Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

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1 Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro ESTUDO DO DESEMPENHO TÉRMICO DE COBERTURAS VERDES: CASO DE ESTUDO Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil DANIELA ALEXANDRA ALVES PEREIRA ORIENTADOR: Prof.ª Dr.ª Ana Cristina Briga de Sá COORIENTADOR: Prof.ª Dr.ª Sandra Cristina Alves Pereira da Silva Cunha Vila Real, 2017

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3 Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro ESTUDO DO DESEMPENHO TÉRMICO DE COBERTURAS VERDES: CASO DE ESTUDO Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil MESTRANDA: Daniela Alexandra Alves Pereira ORIENTADOR: Prof.ª Dr.ª Ana Cristina Briga de Sá COORIENTADOR: Prof.ª Dr.ª Sandra Cristina Alves Pereira da Silva Cunha Composição do Júri: Presidente: - Doutor Ricardo Jorge e Silva Bento, Professor Auxiliar da Escola de Ciências e Tecnologia da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro Vogais: - Doutor João Carlos Gonçalves Lanzinha, Professor Auxiliar da Faculdade de Engenharia da Universidade da Beira Interior - Doutora Ana Cristina Briga de Sá, Professora Auxiliar da Escola de Ciências e Tecnologia da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro Vila Rea, 2017

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5 Dissertação para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, apresentada ao Departamento de Engenharias da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, realizada sob a orientação da Professora Dra. Ana Cristina Briga de Sá, Professora Auxiliar do Departamento de Engenharias, e coorientação da Professora Dra. Sandra Cristina Alves Pereira da Silva Cunha, Professora Auxiliar do Departamento de Engenharia, em conformidade com o Decreto-Lei n.º 216/92 de 13 de outubro. As doutrinas apresentadas são da exclusiva responsabilidade do autor.

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7 Dedicada aos meus pais e irmãos por todo o esforço e incentivo durante este percurso

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9 AGRADECIMENTOS Em primeiro lugar, quero expressar os meus sinceros agradecimentos a todos que contribuíram para a concretização desta dissertação e me acompanharam durante o meu percurso académico. Um profundo agradecimento aos meus pais, não só por todo o apoio e motivação para a realização deste trabalho, mas também por tudo o que me ensinaram, todos os valores e príncipios transmitidos e pelo amor icondicional ao longo de toda a minha vida. À minha orientadora, Professora Ana Sá e coorientadora Sandra Pereira, pelos conhecimentos transmitidos, a motivação, a disponibilidade, a paciência, a simpatia e apoio prestado em todo o desenvolvimento deste trabalho. À minha família, Tiago, Célia, Afonso, Gonçalo e Eugénio, por todo o apoio, conforto, incentivo e sobretudo pela amizade. Aos meus colegas e amigos, agradeço por todo o apoio e amizade demostrado ao longo dos anos e por tornarem este meu percurso mais fácil e agradável. A todos aqueles que cooperaram para a construção das células de teste, que se disponibilizaram em me ajudar e apoiar na sua realização. A todos, o meu muito obrigada! i

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11 RESUMO A necessidade de melhorar a eficiência energética é atualmente uma verdade evidente, e como tal, novas soluções são exigidas de maneira a reduzir o consumo energético dos edifícios. As coberturas verdes têm vindo a sofrer grandes desenvolvimentos técnicos desde o seu aparecimento, constituindo nos dias de hoje um elemento cada vez mais importante na construção sustentável, demonstrando resultados positivos no que respeita ao seu desenvolvimento térmico. No sentido de contribuir para o aumento do conhecimento científico nesta área, apresenta-se neste trabalho o estudo experimental do desempenho térmico de uma cobertura verde sujeita a condições climáticas reais na cidade de Vila Real. A análise experimental englobou o projeto, construção, instrumentação e monitorização de um dispositivo experimental, constituído por duas células de teste, que incluem a instalação de uma cobertura verde e uma cobertura com revestimento em chapa metálica. O trabalho experimental consistiu na realização de ensaios in situ para avaliar o desempenho térmico de duas coberturas, tendo sido medido o coeficiente de transmissão térmica e as condições termo-higrométricas (temperatura e humidade relativa) no interior das células de teste. Apesar de não se conseguir determinar o coeficiente de transmissão térmica, os resultados permitem verificar a influência da cobertura verde nos valores da temperatura e da humidade relativa no interior da célula de teste. Permitiu uma redução da humidade e uma menor flutuação das temperaturas no interior. Para além disso, verificou-se uma menor flutuação nos fluxos de calor quando comparada com uma solução de cobertura tradicional (neste caso com revestimento em chapa metálica). Palavras-chave Cobertura verde, cobertura tradicional, células de teste, desempenho térmico, trabalho experimental iii

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13 ABSTRACT The need to improve energy efficiency is now obvious, and as such, new solutions are required in order to reduce the energy consumption of buildings. Green roofs have been undergoing major technical developments since the beginning, and are nowadays an increasingly important element in sustainable construction, demonstrating positive results in terms of thermal development. In order to contribute to the increase of scientific knowledge in this area, it is presented in this work an experimental study of the thermal performance of a green cover subject to real climatic conditions in Vila Real. The experimental analysis encompassed the design, construction, instrumentation and monitoring of an experimental device, consisting of two test cells which included the installation of a green cover and a cover with metallic sheet coating. The experimental work consisted in in situ tests to evaluate the thermal performance of two coatings, being measured the thermal transmission coefficient and thermohygrometer conditions (temperature and relative humidity) inside the test cells. Although it is not possible to determine the coefficient of thermal transmission, The results allow to verify the influence of the green roof at the temperature values and of the relative humidity inside the test cell. It allowed a reduction of humidity and a lower fluctuation of the temperatures inside. Allowed a reduction of humidity and a lower fluctuaction of the interior temperatures. In addition, there was a lower fluctuation in the heat fluxes when compared to a tradicional roof solution (in this case with plate metal coating). keyword Green roof, tradicional roof, test cells, thermal performance, experimental work v

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15 ÍNDICE GERAL AGRADECIMENTOS... I RESUMO...III ABSTRACT... V ÍNDICE GERAL... VII ÍNDICE DE FIGURAS... X ÍNDICE DE TABELAS... XIV ÍNDICE DE GRÁFICOS... XV LISTA DE ABREVIATURAS E DESIGNAÇÕES... XVII 1 INTRODUÇÃO Enquadramento Objetivos Metodologia Organização do trabalho COBERTURAS VERDES Introdução Contexto histórico Tipologias de coberturas verdes Coberturas verdes extensivas Coberturas verdes intensivas Coberturas verdes semi-intensivas Sistemas de coberturas verdes...21 vii

16 2.4.1 Construção em multicamada Construção em monocamada Vantagens e Desvantagens de Coberturas Verdes Vantagens de Coberturas Verdes Desvantagens de Coberturas Verdes Considerações Finais METODOLOGIA EXPERIMENTAL Introdução Células de teste Localização e orientação Projeto Construção Equipamento utilizado Termofluxímetro Sensores de temperatura superficial Termo-Higrómetro Software utilizado Metodologia de cálculo do coeficiente de transmissão térmica Considerações Finais ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Introdução Casos de estudos Primeiro período de ensaios...72 viii

17 4.2.2 Segundo período de ensaios Terceiro período de ensaio Considerações Finais CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS Conclusões Finais Trabalhos Futuros...90 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...93 ix

18 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 - Representação dos Jardins Suspensos da Babilónia Figura 2 - Esquema do perfil de uma cobertura de turfa Figura 3 - Edifício tradicional de Haukadalur, Islândia Figura 4 - Torre de Guinigis...12 Figura 5 - Jardim no topo da torre de Guinigis Figura 6 Socalcos ajardinados da Quinta Real de Caxias Figura 7 - Jardim Pênsil na Quinta Real de Queluz Figura 8 - Terraço do Hotel Ritz Figura 9 - Coberturas Verdes da Fundação Calouste Gulbenkian...14 Figura 10 - Vista aérea do Edifício da Portugal Telecom em Picoas Figura 11 - Estádio Municipal de Braga Figura 12 - Cobertura verde da ETAR de Alcântara Figura 13 - Moradia particular, Vila Nova de Gaia Figura 14 - Cobertura verde do Passeio dos Clérigos, no Porto Figura 15 - Comparação de características das coberturas extensivas, semi-intensivas e extensivas com base na classificação IGRA...17 Figura 16 - Cobertura verde do tipo extensivo, Lillie Road, Londres...18 Figura 17 - Cobertura verde do tipo intensivo, Escola de Arte, Design e Multimédia de Nanyang, Singapura Figura 18 Cobertura verde do tipo semi-intensivo -Biblioteca Pública de Vancouver Figura 19 Cobertura verde do tipo semi-intensivo, Biblioteca Pública de Vancouver x

19 Figura 20 - Componentes da cobertura verde Figura 21 - Material da camada filtrante tipo...25 Figura 22 Material da camada de drenagem e retenção de água tipo Figura 23 - Material da camada de proteção tipo Figura 24 - Cobertura com placas de XPS Figura 25 - Sistema de tapete de cobertura verde Figura 26 - Sistema de bandeja de cobertura verde Figura 27 - Sistema de saco de cobertura verde Figura 28 - Sistema híbrido de cobertura verde Figura 29 - Exemplo de escoamento de uma cobertura verde (linha tracejada) gerado por um evento de chuva (linha preta) Figura 30 - Sistema de reutilização das águas pluviais retidas nas coberturas verde..38 Figura 31 - Temperatura da superfície exterior da laje da cobertura durante três dias típicos em La Rochelle: (a) inverno frio, (b) inverno ensolarado, e (c) verão quente Figura 32 - Poupança de energia das soluções de coberturas verdes relativamente à cobertura escura e clara Figura 33 - Distribuição das anomalias inspecionadas em coberturas verdes Figura 34 - Localização das células de teste...52 Figura 35 - Sombras no local de implantação...53 Figura 36 - Planta...53 Figura 37 - Planta da cobertura Verde...53 Figura 38 - Alçado Este - Cobertura Verde...54 Figura 39 - Alçado Sul - Cobertura Verde...54 Figura 40 - Alçado Este - Chapa metálica...54 xi

20 Figura 41 - Alçado Sul - Chapa metálica...54 Figura 42 - Preparação da base do pavimento...57 Figura 43 - Ensoleiramento geral e formação das paredes...57 Figura 44 - Amarração da armadura nas paredes...58 Figura 45 Fachada Este...58 Figura 46 - Laje de betão aligeirada...59 Figura 47 - Colocação do ETICS...59 Figura 48 - Conclusão da colocação do ETICS...59 Figura 49 - Isolamento no pavimento...59 Figura 50 - Isolamento no teto...59 Figura 51 - Porta em alumínio lacada...59 Figura 52 - Camada de proteção, camada de drenagem, camada filtrante e sistema de rega automático...60 Figura 53 - Camada de substrato...60 Figura 54 - Festuca...61 Figura 55 - Plantação de festuca...61 Figura 56 - Colocação do revestimento da cobertura em chapa...61 Figura 57 - Coberturas em estudo...61 Figura 58 - Termofluxímetro usado nas medições...63 Figura 59 - Sensores de temperatura Superficial instalados lateralmente em relação aos HF...64 Figura 60 - Sensores de temperatura e humidade utilizado no interior...65 Figura 61 - Sensor de temperatura instalado no exterior...65 xii

21 Figura 62 Datalogger...65 Figura 63 - Datalogger utilizado na recolha dos dados dos termofluxímetros e dos sensores de temperatura superficial...66 xiii

22 ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1 - Resumo das preocupações Formais e Sustentáveis ao longo do tempo...16 Tabela 2 - Exemplo de plantas tipo para cada cobertura Tabela 3 - Materiais constituintes da barreira de raízes Tabela 4 - Soluções tipo de impermeabilização Tabela 5 - Quadro resumo das vantagens e desvantagens de Coberturas verdes...34 Tabela 6 - Comparação das necessidades energéticas totais de um edifício com coberturas verdes em relação às coberturas convencionais, em Atenas, La Rouchelle e Estocolmo Tabela 7 - Pormenor construtivo das paredes...55 Tabela 8 - Coeficiente de transmissão térmica das paredes exteriores...55 Tabela 9 - Pormenor construtivo da cobertura verde...56 Tabela 10 - Pormenor da cobertura em chapa metálica...56 Tabela 11 - Coeficiente de transmissão térmica da laje...56 Tabela 12 - Caracterização dos casos de Estudo...62 Tabela 13 - Temperaturas interior e exterior e humidade relativa interior (1º Período) Tabela 14 - Temperaturas interior e exterio e humidade relativa interior (2º Período).80 xiv

23 ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfico 1 - Variação das temperaturas interior e exterior referente a CC e CT (1º Período) Gráfico 2 - Variação das temperaturas supericial e interior referentes a CC e CT (1º Período)...75 Gráfico 3 - Variação das temperaturas exterior e superficial referente a CC e CT (1º Período) Gráfico 4 - Variação dos valores dos fluxos de calor de CT e CV (1º Período) Gráfico 5 - Variação dos valores dos coeficientes de transmissão térmica de CC e CV (1º Período)...78 Gráfico 6 - Variação das temperaturas interior e exterior referente a CT e CV (2º Período) Gráfico 7 -Variação das temperaturas superficial e interior referentes a CC e CV (2º Período) Gráfico 8 - Variação das temperaturas exterior e superficial referente a CT e CV (2º Período) Gráfico 9 - Variação dos valores dos fluxos de calor de CT e CV (2º Período) Gráfico 10 - Variação dos valores dos coeficientes de transmissão térmica de CT e CV (2º Período) Gráfico 11 - Temperatura interior referente a CT e CV (3º Período)...85 Gráfico 12 - Humidade relativa interior referente a CC e CT(3º Período) xv

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25 LISTA DE ABREVIATURAS E DESIGNAÇÕES CT CV EPDM EPS ETICS HF IGRA LDPE NRC PVC Te Ti Tsi U XPS Cobertura Tradicional Cobertura Verde Monómero de etileno-propileno-dieno Poliestireno expandido moldado External Termal Insulation Composite System (Isolamento Térmico pelo Exterior) Termofluxímetro International Green Roof Association Polietileno de baixa densidade National Research Council of Canada Policloreto de vinil Temperatura exterior Temperatura interior Temperatura superficial interior Coeficiente de Transmissão Térmica Poliestireno Extrudido xvii

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27 Capítulo I Introdução 1

28 Capítulo I. Introdução 2

29 Capítulo I. Introdução 1 INTRODUÇÃO 1.1 Enquadramento Atualmente, o setor de construção é um dos principais responsáveis por grande parte do consumo energético, tanto na sua construção como na sua exploração. Com a ineficiência energética apresentada pelos edifícios já existentes, e devido ao crescimento da população a necessidade de construção de novos edifícios, é estimado que as emissões de gases de efeito estufa a partir dos edifícios vão sofrer um aumento de mais do que o dobro nos próximos 20 anos se nada for feito. Portanto, para reduzir os impactos ambientais associados às emissões de gases com efeito de estufa a partir dos edifícios, é necessário que os responsáveis políticos definam estratégias de combate às emissões resultantes do setor da construção. Neste contexto, a adoção de soluções construtivas mais sustentáveis apresenta-se como uma forma de minimizar o impacto negativo dos edifícios no meio ambiente. O uso eficiente de energia e da água, recurso a materiais mais eficientes e sustentáveis será uma mais valia para a redução destes impactos. Uma construção sustentável terá de resultar de um esforço de convergência de todos estes princípios de forma a assegurar o cumprimento do essencial de cada um deles. O desenvolvimento sustentável está inerentemente ligado ao conceito de inovação, ao nível dos processos e das soluções que deve incluir a cooperação das diferentes intervenientes no setor. Uma importante inovação para a qual é necessário progredir é a reorganização e reestruturação do setor da construção. É indispensável uma revolução na mentalidade dos intervenientes na construção desde o promotor ao utilizador final, nomeadamente através do recurso a novos materiais e soluções construtivas. A vegetação nas coberturas e telhados é um dos mais inovadores campos de desenvolvimento da construção sustentável, sendo claramente uma solução com benefícios climáticos e tendo também a vantagem de melhorar a qualidade de vida urbana (Pinto 2014). As coberturas verdes designam-se num sistema de construção que integram jardins nas coberturas de edifícios, habitações ou mesmo estruturas de apoio. É considerado todo o espaço aberto, destinado a proporcionar o conforto humano ou a melhoria ambiental, que é separado do solo por um edifício ou estrutura. São aplicados diversos tipos de materiais, nomeadamente vegetação, que permitem um adequado funcionamento da cobertura e tirar partido dos seus benefícios ao nível ambiental, social e económico (Varela 2011). 3

