SISTEMA CONSTRUTIVO DE UM TELHADO VERDE PARA A UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PETRÓPOLIS

Me. Jaime Hidalgo _______________________________ Prof. Me. Ricardo Francis _______________________________ Prof. Me. Em meio a este contexto, o telhado verde surge como uma solução construtiva e ecológica de extrema importância para minimizar os distúrbios decorrentes da urbanização, bem como auxiliar no planejamento urbano sustentável. Sendo assim, o presente trabalho tem como objetivo principal elaborar um projeto ideal de coberturas verdes para o novo edifício da engenharia da Universidade Católica de Petrópolis, de forma a demonstrar sua viabilidade, benefícios e os componentes necessários à sua construção. A base metodológica consistiu no levantamento bibliográfico e na elaboração do projeto por meio de análises de carga e do estudo da planta da edificação. Por meio de todos os dados levantados, o projeto de telhado verde para o edifício demonstrou ser uma excelente alternativa para a laje desta edificação, capaz de fornecer um novo espaço aos estudantes e professores, seja para atividades de lazer, recreativas ou de pesquisa, para o aumento da biodiversidade e durabilidade, aproveitamento de águas pluviais e redução de temperaturas.

De modo a contribuir com o conforto ambiental dos ambientes e em consequência o rendimento de aluno e professor. The methodological basis consisted in bibliographical survey and in the drafting of the project through load analysis and study of the mezzanine. Through all the data collected, the green roof project for the building proved to be an excellent alternative to slab of this building, able to provide a new space for students and teachers, whether for leisure, recreational activities or research, biodiversity and increasing durability, use of rainwater and reducing temperatures. In order to contribute to the environmental comfort of environments and consequently the income of a student and teacher. Key-words: Green roof; Constructive System; Bioclimatology; Civil Construction; LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Ilhas de Calor 11 Figura 2 – Níveis da Construção Sustentável 14 Figura 3 – Representação gráfica dos tipos de telhados 17 Figura 4 – Telhado verde extensivo construído em Michigan 19 Figura 5 – Telhado verde extensivo do edifício Schulumberger 19 Figura 6 – Telhado verde semi-intensivo do Hotel Firmount 20 Figura 7 – Telhado verde intensivo 22 Figura 8 – Camadas constituintes do sistema de telhado verde 22 Figura 9 – Balanço hídrico de um telhado verde 32 Figura 10 – Drenagem da Água Pluvial 33 Figura 11 – Desempenho térmico da vegetação de telhados verdes 35 Figura 12 – Planta Baixa Prédio Engenharia UCP 37 Figura 13 – Esquema de aplicação de manta asfáltica 39 Figura 14 – Grama Esmeralda 40 Figura 15 – Grama de São Carlos 40 Figura 16 –Bulbine 40 Figura 17 – Clorofito 40 Figura 18 – Vedélia 41 Figura 19 – Latana 41 Figura 20 – Projeto Arquitetura Telhado Verde 44 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Sustentabilidade na construção civil 14 Tabela 2 – Classificação de Telhados Verdes 17 Tabela 3 – Tipos de vegetação de telhados verdes 28 Tabela 4 – Cargas estrutura, telhado verde e público 38 Tabela 5 – Orçamento para construção de Telhado Verde 43 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 10 2 SUSTENTABILIDADE 11 2.

Bioclimatologia e planejamento urbano sustentável 11 2. Camada filtrante 26 3. Substrato 26 3. Tipos de Vegetação 27 3. Camada de isolamento térmico 28 3. Normas e Legislações 28 4 COBERTURAS VERDES E O PLANEJAMENTO SUSTENTÁVEL 29 4. Orçamento de Projeto 41 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS 44 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 45 1. INTRODUÇÃO O crescente processo de urbanização e aumento da população mundial é responsável por gerar grandes impactos sobre o meio ambiente e a qualidade de vida (MORAES, 2013). As práticas de retirada da cobertura vegetal original, a impermeabilização de solos, a emissão de gases poluentes, a utilização de materiais agressivos e a canalização de rios e córregos, vêm se tornando, cada vez mais, comuns e frequentes nos centros urbanos (PALMEIRA, 2016). Estes fatores aliados as condições naturais do ambiente podem provocar a geração de ilhas de calor, o aumento do escoamento de águas pluviais (enchentes) e da poluição atmosférica, que, consequentemente, elevam os custos com equipamentos de climatização e consumo de energia (WILLES, 2014).

