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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS CENTRO DE ENGENHARIAS
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA
Trabalho de Conclusão de Curso
Avaliação da influência do uso de telhados verdes no escoamento superficial em um loteamento de Pelotas-RS
Carolina do Prado Korzenieski
Pelotas, 2016
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CAROLINA DO PRADO KORZENIESKI
Avaliação da influência do uso de telhados verdes no escoamento superficial em um loteamento de Pelotas-RS
Trabalho acadêmico apresentado ao Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária, da Universidade Federal de Pelotas, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenheiro Ambiental e Sanitarista.
Orientadora: Profª. Drª. Andréa Souza Castro
Pelotas, 2016
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Banca examinadora:
Profª. Drª. Andréa Souza Castro - Centro de Engenharias/UFPel -
Orientadora
Prof. Dr. Robson Andreazza - Centro de Engenharias/UFPel
Engª. Civil Mônica Navarini Kurz
4
Aos meus pais,
pelo apoio incondicional
e pela valorosa educação.
Dedico
5
AGRADECIMENTOS .
À minha mãe, Elaine, pela amizade e compreensão, por me motivar e estar sempre
presente. Nada seria possível sem você.
Ao meu pai, Carlos (in memoriam), por ter me ensinado a ver a vida de forma
positiva e amável e ter sido meu maior admirador.
À minha irmã, Camila, por ser a melhor desse mundo em fazer eu me sentir
especial.
Ao Yan, pelo companheirismo de sempre e pelo seu carinho por mim e pelo meu
trabalho.
Aos meus padrinhos, por todo apoio concedido e por confiarem na minha
capacidade.
À minha amiga, Kayoma, pela amizade, o companheirismo e por ter se tornado
família.
À minha orientadora, Professora Andréa Souza Castro, pela paciência, dedicação,
seus ensinamentos e por acreditar no meu trabalho.
À Professora Diuliana Leandro e à Engenheira Mônica Navarini Kurz, pela
disponibilidade e gentileza que me receberam. Suas contribuições foram de extrema
importância para realização deste trabalho.
Muito obrigada!
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RESUMO KORZENIESKI, C. P. Avaliação da influência do uso de telhados verdes no escoamento superficial em loteamento de Pelotas – RS. 2016. 61f. Trabalho de Conclusão de Curso (TCC). Graduação em Engenharia Ambiental e Sanitária. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas. A intensa impermeabilização do solo, por meio de edificações e pavimentos, interfere no ciclo hidrológico, aumentando, de forma significativa, os volumes de escoamento superficial, responsável pela geração de alagamentos nos centros urbanos. Além da alta taxa de impermeabilização, o município de Pelotas – RS apresenta características que favorecem os eventos de alagamentos, como a topografia plana e solo com condições de drenagem ruins. De forma a atenuar os problemas que o município sofre com essa situação, este trabalho propõem o uso de telhados verdes em um loteamento, tendo como objetivo simular o impacto que essa medida de controle terá no escoamento superficial do mesmo. São estabelecidos três cenários com diferentes coberturas de solo, onde além da comparação de pico de vazão de escoamento utilizando ou não telhados verdes, é feita também a comparação entre duas espessuras e inclinações dos telhados, indicando a importância dessas características para uma melhor eficiência. A vazão de pico foi estimada através do método racional, e a redução observada do cenário com telhados convencionais para os telhados verdes, com inclinação de 15° e espessura de 20 cm, foi de 26,56 % e para os telhados verdes com inclinação maior que 15° e espessura de 12 cm de 18,75%. Além de contribuir para a redução do escoamento superficial dentro do lote, o que minimiza a sobrecarga do sistema de drenagem de águas pluviais, e melhora a condição de alagamentos, os telhados verdes apresentam diversos outros benefícios, e a perspectiva é que seu uso seja cada vez mais incentivado pelo poder público através de leis, decretos, planos de drenagem urbana e educação ambiental, como uma maneira de melhorar a qualidade de vida da população e aumentar a eficiência da drenagem urbana.
Palavras-chave: telhados verdes, escoamento superficial, drenagem
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ABSTRACT
KORZENIESKI, C. P. Evaluation of influence of green roofs in the surface runoff in allotment of Pelotas – RS. 2016. 61f. Course Conclusion Paper (TCC). Graduation in Environmental and Sanitary Engineering. Federal University of Pelotas, Pelotas.
The intense impermeabilization of the ground, by edifications and pavements, interferes in the hydrology cicle, increasing, in a significant way, the volumes of superficial runoff, responsible for the generation of overflow in the urban centers. Beyond of the high rate of impermeabilization, the city of Pelotas - RS presents characteristics that favors the events of overflows, like the flat topography and soil with conditions of bad drainage. In a way to attenuate the problems that the city suffers with this situation, this thesis proposes the use of green roofs in an allotment, having the goal to simulate the impact that this control measure will have in the superficial runoff of the same. Three scenarios are established with different coverages of soil, where beyond the comparison of peak of flow of runoff, using or not green roofs, its made also the comparison between two thicknesses and inclinations of the roofs, indicating the importance of these characteristics for a better efficiency. The peak flow was estimated through the rational method, and the observed reduction in the scenario with common roofs to the green roofs, with inclination of 15° and thickness of 20 cm, was of 26.56 % and for the green roof with inclinations bigger than 15° and thickness of 12 cm of 18,75%. Beyond to contribute for the reduction of superficial runoff inside the lot, what minimizes the overcharge of drainage system of rain waters , and optimizes the condition of overflows, the green roofs present several other benefits, and the perspective is that its use be each time more encouraged by the public power through laws, decrees, projects of urban drainage and environmental education, as a manner to improve the quality of life of the population and to raise the efficiency of urban drainage.
Key-words: green roofs, superficial runoff, drainage
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SUMÁRIO
1.INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 13
2. OBJETIVOS .......................................................................................................... 15
2.1 Objetivo Geral .................................................................................................... 15
2.2 Objetivo Específico ........................................................................................... 15
3. REVISÃO DE LITERATURA ................................................................................ 16
3.1 A urbanização e o ciclo hidrológico ................................................................ 16
3.1.1 Águas pluviais: aspectos quantitativos ....................................................... 17
3.1.2 Saneamento básico e sistema de drenagem ............................................... 18
3.2 Drenagem Sustentável ...................................................................................... 21
3.2.1 Medidas de controle estruturais ................................................................... 22
3.2.2 Medidas de controle não estruturais ............................................................ 23
3.3 Telhados Verdes ................................................................................................ 23
3.3.1 Breve histórico ............................................................................................... 24
3.3.2 Estrutura e composição ................................................................................. 25
3.3.3 Benefícios ....................................................................................................... 29
4. METODOLOGIA ................................................................................................... 35
4.1 Local de estudo ................................................................................................. 35
4.2 Estimativa da vazão de escoamento no loteamento ...................................... 36
9
4.3 Definição das variáveis do Método Racional .................................................. 37
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................ 45
5.1 Vazão de escoamento superficial .................................................................... 45
6. CONCLUSÃO ....................................................................................................... 51
10
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Ciclo hidrológico.. ...................................................................................... 16
Figura 2 - Jardins Suspensos da Babilônia.. ............................................................. 24
Figura 3 - Prédio da Prefeitura de São Paulo. ........................................................... 25
Figura 4 - Camadas de um telhado verde básico.. .................................................... 27
Figura 5 - Telhado verde extensivo.. ......................................................................... 28
Figura 6 - Localização do local de estudo ................................................................. 35
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Distribuição de áreas do loteamento. ....................................................... 38
Tabela 2 - Valores de C para superfícies .................................................................. 40
Tabela 3 - Coeficiente de escoamento para telhados verdes ................................... 41
Tabela 4 - Dados de declividade do loteamento ....................................................... 43
Tabela 5 - Valores de C estimados para o Cenário 1 ................................................ 45
Tabela 6 - Valores de C estimados para o Cenário 2 ................................................ 46
Tabela 7 - Valores de C estimados para o Cenário 3 ................................................ 46
Tabela 8 - Vazão de escoamento para os diferentes cenários.................................. 47
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LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Impacto da impermeabilização no ciclo hidrológico................................ 17
Quadro 2 – Divisão do sistema de drenagem. .......................................................... 19
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1. INTRODUÇÃO
O desenvolvimento urbano se acelerou na segunda metade do século vinte com
grande concentração de população em pequenos espaços urbanos, impactando o
ciclo hidrológico, os recursos hídricos, e consequentemente a própria população
através das inundações, doenças e perda de qualidade de vida (TUCCI, 2005).