30 Capítulo I. Introdução 1.2 Objetivos Este trabalho de investigação tem como principal objetivo um contributo para o conhecimento do desempenho térmico de uma cobertura verde que sujeita a condições climáticas reais, por meio da comparação com o comportamento térmico de uma cobertura tradicional. Para isso pretende-se determinar o coeficiente de transmissão térmica in situ e a análise das condições termo-higrométricas. 1.3 Metodologia Com vista à obtenção de resultados o presente estudo abordou os seguintes pontos: Revisão bibliográfica sobre coberturas verdes; Projeto e construção de duas células de teste em Vila Real, que inclui uma cobertura verde e uma cobertura tradicional em chapa metálica; Instalação de um sistema de instrumentação e respetivo sistema de aquisição de dados; Análise dos parâmetros monitorizados e comparação do desempenho térmico entre as coberturas em estudo. 1.4 Organização do trabalho A presente dissertação encontra-se organizada em cinco capítulos com a seguinte estrutura: No primeiro capítulo é feito o enquadramento do tema em estudo, apresentam-se os objetivos que se pretendem alcançar e explica-se o processo metodológico utilizado para os atingir. Para finalizar é apresentada, resumidamente a estrutura da dissertação. No segundo capítulo denominado por Coberturas Verdes, define se de uma maneira geral o conceito de coberturas verdes, procurando para tal perceber o seu enquadramento histórico desde a antiguidade até à atualidade. A seguir, é elaborada uma caracterização das coberturas verdes segundo a tipologia e constituição destas. No fim deste capítulo, são apresentados os vários benefícios que provêm da implementação de coberturas verdes nos 4

31 Capítulo I. Introdução edifícios no que diz respeito ao ambiente, à sociedade e à economia, e também as suas barreiras. No terceiro capítulo é apresentada a metodologia de ensaio, onde é feita uma caracterização das diversas fases de conceção das células de teste, são também descrito todos os equipamentos e software necessários à medição e avaliação dos parâmetros que permitem determinar o valor dos coeficientes de transmissão térmica in situ. No capítulo quatro são apresentados e analisados os resultados obtidos no trabalho experimental. Proceder-se à análise dos diferentes parâmetros influenciadores do desempenho térmico para cada uma das coberturas em estudo. Finalmente, no quinto capítulo, são apresentadas as principais conclusões do trabalho desenvolvido e enunciadas sugestões de trabalho futuro a realizar neste contexto, que permitirão aprofundar o conhecimento do comportamento térmico das coberturas verdes. 5

32 Capítulo I. Introdução 6

33 Capítulo II Coberturas Verdes 7

34 Capítulo II Coberturas Verdes 8

35 Capítulo II Coberturas Verdes 2 COBERTURAS VERDES 2.1 Introdução Designam-se por coberturas verdes os sistemas que integram a vegetação como revestimento na cobertura de edifícios, cultivada de maneira propositada ou através da criação de habitats para que esta se autoestabeleça (Raposo 2013). As primeiras coberturas verdes aparecem em meio rural como uma forma económica de proteger as habitações das condições climáticas exteriores e em meio urbano como forma de aumentar a área verde ou como opção estética. Em Portugal o conceito de coberturas verdes, apesar de ainda não ser generalizado, começa a ganhar potencial entre engenheiros, arquitetos, projetistas e paisagistas (Rebelo 2013). Em Portugal, as designações mais utilizadas para definir este tipo de coberturas são as coberturas ajardinadas ou coberturas verdes. Na literatura inglesa predominam diferentes definições tais como green roofs (coberturas verdes), eco roofs (coberturas ecológicas), living roofs (coberturas vivas), planted roofs (coberturas com plantas) e vegetative roofs (coberturas com vegetação). Existem ainda mais designações do que as mencionadas anteriormente, contudo, associam-se todas ao mesmo conceito. Neste trabalho optou-se por utilizar o termo de coberturas verdes, uma vez que green roofs é o termo mais conhecido internacionalmente para mencionar os sistemas construtivos das coberturas com revestimento vegetal. Neste capítulo é apresentada a informação obtida através da pesquisa bibliográfica referente ao estudo efetuado nesta dissertação, de forma a se entender a importância de investigar e implementar este tipo de sistema construtivo. Inicialmente, é referido de uma forma breve o contexto histórico das coberturas verdes apresentando alguns exemplos no mundo e de seguida em Portugal. No seguinte subcapítulo são apresentados as características principais dos diferentes tipos de coberturas verdes, seguindo uma descrição sobre os sistemas de construção e respetiva constituição das coberturas verdes. Posteriormente, é realizada uma análise das vantagens e desvantagens, e no final do capítulo são indicadas as principais conclusões. 9

36 Capítulo II Coberturas Verdes 2.2 Contexto histórico As coberturas verdes não são uma solução recente. Este sistema construtivo é considerado prática de construção padrão em muitos países há já centenas, se não milhares de anos. Isto poderá dever-se principalmente às excelentes qualidades térmicas promovidas pela combinação das camadas de vegetação e substrato. Em climas frios, estas ajudam a manter o calor no edifício uma vez que a camada de vegetação e de solo serve como isolante, enquanto que em climas quentes contribui para manter o calor fora da edificação pelo facto da vegetação intercetar a radiação solar (Peck 1999). De acordo com Dinsdale et al., (2006) a cobertura verde mais antiga e famosa são os Jardins Suspensos de Babilónia (Figura 1), considerados uma das sete maravilhas do mundo antigo. Construído provavelmente por volta de 600 a.c, cobria uma área de 2000 m 2. Os jardins eram compostos por árvores, arbustos e trepadeiras, levando historiadores a acreditarem que a sua construção existia para fins estéticos. Segundo Varela, (2011), foram construídos seis montes de terra artificiais com terraços compostos por bastantes árvores, apoiados em colunas de 25 a 100 metros de altura, construídos pelo rei Nabucodonosor ( a.c.), com o objetivo de agradar a sua esposa Amitis que vivia com saudades dos campos e das florestas do reino onde nasceu. Como a pluviosidade era reduzida na Mesopotâmia, os jardins eram irrigados por água captada a montante do rio Eufrates. A água era elevada até cotas superiores da construção, através de uma bomba de roda a partir de poços, descendo por gravidade de terraço em terraço (Costa, 2010; Varela, 2011). Figura 1 - Representação dos Jardins Suspensos da Babilónia. (Disponível em: Dinsdale et al., 2006) 10

37 Capítulo II Coberturas Verdes É provável que na Escandinávia existissem coberturas verdes anteriormente aos jardins da Babilónia apesar de estes serem referidos em vários textos antigos como sendo os mais antigos. Esta hipótese surge de observações empíricas, até ao século XIX, das tradicionais habitações dos países do norte da Europa. Os sod roofs (Torvtak ou telhados de turfa) eram característicos das populações vikings e a utilização deste tipo de coberturas continua atual (Silva, 2012). Estas coberturas tinham como fundamental função o isolamento térmico, proteção da impermeabilização e integração na paisagem. Utilizavam casca de bétula que era resistente ao solo e impermeável, normalmente eram constituídos por seis ou mais camadas de bétulas sobrepostas e por fim cobertas por prado. As cascas de bétula funcionava como selante, as camadas de gravetos como drenos, e o prado era utilizado para isolar a habitação e proteger as restantes camadas do vento (Figura 2) (Palha, 2012 citado por Caldeira, 2015). Figura 2 - Esquema do perfil de uma cobertura de turfa. (Disponível em: Palha, 2012 citado por Caldeira, 2015) Figura 3 - Edifício tradicional de Haukadalur, Islândia. (Disponível em: Burgess, 2004) Do renascimento chegam-nos exemplos de coberturas verdes tais como o jardim no topo da Torre de Guinigis (Figura 4 e Figura 5) em Lucca, Itália, esta contém um pequeno jardim de cobertura a 36,5 metros acima do solo. A torre, formalmente conhecida como Torre Benettoni integra uma casa construída pela abastada família Guinigi, ligada ao comércio de seda desde A partir do jardim tem-se uma ampla vista sobre toda a cidade e paisagem envolvente. Estão plantados antigos carvalhos sobre canteiros de tijolo sobrelevados (61 cm), e são regados por um sistema de rega subterrâneo. Não é conhecida a data precisa da construção do jardim, contudo, o desenho do jardim aparece na planta da cidade de 1660 (Costa 2010). 11

38 Capítulo II Coberturas Verdes Figura 4 - Torre de Guinigis. (Disponível em: Figura 5 - Jardim no topo da torre de Guinigis. (Disponível em: Vasconcelos, 2012) No início século XX, a introdução do betão na construção de edifícios como material estrutural, inovou os sistemas de construção pelas suas características e benefícios apresentados, como o seu baixo custo, a possibilidade da construção vertical e a criação de coberturas e telhados planos na maior parte dos edifícios das áreas urbanas. O sistema construtivo das coberturas proporcionava agora cargas maiores e melhores sistemas de impermeabilização, levando ao desenvolvimento e expansão das coberturas verdes (Costa 2010). Até meados do século 20 as coberturas verdes eram vistas como sendo uma prática característica de certas regiões. Contudo, em 1960, devido à crescente preocupação acerca da qualidade do ar e a rápida redução de espaços verdes em zonas urbanos, as coberturas verdes começam a ser consideradas como uma solução verde, passando a desencadear no norte da Europa. (Peck, Steven W e Kuhn 2012). Em 1975, na Alemanha a FLL (Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau) foi fundada e tinha como objetivo estudar a tecnologia de vegetação. Em 1978 com a formação de um grupo de trabalho, foi iniciado um conjunto de investigação que pretendia estudar esta tecnologia considertando a tipologia extensiva e intensiva de coberturas verdes, descrevendo principalmente o grau de sustentabilidade e a quantidade de manutenção exigida por cada tipo de vegetação. A FLL em 1982, emite a primeira diretiva para o planeamento, instalação e manutenção de coberturas verdes, referindo os seus princípios urbanos, ecológicos e económicos básicos, que na atualidade se mantêm em utilização (Werthmann, 2007 citado por Raposo, 2013). Na Alemanha, o mercado de coberturas verdes expandiu-se rapidamente na década de 1980, apresentando uma taxa de crescimento anual entre os 15 e os 25%, o que corresponde a um aumento de 1 para 10 milhões de m 2 de coberturas verdes. Este 12

39 Capítulo II Coberturas Verdes crescimento deve-se em grande parte aos incentivos da legislação e subsídios municipais. A Alemanha é considerada pioneira na tecnologia moderna de coberturas verdes (Peck, 2012). Seguiram-se outros países Europeus que aplicaram legislação, regulamentos e apoios a quem utilizasse este tipo de solução. Atualmente várias cidades incorporaram nos seus regulamentos municipais benefícios aos promotores que adotarem coberturas verdes nos edifícios. No Canadá e nos Estados Unidos a implementação de coberturas verdes demorou no mínimo mais dez anos do que na Europa. Fabricantes europeus dos sistemas de coberturas verdes durante os anos noventa arriscaram entrar no mercado Norte-Americano. Devido à falta de informação sobre esta tecnologia e da vontade política de aplicação de tecnologia sustentável, no princípio a introdução do mercado não foi fácil (Pinto 2014). Os primeiros registos de coberturas verdes em Portugal são os socalcos ajardinados junto à cascata na Quinta Real de Caxias (Figura 6), assim como o jardim suspenso na Quinta Real de Queluz (Figura 7), exemplos do período Barroco português, edificados no século XVIII. Foram construídos sobre a cobertura de grandes reservatórios de água que fazem parte do sistema de captação e distribuição de água dos jardins. Os jardins na cobertura foram pensados sob o ponto de vista técnico para se conseguir um terraço plano que permitisse o traçado simétrico dos canteiros de buxo, seguindo a estética das influências francesas (Costa 2010). No século XX, no fim dos anos 60 em Lisboa, os arquitetos paisagistas Viana Barreto, Álvaro Dentinho e Albano Castelo Branco projetaram a cobertura verde do Hotel Ritz (Figura 8). Este projeto suporta uma abordagem estética que evidencia os princípios fundamentais modernistas presentes na Carta de Atenas, promovendo a melhoria do ambiente urbano (Costa 2010). Figura 6 Socalcos ajardinados da Quinta Real de Caxias. (Disponível em: Costa, 2010) Figura 7 - Jardim Pênsil na Quinta Real de Queluz. (Disponível em: Figura 8 - Terraço do Hotel Ritz. (Disponível em: Costa, 2010) 13

40 Capítulo II Coberturas Verdes No início dos anos 70, é construída a cobertura do parque de estacionamento subterrâneo da Fundação Calouste Gulbenkian (Figura 9) projetada pelos arquitetos paisagistas Gonçalo Ribeiro e Viana Barreto. Devido à sua estética ainda atual e pelo seu caráter naturalista em que a componente ecológica está relacionada com a escolha de vegetação nativa, torna-se um ponto de referência na história de coberturas verdes em Portugal. Esta cobertura foi projetada de modo a ser bastante sustentável, conservando a vegetação com reduzidos custos de manutenção (Caldeira 2015). No princípio dos anos 80 em Picoas, é instalada uma cobertura verde sobre o edifício da Portugal Telecom (Figura 10), projeto da autoria do arquiteto paisagista Manuel Sousa da Câmara. Esta cobertura foi projetada adotando um sistema eficiente de drenagem e, neste sentido constitui um desenho de grande componente sustentável pela implícita preocupação na gestão dos recursos necessários à sua dimensão (Costa 2010). O estádio Municipal de Braga, conhecido por A pedreira, pois encontra-se inserido numa encosta rochosa. É uma obra de arte de referência no nosso país devido ao seu caráter inovador, beleza e enquadramento paisagístico. Inaugurado em 2003 e projetado pelo arquiteto Eduardo Souto Moura, neste estádio devido à falta de espaço na sua envolvente e de modo a criar uma solução que compatibiliza a sua função desportiva com a necessidade de espaço à receção de espectadores sem perturbação da área ambiental que o rodeia. O relvado desportivo está instalado sobre a cobertura do parque de estacionamento automóvel (Ferreira 2013). Figura 9 - Coberturas Verdes da Fundação Calouste Gulbenkian (Disponível em: Figura 10 - Vista aérea do Edifício da Portugal Telecom em Picoas. (Disponível em: Costa, 2010) Figura 11 - Estádio Municipal de Braga. (Disponível em: Mais recentemente, em 2011, foi construída a ETAR de Alcântara (Figura 12) a maior cobertura verde de Portugal, da autoria dos arquitetos Frederico Valsassina e Manuel Aires Mateus. Este projeto teve como principal objetivo base a reposição original da encosta onde está inserido. Em cada laje foi plantada apenas uma espécie vegetal com uma cor, formando desta forma um tapete colorido (Simões 2012). 14

41 Capítulo II Coberturas Verdes Também em 2011, foi instalada numa moradia particular em Vila Nova de Gaia (Figura 13), uma cobertura verde extensiva com aproveitamento de energia solar projetada pela Neoturf. Esta cobertura tem como objetivos a proteção do anexo, contribuição para o aumento do tempo de vida do sistema de impermeabilização, aumento da área verde em contexto urbano, aumento da capacidade de retenção de águas pluviais, melhoria da qualidade estética, aumento da biodiversidade, capacidade do isolamento térmico e acústico, redução do efeito ilha de calor e mitigação da poluição do ar, tornando-se assim uma cobertura verde extensiva exemplar (Varela 2011). Em 2013, foi inaugurado o Passeio dos Clérigos no Porto (Figura 14), com a adoção de cobertura verde, diferenciando-se pela plantação de oliveiras centenárias. Através desta construção foi possível conciliar a atividade comercial e turística com a valorização do espaço e património envolvente (Ferreira 2013). Figura 12 - Cobertura verde da ETAR de Alcântara. (Disponível em: Figura 13 - Moradia particular, Vila Nova de Gaia. (Disponível em: Figura 14 - Cobertura verde do Passeio dos Clérigos, no Porto. (Disponível em: pt/2014/02/praca-delisboapasseio-dos-clerigos.html) Estão a começar a utilizar-se em muitas regiões do mundo as coberturas verdes, sendo que os fatores de motivação da implementação do sistema podem variar de acordo com clima, a cultura, a política e também os benefícios que apresentam. O estudo para proporcionar novos materiais e processos de construção, tem mostrado resultados bastantes satisfatórios e encorajadores. Atualmente, os especialistas deste tema defendem que a implementação de vegetação sobre cobertura, só se torna um problema se as plantações forem efetuadas incorretamente, se os materiais utilizados forem de baixa qualidade ou se houver negligência nos trabalhos de construção (Costa 2010). No seguinte quadro é apresentado um resumo das preocupações sustentáveis e estéticas utilizada nas coberturas ao longo do tempo, segundo Caldeira, (2015): 15