Sob a perspectiva da sustentabilidade, uma das soluções que tem se mostrado eficiente para minimizar os efeitos da urbanização, no ramo da construção civil, constitui a cobertura verde, que corresponde a uma técnica construtiva baseada em conceitos, principalmente, de bioclimatologia e resiliência urbana (WILLES, 2014). Um dos grandes fenômenos climáticos ocasionados sobre os centros urbanos, corresponde a ilha de calor (Figura 1), definida pelo aquecimento diferenciado entre diferentes regiões de um mesmo município (FERRAZ, 2012). Fonte: EMC (2017) A ilha de calor caracteriza-se por promover o aumento das temperaturas médias em áreas urbanas, que apresentam uma maior superfície construída e, consequentemente, menor presença de coberturas vegetadas (MAGALHÃES FILHO, 2006). Corresponde, portanto, ao acúmulo de calor nas superfícies e consequentemente, elevação da temperatura do ar sobre uma área urbana, em relação às áreas rurais ou suburbanas vizinhas (ARYA, 2001).

Neste contexto, surge a bioclimatologia, que representa um campo cientifico capaz de utilizar elementos climatológicos em conjunto com a estrutura morfológica, habitacional ou urbana, com o objetivo de estabelecer o uso racional de recursos naturais e o conforto de usuários. De forma geral, este campo estabelece 4 princípios básicos: criação de espaços que propiciem conforto aos moradores e usuários; eficiência energética e durabilidade da edificação; redução de desperdícios; e uso de fontes renováveis e materiais ecológicos (OLIVEIRA NETO, 2014). Além disso, representa um projeto social e político, que objetiva aumentar a qualidade de vida e satisfazer as necessidades básicas da humanidade (CURI, 2011). Outro conceito que pode ainda estar associado ao planejamento sustentável corresponde a “resiliência urbana”, definida como a capacidade das cidades de enfrentar, resistir, absorver e adaptar-se a eventos devastadores e reduzir minimamente os seus danos (CAMPANELLA, 2006).

Para o correto planejamento urbano sustentável, que alie os centros urbanos e o uso racional de recursos, é necessário que ocorra a adaptação das construções ao meio, de forma a estabelecer e/ou criar medidas que possam mitigar, neutralizar ou eliminar os possíveis impactos e/ou acidentes ambientais, provenientes do processo de urbanização. Ou seja, a resiliência urbana estabelece que as edificações e a expansão urbana, deve se adaptar as características da região, permitindo, por exemplo, um número maior de espaços permeáveis, estruturas de captação e/ou reuso de água (em razão da crise hídrica) e, práticas ou sistemas construtivos que permitam a economia de energia e melhor aproveitamento dos recursos existentes na área (em razão crise energética).

De modo a possibilitar o crescimento urbano controlado, com base no menor impacto gerado, promovendo equilíbrio entre as construções e o meio ambiente, em que ambos possam adaptar-se, sem prejuízos (CARVALHO; COSTA, 2015). O objetivo deste documento foi propor uma estratégia de ação para a construção sustentável em países em desenvolvimento, apresentando o escopo e as recomendações necessárias a serem aplicadas (KEELER; BURKE, 2015). As distinções entre os aspectos sociais, econômicos e ambientais, foram divididas em três pontos: materiais e componentes, edificação e meio ambiente interno, e meio ambiente urbano (BAKENS, 2003). Esta publicação, também, evidenciou que a indústria da construção civil representa o setor que mais consome recursos naturais e provoca impactos sobre o meio ambiente, além de utilizar recursos energéticos de forma intensa (MMA, 2012).

