificou-se posteriormente para a instalação do muro vivo apenas no primeiro pavimento, algumas
1
4
5
2
3
FIGURA 25 - Exemplo de algumas espécies selecionadas para o experimento
Fonte: 1 - Callisia repens: http://www.learn2grow.com/plantdatabase/plants/DisplayImage.ashx?ImageID=95363&width=560; 2 - Petunia axillaris: http://hcd-1.imgbox.com/acn7FcKn.jpg?st=-0nZF30blx8yohLGyuLRNQ&e=1355321355; 3 - Evolvulus glomeratus: http://2.bp.blogspot.com/-xZ7Vn--enI8/T8aUuyZg3iI/AAAAAAAABG8/HTGdUe7ls2o/s1600/azulzinha+(2).jpg; 4 - Neoregelia compacta: http://www.flickr.com/photos/72793939@N00/6060835782/; 5 - Aptenia cordifolia: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cc/Aptenia_cordifolia1.jpg
