CONTROLE DO ESCOAMENTO PLUVIAL COM O USO DO TELHADO VERDE E CERÂMICO

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1 CONTROLE DO ESCOAMENTO PLUVIAL COM O USO DO TELHADO VERDE E CERÂMICO Dácio José Cambraia Filho 1 *; Rafael Luís Silva 2 ; Elcides Rodrigues da Silva 3 ; Gustavo Rodrigues Barbosa 4 ; Daniel Oliveira e Silva 5 & Paulo Eduardo Silva Martins 6 Resumo - O presente artigo apresenta uma análise comparativa da eficiência dos telhados de cobertura verde a telhados tradicionais de cerâmicas, observando o comportamento da umidade, volume escoado, volume retido do sistema, apresentando-o como alternativa no controle do escoamento superficial dos centros urbanos. Foram realizadas 24 simulações de eventos chuvosos, os quais permitiram a coleta do volume precipitado, retido e escoado em função do tempo em dois sistemas de cobertura, sendo um com cobertura de telha cerâmica e outro com cobertura verde, ambos com 01 m² de área útil e inclinação de 30%. Conclui-se que a partir dos experimentos realizados, a cobertura verde se mostrou eficaz na redução do escoamento superficial, pois age de modo a reter a pluviosidade e aumenta o tempo para que o volume precipitado chegue às ruas e consequentemente as redes pluviais. Os resultados mostram que a cobertura verde reduziu em média 50% do volume que seria escoado para a rede pluvial nas primeiras precipitações, com intensidades variando de 63,0 a 105,7 mm/h, em intervalos de 3 dias. Uma vez que o volume de água fica retido no solo e nas gramas, contribuindo assim, para o processo de evapotranspiração. Palavras-Chave - Telhado verde, cobertura verde, escoamento superficial FLOW CONTROL RAIN WITH OF USE GREEN ROOF AND CERAMIC Abstract - This article presents a comparative analysis of efficiency of green roofs cover the roofs of traditional ceramics, observing the behavior of moisture, runoff volume, volume retained the system, presenting it as an alternative to control runoff from urban centers. 24 rainfall events simulations were carried out, which allowed the collection of the precipitate volume, retained and disposed of according to time in two roof systems, one with ceramic tile roof and one with green cover, both with 01 m² of floor area and tilt of 30%. It follows that from the experiments conducted, the green cover is effective in reducing runoff, since it acts to retain rainfall and increasing the time to precipitate the volume reaching the streets and consequently the storm sewers. The results show that the green cover reduced on average 50% of the volume that would be disposed for rainwater drainage system in the first precipitation, with intensities ranging from 63,0 to 105,7 mm/hr at intervals of 3 days. Once the volume of water is retained in soil and grasses, thus contributing to the evaporation process. Keywords - Green roof, green cover, runoff 1 Discente do curso de Engenharia Ambiental e Sanitária do Centro Universitário de Patos de Minas (UNIPAM). daciocambraia@hotmail.com 2 Discente do curso de Engenharia Ambiental e Sanitária do Centro Universitário de Patos de Minas (UNIPAM). rafael3bmx@hotmail.com 3 Docente do Centro Universitário de Patos de Minas (UNIPAM). elcides@unipam.edu.br 4 Docente do Centro Universitário de Patos de Minas (UNIPAM). gustavorb@unipam.edu.br 5 Docente do Centro Universitário de Patos de Minas (UNIPAM). danielos@unipam.edu.br 6 Docente da Universidade Tiradentes (UNIT). paulo_xx_martins@hotmail.com * Autor Correspondente: Dácio José Cambraia Filho 1. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 1. INTRODUÇÃO A urbanização proveniente do crescimento e desenvolvimento dos centros urbanos vem criando áreas cada vez mais extensas constituídas por coberturas de concreto e asfalto, o que impermeabiliza o solo e causa problemas relacionados a escoamento superficial e drenagem pluvial, alteram as condições microclimáticas e balanço hídrico natural, efeitos que representam alterações significativas nas características e condições naturais do meio ambiente tornando se necessário, repensar e criar soluções que permitam o desenvolvimento sustentável. Segundo Baldessar (2012) os desastres ligados a chuvas intensas afetaram perto de cinco milhões de pessoas nas décadas de 90 a A maior parte dos efeitos da urbanização sobre o ciclo hidrológico tem origem direta no aumento das superfícies impermeáveis que diminuem a capacidade de infiltração e retenção do solo, altera evapotranspiração local e aumenta a velocidade do escoamento superficial das bacias urbanas conforme Tucci (2007). No processo de controle de desastres relacionados a escoamento superficial, existem diversas alternativas de mitigação quanto a esse tipo de problema. Sejam medidas estruturais com alta eficiência e grandes investimentos ou medidas não-estruturais, tão eficientes quanto as demais e sem a necessidade de investimentos grandiosos com a visão de melhorar o convívio da população com determinadas situações naturais, aumentando assim as áreas de infiltração e percolação das águas pluviais. Neste sentido, o uso de telhados verde ou jardins suspensos surge como alternativa capaz de proporcionar vantagens em relação às coberturas convencionais. Estima-se que o Jardim Suspenso da Babilônia é o registro mais antigo de implantação de vegetação acima das construções apenas para fins estéticos. Nos anos 70, organizações privadas e entidades públicas começaram desenvolver estudos envolvendo o telado verde e suas aplicações, identificando-o como importante ferramenta para desenvolvimento sustentável de áreas urbanas. Os telhados verdes apresentam vantagens que podem ser observadas seja na redução e retardo do escoamento superficial direcionado a redes pluviais, melhoria nas condições de conforto térmico, acréscimo visual e paisagístico das edificações, aumento da vida útil do telhado com sua consequente proteção contra a luz solar, aumento da evapotranspiração local e melhoria substancial na qualidade da água armazenada para reutilização de maneira não potável, envolvendo também os seguintes aspectos: Sociais: economia de recursos com a diminuição do consumo de água das concessionárias, segundo Tomaz (2005), essa economia é estimada em 30%; Gestão das águas urbanas: fonte alternativa ao abastecimento deste recurso hídrico na época de estiagem, redução do volume de água superficial escoado atuante nos eventos de enchentes e alagamentos, e economia no fornecimento, a quantidade de produtos químicos utilizados e os gastos com o abastecimento reduzidos Tordo (2004); Ambientais: diminui a exploração intensiva dos recursos hídricos em fontes convencionais (represas, lagos, rios, etc.) passíveis de escassez segundo Carlon (2005), promove um uso mais racional da água potável, destinação prioritária à alimentação e à dessedentação, e valoriza o recurso diminuindo a perda de água ao longo de extensos sistemas de distribuição Tordo (2004). Vários são os países que utilizam o telhado verde e este recurso tem chegado cada vez mais ao conhecimento da sociedade, que tem no Brasil sua prática ainda pouco difundida. Segundo Köhler et al. (2003), as cidades do Rio de Janeiro, Florianópolis e Campina Grande possuem telhados verdes em edifícios que poderiam ser explorados para uma avaliação aprofundada a respeito dos XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 aspectos climáticos. No entanto, pouco se sabe da eficiência dos telhados verdes no controle de escoamento pluvial. Desta forma, faz se necessário um estudo da aplicabilidade e dos efeitos do uso no controle do escoamento superficial urbano. 