42 Capítulo II Coberturas Verdes Tabela 1 - Resumo das preocupações Formais e Sustentáveis ao longo do tempo. (Adaptado de Caldeira, 2015) 600 a.c. e 450 a.c. Telhados de turfa desde a pré-história Idade média, Renascimento, barroco Modernismo Pós-modernismo Preocupações Sustentáveis Regularização térmica. Principal função de isolamento térmico, proteção da impermeabilização, purificação do ar e integração na paisagem servindo de abrigo e fonte de alimento para animais. Não tem. Uso e a função ecológica passaram a constituir os dois principais pressupostos da conceção da paisagem, ambos com fortes repercussões na sua forma. Nova visão funcionalista baseia-se na ciência e na razão, acabando com a visão imaginativa, que está na base do processo criativo. Reforça a ideia do projeto da paisagem como expressão cultural e não como uma simples medida reparadora para a resolução dos problemas. Estética Há uma forte preocupação com a estética. Integração na paisagem. Preocupações formais e estéticas, de enquadramento paisagístico dos edifícios. As funções de uso são o ponto de partida para chegar à forma. Prioridade da forma sobre a função. 2.3 Tipologias de coberturas verdes O tipo de cobertura verde escolhido deve ser adequado ao edifício, devendo ser tidas em conta vários fatores, como o uso, o tipo de vegetação e os requisitos de manutenção pretendidos, a capacidade estrutural do edifício, o clima da região e os métodos de execução (Berardi, 2014). Segundo a International Green Roof Association (IGRA) as coberturas verdes são classificadas em três tipos: coberturas intensivas, coberturas semi-intensivas e coberturas extensivas. Outro conceito mais recente que também tem vindo a ser desenvolvido são as coberturas castanhas (Brown roof), que em português é apresentado frequentemente como coberturas para a diversidade. Estas coberturas consideram-se castanhas logo após a sua construção, uma vez que que foram cobertas com substrato proveniente do próprio local dos edifícios (podendo ser pedaços de tijolos e betão, areias e subsolos), mas nenhuma vegetação foi propositadamente instalada. A intenção é que a cobertura crie espontaneamente habitats que atrairão fauna e flora e o resultado final será o de uma cobertura em tons de verde (Van Lennep 2008). A Figura 15 apresenta, resumidamente, as principais características referentes a cada uma das coberturas apresentadas pela IGRA. 16

43 Capítulo II Coberturas Verdes Cobertura Extensiva Altura do Substrato: 6 a 20 cm Peso próprio: 60 a 150 kg/m 2 Vegetação: Musgos, ervas, sedum, gramíneas Custos: Baixo Manutenção: Baixa Irrigação: Não Uso: Ecológico (não acessíveis) Cobertura Semi-Intensiva Altura do Substrato: 12 a 25 cm Peso próprio: 120 a 250 kg/m 2 Vegetação: Arbustos, relva, herbáceas Custos: Médio Manutenção: Periódica Irrigação: Periódica Uso: Jardim Cobertura Intensiva Altura do Substrato: 15 a 40 cm Peso próprio: 180 a 500 kg/m 2 Vegetação: Árbores e arbustos Custos: Alto Manutenção: Alta Irrigação: Regular Uso: Jardim/ Parque Figura 15 - Comparação de características das coberturas extensivas, semi-intensivas e extensivas com base na classificação IGRA (Adapado de Fernandez-Cañero, 2013) Coberturas verdes extensivas As coberturas verdes extensivas são um método de plantação que têm como filosofia o pouco impacto na estrutura pois usam substratos com pouco peso e tecnologias de construção modernas. São adequadas para telhados de grandes dimensões e o seu processo de construção é tecnicamente simples e permite a aplicação também em telhados inclinados. Os tipos de plantas que podem ser utilizados para as coberturas verdes extensivas são limitados, as mais utilizadas são os musgos, as gramíneas e os seduns, sendo que o sedum é o mais utilizado nas coberturas extensivas devido às suas características de resistência às condições meteorológicas e às suas qualidades estéticas. O objetivo da sua implementação passa pelos benefícios ambientais que estes trazem em relação às coberturas planas tradicionais (Berardi, 2014). 17

44 Capítulo II Coberturas Verdes Atualmente, são as coberturas verdes mais projetadas e as que apresentam menores custos em todas as fases. Possuem um custo baixo na fase de instalação, e um custo mínimo na fase de manutenção. O uso de sistema de rega não é obrigatório, mas é aconselhado em climas como o do território português devido aos extensos tempos sem precipitação. A camada de substrato nas coberturas extensivas é a que apresenta uma menor espessura, na ordem dos 6 a 20 cm de profundidade (IGRA 2016). Segundo (Peck 1999), algumas vantagens na utilização deste tipo de solução são: Ser adequado para grandes áreas e para coberturas com inclinação de 0 a 30 º; A vegetação utilizada pode crescer espontaneamente sem intervenção humana concedendo-lhe um carácter mais natural; É relativamente mais económico e tem peso reduzido quando comparado com o tipo de cobertura intensiva; Pode dispensar o uso de sistema de irrigação e de sistema de drenagem; Reduzida manutenção e elevado tempo de vida. Apesar de apresentar muitas vantagens também se destacam algumas desvantagens no uso deste tipo de coberturas verdes sendo mais importante as seguintes: O tipo de plantas a utilizar é limitado; Geralmente não podem ser acessíveis para atividades recreativas; Possuem menor capacidade de retenção de água no substrato e menor isolamento do que os outros tipos de coberturas, dado que as espessuras são mais baixas. A Figura 16, do Lillie Road em Londres, é um exemplo de uma cobertura verde do tipo extensiva. Lillie Road é um conjunto habitacional social construído em Fulham, Londres, cuja construção foi concluída em A principal razão para a adoção da cobertura ajardinada foi a contribuição que esta poderia ter na redução do escoamento superficial. Figura 16 - Cobertura verde do tipo extensivo, Lillie Road, Londres 18

45 Capítulo II Coberturas Verdes Coberturas verdes intensivas As coberturas verdes do tipo intensivo são implementadas para criar um ambiente natural semelhante aos jardins convencionais e permitem a instalação de uma grande variedade de plantas que podem ir desde relvados e arbustos a árvores de pequeno e médio porte, tornando-se atrativos para a biodiversidade e proporcionando também espaços de lazer. Requerem manutenção, um sistema de rega e uma profundidade de substrato adequada ao sistema radicular da vegetação instalada (Berardi, 2014). São instaladas normalmente em edifícios construídos de raiz, devido à carga intensa a que a estrutura do edifício fica sujeita, embora na atualidade, devido á utilização de composições de substratos mais leves, o peso das coberturas verdes tem vindo a diminuir. A espessura do substrato normalmente utilizado fica entre os 15 e 40 cm, 15 cm como valor mínimo, sendo que os 40 cm podem ser ultrapassados dependendo das necessidades de algumas espécies. A estrutura do edifício terá de suportar um valor até 500 kg/m 2, para os valores normais de espessura do substrato e restantes camadas (IGRA, 2016). Segundo (Peck 1999), algumas vantagens na utilização deste tipo de solução são: Permitir uma grande diversidade de plantas conduzindo a uma maior diversidade de habitats; Possuir uma maior capacidade de retenção de águas pluviais em consequência da espessa camada de substrato; Possuir melhores propriedades de isolamento tanto a nível térmico como acústico; Permitir acessibilidade de pessoas, traduzindo-se numa área funcional onde se podem desenvolver atividades de lazer e até atividades agrícolas. As desvantagens principais no uso do tipo de cobertura verde intensivo são as seguintes: Necessitarem de reforço estrutural devido às elevadas cargas que são transmitidas à estrutura do edifício; Terem elevados custos de execução e manutenção; Necessitarem de um sistema de irrigação e sistema de manutenção, consequentemente, implicarem maiores consumos de energia, água e materiais. 19

46 Capítulo II Coberturas Verdes Um exemplo de cobertura verde do tipo intensivo é a Escola de Arte, Design e Multimédia de Nanyang, Singapura (Figura 17). Trata-se de um edifício de 5 andares que ocupa uma zona do campus universitário de Singapura. A intenção dos projetistas era que o edifício se misturasse organicamente com a envolvente. Figura 17 - Cobertura verde do tipo intensivo, Escola de Arte, Design e Multimédia de Nanyang, Singapura. (Disponível em: Coberturas verdes semi-intensivas O conceito de coberturas verdes semi-intensivas acaba por ser um conceito relativamente recente, que tem vindo a ser explorado por vários projetistas de modo a tentar obter o melhor das coberturas extensivas, mas com a possibilidade de permitir a utilização do espaço. A manutenção e a rega necessitam de ser regulares, tendo em atenção as necessidades das espécies utilizadas. Os custos associados nas fases de instalação e de manutenção, são superiores aos das coberturas extensivas, mas inferiores quando comparados com as coberturas do tipo intensivo. A espessura de substrato utilizado situa-se entre os 12 e os 25 cm, e o peso próprio varia entre os 120 kg/m 2 e os 200 kg/m 2, o que permite diminuir a carga sobre a estrutura do edifício em relação à das coberturas intensivas, mas com um leque mais alargado de possibilidades de espécies vegetais em relação às coberturas do tipo extensivo (IGRA 2016). Na Figura 18 e Figura 19 apresenta-se a Cobertura da Biblioteca Pública de Vancouver, é um exemplo de cobertura verde semi-intensiva. 20

47 Capítulo II Coberturas Verdes Figura 18 Cobertura verde do tipo semiintensivo -Biblioteca Pública de Vancouver. (Disponível em:: er-public-library-central-branch) Figura 19 Cobertura verde do tipo semiintensivo, Biblioteca Pública de Vancouver. (Disponível em : er-public-library-central-branch) 2.4 Sistemas de coberturas verdes Atualmente existem no mercado diferentes opções sobre o sistema construtivo de coberturas verdes que os utilizadores e donos de obra podem implementar. Os sistemas mais relevantes existentes no mercado internacional são o sistema multicamada (mais usual) e o sistema monocamada, e dentro do sistema monocamada aquele que tem mais relevo é o sistema modular (Lopes 2016). A construção em multicamada engloba soluções de várias camadas, aplicando cada camada individualmente. A construção em camada única engloba soluções que aplicam uma única camada de suporte de vegetação que desempenha igualmente funções filtrantes e drenantes (Coelho 2014) Construção em multicamada A coberturas verdes constituídas por várias camadas, sendo considerado um sistema de coberturas verdes em multicamadas, podem possuir diferentes características e componentes consoante as necessidades da cobertura a adotar. Como em qualquer sistema de cobertura, qualquer camada tem associada a função para a qual é concebida, de forma a desempenhala da melhor maneira possível. Nas secções seguintes são aprofundadas as características e funcionalidades de cada uma das camadas constituintes das coberturas verdes. 21

48 Capítulo II Coberturas Verdes Vegetação Substrato Camada filtrante Camada drenante Camada de proteção Barreira de raízes Camada de isolamento Camada de Impermeabilização Plataforma do telhado Figura 20 - Componentes da cobertura verde. (Adaptado de Vijayaraghavan, 2016) Vegetação A vegetação constitui a camada superior que adiciona vida ao sistema de cobertura verde, mais especificamente o sucesso de qualquer cobertura verde depende da qualidade e do quanto saudável as plantas são. É fundamental ter em conta as condições locais para a criação de uma dada espécie ou de um conjunto de espécies vegetais numa cobertura verde. Fatores como as variações de temperatura, a radiação solar, as condições de luz, as humidades locais, as velocidades do vento e a poluição atmosférica condicionam fortemente a vegetação, podendo aumentar consideravelmente o risco de desidratação e provocar danos na vegetação e no substrato de uma cobertura verde. Alguns cuidados na seleção da vegetação e no cultivo são necessários de forma a resistir às adversidades impostas pelas condições exteriores. A escolha do tipo de plantas recai naquela que apresenta melhor capacidade de adaptação dos motivos já mencionados. No caso das coberturas extensivas, é vantajoso escolher vegetação nativa perene, de pequeno porte, com reduzidas necessidades de manutenção e boa capacidade regenerativa (Santos 2012). As espécies do tipo Sedum são as mais populares e confiáveis para coberturas verdes extensivas em todo o mundo, devido à sua capacidade de limitar a transpiração e armazenar o excesso de água a fim de sobreviver a condições de seca. No entanto, o uso generalizado de Sedum é também uma desvantagem, visto limitar a diversidade de espécies e os estudos experimentais indicarem como resultado positivo a relação entre a riqueza de espécies de 22

49 Capítulo II Coberturas Verdes plantas e a riqueza dos ecossistemas. Tendo em conta o ambiente de condições extremas em coberturas, as características favoráveis de vegetação para coberturas verdes extensivas são as seguintes: capacidade de resistir a condições de seca, sobreviver em condições de nutrientes mínimos, boa cobertura de solo, menor manutenção, rápida multiplicação e raízes curtas. As coberturas intensivas podem incorporar uma ampla variedade de espécies de plantas como arbustos e árvores de pequeno e médio porte, graças à elevada espessura que a camada de solo pode adotar (Vijayaraghavan 2016). Na seguinte tabela demonstra alguns exemplos de vegetação consoante o tipo de cobertura verde que se pretenda implementar. Tabela 2 - Exemplo de plantas tipo para cada cobertura. (Adaptado de Ferreira, 2013) Extensivo Semi-intensivo Intensivo Seduns Plantas herbáceas Relvas Arbustos Relvados Árvores Substrato O substrato é a camada que vai proporcionar nutrientes e retenção de água à vegetação de modo a que se mantenha em perfeitas condições. Esta camada tem de ter uma altura que permita que as raízes da vegetação escolhida tenham o melhor funcionamento. No entanto, a escolha da vegetação é condicionada quando a imposição consiste num limite máximo de 23

50 Capítulo II Coberturas Verdes altura do substrato. Por outro lado, não se pode esquecer que este é o elemento pesado do sistema e o dimensionamento estrutural da laje, pilares, vigas e fundações estão dependentes em grande percentagem deste elemento e da sua correta caracterização (Borga 2012). Um substrato deve ter uma composição que proporcione as seguintes propriedades (GRO 2014): Ser leve; Ter resistência ao fogo, evitando altas proporções de matéria orgânica; Ser livre de ervas daninhas, doenças e pragas; Ter resistência a agentes erosivos climáticos: vento, humidade, pluviosidade, etc; Ser permeável à água, evitando encharcamento. De acordo com Palha (2011), o substrato nas coberturas verdes mais antigas, era um dos problemas que os projetistas tinham que enfrentar. O seu peso inluencia a carga que a cobertura vai exercer na estrutura do edifício devido a esta ser uma das camadas de maior espessura. A composição do substrato é variável e a escolha dos materiais orgânicos e inorgânicos dependerá das características do meio envolvente e da finalidade da cobertura instalada. Atualmente, têm sido feitas misturas de modo a diminuir ao máximo o peso do substrato, mantendo todas as funções necessárias ao adequado crescimento da vegetação. De modo a diminuir a carga que esta camada exerce, têm sido adicionados à mistura substâncias mais leves como materiais reciclados, derivados de petróleo, produtos orgânicos, vegetais e minerais. Existe uma composição geral do substrato que possui uma mistura de materiais orgânicos, como casca de pinheiro, terra vegetal ou turfa, com materiais minerais, como tijolo partido ou argila expandida, no entanto, a composição específica depende do fabricante. A espessura de substrato necessária depende do tipo de vegetação projetada. Numa cobertura verde extensiva, com vegetação de pequenas dimensões, a espessura do substrato varia entre 0,06 e 0,2 m. Em Portugal, devido à taxa de precipitação não ser regular durante todo o ano, a espessura mínima aconselhada é de 0,80 m. Para coberturas verdes intensivas, em que temos vegetação de médio porte, os valores situam-se entre 0,15 e 0,40 m, existindo casos em que pode ser necessário recorrer a 1 m de espessura de substrato (Dias 2014). 24

51 Capítulo II Coberturas Verdes Camada filtrante A camada filtrante num sistema de coberturas verdes é colocada entre o substrato e a camada drenante e tem como finalidade a retenção das partículas mais finas e os nutrientes do substrato, evitando a colmatação dos vazios da camada drenante. Os materiais que a compõem devem apresentar elevada permeabilização à água, uma boa resistência à ação mecânica das raízes e neutralidade química e biológica evitando reações com o substrato, de forma a que esta seja eficaz nas suas funções. Para esta camada os materiais usados são os denominados geotêxteis não tecido cuja composição é habitualmente à base de fibras de propileno ou poliésteres (Santos 2012). Figura 21 - Material da camada filtrante tipo. (Disponível em: Camada Drenante A camada drenante tem a função de escoar o excesso de água do substrato proveniente da chuva ou da irrigação, impedindo o alagamento da cobertura verde que aumentaria a carga sobre a estrutura e preservando a saúde das raízes da vegetação. As coberturas extensivas que apresentam pelo menos 5º de inclinação e espessura até 25 cm dispensam a camada drenante. No entanto, qualquer outro tipo de cobertura verde necessita de um bom sistema drenante que deve ser composto por ralos uniformemente distribuídos e protegidos por uma camada de geotêxtil para impedir a obstrução da passagem da água. Os materiais usados na camada drenante devem ser resistentes o suficiente para suportar a carga das camadas acima dela, principalmente do substrato e da vegetação que são as camadas de maior carga (NETO 2014). 25