Os elementos apontados neste documento consistiram, portanto, na minimização do consumo energético e da extração de recursos naturais, conservação das áreas naturais e biodiversidade, manutenção da qualidade do ambiente a ser construído e qualidade do ar interior (BAKENS, 2003). Segundo Lira (2017), a indústria da construção civil abrange o setor industrial (fabricação de materiais) e o setor habitacional (fase de uso das edificações) sendo responsável por consumir valores entre 30% a 40% de energia total no Brasil (LIRA, 2017). Desta forma, os telhados verdes são classificados, geralmente, nas seguintes categorias: extensivos, semi-intensivos e intensivos (PESSANHA, 2017). Esta classificação foi estabelecida pela Associação de Telhados Verdes (INGRA), responsável por determinar as características especificas de cada tipo de estrutura, com o objetivo de facilitar sua identificação, bem como aplicação, que seguem verificadas na Tabela 2.

Estas características reúnem informações sobre a necessidade das práticas de manutenção e de irrigação, o peso especifico da estrutura, os tipos de espécies vegetais empregadas, a espessura vegetal, a altura do sistema, os custos e a finalidade de uso de cada sistema (SILVA, 2016). Tabela 2 – Classificação de Telhados Verdes Extensivo Semi-Intensivo Intensivo Manutenção Baixa Média Alta Irrigação Não precisa Periodicamente Regularmente Espécie vegetal Musgo, herbáceas e gramíneas Gramíneas-herbáceas e arbustos Gramado permanente, árvores e arbustos Espessura vegetal Entre 50 a 150 mm Entre 50 a 1000 mm Acima de 2500 mm Altura do sistema construtivo 60 a 200 mm 120 a 250 mm 150 a 400 mm Peso do telhado 60 a 150 kg/m² 120 a 200 kg/m² 180 a 500 kg/m² Peso saturado do solo (no ponto máximo de absorção) Baixo (48,8 a 170 kg/m²) Variável (170 a 244 kg/m²) Alto (244 a 1.

kg/m²) Custos Baixo Médio Alto Uso Proteção Ecológica Telhado Verde com design Jardim tipo parque Fonte: SILVA (2016) Por meio desta tabela, verifica-se que as coberturas extensivas apresentam uma espessura menor, em termos de espessura do substrato e da vegetação, enquanto que o telhado intensivo constitui a maior espessura entre as categorias, como é possível observar na Figura 3, que demonstra a representação gráfica de cada tipo de sistema. De acordo com Savi (2015), as espécies vegetais mais adequadas a este sistema são as nativas, principalmente, em locais que apresentem condições de seca. Entretanto, no Brasil, há estudos que apontam a utilização de plantas exóticas neste sistema construtivo que, também, podem vir a serem empregadas, desde que apresentem raízes menos agressivas e a necessidade reduzida de manutenção.

Já segundo Silva (2011), este sistema possui como principal característica, o cultivo de plantas rasteiras de pequeno porte, aliadas a um filtro geotêxtil sintético de drenagem e retenção de umidade, a um sistema de isolamento térmico, barreira de proteção na camada da superfície. Um telhado verde extensivo pode ser aplicado a quase todos os tipos de coberturas como, por exemplo: telhas cerâmicas, de fibrocimento, coberturas de aço e lajes (PALMEIRA, 2016). Em geral, os sistemas extensivos costumam apresentar grandes dimensões, como é o caso do maior telhado verde construído em Michigan, nos Estados Unidos, o qual possui uma área em torno de 42. Um grande exemplo desta tipologia é o Hotel Fairmount em Vancuver (Figura 6), montado sobre uma laje de aproximadamente 2100 m² de extensão, onde são cultivadas mais de 20 variedades de folhagens, ervas, temperos, frutas, hortaliças e flores comestíveis (SILVA, 2011).

Fonte: PESSANHA (2017, p. Intensivos Os sistemas intensivos, também nomeados como jardins de cobertura, são caracterizados por exigirem alta manutenção, uma vez que, incluem gramados e vegetações de médio a grande porte, como a aplicação de arbustos e árvores. Constituem assim, estruturas com um nível de complexidade elevado, requerem maiores investimentos e ações de manutenção. Além disso, representam sistemas mais pesados que aqueles empregados no extensivo (PESSANHA, 2017). O sistema intensivo, ao contrário do extensivo, raramente é utilizado em estruturas com grandes inclinações, visto que apresenta um peso superior e, portanto, é mais suscetível a deslizamentos (PESSANHA, 2017). Um grande exemplo de telhado verde intensivo pode ser observado na Figura 7. Fonte: PESSANHA (2017, p. Composição Embora possa existir variações, o telhado verde, geralmente, é estruturado por sete componentes, resumidos em: suporte estrutural, camada impermeabilizante, membrana de proteção contra raízes (antirraiz), camada drenante, camada filtrante, solo e substrato, e, vegetação (SILVA, 2011).

