Telhados de Cobertura Verde e Manejo de Águas Pluviais Dr. Walter Kolb
Instituto Estadual de Viticultura e Horticultura do Estado de Bavéria, Departamento de Paisagismo
Endereço para correspondência:
Bayer. Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau, Abt. Landespflege, An der Steige 15
97209 Veitshöchheim, Alemanha Email: riwa.kolb@t-online.de
Resumo
Com base nos resultados de testes realizados na cidade de Veitshöchheim, Alemanha, ficou comprovado que telhados verdes são capazes de reduzir significativamente, em comparação aos telhados sem cobertura verde, a demanda por refrigeração. Uma vegetação composta de gramíneas e uma população vegetal de pequenos arbustos são capazes de reduzir a amplitude das temperaturas em 60 a 94%.
Para coberturas extensivas de pouca espessura, foram medidos volumes máximos de drenagem de Ψs 0,16 a 0,47 litros/seg. Estes volumes foram estatisticamente inexpressivos nos casos de coberturas intensivas.
No ano, telhados de cobertura de verde drenam um volume de chuva da ordem de Ψ = 0,32 a 0,50. Sistemas múltiplos que combinam telhado verde, aproveitamento da água de chuva e dispositivo para infiltração no solo, possibilitam, mesmo em áreas densamente edificadas, um manejo completo das águas pluviais, sem que haja necessidade de uma ligação às galerias pluviais existentes.
Introdução
Sobretudo nas regiões densamente habitadas, a falta de áreas verdes e a drenagem centralizada das precipitações causam problemas em relação às condições microclimáticas, elevam os custos das instalações de drenagem, provocam transbordamentos nas áreas de alagamento (piscinões) e levam a uma reduzida renovação das águas subterrâneas. Ao mesmo tempo, as técnicas atuais desperdiçam a água valiosa das precipitações, embora, via de regra, representem uma excelente água de consumo não potável.
Sistemas ecologicamente mais corretos e suas vantagens, infelizmente, ainda são pouco conhecidos.
Em seguida, serão apontadas algumas alternativas que merecem maiores atenções, tanto sob aspectos ecológicos quanto econômicos e estéticos.
Telhados Verdes
Trabalhamos há muitos anos no desenvolvimento de telhados verdes eficientes. Inicialmente, o nosso enfoque se concentrou em substratos, técnicas de construção e em testes de comunidades de plantas. Neste contexto, também foram realizados testes que examinaram as conseqüências da instalação de telhados verdes para a climatização e as condições de drenagem.
- Climatização
Fora o fato de reter o calor (em regiões onde se usa calefação), destaque maior o telhado verde deveria receber pela capacidade de manter refrigerado o interior das construções. Realizamos medições com temperaturas de até 30°C em telhados com cobertura verde intensiva. Como mostram os resultados, a vegetação na laje pode, em função da
densidade e da altura das plantas, influir em diversos graus nas temperaturas de pico. Estruturas da vegetação que se assemelham a um pasto formado de gramíneas e ervas, reduziram especialmente bem a amplitude das temperaturas, em comparação com telhados sem cobertura verde (Figura 1).
Mas os subarbustos relativamente baixos, em primeiro lugar os sempre-verdes, também têm a capacidade de amortecer significativamente as amplitudes das temperaturas (Figura 2).
Ilustração 1: Estruturas de um pasto formada de gramíneas e ervas em comparação com telhados sem cobertura verde
Ilustração 2: Estruturas da vegetação embaixo de gramíneas e ervas em comparação com telhados sem cobertura verde
Neste contexto, certamente existe a possibilidade de se melhorar a carga de calor recebida pelas construções - e com isso as condições micro-climáticas - pela investigação de conjuntos de plantas ainda mais eficazes. O que leva à redução da temperatura é principalmente a evapotranspiração. Assim sendo, pode se esperar da cobertura verde intensiva, dada a maior massa de vegetação e maior capacidade de retenção d’água no sistema, um gasto de energia maior e em conseqüência um melhor resfriamento do que seria o caso com uma cobertura extensivo, o que é mostrado nos cálculos da tabela 1. Uma aspersão adicional com a água coletada por um sistema de captação da chuva (SCAC) parece fazer sentido para aumentar a eficácia do sistema.