52 Capítulo II Coberturas Verdes Algumas soluções técnicas para a camada drenante são as seguintes: Materiais granulares como, brita, lascas de pedra, rocha, entre outros em que os materiais apresentam espaços porosos; Tapetes porosos, os quais funcionam como esponjas que absorvem a água em toda a sua estrutura. Um aspeto positivo destes tapetes é que normalmente estes produtos são fabricados de materiais reciclados. Contudo, apresentam como desvantagem, a hipótese de grande absorção de humidade do substrato afetando a vegetação; Módulos de drenagem de plástico em poliestireno, que são leves, e se apresentam sob formas diferentes. Sendo um material extremamente leve, pode ser combinado com recheios granulares, deixando espaço para o armazenamento de água. Estes módulos requerem manutenção, uma vez que devem estar livres de plantas ou outras partículas, para que não surja o problema do entupimento de tubagens e excesso de água acumulado (Dhalla 2010). O material mais frequentemente usado na camada drenante é, na generalidade dos casos, à base de materiais pré-fabricados, por apresentar boa capacidade de retenção e drenagem de água e baixo peso. Figura 22 Material da camada de drenagem e retenção de água tipo. (Disponível em: 26

53 Capítulo II Coberturas Verdes Camada de proteção O desempenho da membrana de impermeabilização é consideravelmente afetado a longo prazo pela exposição à radiação ultravioleta, por altas temperaturas e ciclos térmicos, levando eventualmente a uma quebra da composição química da membrana. A configuração da camada de proteção tem como finalidade a proteção da membrana de impermeabilização dos anteriores elementos e eventuais danos mecânicos, prolongando assim substancialmente a vida do sistema (Associates 2009). O material mais usado é o tecido geotêxtil, no entanto, outros materiais como telas plásticas poderão ser aplicados (Dias 2014). Figura 23 - Material da camada de proteção tipo. (Disponível em: Barreira de raízes A barreira de raízes tem como principal finalidade evitar que as raízes perfurem a membrana de impermeabilização e penetrem na laje, evitando a degradação do edifício. Algumas camadas de impermeabilização já desempenham essa função, mas tal não invalida a colocação de uma camada extra, particularmente para esta finalidade. Existem outras camadas que também fornecem alguma resistência à penetração das raízes, nomeadamente a camada filtrante utilizada para separar o substrato do sistema drenante (Castelo-Branco 2012). O material resistente à penetração das raízes poderá ser de natureza física ou química. A barreira de raízes física é produzida normalmente por borracha sintética, polietileno de baixa densidade (LDPE), policloreto de vinil (PVC), ou monómero de etileno-propileno-dieno (EPDM). Os materiais de barreira de raízes química consiste em toxinas como produtos à base de cobre para impedir a penetração da raiz (Bozorg Chenani, 2015). Na Tabela 3 são apresentados alguns exemplos de materiais mais utilizados nesta camada. 27

54 Capítulo II Coberturas Verdes Tabela 3 - Materiais constituintes da barreira de raízes. (Adaptado de Ferreira, 2013) Material Impermeabilizantes EPDM PVC Betume-Polímetro Exemplo Camada de isolamento A camada de isolamento tem o objetivo de reduzir as transferências térmicas entre o exterior e o interior. Embora a camada vegetal funcione como isolamento devido à sua baixa condutividade térmica, em grande parte das situações deverá ser aplicado um isolamento térmico que contribua para limitar as variações de temperatura na cobertura verde. A espessura do isolamento térmico nas coberturas verdes é inversamente proporcional à espessura da camada de terra vegetal adotada. Esta camada é dispensada nas coberturas verdes intensivas, já que a terra vegetal assume o papel de redução das transferências de calor (Pinto 2014). O isolamento térmico poderá estar presente na cobertura sobre a membrana de impermeabilização (cobertura invertida) ou sob a mesma (cobertura tradicional). Esta camada deve ser escolhida tendo em conta a tipologia adotada (cobertura invertida ou tradicional). No caso de a cobertura ser invertida este material deverá ser resistente à água, visto que o isolamento térmico se encontra sobre a membrana de impermeabilização (J. R. R. da Silva 2012). Os materiais mais usados em Portugal são o poliestireno expandido moldado (EPS) e, principalmente, o poliestireno expandido extrudido (XPS) (Figura 24), (Alves 2013). Figura 24 - Cobertura com placas de XPS. (Disponível em J. R. R. da Silva, 2012) 28

55 Capítulo II Coberturas Verdes Camada de impermeabilização A camada que está em contacto com o edifício denomina-se membrana de impermeabilização e a sua função é a de proteção da estrutura contra as infiltrações de água provenientes das camadas superiores. A correta colocação da camada de impermeabilização é fundamental para o funcionamento correto de uma cobertura verde. Esta camada impede a passagem de água da cobertura para a estrutura do edifício, evitando as infiltrações. A aplicação deve ser cuidada e precisa de maneira a impedir a ocorrência de falhas. Em caso de dano, pode ser necessário remover as camadas superiores da área afetada para efetuar a reparação, o que em termos de custos e tempo pode ser bastante dispendioso. Os projetistas devido a estas dificuldades de reparação optam por reforçar a espessura da camada de impermeabilização ou, noutros casos, reforçar com o aumento do número de camadas impermeáveis. Após da aplicação desta camada é importante fazer uma verificação para conferir a eficácia da mesma. De forma a verificar que não existe infiltração é recomendado fazer um teste com a libertação de água, em que esta deve ficar algum tempo sobre a cobertura (Dias 2014). Atualmente existe uma extensa oferta de soluções de impermeabilização, sendo as mais usuais as membranas de betume, membranas líquidas e membranas de PVC. Na Tabela 4 estão representadas algumas soluções tipo de impermeabilização. Tabela 4 - Soluções tipo de impermeabilização. (Adaptado de Pinto, 2014) Membrana de betume Membranas de betume elastómero (SBS) (figura) Membranas de betume à base de plastómeros(app) Membrana líquida Membranas líquidas à base de borracha butílica. Membrana líquida à base de uma dispersão.estireno-acrílica Membranas líquidas de poliuretano Membrana em PVC 29

56 Capítulo II Coberturas Verdes Outras camadas Segundo Coelho, (2014) dependendo da solução de cobertura verde adotada, podem ainda existir outras camadas, como são os exemplos da camada de barreira ao vapor, camada de separação e camada de dessolidarização. Barreira ao vapor A barreira ao vapor é executada em sistemas onde a camada de impermeabilização está sobre o isolamento térmico (cobertura tradicional). Este elemento tem como função criar um obstáculo ao fluxo de água proveniente dos compartimentos inferiores à zona fria da cobertura, impedindo a condensação e eventual redução da capacidade isolante do sistema. Os materiais definidos para esta camada têm de possuir necessariamente propriedades de estanqueidade para impedir a passagem de fluidos. Alguns exemplos desses materiais são os feltros (fibra de vidro, poliéster não tecido), as telas betuminosas, os filmes de polietileno e as folhas de alumínio (Morgado, 2012). Nas situações em que o isolamento térmico se sobrepões à camada de impermeabilização (coberturas invertidas), é dispensada a utilização desta camada (Alves, 2013). Neste caso, a impermeabilização cumpre o papel de barreira ao vapor, uma vez que se encontra sob o isolamento térmico. O sistema de cobertura invertida permite eliminar o risco de ocorrência de condensação intersticial, uma vez que a membrana de impermeabilização/ barreira anti vapor se conserva quente e a temperatura na face inferior da barreira se conserva bastante acima da temperatura do vapor de água que passa para o estado líquido, chamado de ponto de orvalho. Na execução desta barreira, devem ser tido em conta os seguintes cuidados: aplicar os produtos de forma uniforme; evitar perfurações por menores que sejam; executar com continuidade; executar a vedação das juntas por sobreposição de no mínimo 5 cm, na aplicação de mantas, lâminas ou filmes (Poça, 2015). Camada de separação Esta camada destina-se a evitar o contato entre materiais quimicamente incompatíveis como as telas de PVC e placas de poliestireno extrudido ou poliuretano e membranas betuminosas, e para impedir tensões e níveis de atrito entre os diferentes materiais por interposição de uma manta de geotêxtil (Barros, 2008 e Coelho, 2014). 30

57 Capítulo II Coberturas Verdes Camada de dessolidarização A camada de dessolidarização é colocada entre a camada de proteção e o sistema de impermeabilização com o objetivo de manter afastado o revestimento de impermeabilização da camada de proteção, contribuindo para a minimização dos riscos resultantes das ações mecânicas, proteger das variações dimensionais e tensões adicionais, bem como permitir a drenagem de água que se infiltre até esse nível (Barros, 2008 e Poça, 2015). Tanto em sistemas com telas betuminosas como em membranas de PVC, esta camada é essencial. Nas membranas de PVC serve para separar do isolamento térmico e nas telas betuminosas para separar da proteção pesada e do isolamento térmico. Para efetuar esta separação pode ser aplicado papel Kraft ou manta geotêxtil (Poça, 2015) Construção em monocamada Ao sistema construtivo monocamada pertence o sistema de coberturas verdes modulares, que consiste na criação de um sistema em pequenas partes padronizadas que são facilmente instaladas e repostas. Para os sistemas de coberturas verdes, os módulos são muitas vezes blocos auto-sificientes pré-plantados, dando um efeito verde instantâneo e maior flexibilidade na fase de inspeção, manutenção e reparação. É importante prever a necessidade de camadas como a barreira anti-raízes, a camada de proteção e sistema de impermeabilização referidos anteriormente (Coelho, 2014). Normalmente, os sistemas modulares levam menos tempo a instalar, e devido á sua facilidade de instalação, a mão-de-obra é menos especializada, o que torna este sistema mais económico. Frequentemente esta solução é utilizada para coberturas verdes extensivas com uma profundidade de solo de 25 a 150 mm, podendo atingir um peso de cerca de 70 a 220 Kg/m 2 (Hui, 2008). Segundo Coelho (2014), os sistemas modulares de cobertura verde podem ser divididos em três tipos principais, nomeadamente, sistema de tapete, sistema de bandeja e sistema de saco. O sistema de vegetação em tapete, apresentado na Figura 25, consiste na aplicação de um tapete que engloba camadas como vegetação pré-cultivada e substrato, e por vezes a camada filtrante e a de drenagem. Eles são normalmente transportados enrolados como um sistema completo. É um sistema bastante leve com uma espessura de cerca de 45 mm (Hui, 2008). Este sistema limita-se a vegetação mais rasteira da família das relvas ou musgos, uma 31

58 Capítulo II Coberturas Verdes vez que a camada de substrato é bastante fina e apenas estes tipos de vegetação se adptam (Borga 2012). Figura 25 - Sistema de tapete de cobertura verde. (Disponível em: Hui and Chan 2008) A Figura 26, mostra as diversas fases de montagem de um sistema de bandeja. Hoje em dia, o sistema de bandeja é o tipo de sistemas modulares mais usado em coberturas verdes. Consiste na aplicação de recipientes de plástico individuais e justapostos, sendo preenchidos com um sistema de drenagem, substrato e vegetação antes da instalação. Como o substrato está contido na bandeja, pode ser facilmente removido ou substituído, sem afetar a estrutura original ou outras plantas (Hui, 2008). Figura 26 - Sistema de bandeja de cobertura verde. (Disponível em: Hui, 2008) O sistema de saco (Figura 27), é constituído por módulos flexíveis que podem facilmente conformar-se a áreas irregulares. Nesta solução, o substrato permanece selado dentro do módulo do tecido até serem criadas aberturas de modo a plantar, depois de posicioná-los na cobertura (Hui, 2008). 32

59 Capítulo II Coberturas Verdes Figura 27 - Sistema de saco de cobertura verde. (Disponível em: Hui and Chan 2008) Uma das barreiras apontadas para os sistemas modulares é justamente o encontro dos módulos de bandeja que ficam percetíveis e expostos a agentes agressivos acelerando o processo de envelhecimento. Em resposta a este problema surgiram os sistemas híbridos modulares (Figura 28). Os módulos são interligados entre eles na camada de drenante permitindo uma coesão do conjunto. Uma vez instalados os painéis laterais são totalmente removidos, possibilitando uma integração total no substrato e uma superfície natural contínua durante todo o ano (Coelho 2014). Figura 28 - Sistema híbrido de cobertura verde. (Disponível em: Coelho 2014) 2.5 Vantagens e Desvantagens de Coberturas Verdes A implementação de coberturas verdes, como forma de construção sustentável tem vindo a ser valorizada, estas geram uma grande variedade de benefícios, quer ambientais, quer económicos, ou mesmo sociais tanto a um nível privado como público. Muitos são as vantagens dos jardins em coberturas, mas, também existem limitações. Um resumo das vantagens e desvantagens da aplicação de coberturas verdes apresenta-se na seguinte tabela: 33

60 Capítulo II Coberturas Verdes Tabela 5 - Quadro resumo das vantagens e desvantagens de Coberturas verdes Vantagens Desvantagens Ambientais Económicos Sociais Mitigação do efeito ilha de calor Mitigação da poluição do ar Melhoria da qualidade das águas pluviais Retenção de águas pluviais Preservação ecológica Redução do consumo de energia Aumento da vida útil Conforto acústico Melhorias estéticas e aumento dos espaços de lazer Custos Manutenção Dimensionamento estrutural Falta de incentivos à implementação Vantagens de Coberturas Verdes A utilização de sistemas de coberturas verdes pode gerar uma ampla gama de benefícios. Alguns apenas serão efetivos se considerarmos a sua instalação em larga escala, outros fazem-se sentir diretamente no edfício onde é instalada Mitigação do efeito ilha de calor O aquecimento global, o aumento das superfícies impermeáveis e as emissões de gases com efeito estufa a partir de edifícios residenciais, industriais e dos veículos, conduz a uma contínua elevação das temperaturas nos centros urbanos. A diferença de temperatura entre uma cidade e os seus arredores é conhecida como efeito de ilha de calor urbano. No verão esta diferença pode chegar até 10ºC. Este é um efeito que é necessário contrariar pois reduz drasticamente a qualidade de vida dos habitantes das cidades. As áreas verdes de grande dimensão podem absorver até 80% do calor emitido, no entanto, nos centros urbanos a dimensão das áreas verdes não tem sido suficiente para reduzir este efeito. O aumento das zonas verdes no topo dos edifícios com a aplicação de coberturas verdes, pode ser vantajoso para a redução da temperatura através do processo de evapotranspiração e da humidificação do ar (IGRA 2016). 34

61 Capítulo II Coberturas Verdes A substituição de superfícies vegetais por materiais de baixo albedo (coeficiente de reflexão) é uma das razões para o aumento da temperatura em um ambiente urbano e, consequentemente, também uma das principais causas de efeitos de ilha de calor urbano. Num estudo na Austrália, mostrou-se que os materiais de baixo coeficiente de reflexão tais como o asfalto, os telhados de metal e os pavimentos de alvenaria contribuem para agravar o efeito ilha de calor, além disso o desenvolvimento urbano e a falta de vegetação natural contribuem para o aumento das temperaturas nas cidades. Estes resultados mostram que as coberturas verdes são capazes de aumentar o albedo e também através da transpiração das plantas que podem ajudar a reduzir a temperatura em áreas urbanas (Razzaghmanesh, 2015) Mitigação da poluição do ar Os sistemas de coberturas verdes são uma abordagem popular que poderia ajudar a mitigar a poluição do ar em ambientes urbanos. O ar urbano muitas vezes contem níveis elevados de poluentes que são prejudicais para a saúde humana e do ambiente. Entre as diversas técnicas de atenuação a poluição do ar, a capacidade das plantas para limpar o ar é considerada uma técnica prática e ambientalmente benigna (Vijayaraghavan 2016). As coberturas verdes contribuem para reduzir a poluição de duas maneiras: controlar as variações de temperatura de um edifício reduzindo o aquecimento e a procura de ar condicionado, portanto menos dióxido de carbono é libertado das centrais energéticas, a outra é a fotossíntese das plantas que absorvem o dióxido de carbono do ar e armazenam em biomassa (Bianchini, 2012). Num estudo realizado na cidade do Chicago, sobre a redução do nível de poluição do ar por coberturas verdes, os resultados mostraram que foram removidos um total de 1675 kg de poluentes do ar por 19,8 ha de coberturas verdes, em um ano, dado que Ozono (O 3) representa 52% do total, o dióxido de Azoto (NO 2) 27%, as partículas PM 10 14% e Dióxido de enxofre (SO 2) 7%. O nível mais alto de remoção da poluição do ar ocorreu em maio e o menor em fevereiro. A remoção anual por hectare de cobertura verde foi de 85 kg/ha/ano. Os mesmos autores, referem ainda que a quantidade de poluentes removidos aumentaria para 2046,89 toneladas se todas as coberturas em Chicago fossem cobertas com sistemas de coberturas verdes intensivas (Yang, 2008). 35