Estas seis camadas descritas são responsáveis por efetivar o funcionamento do sistema, como é possível observar na Figura 8. No Brasil, a tipologia construtiva adotada para edifícios multi-pavimentados é a laje de concreto, capaz de suportar, em média, um sobrepeso de cerca de 400 kg/m² (GARRIDO NETO, 2012). Camada Impermeabilizante A camada impermeabilizante tem como finalidade proteger a laje contra infiltrações, provenientes da ação da água, conferindo assim, estanqueidade a estrutura (SILVA, 2011). A impermeabilização representa uma etapa indispensável ao sistema de telhado verde, uma vez que, a presença de infiltração na estrutura da edificação, é responsável por reduzir a vida útil e a qualidade, bem como segurança estrutural da obra (BALDESSAR, 2012). Contribuindo assim, para o aparecimento de manifestações patológicas (manchas, mofos, oxidações, eflorescência e criptoflorescência), risco de acidentes e, transtornos ou mal-estar dos usuários (DILLY, 2016).

A camada impermeabilizante representa a primeira camada sobre a laje, desta forma, é executada por meio da aplicação de um material impermeabilizante sobre a superfície do suporte estrutural, que deve se encontrar regularizada, apresentando uma forma homogênea, lisa e sem protuberâncias, que possam comprometer este processo (OLIVEIRA NETO, 2014). Há sistemas de telhados verdes que não necessitam da instalação de barreiras anti-raiz, pois sua estrutura já possui resistência contra a penetração das mesmas, como é o caso do telhado verde modular (ASTM 2777: 2014). Camada drenante A camada drenante tem por finalidade principal remover o excesso de água, no caso, que não foi absorvida pela vegetação e pelo substrato do telhado, mantendo as condições aeróbicas no meio (LIRA, 2017). Desta forma, a camada drenante auxilia no escoamento quando o substrato se encontra saturado, nos períodos de chuva intensa, e é responsável por armazenar água nos períodos secos (LIZ, 2016).

Por esta questão, deve ser projetada para suportar a carga das camadas acima dela, principalmente, do substrato e da vegetação, que correspondem as camadas de maior carga (OLIVEIRA NETO, 2014). O excesso é conduzido aos drenos, ralos ou calhas coletoras, que pode vir a ser reaproveitado para usos que não exijam características de potabilidade (BALDESSAR, 2012). Substrato A camada de substrato tem como objetivo principal proporcionar suporte para as vegetações, de modo a sustentar a vida das plantas durante um longo período de tempo (SILVA, 2011). Além disso, atua como reservatório de umidade, dá suporte a drenagem eficiente durante eventos de chuva e garante a proteção dos componentes do sistema de telhado verde (ASTM 2777: 2014). Desta forma, a camada de substrato é responsável por conferir suporte as plantas, assegurando seu crescimento, por meio do fornecimento de nutrientes necessários ao seu desenvolvimento (PARIZOTTO FILHO, 2010).

Entretanto, a composição do substrato requer a mistura de diferentes tamanhos e tipos de ingredientes minerais (LIRA, 2017). De acordo com Luckett (2009), a camada de substrato pode ser constituída por três elementos: solo (areia, argila e terra), resíduos agrícolas (palhas, cascas e entre outros) e materiais reciclados (tijolo moído, serragem). Porém, as suculentas apresentarem capacidade de resistir a períodos de seca e perdem menos água durante o processo de evapotranspiração (LIZ, 2016). Entretanto, cada tipo de telhado (extensivo, semi-intensivo e intensivo) requer o uso de espécies próprias, que variam, principalmente, de acordo com o porte, como demonstra a Tabela 3. Tabela 3 – Tipos de vegetação de telhados verdes Fonte: HENEINE (2008) Entretanto, a vegetação, por exemplo, deve ser escolhida com base nas características locais e estruturais da edificação, visto ser uma técnica que requer cuidados, principalmente, em relação aos cálculos estruturais, que compreendem o sobrepeso na estrutura, devido ao crescimento vegetal e/ou de raízes (LARA, 2017).