De maneira geral, ocorre uma redução dos volumes de intercepção, de
evaporação e de infiltração de águas pluviais e aumentam, de forma significativa, os
volumes de escoamento superficial (ReCESA, 2007). Isso acontece devido à
excessiva impermeabilização do solo, gerando grandes áreas de alagamentos nos
eventos de precipitação mais intensos, trazendo danos ao tráfego, às moradias e ao
comércio (HANSMANN, 2013).
O conjunto de medidas que visa à atenuação dos riscos e dos prejuízos
decorrentes de inundações, as quais a sociedade está sujeita, formam a drenagem
urbana (CARDOSO NETO, 1998). Para Dias e Antunes (2010) as técnicas de
drenagem urbana convencional não abordam o problema do ponto de vista do ciclo
hidrológico, resolvendo apenas o problema hidráulico imediato, isto é, levam o
excesso de precipitação para jusante através dos seus sistemas lineares. Por isso,
as autoras acreditam em outra abordagem para enfrentar as adversidades
provenientes da urbanização: a drenagem sustentável.
Diferentemente da abordagem higienista ou drenagem convencional, a
drenagem sustentável visa o controle do escoamento superficial o mais próximo
possível do local onde a precipitação atinge o solo, isto é, tem-se um controle de
escoamento na fonte.
Este modelo de drenagem propõe tanto medidas estruturais como não-
estruturais, e incorpora dispositivos que permitem o retardo do escoamento,
atenuando o pico dos hidrogramas e possibilitando a recuperação da capacidade de
amortecimento perdida pela bacia devido à impermeabilização (CRUZ et al. 1998).
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Medidas estruturais de controle em lotes podem ser pequenos reservatórios
residenciais, estacionamentos, áreas esportivas, ou superfícies drenantes com
vegetação sobre base permeável, sejam elas jardins, parques ou canteiros sobre
lajes e telhados – que representam o interesse deste trabalho.
“Telhado verde” é uma técnica arquitetural que consiste em aplicar solo e
vegetação sobre estruturas de cobertura impermeáveis, em diversos tipos de
edificações. Telhados verdes existem – ou existiram – em regiões diversas, tais
como Alemanha, Argentina, Tanzânia e Islândia, e em diversas fases históricas
(REDA; TANZILLO; COSTA, 2012). É um dispositivo que ganha atenção em função
dos benefícios que tem apresentado em relação à gestão urbana ecologicamente
correta. Dentre os principais benefícios proporcionados pelos telhados verdes,
destaca-se o potencial para atenuação do escoamento superficial, das águas
pluviais (HONGMING, 2010).
Pelotas é um município de porte médio, localizado ao sul do Estado do Rio
Grande do Sul, apresenta topografia, predominantemente, plana e encontra-se em
baixa altitude, devido a isso a cidade fica, constantemente, sujeita às inundações
(SOUSA, 2008).
Tendo em vista a problemática apresentada e a busca por soluções que
visam à diminuição das vazões e que desta forma não venham a sobrecarregar o
sistema de drenagem urbano, este trabalho busca avaliar a influência da técnica de
telhados verdes no escoamento superficial gerado em um loteamento localizado em
Pelotas – RS.
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2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Este trabalho tem como objetivo avaliar o escoamento superficial gerado em
um loteamento localizado em Pelotas – RS, propondo a utilização de telhados
verdes para amenizar o pico de vazão em eventos de chuvas, consequentemente
melhorando a situação de alagamentos na região.
2.2 Objetivo Específico
- Contribuir com informações sobre o tema e incentivar a utilização de
controle de escoamento superficial na fonte;
- Apresentar um estudo comparativo de vazões de escoamento geradas,
antes e depois da aplicação de telhados verdes, em loteamento localizado no
município de Pelotas – RS;
- Verificar se a inclinação e a espessura do telhado verde interferem na sua
eficiência em reter as águas pluviais.
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3. REVISÃO DE LITERATURA
3.1 A urbanização e o ciclo hidrológico
O processo de urbanização no Brasil teve um crescimento acelerado a partir
da metade do século XX, alterando a distribuição populacional de
predominantemente rural para urbana, essa transição não foi acompanhada pelo
desenvolvimento da infraestrutura disponível (IMADA, 2014). Dessa forma,
problemas de saneamento básico, saúde pública, entre outros, passaram a integrar
o planejamento urbano brasileiro.
Segundo Gorsky (2010), bacia hidrográfica é uma área, território dotado de
declividade, que possibilita o escoamento das águas direta ou indiretamente para
um corpo de água principal. As bacias hidrográficas e os rios estão integrados ao
sistema que compõe o ciclo hidrológico.
O ciclo hidrológico pode ser observado na Figura 1 e constitui da circulação
da água entre a superfície terrestre e a atmosfera. Entre os principais elementos que
constituem esse ciclo estão: precipitação, interceptação, evaporação,
evapotranspiração, infiltração e escoamento superficial (SILVEIRA, 2002).
Figura 1 - Ciclo hidrológico. Fonte: ReCESA, 2007.
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A organização urbana provoca uma série de interferências no ciclo da água
dentro da cidade, onde isso poderá ser visualizado no Quadro 1. Segundo Pompêo
(2000) em uma bacia hidrográfica não impactada, as águas pluviais são
interceptadas por folhas de árvores e pela vegetação em geral, propiciando a
infiltração de grande parcela desse volume. Uma vez que a precipitação ocorre
sobre superfícies impermeáveis urbanas que não foram dimensionadas para
determinado evento, sendo impedida de se infiltrar ao solo, gera aumento no volume
de escoamento superficial e por consequência alagamentos e enchentes no caso
que a capacidade do sistema se veja excedida (BUFFON, 2010).
Quadro 1 – Impacto da impermeabilização no ciclo hidrológico.
PROCESSO
DISTRIBUIÇÃO DOS PROCESSOS NO CICLO HIDROLÓGICO (%)
Grau de impermeabilização (%)
0-10 10-20 35-50 75-100
Evapotranspiração 40 38 35 30
Escoamento superficial 10 20 30 55
Infiltração 25 21 20 10
Infiltração profunda 25 21 15 5
Fonte: IMADA, 2014.