62 Capítulo II Coberturas Verdes Melhoria de qualidade das águas pluviais As coberturas verdes são um componente cada vez mais importante nos projetos de sistemas urbanos sensíveis à água, que podem potencialmente melhorar a qualidade do escoamento urbano. A qualidade de qualquer água é determinada pela qualidade de origem e a sua exposição a contaminantes durante o seu percurso pelas superfícies. As coberturas verdes podem causar a libertação de poluentes nas águas devido a fertilizantes usados na vegetação, mas podem reduzir a poluição associada ao escoamento das águas das chuvas através da filtração e absorção dos poluentes (Hashemi, 2015). A água da chuva é geralmente considerada como pura, mas pode ser ácida, e contém quantidades consideráveis de nitratos. Pode conter vestígios de outros poluentes, por exemplo, metais pesados e pesticidas em função das fontes de poluição local. Os poluentes mais significativos que afetam a qualidade de escoamento de água pluviais nas zonas urbanas são os metais pesados, hidrocarbonetos de petróleo, pesticidas, sólidos suspensos, nutrientes e microrganismos patogênicos. Os poluentes mais estudados no escoamento de coberturas verdes são algumas formas de fósforo e azoto, e metais pesados (Czemiel Berndtsson 2010). Segundo (Vijayaraghavan 2016) os principais fatores que influenciam a qualidade de escoamento das coberturas verdes podem ser resumidos no seguinte: Tipo e espessura do meio de crescimento; Tipo de vegetação; Tamanho de precipitação; Fontes de poluição locais; Tipo de cobertura verde; Práticas de fertilização e manutenção; Idade da cobertura verde; Propriedades físicas e químicas dos poluentes Retenção das águas pluviais As áreas urbanas são caracterizadas por grandes proporções de superfícies impermeáveis o que aumenta o escoamento de águas pluviais. Na existência de fortes precipitações, os sistemas de escoamento público tem consequências graves, pois são sobrecarregados com 36

63 Capítulo II Coberturas Verdes caudais altos, resultando por vezes no não tratamento dessas águas e na consequente descarga nos rios aumentando o risco de cheias. As coberturas verdes podem ser usadas para a redução de inundações, restaurando o equilíbrio hidrológico urbano das cidades. No Reino Unido, em Manchester, analisaram a quantidade de escoamento de um telhado verde intensivo envelhecido em comparação com telhados impermeáveis, verificou-se uma retenção média de 65.7% sobre o telhado verde e 33.6% sobre o outro telhado, sendo esta diferença bastante significativa (Speak et al. 2013). A capacidade de retenção das águas da chuva e a eficiência da atenuação do pico de escoamento numa cobertura verde é severamente reduzida em situações de saturação do solo devido à ocorrência de chuvas extremas antecedentes. Quanto maior a duração e intensidade da precipitação menor é a eficiência na redução das descargas de águas pluviais. Para além da humidade do solo, a profundidade do solo é um fator determinante na eficiência da redução do caudal máximo de descarga de águas pluviais, sendo que este caudal aumenta linearmente e proporcionalmente à profundidade do solo. Embora solos mais profundos não é a solução mais adequada, uma vez que a maioria dos edifícios existentes não foram projetados para suportar tais cargas adicionais (Castiglia Feitosa, 2016). Segundo Czemiel Berndtsson (2010), a dinâmica de escoamento de uma cobertura verde é influenciada por fatores como: tipo de cobertura verde, propriedades geométricas (declive), humidade do solo, idade, vegetação e o tempo e características da chuva. Nas coberturas verdes devido a parte da água ser retida pela cobertura através da infiltração, o pico do escoamento de águas da chuva é atenuado. Na Figura 29, encontra-se ilustrado um evento de precipitação e a retenção de águas pluviais pela presença de um telhado verde. Assim, com a presença de uma cobertura verde, o escoamento é influenciado, causando o atraso do mesmo, o que é provocado pela infiltração de águas pluviais e pela evapotranspiração das plantas. Figura 29 - Exemplo de escoamento de uma cobertura verde (linha tracejada) gerado por um evento de chuva (linha preta). (Adaptado de Czemiel Berndtsson 2010) 37

64 Capítulo II Coberturas Verdes As coberturas verdes podem ainda ser combinadas com as recentes soluções de aproveitamento das águas pluviais, nomeadamente cisternas ou reservatórios subterrâneos, que poderão resultar na eliminação completa do escoamento superficial e a capacidade extra de reaproveitar essas águas para, por exemplo, alimentar sistemas de rega, reduzindo o consumo de água, seja em espaços públicos ou espaços particulares (Pinto 2014). De seguida apresenta-se um exemplo de um sistema de reutilização das águas pluviais retidas numa cobertura verde. Figura 30 - Sistema de reutilização das águas pluviais retidas nas coberturas verde (Disponível em: Pinto, 2014) Preservação ecológica O avanço da urbanização é uma das principais ameaças à preservação de espécies, com tendência a diminuir a riqueza e diversidade de espécies. A instalação de coberturas verdes é uma potencial ferramenta na conservação da biodiversidade urbana, embora estas não sejam um substituto perfeito da natureza, podem fornecer habitat adicional a algumas espécies. Foi estudado o contributo de coberturas verdes para a disponibilidade de habitat para várias espécies de morcegos norte-americanos, tendo estas coberturas maiores benefícios para os morcegos do que telhados convencionais (Parkins, 2015). Provavelmente devido ao tamanho limitado nas coberturas verdes, nos seus habitats beneficiam principalmente os organismos com pequenos tamanhos. Estes têm melhor capacidade de dispersão e possuem baixos requisitos de recursos que significa que podem 38

65 Capítulo II Coberturas Verdes completar o seu ciclo de vida na cobertura (por exemplo: a flora tolerante à seca), ou se têm necessidade de mais recursos são menos propensos a nidificar ou a reproduzir-se nas coberturas verdes, podendo utilizar o habitat temporariamente (por exemplo: as abelhas e vespas) (Francis, 2011) Redução do consumo de energia O conceito das coberturas verdes foi usado em diversos países como forma de prevenir a entrada e saída de calor dos edifícios durante milhares de anos. No verão, a vegetação das coberturas verdes protegem o edifício da radiação solar e reduzem o aquecimento provocado pela radiação solar na cobertura através do fenómeno de evapotranspiração. No inverno, o isolamento térmico é proporcionado pela camada de terra vegetal. Esta situação permite uma diminuição de energia necessária ao aquecimento e arrefecimento mecânico do edifício (Pinto 2014). Na cidade de La Rochelle, em França, avaliou-se o impacto das coberturas verdes no desempenho energético dos edifícios. Foram analisados vários parâmetros térmicos de um modelo de cobertura verde comparando com uma cobertura tradicional numa habitação unifamiliar em um clima francês temperado. Os resultados obtidos neste estudo em relação à temperatura da superfície exterior e fluxo de calor, para o dia mais frio do ano, para o dia com com maior radiação solar de inverno e para o dia mais quente do ano da cobertura tradicional e verde do edifício estudado, são apresentados na Figura 31 (Jaffal, 2012). Os resultados mostram que a aplicação de coberturas verdes protege a laje do telhado das temperaturas extremas. esta proteção é proporcionada por uma série de fenómenos térmicos que advêm da cobertura verde, como o sombreamento solar, evapotranspiração e resistência térmica. A Figura 31 mostra que o intervalo de variação da temperatura da laje é claramente mais baixo para as coberturas verdes. Enquanto que na cobertura tradicional a temperatura da laje atinge -6 C no inverno e +58 C no verão, para a cobertura verde a temperatura permanece entre -4 C e 20 C. 39

66 Capítulo II Coberturas Verdes Figura 31 - Temperatura da superfície exterior da laje da cobertura durante três dias típicos em La Rochelle: (a) inverno frio, (b) inverno ensolarado, e (c) verão quente. (Adaptado de Jaffal et al., 2012) Neste estudo é referido que depende muito do clima, a eficácia das coberturas verdes no desempenho energético. O impacto das coberturas verdes na temperatura do ar interior é mais significativa nos climas quentes, apresentando necessidades energéticas totais mais reduzidas. No entanto, nos climas frios é observada uma redução significativa das necessidades de aquecimento de uma cobertura verde em comparação com a cobertura tradicional. Nos climas quentes, as coberturas verdes podem aumentar as necessidades de aquecimento, mas esse aumento é menor quando comparado com a redução das necessidades de arrefecimento. Na Tabela 6 verifica se que na generalidade dos climas da Europa, as necessidades energéticas totais diminuem com a implementação de coberturas verdes. Tabela 6 - Comparação das necessidades energéticas totais de um edifício com coberturas verdes em relação às coberturas convencionais, em Atenas, La Rouchelle e Estocolmo. (Adaptado de: Jaffal, 2012). Cidade Clima Necessidade de aquecimento (kwh /m 2 /ano) Necessidade de arrefeciemento (kwh /m 2 /ano) Necessidades energéticas totais (kwh /m 2 /ano) Cobertura tradicional Cobertura Verde Cobertura tradicional Cobertura Verde Cobertura tradicional Cobertura Verde Atenas (Grécia) La Rouchelle (França) Estocolmo (Suécia) Clima temperado mediterrânico Clima temperado oceânico Clima continental húmido 14,1 15,2 26,4 12,5 40,5 27,7 36,0 36,1 2,5 0,1 38,5 36,2 131,0 120,3 0,0 0,

67 Capítulo II Coberturas Verdes Em clima mediterrâneo, nomeadamente em Lisboa, foi quantificada a poupança de energia das cobertura verdes, em épocas de aquecimento e arrefecimento utilizando um programa computacional de simulação energética. Comparando os três tipos de coberturas verdes, no inverno obtiveram necessidades de energia de aquecimento semelhantes, mas no verão a solução de cobertura extensiva apresentou maiores necessidades de energia de arrefecimento do que as semi-intensivas e intensivas, de 36% e 17% vezes mais, respectivamente. Na figura seguinte é avaliado o desempenho energético das soluções de coberturas verdes relativamente a coberturas tradicionais (cobertura clara e cobertura escura), para vários níveis de isolamento térmico de cobertura. Os resultados demonstram que as coberturas verdes semi-intensiva e intensiva podem reduzir os consumos de energia, principalmente para níveis inferiores de isolamento térmico, quando comparados com as coberturas escuras e claras. Pelo contrário, as coberturas extensivas apenas revelam ser um benefício para a redução dos consumos energéticos para níveis de isolamento térmico reduzidos relativamente a coberturas escuras, sugerindo como uma solução para edifícios antigos (sem isolamento térmico). Relativamente a coberturas claras, nenhuma das soluções de coberturas verdes são uma opção para reduzir as necessidades de energia de arrefecimento, sendo a cobertura clara um telhado altamente refletivo (Silva 2016). Figura 32 - Poupança de energia das soluções de coberturas verdes relativamente à cobertura escura e clara. (Adaptado de Silva, 2016) 41

68 Capítulo II Coberturas Verdes Aumento da vida útil Usualmente os sistemas de coberturas planas tradicionais têm uma durabilidade expectável entre 10 e 15 anos com diversos problemas de impermeabilização. O sistema das coberturas verdes protege as membranas de impermeabilização das coberturas das temperaturas extremas, do impacto da radiação ultravioleta e da eventual deterioração. Nas coberturas verdes, a vida útil da membrana de impermeabilização pode ser duas vezes superior à de uma cobertura tradicional, o que implica menos manutenção e o tempo de substituição é prolongado (Peck, 2012). A camada de terra vegetal e a vegetação promovem a proteção ao sistema de impermeabilização, diminuindo os diferenciais de temperatura. Estas camadas criam uma barreira de proteção mecânica à camada de impermeabilização contra danos provocados pelo vento, granizo, vandalismo e incêndios. Há estudos europeus que indicam que as coberturas verdes facilmente podem ter o dobro da vida útil de uma cobertura tradicional, e deste modo, reduzem a necessidade de uma manutenção profunda. Há estimativas de vida útil para além dos 40 anos. Este é um benefício que se traduz em poupança económica direta para o promotor e para os utilizadores (Pinto, 2014) Conforto acústico As coberturas verdes podem ser usadas como isolamento acústico dos edifícios, sendo que a camada de terra vegetal será a responsável pelo isolamento nas baixas frequências e as plantas e vegetação pelo isolamento nas altas frequências. A comunidade científica acredita que estes dois componentes sejam os que tenham os efeitos mais significativos no conforto acústico (Van Renterghem, 2008). Van Reterghem e Botterldooren estudaram a propagação do som em coberturas verdes intensivas e extensivas. Os autores observaram que as coberturas verdes extensivas apresentam uma boa eficiência em que a camada de substrato apresenta uma espessura entre os 15 cm e 20 cm. Para coberturas verdes extensivas, com uma camada de substrato superior a 20 cm, obtiveram os mesmo resultados que a outra com cobertura, sendo que os efeitos positivos não foram influenciados pela espessura da camada do substrato adicionada (Van Renterghem, 2008). 42

69 Capítulo II Coberturas Verdes No interior de um edifício, os níveis de ruído também dependem do isolamento da fachada, do nível de pressão sonora fora do edifício e das janelas abertas ou fechadas. Esta solução pode ter uma influência benéfica em edifícios próximos de aeroportos, áreas industriais e em ambientes urbanos (Rowe, 2011) Melhorias Estéticas e espaço de lazer e recreação Será fácil de entender a profunda alteração da paisagem que se proporcionava se todas as coberturas visíveis começassem a ser ajardinadas. Começaríamos a usufruir de paisagens naturais que nos transmitiriam sensações de conforto, em vez de se observar o asfalto e as telas de isolamento das coberturas. Mesmo as coberturas que não possuem acesso, mas são claramente visíveis, contribuem para o efeito terapêutico que as plantas verdes e a natureza provocam nas pessoas que convivem com esses espaços. Esses efeitos terapêuticos incluem a redução do stress, diminuição da pressão arterial, diminuição da tensão muscular e o aumento dos sentimentos positivos (NEOTURF, 2016). Um estudo realizado em Singapura sobre a opinião pública acerca das coberturas verdes na cidade e os benefícios associados à sua instalação, concluíram que os cidadãos tinham em geral uma opinião positiva acerca das coberturas verdes e os benefícios mais considerados pelos entrevistadores foram a melhoria estética e a oportunidade de construir novas áreas de lazer e descanso (Yuen, 2005) Desvantagens de Coberturas Verdes As coberturas verdes têm algumas limitações, apesar de a maior parte dos relatórios de pesquisas e ambientalistas destacam os aspetos positivos, vários fatores impedem o aumento de áreas de coberturas verdes Custo O custo das coberturas verdes é frequentemente considerado como um investimento que apresenta retornos a longo prazo. A quantificação dos benefícios em termos económicos é uma questões extremamente complexa de avaliar, pois estes não se traduzem em poupanças diretas nos custos de construção para os proprietários. Tem sido feita pouca pesquisa para 43

70 Capítulo II Coberturas Verdes analisar os custos dos sistemas de coberturas verdes em aplicações urbanas, portanto, o retorno deste investimento é desconhecido ou muito complexo de compreender (Bianchini, 2012). Os custos iniciais de instalação de uma cobertura verde dependem do tipo de cobertura que se pretende adotar, no entanto uma simples avaliação entre os custos iniciais das coberturas verdes não permitem analisar e avaliar a comparação do custo total.. As coberturas verdes têm uma série de benefícios que promovem o seu valor a longo prazo, contudo este tipo de benefícios leva à diminuição dos custos a longo prazo. Para além dos custos iniciais, outros custos como o consumo de energia do edifício, aumento da vida útil do edifício, manutenção, etc., terão de ser contabilizados. Cada cobertura verde é um projeto único. O custo inicial de uma cobertura depende de diversas variáveis, incluindo (Pinto, 2014): Localização geográfica; Tipo de cobertura verde (espessura da cobertura); Materiais usados; Fornecedor ; Dimensão da cobertura verde; Incentivos fiscais (caso existam) Manutenção A manutenção de coberturas verdes é outra barreira importante que confunde os proprietários dos edifícios e as pesquisas acerca deste aspeto é muito limitado. As coberturas verdes do tipo intensivo exigem operações de manutenção como irrigação, corte e outras atividades normais de jardinagem. Pelo contrário, as coberturas verdes do tipo extensivas são idealizadas para ser autossustentáveis, tendo baixa necessidade de manutenção, não significando, todavia, ausência de manutenção podendo ser necessário irrigação ou fertilização (Nagase, 2013). Numa pesquisa acerca de coberturas verdes em Portugal, as anomalias observadas nas inspeções ou pelos utilizadores ao longo do tempo de vida útil foi principalmente nas camadas mais expostas e visíveis. Como se pode observar na Figura 33, a camada de vegetação é o que apresenta mais anomalias detetadas com 28% seguido pelo sistema de drenagem com 24%. Na camada de vegetação a anomalia mais comum está associado à morte parcial da vegetação, devido a fungos, pragas e doenças, exposição das raízes à ação do vento e o uso 44