Uma cobertura, por exemplo, de 120 m², deve ter a laje e/ou pilares reforçados para suportar, no mínimo, uma carga de 9600kg. Camada de isolamento térmico Quando necessário, dependendo do tipo de clima local ao qual o telhado verde será exposto, pode-se implantar uma camada de isolamento térmico, responsável por limitar o ganho ou a perda de calor (CANTOR, 2008). De modo a conduzir o desenvolvimento do espaço urbano em equilíbrio com os ecossistemas regionais (WILLES, 2014). Sendo assim, os telhados verdes representam um instrumento considerável ao planejamento urbano sustentável, são capazes de possibilitar uma forma racional de expansão da área urbana, bem como atuar na solução da questão da poluição atmosférica e da drenagem urbana, que correspondem aos maiores problemas a serem enfrentados na gestão dos municípios.

Além disso, tendem a promover uma melhor qualidade de vida e consequentemente, bem-estar da população, que tende a estar mais confortável e saudável (OLIVEIRA NETO, 2014). No campo ambiental, a cobertura verde a ser implantada não apenas estabelece a preservação do meio ambiente, como visa a proteção e/ou combate a extinção de espécies (vegetais e animais). Enquanto que no campo econômico, objetiva reduzir os custos de produção, exploração e consumo de energia, além de contribuir para o cultivo de plantas frutíferas e/ou dotadas de algum benefício. Biodiversidade Urbana A implantação de telhados verdes na cobertura das edificações possibilita o aumento de áreas verdes e a reabilitação ecológica da área, de modo a proporcionar a recuperação das características iniciais, portanto, de origem da região e, novas funções urbanas, bem como ambientais a estes empreendimento (ARAÚJO, 2007).

O uso de coberturas verdes pode ser considerado uma alternativa eficiente, uma vez que, quando utilizadas de forma estratégica, representam uma solução natural, a qual pode ser considerada como um complemento as cidades urbanizadas, consideradas como “selvas de concreto” (ARAÚJO, 2007). Além disso, estes espaços podem contribuir para a criação de corredores verdes ou “pequenos pulmões”, possibilitando a regeneração da atmosfera (BALDESSAR, 2012). O sistema pode favorecer um habitat para a fauna local e migratória (LIRA, 2016). Gestão Hídrica O ciclo hidrológico constitui um fator de extrema importância para a sobrevivência e manutenção da vida no planeta. Podem ainda atuar na recuperação do ciclo hidrológico, bem como nas linhas naturais de drenagem do ambiente e na permeabilidade do solo, que permitem a recarga dos lençóis freáticos (ARAÚJO, 2007).

Além disso, contribuem para a redução do escoamento superficial e, consequentemente, ocorrência de enchentes, assim como facilitam o gerenciamento das contribuições pluviais (KOELLER, 2000). O que favorece a gestão, preservação e conservação de recursos hídricos (BALDESSAR, 2012). Ilhas de Calor e Conforto Térmico O sistema de telhado verde representa uma das melhores soluções para neutralizar ou eliminar as ilhas de calor, visto que sua implementação não requer mudanças na estrutura urbana e que a substituição das coberturas convencionais, por estas tecnologias dotadas de vegetação, contribui para o aumento de áreas verdes dentro da malha urbana, que tendem reproduzir ou igualar a qualidade térmica encontrada nas regiões rurais, caracterizadas por temperaturas inferiores (OLIVEIRA NETO, 2014). O telhado verde, pode reduzir e/ou neutralizar o efeito das ilhas de calor nos grandes centros, devido ser um sistema construtivo isolante, que colabora para processos e ciclos bioquímicos, responsáveis por minimizar temperaturas, combater índices de poluição, reduzir áreas impermeáveis e colaborar no controle de umidade, principalmente, em dias quentes e secos (SILVA, 2011).