3.1.1 Águas pluviais: aspectos quantitativos
A enchente é um fenômeno natural do regime do rio, e todo rio tem sua área
de inundação. As inundações passam a ser um problema para o homem quando ele
deixa de respeitar os limites naturais dos rios, ocupando suas áreas marginais
(FEAM, 2006). Além disso, aumentam a sua frequência e magnitude devido a
impermeabilização, ocupação do solo e a construção da rede de condutos pluviais.
O desenvolvimento urbano pode também produzir obstruções ao escoamento, como
aterros e pontes, drenagens inadequadas e obstruções ao escoamento junto a
condutos e assoreamento (TUCCI; BERTONI, 2003).
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Dessa forma, as inundações urbanas podem ser (TUCCI, 2002):
• em áreas ribeirinhas: os rios possuem dois leitos - o leito menor em que a
água escoa na maioria do tempo e o leito maior. Este último costuma ser inundado
pelo menos uma vez a cada dois anos;
• devido à urbanização: o aumento da densidade de ocupação por
edificações e obras de infraestrutura viária resulta em maiores áreas impermeáveis
e, como consequência, o incremento das velocidades de escoamento superficial e a
redução de recarga do lençol freático.
Em geral, à medida que uma cidade se urbaniza, ocorre o aumento das
vazões máximas da bacia em até sete vezes. As gravidades desses problemas
aumentam quando se tratam de médias e grandes cidades urbanas (LEOPOLD,
1968). Mascarenhas et al. (2005) simularam os efeitos da urbanização em uma área
com 360 m², considerando variações nas condições locais de uso e ocupação do
solo, desde as condições de cobertura vegetal natural até a condição de
impermeabilização de quase toda a área. O resultado dessa avaliação,
considerando um evento hidrológico com tempo de recorrência de 5 anos e duração
crítica para toda a bacia, demonstrou um aumento no pico de vazão de cerca de 3,4
vezes devido a urbanização da área.
A variação do volume de escoamento superficial, além de impactar os picos
das vazões de cheias, também influencia o escoamento de base nos rios,
diminuindo a água disponível para renovação da umidade no solo e recarga do
armazenamento de água subterrânea (MASCARENHAS et al., 2007).
3.1.2 Saneamento básico e sistema de drenagem
Os sistemas principais do saneamento básico são: o de água para
abastecimento, incluindo-se os aspectos de qualidade e a quantidade; o
esgotamento sanitário, formado pelas de redes coletoras, estações de tratamento e
destinação final dos efluentes; a infraestrutura de drenagem das águas pluviais,
constituída de áreas de infiltração e de retenção e de elementos estruturais de
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acumulação e de transporte; e o sistema de coleta, transporte e destinação dos
resíduos sólidos (RIGHETTO, 2009).
Para Righetto (2009), cada um desses sistemas tem peculiaridade própria e
deve ser tratado dentro de tecnologias atualizadas compatíveis com o grau de
desenvolvimento do município. Independentemente do estágio socioeconômico, o
zelo e cuidados pela boa funcionalidade desses sistemas indicam o estágio cultural,
organizacional e de desenvolvimento de seus habitantes.
O sistema de drenagem deve ser entendido como o conjunto da infraestrutura
existente em uma cidade para realizar a coleta, o transporte e o lançamento final das
águas superficiais. Inclui ainda a hidrografia e os talvegues. É constituído por uma
série de medidas que visam a minimizar os riscos a que estão expostas as
populações, diminuindo os prejuízos causados pelas inundações e possibilitando o
desenvolvimento urbano de forma harmônica, articulada e ambientalmente
sustentável (FEAM, 2006). O Quadro 2 apresenta a principal divisão de um sistema
de águas pluviais.
Quadro 2 – Divisão do sistema de drenagem.
MICRODRENAGEM MACRODRENAGEM
São estruturas que conduzem as águas do
escoamento superficial para galerias ou
canais urbanos.
São dispositivos responsáveis pelo
escoamento final das águas pluviais
provenientes do sistema de microdrenagem
urbana.
É constituída pelas redes coletoras de
águas pluviais, poços de visita, sarjetas,
bocas-de-lobo e meios-fios.
É constituída pelos principais talvegues,
fundos de vale, cursos d’água,
independentemente da execução de obras
específicas e tampouco da localização de
extensas áreas urbanizadas, por ser o
escoadouro natural das águas pluviais.
Fonte: IMADA, 2014.
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Os impactos da urbanização sobre o sistema de drenagem das cidades estão
fundamentalmente relacionados a três processos principais: crescimento
populacional, ocupação do solo e deficiente planejamento urbano, que vem a alterar
o regime hídrico de uma bacia (RATHKE, 2012).
Ou seja, sistema de drenagem pluvial sofre grande influência das demais
atividades urbanas, impactando e sofrendo impacto de cada uma destas. Um
exemplo ordinário nos países periféricos é o comprometimento do funcionamento do
sistema de drenagem pela ineficiência ou inexistência da gestão dos resíduos
sólidos urbanos (REZENDE, 2010). A falta ou ineficiência desta gestão aumenta a
quantidade de sólidos na rede de drenagem, degradando a qualidade da água e
dificultando o seu funcionamento e diminuindo a eficiência dos dispositivos de
controle de cheias.
Dessa forma, verifica-se que, para o desenvolvimento de uma drenagem
urbana eficiente é necessário que haja uma integração de todos os setores que
estão relacionados, direta ou indiretamente à gestão da água no espaço humano
(GOLDENFUM et al. 2007). Ou seja, deve-se garantir a existência da
compatibilidade entre os Planos Diretores Urbanos, de Esgotamento Sanitário, de
Resíduos Sólidos e de Drenagem Urbana, visando o planejamento integrado da
cidade.
Drenagem tradicional
O conceito higienista de saneamento urbano fundamenta-se no ideal de se
afastar as águas nocivas o mais rápido possível das cidades, de forma ordenada
para um corpo de água receptor, buscando, assim, reduzir a ocorrência de doenças
e epidemias (SILVEIRA, 2000). Dessa forma, as águas pluviais são captadas e
levadas a condutos artificiais, preferencialmente subterrâneos, funcionando por
gravidade, sendo evacuadas das zonas urbanas e lançadas em corpos d’água
rapidamente (MOURA, 2004).
Baptista e Nascimento (1997), afirmam que os modelos clássicos acabam por
amplificar os impactos da urbanização sobre o processo hidrológico, tendo como
consequência a obsolescência das redes de drenagem, o aumento da frequência de
21
inundações e a poluição dos corpos d’água com repercussões nos âmbitos
econômicos, sociais, ambientais e políticos. Para Silveira (2002) no Brasil, como
parece ser em outros países em desenvolvimento, há o agravante ainda de o
conceito higienista ser mal aplicado, seja por falta de recursos, mau
dimensionamento, má execução ou por manutenção deficiente.
O redesenho da drenagem ocorre por duas razões principais. A primeira – e,
talvez, a mais relevante nas decisões – devido ao aumento permanente das vazões
produzidas a montante, em função do aumento da impermeabilização do solo. A
segunda, em função da degradação da qualidade da água dos rios, criando uma
condição de desconforto. A canalização tem, portanto, a motivação de resolver
(ainda que pontualmente no tempo e no espaço) um problema de alagamento e de
esconder um estado de degradação do ambiente, cuja solução integral é mais
complexa (SOUZA, 2013).