71 Capítulo II Coberturas Verdes excessivo de pessoas sobre a vegetação. No sistema de drenagem, o entupimento das caleiras é a anomalia mais comum, geralmente devido à deposição de calcário ou detritos associados a inspeções ou limpezas insuficientes (Coelho, 2015).. Figura 33 - Distribuição das anomalias inspecionadas em coberturas verdes. (Adaptado de: Coelho, 2015) Dimensionamento estrutural Segundo Raposo (2013), uma das principais desvantagens à implementação de sistemas de coberturas verdes diz respeito à carga por eles exercida sobre a estrutura de suporte, e as consequentes implicações nos custos finais. Os valores apresentados em seguida representam uma comparação das cargas produzidas por diferentes materiais utilizados em projetos de paisagísticos, incluindo os sistemas de cobertura verde (peso máximo de saturação), obtidos a partir da ZinCo Internacional e calculados de acordo com a Norma Alemã DIN 1055 (revista na norma EN 1990) para o desenho de carga em edifícios: Camada de agregados de pedra = Kg/m 2 ; Lajetas de pavimentação = Kg/m 2 ; Superfície para veículos = a partir de 550 Kg/m 2 ; Cobertura de vegetação extensiva = Kg/m 2 ; Cobertura de vegetação intensiva = Kg/m Falta de incentivos à implementação O resultado de uma lei aprovada na Alemanha em 1989, incentivando a instalação de coberturas verdes nas construções novas, desenvolveu a indústria destas coberturas na 45

72 Capítulo II Coberturas Verdes Europa. Criaram-se mercados desta tecnologia para edifícios novos e existentes, devido a uma evolução legislativa semelhante, bem como incentivos financeiros concedidos pelos municípios, como é o exemplo de Mannheim na Alemanha. Em 1988 a cidade de Mannheim aprovou uma lei que exige aos construtores a instalação de coberturas verdes na maioria dos edifícios industriais, comerciais e alguns empreendimentos residenciais, tanto novos como reconstruídos, no núcleo central da cidade. A lei aplica-se, às coberturas de edifícios ou estacionamentos, com área superior a 20 m 2 e com um declive inferior a 10. Em Portugal, não existem incentivos do governo para apoiar a expansão de coberturas verdes, apesar de seus muitos benefícios comprovados (Martins, 2010). Em Portugal começasse a dar os primeiros passos no incentivo da implementação de coberturas verdes. A Câmara Municipal do Porto (CMP) juntamente com a Associação Nacional de Coberturas Verdes (ANCV) criaram um projeto designado por Projeto Quinto Alçado do Porto, que tem como objetivo definir qual o modelo que a CMP deve adotar para o desenvolvimento de coberturas verdes na estratégia ambiental, urbanística e de espaços verdes da cidade (ANCV, 2016). 2.6 Considerações Finais As coberturas verdes são uma técnica recorrente na construção há bastante tempo não só devido seu aspeto estético mas também pelo seus benefícios, principalmente o conforto térmico. Atualmente estão a implementar-se coberturas verdes em diversas partes do mundo devido aos seus benefícios de sustentabilidade. Em Portugal não existe nenhum incentivo ou obrigatoriedade de forma a aumentar o uso desta solução construtiva. No entanto, têm vindo a surgir nos últimos anos vários estudos sobre as coberturas verdes. De uma maneira geral, as coberturas verdes são distinguidas em três tipos, extensivas, intensivas e semi-intensivas. As coberturas verdes são caracterizadas tendo em conta vários fatores como a altura do substrato, o tipo de vegetação, os níveis de exigências de manutenção e irrigação e o respetivo uso. Verificou-se que a escolha do sistema construtivo influencia significativamente o correto desempenho de uma cobertura verde. A escolha das camadas constituintes devem ser consideradas consoante as necessidades da cobertura a adotar. Diversas pesquisas confirmam que o uso de coberturas verdes abrangem inúmeros benefícios, podendo ser em grande escala (como por exemplo a mitigação do efeito ilha de 46

73 Capítulo II Coberturas Verdes calor), ou fazer-se sentir no edifício onde é instalada (como por exemplo o aumento de conforto térmico). As principais barreiras encontradas são os custo, a manutenção, o aumento dimensional da estrutura e a falta de incentivos por parte das comunidades governamentais. A legislação e regulamentação de países mais desenvolvidos pode ser aplicada, mas é importante adaptar e aperfeiçoar para se obter o sucesso da implementação de coberturas verdes. Assim, é importante a realização de mais estudos acerca das coberturas verdes em Portugal de modo a incentivar e a permitir identificar as soluções regulamentares mais aptas para diferentes zonas.. 47

74 48

75 Capítulo III Metodologia Experimental Capítulo III Metodologia Experimental 49

76 Capítulo III Metodologia Experimental 50

77 Capítulo III Metodologia Experimental 3 METODOLOGIA EXPERIMENTAL 3.1 Introdução Neste capítulo será apresentada a metodologia experimental utilizada para caraterizar termicamente uma cobertura verde do tipo extensiva, recorrendo à determinação do valor in situ do coeficiente de transmissão térmica (U) da solução construtiva. O coeficiente de transmissão térmica define as perdas de calor através de um elemento construtivo, por unidade de diferença de temperatura, entre o interior e o exterior e por unidade de área. Neste sentido, serão analisadas as várias fases necessárias que possibilitarão, segundo a norma ISO 9869, obter o valor de U in situ. Inicialmente, é feita uma caraterização sobre a instalação experimental, descrevendo o projeto e a construção das células de teste que serviram para o desenvolvimento do trabalho experimental. Posteriormente, serão descritos todos os procedimentos e considerações associadas a cada uma das etapas do ensaio para a determinação do coeficiente de transmissão térmica in situ utilizado para analisar a cobertura verde (CV) e uma cobertura tradicional (CT) sendo descritos os equipamentos utilizados, bem como a metodologia de cálculo aplicada para a determinação do valor U. 3.2 Células de teste De forma a avaliar experimentalmente a influência das coberturas verdes no comportamento térmico de edifícios foi necessário a construção de duas células de teste. A célula de teste pode ser considerada como um protótipo à escala real, construída com o intuito de aplicar elementos ou sistemas construtivos de edifícios, submetendo-os a condições reais e testando assim o seu desempenho. A construção de duas células de teste permitiu comparar o desempenho energético de uma cobertura verde com uma solução de cobertura tradicional na construção. As células de teste construídas possuem características idênticas no que diz respeito às dimensões, aberturas, elementos construtivos e orientação solar, variando apenas no sistema de cobertura. Numa foi implementada uma cobertura verde (CV) e na outra (célula de referência) uma cobertura com revestimento em chapa metálica (CT). 51

78 Capítulo III Metodologia Experimental Localização e orientação As células de teste estão localizadas em Vila Real, no Campus da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, a uma altitude de 462 m e de coordenadas GPS 41º17ʼ10,54ʼʼN e 7º44ʼ29,16ʼʼW, próximas do Edifício ECT-Polo I, junto ao laboratório de Engenharia Civil. Na Figura 34 é possível observar em vista aérea o local de implantação das células de teste (Google Earth). Figura 34 - Localização das células de teste (Google Earth) As células de teste foram implantadas de forma a minimizar a influência de obstáculos exteriores e a garantir que as coberturas pudessem ser construídas com uma ligeira inclinação a sul. A orientação é um fator bastante importante a ter em conta no que diz respeito ao aproveitamento de ganhos solares passivos e zonas de sombreamento que condicionam as temperaturas interiores dos edifícios. Com o auxílio do software SketchUp foi possível obter uma perspetiva de como os objetos exteriores próximos do terreno de implantação poderão causar sombra sobre as células de teste e assim ajustar a sua localização. No entanto, dada a restrição do espaço, não será possível evitar completamente a sombra proveniente de um pinheiro presente na envolvente. Prevê-se que, no mês de dezembro a sombra do pinheiro apenas incida parcialmente sobre a célula de teste com cobertura em chapa metálica entre as 07h00 e 09h00. Contudo, considera-se que esse sombreamento não influenciará substancialmente os resultados. 52

79 Capítulo III Metodologia Experimental Figura 35 - Sombras no local de implantação (SketchUp) Projeto Como já foi referido previamente, em 3.2, para uma melhor compreensão e caracterização do comportamento térmico de uma cobertura verde, foram instaladas duas células de teste que possuem características similares em relação a dimensões, aberturas, elementos construtivos e orientação solar, sendo apenas diferente o sistema de revestimento da cobertura. A inclinação da laje aligeirada, na cobertura verde apresenta uma inclinação de 4% enquanto que na cobertura tradicional de 7%. De modo a possuir características semelhantes em ambas as células de teste foi feito um ajuste na colocação da chapa metálica apresentando ambas uma inclinação de 4%. As dimensões internas são aproximadamente de 2 m 2 m. Foram usadas como referência as dimensões aproximadamente das células de teste utilizadas num estudo do comportamento térmico de um sistema de cobertura verde em comparação ao sistema tradicional de cobertura com telha cerâmica (Ferraz 2012). Da Figura 36 à Figura 41 apresentam-se a planta e os alçados das duas células de teste. Figura 36 - Planta Figura 37 - Planta da cobertura Verde 53

80 Capítulo III Metodologia Experimental Figura 38 - Alçado Este - Cobertura Verde Figura 39 - Alçado Sul - Cobertura Verde Figura 40 - Alçado Este - Chapa metálica Figura 41 - Alçado Sul - Chapa metálica A solução construtiva para ambas as células de teste nas fachadas foi de paredes simples de alvenaria em bloco térmico de 25 cm, e isoladas com o sistema ETICS (External Termal Insulation Composite System) com placas de XPS com 8 cm de espessura e rebocado pelo interior com 2 cm e, pelo exterior com acabamento decorativo de cor clara com 2 cm. Na seguinte tabela é apresentado o pormenor construtivo definido para as paredes e a respetiva descrição na Tabela 8 as propriedades térmicas dos materiais utilizados para as paredes. 54

81 Capítulo III Metodologia Experimental Tabela 7 - Pormenor construtivo das paredes Pormenor da parede Descrição 1 Alvenaria em Bloco térmico (25 cm) 2 Argamassa de colagem 3 XPS (8 cm) 4 Argamassa de revestimento 5 Rede de reforço 6 Primário de regulação 7 - Acabamento Tabela 8 - Coeficiente de transmissão térmica das paredes exteriores Elementos construtivos e (m) λ (W/m ºC) R (m 2 ºC/W) Referência Rsi - - 0,13 ITE50 Argamassa e reboco tradicional ,02 1,3 0,015 ITE50 Alvenaria em bloco térmico 0,25-0,62 Weber XPS 0,08 0,037 2,162 ITE50 Argamassa de reboco não tradicionais ,02 0,7 0,029 ITE50 Rse - - 0,04 ITE50 Total 0,37-3,00 - COEFICIENTE DE TRASMISSÃO TÉRMICA U = 0,33 W/m 2 ºC Em ambas as células de teste, o suporte estrutural para a cobertura foi de uma laje aligeirada com 20 cm de espessura, formada com vigotas de betão pré-esforçado, abobadilhas e uma camada de compressão de betão. O isolamento é aplicado pelo interior com placas de XPS com 8 cm. Na Tabela 9 é apresentado o pormenor construtivo definido para a cobertura verde instalada e a respetiva descrição, e na Tabela 10 é apresentado o pormenor construtivo definido para a cobertura em chapa metálica e a respetiva descrição. A Tabela 11 apresenta as propriedades térmicas apenas dos materiais utilizados para o suporte das coberturas. 55

82 Capítulo III Metodologia Experimental Tabela 9 - Pormenor construtivo da cobertura verde Pormenor da Cobertura Verde Descrição 1 Camada de vegetação 2 Camada de substrato 3 Camada filtrante 4 Camada drenante 5 Camada de proteção 6 Membrana de impermeabilização 7 e 8 Laje 9 XPS (8 cm) Tabela 10 - Pormenor da cobertura em chapa metálica Pormenor da cobertura em chapa metálica Descrição 1 Chapa metálica 2 Laje 3- XPS (8 cm) Elementos construtivos Tabela 11 - Coeficiente de transmissão térmica da laje e (m) λ (W/m ºC) R (m 2 ºC/W) Referência Rsi (ascendente) - - 0,10 ITE50 Laje aligeirada 0,19-0,27 ITE50 XPS 0,08 0,037 2,162 ITE50 Rse (ascendente) - - 0,04 ITE50 Total 2,572 - COEFICIENTE DE TRASMISSÃO TÉRMICA U = 0,389 W/m 2 ºC) 56

83 Capítulo III Metodologia Experimental Construção A construção das células de teste foi a etapa deste trabalho que demorou mais tempo a ser realizada, pois apesar de ser uma obra de pequenas dimensões as dificuldades financeiras e de mão de obra na execução destas causaram um atraso na sua conclusão. As fundações das células de teste são do tipo de ensoleiramento geral, são constituídas por uma camada de brita e por uma laje de betão tendo sido usada cofragem para delimitar a caixa do pavimento, posteriormente foi estendida a rede malhasol que vai dar consistência ao pavimento, e por fim preencheu-se com betão (Figura 42 e Figura 43). As paredes são constituídas por alvenaria em bloco térmico de 25 cm, que permitem proporcionar às fachadas uma maior eficiência no contributo para a conservação da temperatura interior independentemente das condições ambientais externas (Figura 45). Como a alvenaria desempenha a função estrutural, optou-se por colocar armadura horizontal na sétima fiada de blocos, de modo a contribuir para o melhoramento na resistência aos esforços atuantes (Figura 44). Figura 42 - Preparação da base do pavimento Figura 43 - Ensoleiramento geral e formação das paredes 57

84 Capítulo III Metodologia Experimental Figura 44 - Amarração da armadura nas paredes Figura 45 Fachada Este As coberturas são compostas por uma laje de betão aligeirada de 20 cm, sendo constituída por vigotas de betão pré-esforçado do tipo P3, abobadilhas e uma camada de compressão em betão (Figura 46). De maneira a possibilitar a colocação da constituição da cobertura verde foi instalada uma platibanda com tijolos de 7 cm e rebocada. Com o intuito de proteger a estrutura da ação da água foi necessário impermeabilizar as lajes e também a platibanda, utilizando sobre estas uma manta asfáltica líquida. De modo a reduzir as perdas térmicas e os ganhos solares através da envolvente das células de teste, foi necessário colocar isolamento térmico no pavimento, nas paredes e no teto. Nas fachadas foi colocado o isolamento térmico pelo exterior, conhecido como sistema ETICS (External Termal Insulation Composite System), sendo constituído por placas de isolamento XPS com 8 cm (Figura 47 e Figura 48). No interior no teto procedeu-se à aplicação de placas de isolamento XPS de 8 cm, coladas com espuma de poliuretano (Figura 50). Por último nas lajes de pavimento, foram colocadas placas de isolamento em poliestireno extrudido (XPS), de 8 cm (Figura 49). Foram colocadas portas em alumínio lacado com corte térmico, com dimensões 0,80 1,90m (Figura 51). Afim de poder utilizar as células de teste noutros tipos de estudos, como por exemplo, o comportamento térmico de uma fachada verde, foi colocada a porta no meio da fachada este, ficando assim a fachada a sul disponível para futuros trabalhos de investigação. O interior das células de teste não possui aberturas para ventilação, sendo o interior um ambiente fechado, minimizando assim a interferência da ventilação nas condições termo-higrométricas no interior. Foi necessário a instalação elétrica nas células de teste de modo a fazer a ligação do equipamento utilizado nos ensaios. 58

85 Capítulo III Metodologia Experimental Figura 46 - Laje de betão aligeirada Figura 47 - Colocação do ETICS Figura 48 - Conclusão da colocação do ETICS Figura 49 - Isolamento no pavimento Figura 50 - Isolamento no teto Figura 51 - Porta em alumínio lacada A CV aplicada foi do tipo extensivo, esta escolha deve-se ao facto de este tipo de coberturas apresentar vegetação de baixo porte e substrato com menor espessura, o que permite obter uma menor carga sobre a estrutura comparando com os outros sistemas de CV. O sistema da CV instalado é constituído por camada de proteção, camada de drenagem, camada filtrante, substrato e vegetação. Este sistema é linear não intrusivo, isto é, é um 59