Enquanto que a redução da temperatura interna foi comprovada por Vecchia (2005), que utilizou cinco protótipos de cobertura, sendo um de telhado verde e outros quatro de sistemas convencionais (aço galvanizado, telha de fibrocimento, laje pré-moldada e telhado cerâmico), onde foram registradas diferenças de até 8°C em relação a temperatura ambiente. Já de acordo com Savi (2015), este estudo de Vecchia, evidencia que o telhado verde representa o sistema mais eficiente quanto ao isolamento da edificação, comparado aos outros sistemas. Desta forma, o telhado verde propicia temperaturas internas menores, em qualquer época do ano, tornando o ambiente mais agradável ao usuário, assim como reduzindo custos resultantes do uso de aparelhos de refrigeração. Por meio do estudo de Kolb (2003), pode-se observar que as coberturas verdes apresentam um maior desempenho térmico e a grande variação existente, como ilustra a Figura 11.

Fonte: ONHMURA (2008, p. Proporcionando assim, a limpeza do ar, a eliminação de dióxido de carbono e de partículas de metal pesado, bem como a manutenção da umidade relativa do mesmo (GATTO, 2012). METODOLOGIA A base metodológica do presente projeto consistiu na revisão bibliográfica, realizada a partir da coleta de dados e informações sobre o respectivo tema, encontrados em artigos, publicações e dissertações, disponíveis na Biblioteca Digital Brasileira de Teses e Dissertações (BDTD). O quais foram responsáveis por dar base a apresentação e discussão dos conceitos e informações que envolvem os sistemas de telhado verde. Além disso, foi estabelecido um estudo de caso referente a um projeto construtivo de sistema de cobertura verde para uma edificação da Universidade Católica de Petrópolis.

Estudo de Caso Esse estudo de caso consiste no projeto de um telhado verde para o novo prédio da engenharia da Universidade Católica de Petrópolis – UCP, a laje tem as dimensões de 34,70m x 17,00m, com área total de 578,00m² e o telhado verde tem 31,70m x 14,00m com área total de 425,00m². Para aplicar tem a necessidade de que a laje esteja limpa, seca, firme, sem ressaltos e sem elementos que atrapalhem a instalação (madeiras, graxas, desmoldantes, ferragens) e verificar o caimento para os coletores. Para começar a aplicação da manta, posicionar os rolos da manta asfáltica de forma alinhada, deixando a parede coberta com uma faixa de 40cm, a colagem da manta deve ser iniciada dos coletores de água em direção as extremidades, respeitando o escoamento da laje.

Após o termino do primeiro rolo de manta, colocar a segunda bobina sobreposta na primeira camada com um transpasse de 10cm. Para garantir a estanqueidade das emendas reaquecer as mantas nas emendas e aquecer uma colher de pedreiro e alisar a manta exercendo uma leve pressão sobre a superfície. Fazer estes procedimentos até o término da laje. CONSIDERAÇÕES FINAIS Por meio de todos os dados levantados, bem como apresentados no presente trabalho, o projeto de telhado verde dimensionado para o edifício de Engenharia da Universidade Católica de Petrópolis, constitui uma excelente alternativa para a laje desta edificação, capaz, primeiramente, de fornecer um novo espaço aos estudantes e professores, seja para atividades de lazer, recreativas ou de pesquisa. Visto que, a cobertura verde representaria um modelo prático, podendo ser utilizado para o desenvolvimento de aulas de diversos cursos, principalmente, de Engenharia e Arquitetura, de modo a possibilitar que os alunos possam ter contato direto ou familiaridade com a estrutura, o que tende a aperfeiçoar o processo de ensino.

Além disso, é possível concluir que a implantação do telhado verde proporcionaria uma maior beleza cênica à edificação, assim como contribuiria para o aumento da biodiversidade da região, atraindo espécies de aves (pássaros), insetos (borboletas) e favorecendo o aumento de superfícies permeáveis, pelo uso da vegetação. Que, consequente, também, permite a captação de águas pluviais, que poderiam ser utilizadas para atividades que não exijam a potabilidade, como: lavagem de salas, pisos, rega de jardins, entre outros. O que reduziria o custo de consumo de água na edificação e possibilitaria o uso de água potável apenas para atividades que requerem esta propriedade. ARANHA, K. C. Tecnologias Sustentáveis: a importância dos telhados verdes na amenização microclimática.

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