3.2 Drenagem Sustentável
A prática de engenharia e a própria sociedade, ainda pouco questionam a
possibilidade de gestão da demanda. Por exemplo, no transporte público, a gestão
da demanda por vias pode significar uma mudança de modais de transporte, com
estímulo a alternativas coletivas, o uso de ciclovias etc.; no abastecimento de água,
a racionalização de consumo, o reuso de água, o uso de fontes não convencionais
entre outras. Na drenagem urbana e manejo de águas pluviais a gestão da demanda
significa a compensação dos efeitos da urbanização sobre o ciclo hidrológico
(SOUZA, 2013).
A partir do conceito sustentável foram desenvolvidas novas abordagens no
campo da drenagem urbana, como os Sistemas de Drenagem Urbana Sustentável
(SUDS – Sustainable Urban Drainage Systems) e as Melhores Práticas de
Gerenciamento (BMPs – Best Management Practices), desenvolvidos na Europa e
Estados Unidos, respectivamente (ZANATTA, 2015).
De acordo com Canholi (1995, apud SILVA, 2004), a drenagem sustentável
tenta reproduzir os processos que ocorriam antes da impermeabilização e do
desmatamento, como a infiltração da água no solo e/ou armazenamento temporário,
22
através de novas estruturas de drenagem, chamadas de não convencionais. Essas
estruturas são chamadas dessa forma por diferenciarem-se das estruturas de
canalização utilizadas usualmente, podendo também ser chamadas de
compensatórias, por ter como função principal compensar os impactos da
impermeabilização (BAPTISTA et al., 2005). Também são denominadas por alguns
especialistas como técnicas alternativas.
As técnicas compensatórias são medidas que fazem parte da gestão
sustentável das águas pluviais. Quando bem concebidas contribuem, efetivamente,
para a melhoria da qualidade de vida nas cidades. Seu uso vai,
inquestionavelmente, no sentido das condições necessárias para o desenvolvimento
sustentável em áreas urbanas (BAPTISTA et al., 2005).
A história da drenagem urbana no Brasil parece estar hoje numa transição
entre a abordagem higienista e a ambiental. Marques (2006) cita algumas cidades
como Belo Horizonte, Curitiba, Caxias do Sul e Porto Alegre por estarem
promovendo ações no sentido de estabelecer planos diretores de drenagem urbana,
seguindo os preceitos do conceito ambiental, passando pela conscientização que a
drenagem deva-se integrar ao planejamento das cidades, deixando de ser apenas
um problema do campo da engenharia.
A gestão sustentável das águas pluviais de uma bacia de contribuição dá-se
através da implantação de um sistema de drenagem eficiente com a aplicação de
medidas de controle estruturais e não estruturais correlacionadas entre si.
3.2.1 Medidas de controle estruturais
As medidas estruturais modificam o sistema, buscando reduzir o risco de
enchentes, pela implantação de obras para conter, reter ou melhorar a condução
dos escoamentos; envolvem custos que a maioria das cidades não possui recursos
para enfrentar e devem ser minimizadas (ZANATTA, 2015).
De acordo com Tucci (2005), as medidas de controle do escoamento podem
ser classificadas, de acordo com sua ação na bacia hidrográfica, em distribuídas ou
na fonte, na microdrenagem ou na macrodrenagem. As medidas de controle
23
distribuídas ou na fonte referem-se ao tipo de controle que atua sobre lotes, praças e
passeios urbanos. Já na microdrenagem é o controle que age sobre o hidrograma
resultante de um ou mais loteamentos e, por fim, na macrodrenagem é o controle
sobre os principais riachos urbanos.
O Manual de Sistema de Drenagem Sustentável publicado pela CIRIA
(Construction Industry Research and Information Association) em 2007 descreve os
principais componentes desse sistema: faixas de filtração; bacias de infiltração;
bacias de retenção, bacias de detenção, charcos artificiais ou banhados construídos,
trincheiras de filtração, dispositivos de infiltração, pavimentos permeáveis e telhados
verdes.
3.2.2 Medidas de controle não estruturais
As medidas estruturais, embora sejam eficientes mecanismos do sistema de
drenagem, não fornecem uma proteção total contra enchentes. Medidas não-
estruturais, em conjunto ou não com medidas estruturais, auxiliam a minimizar os
custos e prejuízos relacionados a presença de eventos pluviométricos intensos
(IMADA, 2014).
As principais medidas não-estruturais são do tipo preventiva como:
zoneamento das áreas de risco de inundação associado ao Plano Diretor Urbano,
previsão de cheia, seguro de inundação, legislações diversas, ações de educação
ambiental, entre outras (TUCCI, 2005).
Para Tucci (2005), a principal medida não-estrutural é a legislação para
controle de futuros desenvolvimentos. Essa legislação pode ser incorporada no
Plano Diretor Urbano ou em decretos municipais específicos.
3.3 Telhados Verdes
De acordo com Reda, Tanzillo e Costa (2012), telhado verde, cobertura verde,
teto verde, telhado vivo, eco telhado ou telhado ajardinado – dentre outras
expressões encontradas na literatura – é uma técnica arquitetural que consiste em
24
aplicar solo e vegetação sobre estruturas de cobertura impermeáveis, em diversos
tipos de edificações.
3.3.1 Breve histórico
Os primeiros registros de telhados verdes são da época da Babilônia, no
século VI a.C, onde eram reconhecidos por Jardins Suspensos da Babilônia (Figura
2) e cobriam uma área de 2000 m² com árvores, arbustos e trepadeiras (OHNUMA
JÚNIOR, 2008).
Figura 2 - Jardins Suspensos da Babilônia. Fonte: OHMUNA JÚNIOR, 2008.
A tecnologia do telhado verde como um instrumento funcional para a
civilização tem sua origem em diferentes regiões do mundo. Na Escandinávia, os
telhados eram cobertos com uma mistura de terra e grama como forma de
isolamento térmico. Abaixo dessa camada eram colocadas pesadas vigas de
madeira intercaladas com cascas de árvores para impermeabilização do telhado
(RODRIGUEZ, 2006).
A partir do final dos anos 70, pesquisas direcionadas ao entendimento do
telhado verde como uma importante ferramenta para o desenvolvimento sustentável
em áreas urbanas, começaram a ser publicadas em maior número na Europa,
25
principalmente na Alemanha, uma das principais fontes de bibliografia sobre o
assunto (FERREIRA; MORUZZI, 2005).
Na Alemanha um dos maiores telhados verdes é o do Aeroporto de Frankfurt
que possui 45 mil metros quadrados de folhagem desde 1990. O telhado verde
deste aeroporto ajuda a abafar o barulho dos aviões (MUNDO ECOLOGIA, 2016).
O primeiro projeto de telhado verde no Brasil foi em 1936, no prédio do MEC
e foi construído por Roberto Burle Marx, depois em 1988 no Banco Safra em São
Paulo e em 1992, a arquiteta Rosa Grená Kliass e Jamil Kfouri projetaram os jardins
do Vale do Anhangabaú em São Paulo (TOMAZ, 2005), que pode ser visto na Figura
3.
Figura 3 - Prédio da Prefeitura de São Paulo. Fonte: Prefeitura de São Paulo.
3.3.2 Estrutura e composição
Os telhados verdes podem ser estruturados de várias maneiras e divididos
em várias classes. Os métodos construtivos dessas coberturas se distinguem não só
pelos vários materiais, formando o substrato, camada drenante e impermeabilização,
mas também por características intrínsecas, tais como espessura e declividade de
substrato e camadas (REDA; TANZILLO; COSTA, 2012).