86 Capítulo III Metodologia Experimental sistema que é colocado sobre a impermeabilização e não contém nenhuma fixação que a perfure, não prejudicando assim a função da impermeabilização. A construção da CV ficou a cargo da empresa Neoturf, empresa dedicada à construção e manutenção de espaços verdes e coberturas verdes. Iniciou-se a aplicação da cobertura pela camada drenante, esta é um tecido geotêxtil que efetua a proteção mecânica da impermeabilização e aumenta a capacidade de reserva de água. De seguida foi colocada a camada de drenante com a função de drenagem, arejamento e acumulação de águas. Foi adicionada a camada filtrante sobre a camada drenante tendo como finalidade a retenção das partículas mais finas e os nutrientes do substrato, evitando a colmatação dos vazios da camada drenante permitindo assim que a camada de drenagem seja eficaz nas suas funções (Figura 52). Sobre a camada filtrante foi aplicada a camada de substrato, composta de terra vegetal, e por fim foi feita a plantação da espécie vegetal selecionada (Figura 53 e Figura 54 e Figura 55). Instalou-se um sistema de rega automático, apesar de as coberturas verdes do tipo extensivo serem idealizadas para ser autossustentáveis, tem baixa necessidade de manutenção, necessita por vezes de irrigação, corte e fertilização. Figura 52 - Camada de proteção, camada de drenagem, camada filtrante e sistema de rega automático Figura 53 - Camada de substrato 60

87 Capítulo III Metodologia Experimental Figura 54 - Festuca Figura 55 - Plantação de festuca Figura 56 - Colocação do revestimento da cobertura em chapa Figura 57 - Coberturas em estudo A vegetação utilizada no sistema de cobertura verde foi a festuca. Foram plantadas 138 unidades de festuca, deixando espaço suficiente para que a vegetação possa crescer. A seleção das características da vegetação é muito importante de forma a garantir o seu crescimento e adaptabilidade nos projetos onde são implantados. Num estudo acerca das espécies de vegetação existentes em Portugal que poderão ser usadas em coberturas ou fachadas dos edifícios tendo em conta o mapa fitogeográfico Português, a festuca é um exemplo das plantas típicas da zona de Vila Real que poderá ajudar no cumprimento da eficácia dos edifícios. É salientado no estudo que o uso de espécies nativas garantem uma melhor adaptabilidade e manutenção do ecossistema (Simões, 2012). Como foi mencionado anteriormente, neste trabalho pretende-se comparar o desempenho energético de uma cobertura verde com uma solução tradicional, neste caso em painel de chapa metálica, sendo estas coberturas os respetivos casos de estudo. A Tabela 12 apresenta uma descrição das características dos casos de estudo considerados. 61

88 Períodos de ensaio Capítulo III Metodologia Experimental Tabela 12 - Caracterização dos casos de Estudo Caso de estudo Cobertura Verde Cobertura Tradicional Constituição da cobertura Camada de proteção, camada drenante, camada filtrante, substrato e vegetação. Chapa metálica 1º Período 2º Período De 29/12/2016 ás 12h10min até 11/01/2017 às 14h10min De 01/02/2016 ás 17h20min até 09/02/2017 às 09h20min De 29/12/2016 ás 12h10min até 11/01/2017 às 14h10min De 01/02/2016 ás 11h20min até 09/02/2017 às 09h20min 3º Período 16/03/2017 a 12/04/ /03/2017 a 12/04/ Equipamento utilizado Para a determinação experimental do valor de U, procedeu-se à realização de ensaios in situ. Foram utilizados 2 sistemas de medição de fluxo de calor, um disposto na célula de teste com cobertura verde e o outro na de cobertura tradicional. Cada sistema de medição é composto por dois termofluxímetros e quatro sensores de temperatura superficial que permitem a aquisição de dados de 10 em 10 minutos. No ambiente interior foram feitas medições relativas às condições termo-higrométricas por meio de termo-higrómetros que permitem o registo dos valores de temperatura e humidade relativa. No ambiente exterior foram apenas feitas medições da temperatura que permitiram igualmente a aquisição de dados em intervalos de 10 em 10 minutos. Nos seguintes pontos é efetuada uma breve descrição de cada um dos equipamentos que foram referidos anteriormente Termofluxímetro Os termofluxímetros (HF) são transdutores que transmitem um sinal elétrico o qual é uma função direta de fluxo de calor transmitido por eles. Neste trabalho foram usados dois termofluxímetros colocados no centro do teto em cada célula de teste, da marca Hukseflux, modelo TRYS01, idênticos aos da Figura 58, denominados por HF1 e HF2 estando estes colocados no interior das células de teste sobre o isolamento da cobertura. Estes são 62

89 Capítulo III Metodologia Experimental constituídos por um corpo heterogéneo cerâmico/plástico que mantém a sua resistência térmica baixa e que envolve a zona de medição deste equipamento. Possuem dimensões bastantes compactas que os tornam muito leves e ligeiros para poderem ser aplicados no teto com recurso a fitas adesivas. Figura 58 - Termofluxímetro usado nas medições (Cunha 2010) Habitualmente, os HF são placas finas, termicamente resistente com vários sensores de temperatura distribuídos na sua superfície, para que o sinal elétrico transmitido pelos sensores esteja diretamente relacionado com o fluxo de calor que atravessa a placa. De forma a proteger o HF contra os fluxos laterais, estes podem ter também chapas laterais. Estas chapas metálicas são por vezes utilizadas para melhorar ou simplificar as medições, mas devem ser colocadas de maneira a não comprometer as suas propriedades térmicas. A área de secção de medição de um HF é muitas vezes mais pequena do que a sua área total de contato (ISO 1994). No presente trabalho de investigação não foram usadas chapas laterais porque os termofluxímetros não foram colocados junto a locais que provocassem fluxos laterais significativos. As propriedades essenciais de um HF são ter uma baixa resistência térmica, para minimizar as perturbações causadas pelo próprio equipamento e sensibilidade suficiente para transmitir um sinal fácil de analisar, para uma gama de variações de fluxo de calor mais baixas. A dependência deste sinal da condutibilidade térmica do material no qual se instala o HF, da temperatura do HF e de outras grandezas térmicas, tais como pressões, radiação eletromagnética, terão que ser tidas em conta (Cunha 2010). 63

90 Capítulo III Metodologia Experimental Sensores de temperatura superficial Os sensores de temperatura superficial são transdutores de temperatura que transmitem um sinal elétrico que é uma função uniforme da sua temperatura de contacto com o elemento em teste. São utilizados no mínimo de dois sensores de temperatura, um de cada lado do elemento a ser testado (ISO 1994). Neste trabalho de investigação foram usados no total quatro sensores de temperatura superficial em cada célula de teste, sendo um colocado no lado direito e outro do lado esquerdo de cada fluxímetro, que servem para verificar se existem perturbações nas temperaturas junto aos termofluxímetros e também para comparar a temperatura superficial com a temperatura interior, podendo assim verificar se o sentido do fluxo de calor mudou. A Figura 59 representa a posição dos sensores de temperatura superficial em relação ao HF. HF1 e HF2 Sensores de fluxo de calor 1,2,3 e 4 Sensores de temperatura superficial Figura 59 - Sensores de temperatura Superficial instalados lateralmente em relação aos HF Termo-Higrómetro Neste trabalho de investigação foram usados três termo-higrómetros, da Hanna Instruments, modelo HI91610C, um instalado no interior de cada célula de teste onde se realizaram os ensaios e o outro no exterior das células de teste. Os termo-higrómetros utilizados são equipamentos portáteis que permitem fazer o registo e impressão da temperatura ambiente e humidade relativa. Os dados da humidade relativa obtidos não são utilizados no cálculo do coeficiente de transmissão térmica, mas podem ser úteis na análise de resultados ajudando na compreensão dos fenómenos que ocorrem e podem auxiliar no desenvolvimento de futuros trabalhos. 64

91 Capítulo III Metodologia Experimental Na Figura 60 é observável o datalogger colocado no interior, bem como a identificação de cada um dos sensores, a verde o sensor de temperatura e a vermelho o sensor de humidade. O datalogger é um instrumento de medição portátil que grava a temperatura num período de tempo definido. Os dados digitais podem ser recuperados, revistos e avaliados posteriormente ao seu registo. Na Figura 61 apresenta-se a colocação do sensor de temperatura no exterior na fachada este e na Figura 62 o respetivo datalogger. Figura 60 - Sensores de temperatura e humidade utilizado no interior Figura 61 - Sensor de temperatura instalado no exterior Figura 62 Datalogger Software utilizado Para efetuar a recolha dos dados, foi necessário recorrer a software especializado. Desta forma, foi utilizado o LoggerNet que é um software de apoio ao datalogger da Campbell Scientific. É conhecido como full-featured pois permite realizar quase todas as tarefas essenciais para completar o uso de um datalogger, que neste trabalho são os termohigrómetros, os termofluxímetros, bem como os sensores de temperatura superficial. Este software possibilita que após o início de registo, o datalogger possa ser desligado do 65

92 Capítulo III Metodologia Experimental computador, continuando a efetuar registos para que possam ser adquiridos na próxima conexão (Poço 2015). Na Figura 63 é apresentado um dos dataloggers, que permitiram a recolha dos dados obtidos, nomeadamente os valores dos fluxos de calor (2 sensores) e dos valores da temperatura superficial (4 sensores). Figura 63 - Datalogger utilizado na recolha dos dados dos termofluxímetros e dos sensores de temperatura superficial 3.4 Metodologia de cálculo do coeficiente de transmissão térmica A metodologia utilizada para analisar o desempenho do isolamento térmico das coberturas in situ, teve por base um trabalho experimental de acordo com a norma ISO: 9869:1994 intitulada Thermal Insulation builing elements in situ measurement of termal resistance and termal transmittance. O coeficiente de transmissão térmica (U) de um material ou de um elemento construtivo pode ser obtido dividindo a média aritmética do fluxo de calor pela média aritmética do gradiente térmico ocorrido entre o interior e o exterior ao longo do período de tempo de ensaio considerando necessário para obtenção de resultados. Então obtém-se uma estimativa do coeficiente de transmissão, U, através da aplicação da equação: U ntotal = ntotal n=1 ntotal n=1 q(n) (Ti(n) Te(n)) (W/m 2 ºC) Em que: q(n) Fluxo de calor medido no termofluxímetro, no instante n Ti Temperatura interior registada no termo-higrómetro, no instante n Te Temperatura exterior registado no termo-higrómetro no instante n 66

93 Capítulo III Metodologia Experimental Considerando que o índice n indica uma leitura num determinado instante e ntotal o número total de leituras registadas ao longo de um ensaio (Cunha 2010). De acordo com os ensaios de estudos efetuados, será feito o cálculo da resistência térmica (R) através da equação seguinte: R = 1 U Onde (R) é a resistência e (U) o coeficiente de transmissão térmica. 3.5 Considerações Finais Foi apresentada neste capítulo, a metodologia experimental utilizada para a determinação do coeficiente de transmissão térmica de uma cobertura verde in situ. No decorrer deste trabalho, foi evidente que para o alcançar os objetivos propostos, é realmente importante realizar todos os processos atempadamente, pois foi necessário realizar bastantes etapas para a construção das células de teste que dependia da disponibilidade de várias pessoas e existem sempre situações que não estão previstas. Apesar das dificuldades ao nível económico e na gestão do tempo, a escolha de construir as células de teste permitiu obter um registo de dados numa escala mais aproximada da realidade. As maiores dificuldades na montagem do equipamento de medição foram a garantia de fixação dos sensores de medição uma vez que os sensores são fixados no teto. Foram utilizados fixadores de fio elétrico para além da fita-cola. De modo a obter resultados o mais fiáveis possível, é realmente necessário que todos as etapas realizadas na preparação do ensaio, assim como na montagem dos equipamentos de medição, sejam executadas com cuidado, seguindo os melhores procedimentos obtidos através da pesquisa teórica antecipada, bem como a orientação com pessoas que já tenham efetuado trabalhos iguais ou semelhantes.. 67

94 Capítulo IV Análise e discussão de resultados 68

95 Capítulo IV Análise e discussão de resultados Capítulo IV Análise e Discussão de Resultados 69

96 Capítulo IV Análise e discussão de resultados 70

97 Capítulo IV Análise e discussão de resultados 4 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS 4.1 Introdução Neste capítulo serão apresentados e analisados os dados referentes aos vários parâmetros obtidos pelos equipamentos instalados nas células de teste e serão comparados os resultados obtidos para as duas soluções de coberturas consideradas. Pretende-se contribuir para o conhecimento do comportamento de uma cobertura verde em condições climáticas idênticas às de Vila Real, tendo em vista a determinação do coeficiente de transmissão térmica, U, seguindo a ISO 9869 e a metodologia desenvolvida por Cunha (2010), apresentada anteriormente no item 3.4, que consiste na utilização do método médio por ser mais simples e expedito. A aquisição de dados no inverno resultantes da instrumentação e monitorização das células de teste referente ao período de tempo entre as 12h10min do dia 29 de dezembro de 2016 e as 14H10min do dia 11 de janeiro de 2017 e um segundo período entre as 17h20min do dia 1 de fevereiro de 2017 e as 9h20mindo dia 9 de fevereiro de 2017, permitiu a obtenção de diversas grandezas físicas fundamentais para análise dos respetivos desempenhos energéticos. Os dados foram registados de 10 em 10 min. Foi efetuado uma aquisição de dados entre os anteriores períodos, do dia 11 de janeiro a 1 de fevereiro, mas devido a uma falha na obtenção dos dados não foi possível analisar o seu comportamento durante esse período. Do dia 16 de março de 2017 a 12 de abril de 2017, foi realizado um terceiro período de ensaio, tendo sido apenas obtida a temperatura e humidade relativa interior através de um termo-higrômetro. Serão analisadas as condições climáticas no interior e exterior das células para cada um dos ensaios efetuados. Para os dois primeiros períodos de ensaio foram também analisados os valores das temperaturas superficiais, dos fluxos de calor e por fim do coeficiente de transmissão térmica para as duas soluções de cobertura. Para uma melhor compreensão e análise de resultados obtidos foram adotadas designações, sendo Ti correspondente à temperatura interior, Te à temperatura exterior, Tsi à temperatura superficial interior, HF ao fluxo de calor e U ao coeficiente de transmissão térmica. As designações CV e CC como já foi referido anteriormente representam a cobertura verde e cobertura tradicional (com revestimento em chapa metálica) instaladas nas células de teste. 71

98 Capítulo IV Análise e discussão de resultados 4.2 Casos de estudos Como já foi referido anteriormente, neste trabalho pretendeu-se analisar o desempenho térmico de coberturas verdes. Neste estudo foi construída uma cobertura verde do tipo extensiva e uma cobertura com revestimento em chapa metálica, inseridas separadamente em células de teste localizadas no Campus da UTAD. Na Tabela 12, apresentada no anterior capítulo, são caracterizados os casos de estudo e indicados os respetivos períodos de ensaio Primeiro período de ensaios O primeiro período de ensaios foi realizado entre o dia 29 de dezembro de 2016 ás 12h10min e o dia 11 de Janeiro de 2017 ás 14h10min. De seguida é apresentada a análise dos parâmetros obtidos para o estudo do desempenho térmico da cobertura verde e da cobertura tradicional Temperatura interior e exterior No Gráfico 1 podemos observar a variação dos valores das temperaturas interiores e exteriores obtidas durante os ensaios na célula de teste com cobertura verde e com cobertura revestida em chapa metálica durante o primeiro período de ensaios. Analisando a temperatura interior de ambas as coberturas, verificou-se que o diferencial médio de temperatura interior entre as coberturas é de aproximadamente 1ºC. A temperatura da célula de teste com cobertura em chapa metálica apresenta maioritariamente temperaturas interiores superiores comparativamente ao caso da célula de teste com cobertura verde, no entanto registou-se um aumento na temperatura interior da cobertura verde entre os dias 7 de janeiro e final do dia 9 de janeiro. As temperaturas interiores de ambos os casos nem sempre foram superiores à registada no ambiente exterior. Isto deve-se ao facto de as medições terem sido efetuadas em condições normais, isto é, não houve a utilização de nenhum sistema de aquecimento nem arrefecimento durante os ensaios que permitisse o controlo das condições climáticas no interior das células de teste. Apesar de não haver controlo das condições climáticas interiores das células de teste, verifica-se que as temperaturas no interior se mantêm relativamente constantes e bastante próximas nas duas células de teste. Esta situação pode dever-se às soluções construtivas utilizadas na envolvente das células de teste, caracterizada por uma 72

99 29/dez 30/dez 31/dez 1/jan 2/jan 3/jan 4/jan 5/jan 6/jan 7/jan 8/jan 9/jan 10/jan 11/jan 12/jan Temperatura (ºC) Capítulo IV Análise e discussão de resultados elevada espessura de isolamento térmico. Nesta fase não foi possível observar o impacto/ a influência das duas coberturas nos valores obtidos Ti(n) CT Ti(n) CV Te(n) Diferencial de Ti (CT-CV) Gráfico 1 - Variação das temperaturas interior e exterior referente a CC e CT (1º Período). No início do ensaio, 29 de dezembro de 2016 às 12h10min, a humidade relativa no interior da célula de teste com cobertura verde era de 74,9%, e na célula de teste com cobertura de chapa era de 93,6%. Não foi medida a humidade relativa exterior nos dois períodos de ensaio, porque a abertura existente na fachada das células de teste não permitiam atravessar o fio do sensor, optando-se por isso por colocar apenas o sensor da temperatura, sendo que a temperatura exterior é um parâmetro necessário para o cálculo do coeficiente de transmissão térmica. No final do ensaio, 11 de janeiro de 2017 às 14h10min, a humidade no interior da célula de teste com cobertura verde era de 76,9% e com cobertura de chapa de 97,2%. A elevada percentagem de humidade relativa poderá ser justificada pelo facto de os ensaios ter sido realizados posteriormente à construção das células de teste, e possivelmente estas ainda conterem humidade de construção. Durante a realização dos ensaios no primeiro período não se verificou a ocorrência de precipitação que pudesse contribuir para os elevados valores obtidos. Na Tabela 13 são apresentados os valores mínimos, máximos e médios registados no interior e exterior das células de teste, tendo sido obtido um diferencial de temperatura entre o interior e o exterior de apenas 2ºC na CC e de 1ºC na CV. 73