2. OBJETIVO O objetivo do presente artigo é elaborar uma análise comparativa da eficiência de um telhado de cobertura verde como alternativa no controle do escoamento superficial em relação aos telhados tradicionais de cerâmicas, verificando os respectivos comportamentos quanto à umidade, volume escoado, volume retido e contribuição no controle do escoamento pluvial. 3. MATERIAIS E MÉTODOS O presente estudo foi realizado e conduzido no Laboratório de Hidráulica do Centro Universitário de Patos de Minas (UNIPAM - MG), localizado no município de Patos de Minas, Minas Gerais onde foi realizado um total de 24 simulações de eventos chuvosos, os quais permitiram a coleta do volume precipitado, retido e escoado em função do tempo em dois sistemas de cobertura, sendo um com cobertura de telha cerâmica e outro com cobertura verde. Ambas as coberturas possuem 01 m² de área útil. Os dois sistemas de aproveitamento foram construídos com madeiramento em angelim vermelho, peças de 5 x 7 cm, com 1 metro de comprimento, ambos com inclinação de 30%. Figura 1 - Telhado Cerâmico - O autor (2015) Figura 2 - Telhado Verde - O autor (2015) No telhado convencional com telha cerâmica Plan, (Figura 1) foi feito madeiramento com ripas, respeitando a galga da telha e inclinação de 30%. Para coleta da água escoada foi utilizado uma calha de polietileno PVC rígido conforme NBR 10844/89 com diâmetro de 100 mm, sendo reduzida para 32 mm interligando a calha até o reservatório de armazenamento. Para o telhado verde (Figura 2), foi utilizado acima do madeiramento uma peça de madeirite com 1m² de área, impermeabilizada e dotada de camada de impermeabilização com manta asfáltica, camada filtrante com manta geotêxtil, e camada de proteção da impermeabilização com composto geodrenante Macdrain, usado em substituição à brita e uma placa de grama esmeralda (Zoysia japônica). Para coletar o volume de água infiltrado no solo, foi utilizada uma caixinha de ralo para destina-lo ao reservatório de armazenamento através de tubulação de polietileno PVC rígido conforme NBR 10844/89 com diâmetro de 40 mm e redução para 32 mm. Devido à escassez e alternância nos parâmetros chuvosos no presente ano, optou-se por desenvolver um simulador de chuvas com 4 micro aspersores do modelo MC-20 fabricado pela empresa Agropolo com vazão de 89,1-174,4 l/h, pressão de serviço de m c.a. e 1,5 mm de diâmetro interno. Os bocais utilizados no simulador foram bocais de 1,5 mm de diâmetro (verdes), XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 ambos interligados por válvula de gaveta e tubulações de PVC 32 mm presa a um suporte de 2,5 metros de altura. Os quatro micros aspersores, foram colocados a 40 cm um do outro, onde sua disposição e os diâmetros dos bocais foram selecionados na busca de uma lâmina de aplicação próxima de 70 mm h-¹, conforme Meyer et al. (1979). A moto bomba utilizada no simulador é um exemplar da marca Kohlbach, monofásico de 1,5 CV com tubulação de ¾ de polietileno. Figura 3 - Simulador de Chuvas - O autor (2015) Em cada cobertura construída (convencional e verde), foram simuladas 12 precipitações, sendo 6 com dois micro aspersores e 6 com quatros micro aspersores, com intervalos de 2 horas no telhado de cobertura verde e intervalos de 10 minutos para o telhado de cobertura cerâmica. Para encontrar a umidade das amostras, foi utilizado o método padrão da estufa de acordo com a Equação 1 onde W (Teor de Umidade do solo - %), Msu (massa de solo úmido - g) e Mss (massa de solo seco - g). ( ) (1) Quanto à intensidade de precipitação, foram utilizadas as Equações 2, 3, 4, 5 e 6 onde Vm (Volume médio - ml), Ac (Área do Coletor - m²), Hl (Altura de Lamina d água - mm), T (tempo - min), Vr (Volume recebido - litros) e At (Área do telhado - 1 m²). (2) (3) (4) XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 A determinação dos volumes retidos nas coberturas, foi realizado através da Equação 7 onde Vret (Volume retido - litros), Vr (Volume recebido - litros) e Vi (Volume infiltrado - litros). (5) (6) 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Para um melhor gerenciamento dos resultados das 24 simulações (12 em cada cobertura) os experimentos foram agrupados em grupos com 4 repetições de 2 e 4 micro aspersores (intensidades). A umidade do solo presente no telhado verde foi determinada através da coleta de amostras de solo antes e após as simulações de precipitação, obtendo a sua variação (ΔW) expressa na Tabela 1. Tabela 1 - Resultados da umidade na cobertura verde - O autor (2015) Experimento Umidade Inicial Umidade Final - 2 horas ΔW (%) (%) (%) 1 29,3 35,2 5,9% 2 35,7 38,8 3,1% 3 35,3 39,5 4,2% 4 34,9 38,6 3,7% Observa-se que no experimento 1 e 3 houve os maiores acréscimos de umidade, com variações de 5,9% e 4,2% na umidade. Nota-se também que todos os experimentos apresentaram teores de umidade próximos a 33,8%, indicando assim, a porcentagem de saturação média do solo. Para determinação das intensidades pluviométricas do experimento, utilizaram-se as médias registradas em coletores instalados em cada cobertura durante determinado intervalo de tempo. Nos experimentos da cobertura verde, registraram-se leituras volumétricas de intensidade entre 60,3 a 71,5 mm/h (média de 65,9 mm/h) e 97,9 a 104,8 mm/h (média de 101,4 mm/h). Já nos experimentos da cobertura cerâmica as intensidades variaram entre 51,8 a 68,3 mm/h (média de 60,1 mm/h) e 98,1 a 122,0 mm/h (média de 110,1 mm/h). Com isso, foi possível determinar a intensidade média para dois (63,0 mm/h) e quatro (105,7 mm/h) micro aspersores empregadas no experimento. (7) XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 Tabela 2 - Intensidade de precipitação na cobertura verde - O autor (2015) Experimento Intensidade Volume Recebido (mm/h) (litros) 1 60,3 10,1 2 71,5 11, ,8 17,5 4 97,9 16,3 Tabela 3 - Intensidade de precipitação na cobertura cerâmica - O autor (2015) Experimento Intensidade Volume Recebido (mm/h) (litros) 1 51,8 8,6 2 68,3 11,4 3 98,1 16, ,3 Segundo Moreira (2002) as intensidades de precipitação obtidas nos experimentos representam pluviosidades fracas, moderadas e fortes, com volumes de 10,1 a 17,5 litros/m² na cobertura verde e de 8,6 a 20,3 litros/m² na cobertura de cerâmica. Com média de 14,1 litros/m², ainda segundo Moreira (2002), tal precipitação é considerada como média. Os volumes infiltrados e retidos nas coberturas durante as simulações foram calculados através dos volumes recebidos (Tabelas 2 e Tabela 3) e volumes armazenados no reservatório metálico expressos na Tabela 4 e Tabela 5. Observa-se a eficiência do telhado verde em relação à cerâmica quanto à retenção de volumes de água quando comparadas as médias retidas em ambos os testes (28,8% e 17,6% respectivamente) onde a umidade do solo tem interferência direta na capacidade de armazenamento dos líquidos retidos. Tabela 4 - Volume retido e escoado na cobertura verde - O autor (2015) Experimento Volume Retido Volume Escoado Volume Retido Volume Escoado (litros) (litros) (%) (%) 1 3,8 6,3 38,4 61,6 2 2,8 9,1 25,0 75,0 3 5,6 11,9 31,7 68,3 4 3,0 13,3 20,0 80,0 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 Tabela 5 - Volume retido e escoado na cobertura de telha cerâmica - O autor (2015) Experimento Volume Retido Volume Escoado Volume Retido Volume Escoado (litros) (litros) (%) (%) 1 1,5 7,1 17,7 82,3 2 2,1 9,3 18,1 81,9 3 3,0 13,4 18,3 81,7 4 3,3 17,0 16,3 83,7 Mesmo com a cobertura verde perdendo a capacidade de reter líquidos ao atingir umidade próxima a 33,8% (estado de saturação do solo), os telhados verdes apresentaram um escoamento de 97,02% do total precipitado em um período mínimo de duas horas. Tal dado demonstra uma significativa redução da velocidade escoada superficialmente e consequentemente o aumento do tempo para os fluídos atingirem o solo. A