26
Na implantação de telhados verdes, de acordo com Costa et al. (2012), o
projeto da obra exige a instalação de estrutura específica na cobertura da casa. Se o
telhado for simplesmente uma laje, é preciso impermeabilizar; se for feito de telhas
de cerâmica, é preciso retirá-las e colocar placas de compensado que servirão de
base para a cobertura vegetal. Ali serão colocados a terra e o adubo para o
crescimento das plantas.
Os telhados verdes são compostos por múltiplas camadas, como pode ser
visualizado na Figura 4. que incluem segundo Credit Valley Conservation, Toronto
And Region Conservation, 2010:
- Estrutura do telhado: deve ser capaz de suportar a carga das estruturas a
serem instaladas, sendo assim é necessária análise técnica específica, por exemplo,
de um engenheiro de estruturas. Telhados com declive de até 10% também podem
comportar o telhado verde.
- Membrana a prova d’água: é a primeira camada acima do telhado, para
proteger a estrutura do telhado e da edificação.
- Camada de drenagem: é composta por uma camada porosa e uma camada
geosintética para prevenir o entupimento dos poros.
- Captação e escoamento: quando o meio poroso estiver saturado o
excedente deve ser coletado e transportado para o sistema tradicional de drenagem.
- Meio de crescimento: tipicamente composto por uma mistura de areia,
cascalho, pedaços de tijolos quebrados, composto orgânico ou solo.
- Vegetação: as plantas selecionadas para o telhado verde devem levar em
consideração as características da estrutura. Deve-se encorajar o uso de plantas
nativas, porém deve-se verificar a profundidade que suas raízes podem atingir,
sendo assim, o auxílio de especialista em botânica é fundamental.
27
Figura 4 - Camadas de um telhado verde básico. Fonte: Jobim, 2013.
A escolha da vegetação adequada é fator importante na eficiência do telhado
verde, a vegetação deve se adaptar à mudanças bruscas de temperatura, devido à
exposição direta ao sol, chuva, vento, geada, entre outras (SILVA, 2011). Além
disso, esteticamente, um jardim bonito deve conter plantas ornamentais e grama
além de seixos, cascas de árvores entre outros para compor o jardim tornando o
ambiente confortável.
A construção dos telhados verdes necessita, portanto, de um conjunto de
procedimentos específicos que devem ser compatíveis, principalmente, com a
escolha da vegetação sobreposta.
Para tanto é recomendando o uso de plantas que exigem pouco substrato e
menor volume de irrigação, a fim de minorar os riscos inerentes ao peso da estrutura
e a própria constituição vegetal do telhado. Em algumas cidades do Rio Grande do
Sul, por exemplo, conforme reportagem do caderno “Ambiente” do Jornal Zero Hora
(COSTA, 2006), várias espécies de xerófitas estão sendo plantadas sobre telhados
constituídos de módulos de cimento. Similares aos cactos, as xerófitas economizam
água e podem sobreviver em condições adversas, principalmente por não
necessitarem de regas e podas constantes.
28
No novo estilo de plantar em telhados, distinguem dois enfoques principais: o
intensivo e o extensivo; quando há uma combinação destes dois, são chamados os
semi-intensivos. Os de tipo intensivos possuem mais de 15 centímetros de
espessura do meio de crescimento, podendo aportar plantas com raízes mais
profundas e são projetados para suportar o tráfego de pessoas. Para tanto a
edificação deve ser capaz de suportar tais cargas. Enquanto que os extensivos
consistem em uma camada mais fina do que 15 centímetros de espessura,
comportando plantas herbáceas (Figura 5).
Johnston e Newton (2004) apresentam como características de telhados verdes
intensivos: solos profundos, sistema de irrigação e condições favoráveis de
crescimento das plantas. Esses telhados fornecem: um grande atrativo visual, uma
reserva de elementos biodiversificados e boas propriedades de insolação. No
entanto, ressaltam a necessidade de manutenção, o custo inicial e a especificação
técnica quanto ao sistema de drenagem e irrigação. Extensivamente, os telhados
verdes se caracterizam por possuírem solos rasos, baixa manutenção e pouca
irrigação, fornecendo ótimas vantagens, como baixo peso estrutural, pouca
manutenção e custo relativamente barato. Por outro lado, possuem escolha limitada
das espécies a serem plantadas e pequeno acesso para opções de recreação.
Figura 5 - Telhado verde extensivo. Fonte: Green Roof Technology.
29
3.3.3 Benefícios
Palla et al. (2010) destacam que uma importante propriedade dos telhados
verdes é a capacidade de retenção e detenção de águas pluviais. Dada esta
característica, de acordo com Berndtsson (2010) pode ocorrer defasagem no tempo
entre o pico de vazão de escoamento do telhado convencional e do telhado verde,
bem como sua redução.
Seguindo o mesmo raciocínio Costa et al. (2012) afirmam a possibilidade de o
telhado verde servir como forma de minimização do risco de inundações, buscando
assemelhar as características das bacias hidrográficas urbanas as das bacias
naturais. Di Giovanni e Cruz (2010), a partir de um protótipo de um telhado verde
com o objetivo de medir várias vazões de água lançadas sobre o mesmo simulando
intensidades de chuvas, concluíram que, com a construção e utilização do protótipo,
os resultados foram satisfatórios e promissores, onde se observou eficiência do
sistema com retenção significativa de água.
VanWoert et al. (2005) realizaram dois estudos com vários tipos de telhados
para quantificar os efeitos na retenção da água de chuva. No primeiro estudo foram
utilizados três diferentes telhados: um telhado convencional com pedregulho, um
verde extensivo sem vegetação e um verde extensivo com vegetação. Segundo os
autores, o percentual médio de retenção da água de chuva variou de 48,7%
(pedregulho) a 82,8% (telhado vegetado). No segundo estudo foi investigada a
influência da inclinação do telhado (2% e 6,5%) e a influência da profundidade média
do telhado verde (2,5; 4,0 e 6,0 cm). Para todos os eventos de chuva, as
plataformas com inclinação de 2% com uma espessura média de 4 cm tiveram a
maior retenção média de 87%, sendo a diferença das outras formas de tratamento
mínima. Os autores afirmaram que a combinação de inclinação e espessuras
médias reduzidas diminui a quantidade total de escoamento superficial.
Cunha (2004) demonstrou a capacidade de retenção de água do telhado
verde através do balanço hídrico composto pela evapotranspiração, precipitação
atmosférica, escoamento superficial, infiltração e escoamento subterrâneo pelo leito
drenante e delimitado pela superfície impermeável, a laje. O autor mostrou que
30
considerando o substrato insaturado, em uma simulação de precipitação de 35,41
mm, a cobertura verde pode reter o escoamento em até 13,91 mm, mostrando-se
eficaz para a diminuição do escoamento superficial no pico de vazão.
No Brasil, Santos et al. (2013) simularam a dinâmica da água em dois
telhados verdes com vegetações distintas para diferentes intensidades de
precipitação na região de Pernambuco e verificaram uma redução no escoamento
superficial entre 15% e 30% do total precipitado. Baldessar (2012), em um
monitoramento de telhado verde na cidade de Curitiba, PR, observou uma redução
no escoamento pluvial da ordem de 31%. Castro (2011) verificou, em um estudo
realizado em Porto Alegre, que além da cobertura vegetal retardar o início do
escoamento, o volume liberado 24 horas após o início da chuva foi de apenas 13,5%
do total precipitado. Isso significa que dos 34,95 mm de chuva, 30,22 mm ficam
retidos na vegetação do terraço.