100 Capítulo IV Análise e discussão de resultados Tabela 13 - Temperaturas interior e exterior e humidade relativa interior (1º Período). Parâmetros Mínima Máxima Média Temperatura exterior (Te) -2,30ºC 17,30ºC 5ºC Temeratura interior na cobertura tradicional (CT-Ti) 4,80ºC 8,50ºC 7ºC Temperatura interior na cobertura verde (CV-Ti) 4,30ºC 7,75ºC 6ºC Humidade relativa CT 89,7% 97,2% 93,6% Humidade relativa CV 73,8% 76,9% 74,8% Analisando a Tabela 13, verifica-se que a temperatura interior obtida na célula de teste referente à cobertura tradicional apresenta uma variação de 3,7ºC, enquanto que na cobertura verde a temperatura interior apresenta uma variação de 3,45ºC, não sendo portanto um diferencial significativo. A amplitude térmica no exterior é de 19,6ºC o que caracteriza o ambiente exterior neste período. A humidade relativa interior do caso da cobertura em chapa metálica oscilou entre os 89,7% e os 97,2% correspondendo a uma amplitude máxima de 7,5%, enquanto que na cobertura verde a humidade relativa oscilou entre 73,8% e os 76,9% correspondendo a uma amplitude de 3,1%. Constata-se assim que a humidade relativa atinge valores mais baixos e com menor variação no caso da célula de teste com cobertura verde Temperaturas superficiais O Gráfico 2 expõe os valores da temperatura superficial e da temperatura interior das células de teste com cobertura verde e com cobertura tradicional, do dia 29 de dezembro ao dia 11 de janeiro. Uma vez que os valores de Tsi1 e Tsi2 obtidos são bastante próximos, foi calculada a média sendo designada por Tsi. 74

101 28/dez 29/dez 30/dez 31/dez 1/jan 2/jan 3/jan 4/jan 5/jan 6/jan 7/jan 8/jan 9/jan 10/jan 11/jan 12/jan 13/jan Temperatura (ºC) Capítulo IV Análise e discussão de resultados Tsi CT Tsi CV Ti(n) CT Ti(n) CV Gráfico 2 - Variação das temperaturas supericial e interior referentes a CC e CT (1º Período) A observação do Gráfico 2 permite concluir que a curva de variação de Tsi CV apresenta um desenvolvimento paralelo ao da curva de valores da temperatura interior até ao final do dia 4 de janeiro, sendo o diferencial médio de temperatura entre a superficial e a interior neste período de ensaio de aproximadamente 0,76ºC. No restante período de ensaio as temperaturas superficial e interior apresentam mais oscilações ao logo do tempo, sendo que a temperatura superficial ultrapassa a temperatura interior. No caso da cobertura tradicional, ao contrário do que apresentou a cobertura verde a temperatura superficial não ultrapassa a temperatura interior, sendo em todo o período paralelas. O diferencial médio de temperatura entre a superficial e a interior é de 1,5ºC. No Gráfico 3 são apresentadas as temperaturas superficiais e as temperaturas exteriores para ambos os casos em estudo. Como se pode verificar as temperaturas superficiais apresentam uma variação muito próxima entre os casos de estudo. É pertinente observar que apesar da temperatura exterior ser bastante variável, devido às condições meteorológicas adversas no período de estudo, as temperaturas superficiais tendem a apresentar menores flutuações. Nesta fase, e tendo em conta que as curvas das temperaturas superficiais nas duas células de teste são bastante semelhantes, não é possível observar o efeito de utilizar duas coberturas distintas, tal como já foi referido anteriormente. O elevado isolamento da envolvente pode estar a contribuir para a obtenção destes valores. Por outro lado, a solução construtiva das coberturas inclui a colocação de isolamento térmico pelo interior, superfície 75

102 28/dez 29/dez 30/dez 31/dez 1/jan 2/jan 3/jan 4/jan 5/jan 6/jan 7/jan 8/jan 9/jan 10/jan 11/jan 12/jan 13/jan Temperatura (Cº) Capítulo IV Análise e discussão de resultados esta onde foram colocados os sensores de medição das temperaturas superficiais e dos fluxos de calor. A elevada espessura de isolamento térmico na laje poderá ser o motivo para obter esta proximidade de valores, não permitindo avaliar a influência da cobertura verde relativamente a temperaturas superficiais Tsi CT Tsi CV Te(n) Gráfico 3 - Variação das temperaturas exterior e superficial referente a CC e CT (1º Período) Fluxos de calor No Gráfico 4 é apresentada a variação dos valores do fluxo de calor, registados por dois termofluxímetros instalados em cada célula de teste, durante o primeiro período de ensaio, de 29 de dezembro a 11 de janeiro. Os valores das duas coberturas estão representados no Gráfico 4 para uma análise comparativa mais percetiva. 76

103 28/dez 29/dez 30/dez 31/dez 1/jan 2/jan 3/jan 4/jan 5/jan 6/jan 7/jan 8/jan 9/jan 10/jan 11/jan 12/jan 13/jan (W/m2) Capítulo IV Análise e discussão de resultados 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00-0,50-1,00-1,50 HF1 CT HF2 CT HF1 CV HF2 CV Gráfico 4 - Variação dos valores dos fluxos de calor de CT e CV (1º Período). Observando o Gráfico 4, verifica-se que a variação do fluxo de calor na cobertura verde é menor quando comparado com a cobertura em chapa metálica, apresentando portanto uma maior estabilidade nos valores. Esta situação poderá ser justificada pelo facto de a cobertura verde possuir um maior número de camadas em relação à cobertura em chapa metálica, mais concretamente o efeito do substrato e da vegetação. Na CC os valores do fluxo de calor obtidos pelos termofluxímetros, situaram-se no intervalo -1,09 W/m 2 a 2,48 W/m 2. Estes valores permitem concluir que a transferência de calor através da cobertura com revestimento em chapa metálica nem sempre foi efetuada do interior para o exterior ao longo de todo o período de ensaio. Estas oscilações e alterações de sentido do fluxo de calor acompanham de alguma forma o diferencial de temperatura obtido entre as temperaturas exterior e interior. Relativamente ao registo dos valores de fluxo de calor através da cobertura verde, verificou-se que este é predominantemente positivo, ocorrendo uma inversão do sentido de fluxo apenas no dia 6 de janeiro de Os valores obtidos pelos termofluxímetros do fluxo de calor nesta cobertura situram-se entre -0,16 W/m 2 e os 1,29 W/m 2, demonstrado uma menor variação dos valores. 77

104 3/jan 4/jan 5/jan 6/jan 7/jan 8/jan 9/jan 10/jan 11/jan 12/jan (W/m2.ºC) Capítulo IV Análise e discussão de resultados Coeficiente de transmissão térmica De seguida são apresentados os dados referentes à variação do coeficiente de transmissão térmica durante o período de medições. Estes parâmetros são calculados a partir dos valores do fluxo de calor e do diferencial de temperatura interior/exterior registados nas coberturas verde e em chapa metálica, usando a metodologia de cálculo mencionada em 3.4. No Gráfico 5, é apresentada a variação dos valores do coeficiente de transmissão térmica calculados dos casos em estudo pertencente ao primeiro período de ensaio. Como os valores de U não podem ser negativos os resultados obtidos não foram válidos. Esta situação deveu-se principalmente ao facto de os valores obtidos para os fluxos de calor com as diferenças de temperaturas não serem os esperados. Como as temperaturas exteriores apresentam grandes oscilações fizeram com que o diferencial de temperatura fosse positivo ou negativo, ou seja, dá-se a inversão do sentido de fluxo. De acordo com a metodologia adoptada, em 3.4, estes diferenciais de temperatura anulam-se, o que cria zonas de indeterminação matemática, como se pode observar no seguinte gráfico. Estes resultados levam a concluir que, para determinar os valores dos coeficientes de transmissão térmica, era necessário manter a temperatura interior constante para garantir que o fluxo de calor ocorre sempre no mesmo sentido, evitando assim o sucedido. No entanto, dado tratar-se de uma cobertura verde, cuja constituição lhe permite apresentar uma inércia elevada, optou-se por, nos primeiros ensaios, não efetuar qualquer controlo da temperatura no interior. 4,0 3,6 3,2 2,8 2,4 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 0,0-0,4-0,8-1,2-1,6-2,0 U1(n) CT U2(n) CT U1'(n) CT U2'(n) CT U1(n) CV U2(n) CV U1'(n) CV U2'(n) CV Gráfico 5 - Variação dos valores dos coeficientes de transmissão térmica de CC e CV (1º Período) 78

105 1/fev 2/fev 3/fev 4/fev 5/fev 6/fev 7/fev 8/fev 9/fev 10/fev Temperatura (ºC) Capítulo IV Análise e discussão de resultados Segundo período de ensaios O segundo período de ensaios decorreu entre o dia 1 de fevereiro de 2017 ás 17h20min e o dia 9 de fevereiro de 2017 ás 09h20min. De seguida é apresentada a análise dos parâmetros obtidos para o estudo, apresentando o mesmo seguimento que no primeiro período Temperatura interior e exterior No Gráfico 6 apresenta-se a temperatura interior, exterior e o diferencial da temperatura interior correspondente às coberturas em estudo no decorrer do segundo período de ensaios Ti(n) CT Ti(n) CV Te(n) Diferencial de Ti (CT-CV) Gráfico 6 - Variação das temperaturas interior e exterior referente a CT e CV (2º Período). Observando o Gráfico 6, podemos verificar que o diferencial médio de temperatura interior entre CV e CT varia de 2ºC a -2ºC, havendo alguns momentos em que a temperatura interior da CV chegou a ficar muito próxima da temperatura interior da CT. As temperaturas registadas no interior apresentam valores relativamente constantes e verifica-se que a temperatura interior de ambos os casos nem sempre foi superior à temperatura registado no ambiente exterior, idêntico ao que aconteceu no primeiro período pelos mesmos motivos também explicados. 79

106 Capítulo IV Análise e discussão de resultados Os termo-higrómetros indicaram no início do segundo período de ensaios, 1 de fevereiro às 17h20min, uma humidade relativa no interior das célula de teste com cobertura verde de 75,5%, e na célula de teste com cobertura em chapa metálica de 96,9%. No final do segundo período de ensaios, 9 de fevereiro de 2017 às 9h20min, a humidade no interior da célula de teste com cobertura verde era de 76,5% e com cobertura de chapa de 97,8%. A elevada percentagem de humidade relativa poderá ser justificada pelo facto de os ensaios ter sido realizados posteriormente à construção das células de teste, e possivelmente estas conter humidade de construção. Durante a realização deste ensaio não se verificou a ocorrência de precipitação que pudesse contribuir para os elevados valores obtidos. Na Tabela 14 são apresentados os valores mínimos, máximos e médios registados no interior e exterior das células de teste. No decorrer do período de ensaio foi registado um diferencial médio de temperatura entre o exterior e o interior de 1,85ºC na CT e de 0.94ºC na CC. Tabela 14 - Temperaturas interior e exterio e humidade relativa interior (2º Período) Parâmetros Mínima Máxima Média Temperatura exterior (Te) 1,02 17,40ºC 9,87ºC Temperatura interior na cobertura tradicional (CT-Ti) 10ºC 11,80ºC 11,72ºC Temperatura interior na cobertura verde (CV-Ti) 10ºC 12,1ºC 10,81ºC Humidade relativa CT 96,1% 99,5% 97,6% Humidade relativa CV 75,1% 79,2% 78,1% Analisando a Tabela 13, verifica-se que a temperatura interior obtida na célula de teste referente à cobertura tradicional, apresenta uma variação de 1,8ºC, enquanto que na cobertura verde a temperatura interior apresentra uma variação de 2,1ºC. A amplitude térmica no exterior é de 16.38ºC o que caracteriza o ambiente exterior neste período. A humidade relativa interior do caso da cobertura em chapa metálica oscilou entre os 96,1% e os 99,5% correspondendo a uma amplitude máxima de 3,4%, enquanto que na cobertura verde a humidade relativa oscilou entre 75,1% e os 79,2% correspondedo a uma amplitude de 4,1%. Na célula de teste com cobertura verde os valores da humidade relativa mantêm-se inferiores aos valores da célula com cobertura tradicional, o mesmo que aconteceu no primeiro período. 80

107 1/fev 2/fev 3/fev 4/fev 5/fev 6/fev 7/fev 8/fev 9/fev 10/fev Temperatura (ºC) Capítulo IV Análise e discussão de resultados Temperaturas supericiais No Gráfico 7 são apresentados os valores da temperatura superficial e da temperatura interior da célula de teste com cobertura verde e com cobertura tradicional, referente ao segundo período de ensaio, do dia 1 de fevereiro ao dia 9 de fevereiro. O valor de Tsi apresentado é a média de Tsi1 e Tsi2 das respetivas coberturas. Como se pode verificar a curva de variação de Tsi CV apresenta um desenvolvimento paralelo ao da curva de valores da temperatura interior ao longo do período de ensaio, sendo o diferencial médio entre a temperatura superficial e interna relativamente constante, de aproximadamente de 0,5 ºC. Neste caso, ao contrário do que apresentou a cobertura verde no primeiro período a temperatura superficial não ultrapassa a temperatura interior. No caso da cobertura tradicional, ao contrário do que ocorreu no primeiro período, a temperatura superficial ultrapassa a temperatura interior no dia 7 de fevereiro. O diferencial médio entre a temperatura superficial e interna apresenta várias oscilações, tendo um pico positivo no final do ensaio Tsi CT Tsi CV Ti(n) CT Ti(n) CV Gráfico 7 -Variação das temperaturas superficial e interior referentes a CC e CV (2º Período). No Gráfico 8 são apresentadas as temperaturas superficiais e as temperaturas exteriores para ambos os casos em estudo. Como no primeiro período, as temperaturas superficiais apresentam uma variação muito próxima entre os casos de estudo. As temperaturas exteriores ultrapassam as temperaturas superficiais. É relevante observar que apesar da 81

108 1/fev 2/fev 3/fev 4/fev 5/fev 6/fev 7/fev 8/fev 9/fev 10/fev Temperatura (ºC) Capítulo IV Análise e discussão de resultados temperatura exterior ser bastante variável, as temperaturas superficiais tendem a apresentar menor flutuações. Como no primeiro período, não é possível observar o efeito de utilizar duas coberturas distintas, uma vez que as curvas das temperaturas superficiais nas duas células de teste são bastante semelhantes Tsi CT Tsi CV Te(n) Gráfico 8 - Variação das temperaturas exterior e superficial referente a CT e CV (2º Período) Fluxos de calor No Gráfico 9 apresenta-se a variação dos fluxos de calor para os dois casos de estudo, durante o segundo período de ensaios, de 1 de fevereiro a 9 de fevereiro. No seguinte gráfico tal como no gráfico apresentado no primeiro período relativamente ao fluxo, verifica-se na CT a variação dos fluxos de calor é maior quando comparado com a CV. 82

109 1/fev 2/fev 3/fev 4/fev 5/fev 6/fev 7/fev 8/fev 9/fev 10/fev (W/m2) Capítulo IV Análise e discussão de resultados 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00-0,50-1,00-1,50-2,00 HF1 CT HF2 CT HF1 CV HF2 CV Gráfico 9 - Variação dos valores dos fluxos de calor de CT e CV (2º Período) Coeficiente de transmissão térmica No Gráfico 10 apresenta-se a variação dos valores do coeficiente de transmissão térmica calculados, a partir dos valores registados do fluxo de calor, de temperatura interior e exterior, durante o segundo período de ensaios para ambos os casos de estudo. Verifica-se que os valores de U apresentam grandes oscilações, e como os valores não podem ser negativos os resultados obtidos não podem ser considerados, ocorrendo uma situação semelhante ao caso do primeiro período. Estes resultados estão relacionados com as grandes oscilações das temperaturas exteriores que fizeram com que o diferencial de temperatura fosse positivo ou negativo, ou seja, dá-se a inversão do sentido de fluxo. De acordo com a metodologia adoptada, em 3.4, estes diferenciais de temperatura anulam-se, criando zonas de indeterminação matemática, como se pode observar no seguinte gráfico. 83