Tabela 6 apresenta as médias de todos os cálculos apresentados para que ambos sejam avaliados e comparados. Tabela 6 - Dados médios - O autor (2015) Telhado Intensidade Volume Volume Volume Volume (mm/h) Recebido (litros) Escoado (litros) Retido (%) Escoado (%) Verde 83,6 13,9 10,1 28,8 71,3 Cerâmica 85,1 14,2 11,7 17,6 82,4 Ressalta-se a importância e necessidade de estudos técnicos nas edificações que receberam a cobertura verde, no sentido de avaliar a necessidade de reforços estruturais para que as estruturas suportem o acréscimo dos pesos retidos sem complicações estruturais. 5. CONCLUSÃO Conclui-se que a partir dos experimentos realizados, a cobertura verde se mostrou eficaz na redução do escoamento superficial, pois age de modo a reter a pluviosidade aumentando o tempo para que o volume precipitado chegue às ruas e consequentemente as redes pluviais. Os resultados experimentais mostram que a cobertura verde reduziu em média 28,8% do volume total precipitado enquanto a cobertura convencional de cerâmica reduz 17,6% do volume escoado, oque representa uma diferença de 11,2% total nas precipitações simuladas. O volume de água que fica retido no solo e na grama dos telhados verdes contribui para os processos de evapotranspiração, conforto térmico e paisagismo local. Para precipitações com intervalos de tempo maiores, ou em situações onde o solo da cobertura verde não fique saturado a mesma se mostra muito eficiente, uma vez que aumenta o tempo para que o volume precipitado seja escoado e chegue à rede pluvial em menor velocidade, atingindo assim, seu objetivo. Desta forma, a cobertura verde pode ser definida como uma importante estratégia no que tange as medidas não estruturais para convivência da população frente aos problemas causados por grandes precipitações. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10844: Instalações prediais de águas pluviais: ABNT, BALDESSAR, Silvia M. N. (2012). Telhado verde e sua contribuição na redução da vazão da água pluvial escoada. 124f. Dissertação (Mestrado) In Universidade Federal do Paraná - UFPR, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Construção Civil, Curitiba, CARLON, M. R. (2005). Percepção dos Atores Sociais Quanto às Alternativas de Implantação de Sistemas de Captação e Aproveitamento de Água de Chuva em Joinville SC. 202f. Dissertação (Mestrado) In Universidade do Vale do Itajaí, Itajaí, Santa Catarina, FERRAZ, I. L. (2012). O desempenho térmico de um sistema de cobertura verde em comparação ao sistema tradicional de cobertura com telha cerâmica. 150f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) In Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, HENEINE, M. C. A. S. (2008). Cobertura verde. 49f. Monografia (Especialista em construção civil) na Escola de Engenharia da UFMG, Belo Horizonte, KÖHLER, M., SCHMIDT, M., SICKERMANN, J. (2003). Greened Roofs and the Technique of Water Harvesting; a Synergistic Combination, sd. MOREIRA, J.L.B. (2002). Estudo da distribuição espacial das chuvas em Belo Horizonte e em seu entorno. Dissertação (Mestrado) na Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MEYER, L.D.; HARMON, W.C. (1979). Interrill runoff and erosion: Effects of row-sideslope shape, rain energy, and rain intensity. Transactions of the ASAE, St Joseph, v.35, n.4, pp TOMAZ, P. (2005). Aproveitamento de Água de Chuva: Para áreas urbanas e fins não potáveis. São Paulo: Navegar Editora, 180 p. TORDO, O. C. (2004). Caracterização e Avaliação de Águas de Chuva Para Fins Potáveis. 120f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) In Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau, TUCCI, C. E. M.; MELLER, A. (2007). Regulação das águas pluviais urbana. Revista de Gestão de Água da América Latina REGA, v.4, n.1, jan/jun, pp XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8