Em um estudo desenvolvido na cidade de Santa Maria - RS (PERSCH et al.,
2011), onde foi feita a comparação do escoamento de um telhado verde
e de um telhado convencional frente a eventos chuvosos, verificou-se que o
telhado verde promoveu uma redução média de 39,78% no volume do
escoamento.
Moran, Hunt e Jennings (2004), verificaram no período analisado, que o
telhado verde reteve os primeiros 15 mm de precipitação, e, em média, foi capaz de
reter 63% da precipitação. A redução do pico de vazão variou entre 78% e 87%.
Köhler et al. (2001) mostram a relação entre a diferença de clima e a
capacidade de retenção dos telhados verdes. Em climas temperados (Berlim,
Alemanha) a porcentagem de água retida varia de 50-75% da precipitação anual
total, enquanto que em climas tropicais (Rio de Janeiro, Brasil) essa porcentagem é
de 65%, devido principalmente à alta taxa de evapotranspiração. Essa variação de
porcentagem de retenção merece especial atenção, segundo os autores citados,
principalmente devido às condições do clima local, e também devido à influência do
tipo e densidade da vegetação instalada.
31
Mentens et al. (2005) citaram a profundidade do substrato como outro fator
determinante da capacidade de retenção de águas pluviais pelo telhado verde. Os
autores explicaram que em períodos quentes, 1 cm de substrato confere 2,5 mm a
menos de escoamento efluente. Os mesmo autores, em estudos comparativos,
demonstraram que o escoamento é inversamente proporcional à espessura do
substrato. Espessuras menores que 50 mm, entre 50 mm e 150 mm, e maiores que
150 mm apresentam escoamento superficial de 38%, 30% e 20%, respectivamente.
Dessa forma, conclui-se que a espessura do substrato também influencia na
retenção de água, sendo que quanto mais espesso, menor o escoamento superficial.
Burszta-Adamiak (2012) realizou, em um prédio da Universidade de Ciências
da Vida e Meio Ambiente em Wrocław, na Polônia, ensaios para determinação da
capacidade de retenção dos telhados verdes, do retardo no escoamento superficial e
da redução no pico do hidrograma durante eventos de chuva. Os telhados verdes
com várias camadas contribuíram para a redução da velocidade do escoamento e a
redução no pico do hidrograma em comparação ao valor máximo de precipitação
registrado. De acordo com o autor, a retenção média para 153 eventos de
precipitação analisados variou de 82,5% a 85,7% para os telhados verdes e, no caso
de eventos até 1 mm/dia, a retenção dessas estruturas atingiu aproximadamente
100%.
Além dos benefícios ligados à capacidade do telhado verde permitir a
manutenção de algumas componentes do ciclo hidrológico, - em foco neste estudo -
ele também desempenha outros importantes papéis, que se traduzem em benefícios
ao meio ambiente e sociedade.
O uso do telhado verde pode ser um instrumento importante para reduzir os
impactos de ilhas de calor formadas especialmente em grandes centros urbanos. Ao
comparar dois prédios da capital paulista, um com área verde e outro com laje de
concreto, o geógrafo Humberto Catuzzo verificou que a temperatura no topo do
edifício com jardim ficou até 5,3°C mais baixa. Também houve ganho de 15,7% em
relação à umidade relativa do ar, nesse aspecto, Robinette (1972, apud MINKE,
2005) descreve que telhados verdes podem evaporar milhares de vezes mais, em
dia quente, que telhados convencionais.
32
Kolb (2003), com base nos resultados realizados na cidade de Veitshöchheim,
na Alemanha, comprovou que os telhados verdes são capazes de reduzir
significativamente a demanda por refrigeração, quando comparado com os telhados
convencionais sem cobertura verde. Vegetação composta por gramíneas e
pequenos arbustos instalados em coberturas podem reduzir a amplitude térmica de
60% a 90%. Da mesma forma, Lopes (2006), ao avaliar termicamente os efeitos do
uso de telhados verdes, observou que a temperatura interna em células testes era
aproximadamente 7°C inferior à temperatura do ar externo, caracterizando um
relativo amortecimento térmico gerado pela estrutura.
Além do ganho em termos climáticos, o telhado verde pode contribuir para a
redução do uso de energia. Aumenta-se o conforto térmico no interior dos edifícios
e, consequentemente, reduz-se o uso do ar-condicionado. Temperaturas baixas são
essenciais tanto para melhorar as condições de conforto térmico como também para
limitar o uso de energia para resfriamento (SPANGENBERG, 2004 apud SILVA,
2011).
No estudo realizado por Bass e Baskaran (2003) em um edifício de Toronto
no Canadá, um telhado verde com 2.980 m² gerou uma redução de cerca de 10% no
consumo de energia com refrigeração e aquecimento do ambiente, ou seja, cerca de
21.000 kWh por ano.
O uso de telhado verde torna as edificações mais sustentáveis, podendo
ainda ser considerado como requisito para a obtenção de certificações LEED
(Leadership in Energy and Environmental Design), sendo ideal para empresas
e edifícios comerciais, além de permitirem aumentar a área útil da construção no
caso de serem acessíveis. Além disso, protege a cobertura contra a ação dos raios
ultravioletas, extremos de temperatura, efeitos do vento no telhado (TOMAZ, 2005) e
a ação da água. Assim, a vida útil da cobertura da edificação é aumentada e são
reduzidas as demandas de outros materiais que degradam o meio ambiente, como
as telhas de fibrocimento e de cerâmica.
Com todos os efeitos que a poluição atmosférica tem trazido para o mundo e
com o desmatamento que está acontecendo, a popularização do telhado verde pode
33
ser uma solução eficiente para os grandes centros urbanos reduzindo a emissão de
carbono atenuando a poluição do ar, filtrando a poluição, o gás carbônico e os
poluentes e metais pesados da água da chuva (SILVA, 2011).
A linha do horizonte das conhecidas edificações ou de massas de arranha-
céus das metrópoles urbanas, é talvez uma confusão de feias superfícies e
estruturas. A vista da maioria das coberturas urbanas pode ser bem mais agradável.
O efeito terapêutico de ter plantas verdes e natureza ao redor é conhecido e
considerado.
Estudos, como o de Piovesan (2013) também demonstram que a implantação
dos telhados verdes apresenta ótimo desempenho como isolamento acústico,
diminuindo os índices de poluição sonora, que pode causar graves consequências
para o estado de saúde da população, dentre as quais estresse, distúrbios do sono,
cansaço, pressão alta, chegando, até a casos extremos, perda auditiva e problemas
cardíacos.
Desvantagens
Algumas desvantagens podem ser levadas em conta: caso o sistema não seja
aplicado de forma correta, pode gerar infiltração de água e umidade dentro do
edifício, e o custo da implantação do sistema e sua devida manutenção.
Cecchin (apud RATHKE, 2012) cita que as principais limitações e
desvantagens desse tipo de dispositivo são:
a) Em regiões em que o clima é muito úmido, o substrato pode estar sempre
saturado, de forma a não poder reter uma quantidade considerável de
água;
b) Não é qualquer estrutura que pode suportar um telhado verde, ela deve
ser dimensionada para tal propriedade;
c) Falta de manutenção pode gerar problemas que danifiquem a estrutura,
como sobrecarga e infiltrações;
34
d) Alto custo de implantação e manutenção;
e) Vegetação inadequada pode ser perdida durante período muito crítico de
temperaturas altas e escassa precipitação.