Tabela 1: Consumo de energia na evaporação da água de precipitações em telhados ver-des
Cobertura Vegetal Extensivo Espessura
10 cm
Precipitação
~ 600 mm
Volume evaporado
250 l/m2 por ano (concentrados
nos meses março a outubro) Consumo de energia para cada litro d’água = 2000 kJ (500 kcal)
com 250 litros/ano
= 0,50 milhões kJ energia/m2/ano
Energia solar acumulada 3,6 Mio kJ/m2/ano
= 13 % da energia são gastos com a evaporação
Cobertura Vegetal Intensivo Espessura 30 cm Precipitação ~ 1150 mm Volume evaporado 788 l/m2 por ano
Consumo de energia para cada litro d’água = 2000 kJ (500 kcal) com 788 litros/ano
= 1,27 milhões kJ energia/m2/ano
Energia solar absorvida 3,6 Milhões kJ/m2/ano
0 5 10 15 20 25 30 0 15 50 100 150 200 E s c o a m e n to e p re c ip it a ç ã o e m m m
Precipitação Laje c/saibro
Cob. Verde Extensiva 10 cm Cob. Verde Intensiva 30 cm
Ψ=0,80
Tempo decorrido em minutos Ψ=0,25
Ψ=0,02
Ilustração 3: Condições de escoamento em telhados verdes
Ilustração 4: Condições de escoamento de coberturas verdes de uma só câmada de 10 cm, e inclinações diversas dos telhados (valor médio de 4 medições)
Condições de escoamento: - Picos da Drenagem
Para o dimensionamento dos sistemas de drenagem na canalização via de regra se toma como base o valor de pico “Ψ_s”. No caso de coberturas sem vegetação e de pavimentos impermeabilizados se supõe que o pico de drenagem duma precipitação de referência seja de 80 a 100% (Ψ_s = 0,8 a 1,0). Os picos no caso das coberturas verdes dependem sobretudo da espessura do substrato e da vegetação plantada, como provam os resultados da ilustração nº 3.
Nossas medições em diversos telhados verdes com pequeno declive mostraram fatores de escoamento – após a saturação do sistema de telhados com uma espessura pequena de 10 cm - de Ψ = 0,25. Isso significa um amortecimento dos picos de escoamento da ordem de 75%. No caso duma espessura de 30 cm o fator de escoamento não passou de 0,02. Assim, o fator de pico pode ser negligenciado.
A inclinação do telhado tem uma influência surpreendentemente pequena (Ilustração nº 4). No caso de declives de 2 a 84% os fatores de escoamento tiveram uma variação de somente 0,38 a 0,47. Vale ressaltar que a partir de declives de cerca 15 a 20% somente uma cobertura extensiva seria recomendável, e que declives maiores requerem medidas de proteção contra o deslizamento já no suporte da cobertura.
Os picos de escoamento também são influenciados pela composição da vegetação. Como se pode deduzir da ilustração nº 5, são especialmente eficazes na redução dos picos de escoamento as coberturas de uma só camada. Na medição em questão o fator de escoamento situou-se em 0,16, enquanto na alternativa com uma cobertura em três camadas, e mais uma camada de drenagem supereficiente, o fator aumentou para 0,46. É de interesse também que para uma cobertura equivalente sem vegetação o fator de escoamento era de 0,96. 0 5 10 15 20 25 30 00:00 02:50 05:40 08:30 11:20 14:00 16:25 19:15 22:05 24:55 27:45 30:35 Tempo em minutos E s c o a m e n to e p re c ip it a ç ã o [l it ro s /m in ]
Espessura da cob.verde 1 Câmada 3 Câmadas sem cob. verde
Precipitação
C = 0,93 sem cob. verde
C = 0,46 C = 0,16 Telhado Verde c/3 câmadas Telhado Verde c/1 câmada 15 Min
Ilustração 5: Escoamento de precipitação valores de escoamento C em telhados verdes de uma e três camadas com 10 cm de espessura em comparação com telhado sem cobertura verde com precipitação de 28 cm durante 10 min, distancia medida 10 m, inclinação do telhado 2 %.
Ilustração 6: Volumes de precipitações e escoamentos em coberturas verdes de camada única de materiais orgânicos e minerais de 10 cm
1907 1964 1797 1638 1810 1928 1892 1627 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 1 2 3 4 5 6 7 8
Volume do fluxo d’água Volume d’água retida
Escoamento total V o lu m e d ’á g u a , li tr o s /m 2
Diversos tipos de câmadas de suporte p/o gramado
Valor médio: 1820 Soma: 5762
Ilustração nº 7: Escoamento total em coberturas verdes intensivas com 30 cm de espes-sura, no período de 1991 a 1995, em medidores de infiltração, sem inclinação
Os dados acima expostos deixam claro que coberturas verdes podem diminuir significadamente os picos de escoamento, reduzindo a necessidade de sistemas de drenagem, quando não houver aproveitamento da chuva em SCACs ou a infiltração no solo.
- Escoamento anual da chuva em telhados verdes
Água que não alcança a canalização não requer medidas caras de drenagem. Porém, precisa ser levado em consideração que duma cobertura verde combinado com um SCAC se pode esperar somente volumes reduzidos de água utilizável. Como comprovado nas ilustrações nº 6 e 7, pode-se esperar de cobertas verdes extensivas um escoamento da ordem de 50% do total das precipitações anuais.