35
4. METODOLOGIA
4.1 Local de estudo
O trabalho foi desenvolvido no loteamento localizado na Avenida Adolfo
Fetter, no Bairro Laranjal, do município de Pelotas – RS, mais precisamente na
latitude 52°16'35.285"W e longitude 31°45'11.207"S. Possui uma área total de
39.777, 48 m² (Figura 6).
Figura 6 - Localização do local de estudo
O município de Pelotas localiza-se ao sul do estado do Rio Grande do Sul, no
extremo sul do Brasil e a 250 km da capital do estado, Porto Alegre. Com topografia,
predominantemente plana, e altitudes baixas. A altitude média é de 7 metros acima
do nível do mar, estando a cidade localizada a cerca de 60 km do Oceano Atlântico.
36
Posicionada às margens do Canal São Gonçalo, que liga a Laguna dos Patos e a
Lagoa Mirim, as maiores do Brasil e cujas bacias contribuintes recebem 70% do
volume de águas fluviais do Rio Grande do Sul (SOUSA, 2008).
O clima do município é subtropical úmido ou temperado, representado por
Köppen como Cfa. A precipitação média anual é de 1.379 mm, com chuvas
regularmente distribuídas durante todo o ano, sendo fevereiro, com 145 mm de
precipitação, o mês mais chuvoso. A umidade relativa do ar é bastante elevada (com
média anual de cerca de 80%). Há um dito popular de que Pelotas seria a segunda
cidade mais úmida do mundo, perdendo somente para Londres.
O tipo de solo encontrado no local é Planossolo hidromórfico, de acordo com
o mapa de solos da Embrapa. Planossolos são definidos pelo SiBCS (Embrapa,
2006) pela presença de horizonte B plânico, subjacente a qualquer tipo de horizonte
A, podendo ou não apresentar horizonte E . Um solo hidromórfico é aquele que em
suas condições naturais se encontra saturado por água, ou excesso de umidade,
permanentemente ou em determinado período do ano. Dessa forma, o manejo
adequado dos Planossolos hidromórficos requer cuidados com a drenagem.
4.2 Estimativa da vazão de escoamento no loteamento
Para estimar a vazão de pico provocada pelo loteamento em estudo, foi
utilizado o método Racional.
O método Racional é, certamente, o mais difundido na prática para a
determinação de vazões de pico, permitindo obter a vazão máxima de escoamento
superficial a partir de dados de chuvas para pequenas bacias, sendo a vazão
máxima expressa pela Equação 1.
(1)
em que,
= vazão máxima de escoamento superficial, m³ s-1;
37
C = coeficiente de escoamento superficial;
= intensidade máxima média de precipitação para uma duração igual ao tempo de
concentração da bacia, mm h-1; e
A = área da bacia de drenagem, em ha.
Os princípios básicos desta metodologia são: a) considera a duração da
precipitação intensa de projeto igual ao tempo de concentração da área (t = tc); b)
adota um coeficiente único de perdas, denominado “C”, estimado com base nas
características da bacia; c) não avalia o volume da cheia e a distribuição temporal
das vazões. Nesse sentido não são consideradas as variações de intensidade da
precipitação pluviométrica e do coeficiente de deflúvio durante o tempo de
precipitação, tampouco o armazenamento de água na bacia. Logo, a falta de
precisão deste método cresce à medida que aumenta a área de estudo, não sendo
aconselhado o uso a rigor para áreas acima de 5 Km² . Entretanto, o uso do mesmo
é bastante difundido por conta de sua simplicidade de aplicação (PINTO, 1976 apud
DIAS; ANTUNES, 2010).
As características da bacia incidem diretamente sobre o tipo de onda de cheia
gerada, sendo de primordial importância o conhecimento dessas características para
que possa ser feita a representação do processo de transformação de chuva em
vazão. Os fatores necessários para quantificar a vazão através do Método Racional
são: área de drenagem (A), coeficiente de escoamento superficial (C), intensidade
máxima média de precipitação (im), tempo de concentração (tc) e tempo de retorno
(T).
4.3 Definição das variáveis do Método Racional
Área de drenagem (A)
Área de drenagem de uma bacia hidrográfica é a superfície em que todas as
precipitações que ocorrem sobre essa região contribuem para o mesmo leito ou o
mesmo sentido de escoamento, ou seja, os escoamentos convergem para o mesmo
ponto de saída da região, o exutório da bacia (CASTRO et al., 2008).
38
A área contribuinte para o cálculo de vazão superficial foi determinada pela
análise da planta baixa do loteamento, disponível em AutoCad. A seguir, podemos
observar na Tabela 1 a descrição das áreas dentro do loteamento, bem como suas
dimensões.
Tabela 1 - Distribuição de áreas do loteamento.
Descrição % Área (m²)
Área total da gleba 39.777,48
Área em ZPPN 3.548,40
Área loteada 100,00 36.229,08
Área verde (lazer ativo) 5,00 1.812,30
Área verde arborizada 5,01 1.814,80
Área institucional 4,05 1.468,69
Área de vias 18,37 6.655,92
Área dos lotes 67,57 24.477,37
Fonte: Planta baixa do loteamento.
Algumas considerações sobre as características das áreas devem ser feitas:
a) A área de ZPPN (Zona de Preservação Permanente Natural) é
composta por vegetação e visa a proteção do Arroio Pelotas;
b) A área de lazer ativo é um espaço reservado para entretenimento como
quadras de esporte, balanços, entre outros;
c) A área institucional é prevista para construção de creches e escolas;
d) As vias são de unistein, ou pavimentação intertravada; e
e) Na área de lotes será considerada taxa de ocupação máxima de 70%,
conforme previsto no Plano Diretor de Pelotas (2008), o restante é
considerado jardins e passeios em pedregulhos.
39
Coeficiente de escoamento (C)
O coeficiente de escoamento representa a parcela da precipitação que gera
escoamento e varia à medida que a bacia se urbaniza e com a magnitude do evento
de precipitação, sendo definido como a relação entre a quantidade de água total
escoada numa determinada seção e a quantidade total de água precipitada na bacia
hidrográfica contribuinte, este valor deve introduzir a influência de diversos fatores
da qual depende o escoamento (TUCCI, 2000).
O coeficiente de escoamento de uma bacia de superfícies variáveis pode ser
estimado pela ponderação do coeficiente de diferentes superfícies. Considerando
uma bacia urbana onde podem existir duas ou mais superfícies de diferentes
tipologias, faz-se uma média ponderada como mostrada abaixo pela Equação 2,
referenciada por Tucci (2001):
C =
(2)
em que,
C = coeficiente de escoamento superficial da microbacia, adimensional;
= coeficiente de escoamento superficial da sub área da microbacia, adimensional;
= subárea da microbacia, m²; e
A = área total da microbacia, m².
Os coeficientes que serão utilizados podem ser observados na Tabela 2.