No caso de cobertura vegetal intensiva o valor será de cerca de 30%. Obviamente, o escoamento anual é influenciado também pelas condições climáticas, pelos substratos e tipos de vegetação escolhidos, por isso os resultados apresentados devem ser vistos como parâmetros variáveis.
- Qualidade do Habitat
Nas cidades, os preços para os lotes para construção se elevam a patamares inimagináveis. Diante disso, fica difícil entender por que os telhados não estão sendo mais utilizados para o melhoramento do habitat urbano. As vantagens são óbvias. Áreas enormes nas imediações das moradias ou locais de trabalho ficam ociosas, quando poderiam ser transformadas em áreas de lazer de excelente qualidade. Sobretudo telhados verdes intensivos que podem ser freqüentados são uma boa pedida. Porém estes em geral podem somente ser realizadas em construções novas. Mas mesmo no caso de estruturas de cobertura que suportam somente um peso menor é possível instalar posteriormente um telhado verde, porém menos eficaz, como mostram exemplos bem sucedidos.
- Aproveitamento da água de serviço
Sistemas de aproveitamento da água de chuva (SCAC) oferecem a possibilidade de substituir a água potável cara pela água de serviço. Especialmente as descargas dos vasos sanitários e a irrigação de áreas verdes são usos que se apresentam. No cálculo do volume das cisternas é preciso considerar uma perda por evaporação da ordem de 20% das precipitações anuais em telhados sem cobertura vegetal, de 50% no caso de coberturas extensivas e de 70% nas de vegetação intensiva. O tamanho economicamente sensato das cisternas se pode estimar como sendo de 7 a 10% das precipitações anuais presumidas sobre a área de contribuição, não sem ter deduzido antes o fator de evaporação. Tivemos uma experiência muito boa com tanques enterráveis pré-fabricados, porque deles se pode esperar uma menor proliferação de germes devido às temperaturas internas relativamente mais baixas.
- Infiltração e Recarga das Águas Subterrâneas
Água das precipitações, que não evapora e não é aproveitada como água de serviço, pode ser encaminhada para a renovação das águas subterrâneas, através de sistemas adequados de infiltração. É importante que a infiltração da água da superfície no solo se dê com a passagem por um filtro biológico ativo, i. e. uma camada de solo vivo. Estas depressões ecológicas de retenção podem ser enchidas rapidamente até uma altura de cerca de 30 cm. Após fortes chuvas, a água assim retida pode infiltrar-se no solo num espaço de vários dias, sem que a vegetação seja afetada. Atualmente estamos fazendo ensaios nos quais são testados plantas, que por seu enraizamento profundo possam assegurar um afofamento em profundidade do solo, e ainda sejam capazes elas mesmas de evaporar grandes volumes d’água, sem que venham a morrer numa seca prolongada.
0 50 100 150 200 250 300 350 Jane iro Feve reiro Abr il Mai o Junh o Julh o Set em bro Out ubro Nov em bro Dez em bro P re c ip it a ç õ e s [ e m m m ]
Chuva artificial Chuva natural Soma das chuvas
Total da chuva natural: 761 mm Total da chuva artificial: 1.158 mm Soma das chuvas totais: 1.919 mm Escoamento /a galeria pluv.: 0 mm
Ilustração 8: Distribuição das precipitações naturais e artificiais na estação de infiltração de Veitshöchheim durante o ano de 2000
Tabela 2: Modelo para infiltração na cidade alemã de Veitshöchheim,
Investigação dos limites da capacidade com base em cerca de 450 litros/segundo/hectare (= 162 mm/hora/m2).
Duração da chuva Volume da precipitação Altura máxima da água acumulada na depressão
11 min 31 mm 38 mm
15 min 40 mm 96 mm
19 min 50 mm 145 mm
- Sistemas Múltiplos
Numa simulação investigamos até que ponto uma combinação de cobertura verde de telhados com o uso da cisterna de captação e da infiltração mesmo sob condições adversas do solo (valor kf 10-7) poderia tornar dispensável a conexão à galeria pluvial. Numa área em 60% impermeabilizada foi possível, somente lançando mão da evaporação e da infiltração, manejar uma precipitação anual de 2.000 mm, sem que fosse despejada água na galeria (Ilustração nº 8).
Mas mesmo picos de precipitação da ordem de 450 litros (em segundos por hectare), com duração de 19 minutos – o que equivale a cerca de 50 mm/hora – podiam ser manejados, como comprovam os número da tabela nº 2. Como por enquanto não houve retirada de água de serviço da cisterna, pode-se presumir um potencial adicional de manejo significativo.