40
Tabela 2 - Valores de C para superfícies
Superfície Coeficiente C
Telhados convencionais¹ 0,70 a 0,95
Pavimentos¹ 0,40 a 0,90
Jardins¹ 0 a 0,25
Passeios em pedregulho¹ 0,15 a 0,30
Áreas verdes e superfícies arborizadas² 0,05 a 0,20
Playgrounds² 0,20 a 0,35
Fonte: Adaptado pelo autor (OHMUNA¹, 2008; PORTO ALEGRE², 2005)
Os picos no caso das coberturas verdes dependem da espessura do
substrato e da vegetação cultivada. Em seus estudos em telhados verdes com
pequenos declives Calil et al. (2014) encontraram coeficientes de deflúvio de C =
0,25, após a saturação do sistema de telhados com espessura de 10 cm. Isso
significa amortecimento dos picos de escoamento na ordem de 75%. Para Khan
(2001 apud TOMAZ, 2005) o valor médio para o coeficiente de escoamento
superficial para telhados verdes é igual a 0,27.
Em um telhado verde o coeficiente de escoamento superficial pode ser
bastante variável, devido à inclinação, espessura do substrato e o tipo de vegetação
do telhado, conforme demonstra a Tabela 3.
41
Tabela 3 - Coeficiente de escoamento para telhados verdes
Espessura ℓ (cm)
Coeficiente de escoamento superficial para telhado
verde
Inclinação até 15° Inclinação acima de 15°
ℓ ≥ 50 0,1 -
25 ≤ ℓ < 50 0,2 -
15 ≤ ℓ < 25 0,3 -
10 ≤ ℓ < 15 0,4 0,5
6 ≤ ℓ < 10 0,5 0,6
4 ≤ ℓ < 6 0,6 0,7
2 ≤ ℓ < 4 0,7 0,8
Fonte: FLL (2002 apud OHNUMA, 2008).
Neste trabalho, foram supostos dois tipos de telhados verdes, a escolha foi
baseada em estudos realizados por Ohnuma (2008): um com inclinação até 15° e
uma espessura de 0,20 cm, e outro com inclinação acima de 15° e espessura de
0,12 cm, ambos sendo do tipo extensivo. Tendo em vista a Tabela 3 e os estudos
citados, os coeficientes de escoamento utilizados para telhados verdes foram 0,3 e
0,5, respectivamente.
Intensidade máxima média de precipitação ( )
O valor da intensidade apresentada nas curvas do tipo intensidade-duração-
freqüência (IDF), nas fórmulas empíricas usadas na aplicação do método racional,
representa a maior intensidade média da precipitação com a duração considerada
(FRANCO, 2004).
Para o presente trabalho, adotou-se a IDF de precipitação do município de
Pelotas (Equação 3), proposta por Teixeira et al. (2011).
42
(3)
em que,
= intensidade máxima de chuva, mm h-1;
K, m, d e n = coeficientes da equação;
T = período de retorno, anos; e
t = tempo de duração da chuva, min
O tempo de duração da chuva é igualado ao tempo de concentração (t=tc), pois é
um dos princípios básicos da metodologia utilizada.
Tempo de retorno (T)
O tempo de retorno é o número de anos que em média, um evento é igualado ou
superado. Trata-se de uma variável que indica ainda o risco adotado ao projeto,
através da relação investimentos envolvidos para reduzir a frequência das
inundações e os prejuízos aceitos. A análise adequada do tempo de retorno a ser
utilizado envolve uma avaliação econômica e social dos impactos das enchentes
para definições dos riscos. Tucci (2003) indica que para um sistema de
microdrenagem em área residencial o valor do tempo de retorno usual é de 2 a 5
anos.
Para este estudo foi adotado T= 5 anos.
Tempo de concentração (tc)
Tucci (2007) define tempo de concentração como o tempo necessário para a
água precipitada no ponto mais distante da bacia deslocar-se até o exutório da
bacia.
Araújo et. al. (2011) afirmam que uma das formulações empíricas mais usuais em
estudos hidrológicos de pequenas bacias é o método de Kirpich. Sua aplicação é
43
recomendada para bacias hidrográficas muito pequenas, como é o caso da
microbacia de estudo. A equação de Kirpich (Equação 4) está apresentada abaixo:
(4)
em que,
tc = tempo de concentração, min;
L = comprimento do talvegue. Km; e
H = diferença de cota entre o ponto mais a montante da bacia e seu exutório, m.
Como dentro da área de estudo não há um corpo hídrico, o comprimento foi
obtido através do programa ArcGIS, onde foi traçada uma linha no centro do
loteamento. A diferença de cotas foi obtida através do mesmo recurso, como é
mostrado na Tabela 4.
Tabela 4 - Dados de declividade do loteamento
Dados Valores (m)
Comprimento do lote 405,55
Cota mais alta do terreno 3,80
Cota mais baixa do terreno 1,72
Diferença de cotas 2,08
4.4 Construção de cenários
Em termos de demonstração, foram estabelecidos três cenários para estimar
a vazão de escoamento superficial.
Cenário 1 – O loteamento está com todos os seus lotes ocupados,
obedecendo a taxa de ocupação máxima permitida pelo município, de 70%. Todos
44
os telhados são convencionais, inclusive o da área educacional. Os 30% que devem
ser deixados de área permeável, são divididos em 18% para jardins e 12% para
passeios em pedregulho. As demais características da área estão descritas no item
3.3.
Cenário 2 – O loteamento segue as mesmas características do Cenário 1,
porém 60% dos telhados convencionais são substituídos por telhados verdes com
inclinação até 15° e uma espessura de 0,20 cm.
Buscando representar no Cenário 2 uma possível aplicação no loteamento,
não foi suposto que os telhados verdes ocupariam 100% das áreas de telhado. Pois,
o município de Pelotas ainda não conta com leis que apoiam as técnicas
sustentáveis de drenagem, o que permite que os responsáveis pelas edificações
optem não aderir a essa prática. Além disso, a instalação dos telhados verdes exige
um investimento que para alguns, pode ser considerado elevado. Tendo em vista
essas questões, foi feita a escolha de utilizar somente 60% da área para telhados
verdes. É importante evidenciar que poderiam ser utilizados os 100% de área e
dessa forma a eficiência seria consequentemente, maior.
Cenário 3 – Segue as características do Cenário 2, porém o telhado verde
utilizado possui inclinação acima de 15° e espessura de 0,12 cm.
45
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Vazão de escoamento superficial
Através da Equação 4, encontrou-se o valor de tc= 14,16 min. Utilizando o
valor de tempo de concentração calculado e o tempo de retorno (T) de 5 anos, na
Equação 3, temos que a intensidade máxima média de precipitação ( ) é igual a
96,46 mm/h.
Posteriormente, foram calculados os coeficientes de escoamentos
ponderados para cada cenário criado. Os detalhes dos cálculos e da escolha dos
coeficientes para cada cobertura de solo são representados nas Tabelas 5, 6 e 7.
Tabela 5 - Valores de C estimados para o Cenário 1
Descrição Coeficiente (C) A (m²) Ci x Ai
Telhado
Convencional 0,9 18.162,24 16.346,02
Pavimento 0,7 6.655,92 4.659,14
Jardins 0,15 4.670,29 700,54
Passeio em
pedregulho 0,25 3.113,53 778,38
Áreas verdes e
superfícies
arborizadas
0,15 5.365,20 804,78
Playgrounds 0,35 1.812,30 634,31
Área total (m²) 39.777,48 23.923,17
Utilizando a Equação 2, obtemos um valor de coeficiente de escoamento
superficial ponderado para o Cenário 1 de C= 0,60.
46
Tabela 6 - Valores de C estimados para o Cenário 2
Descrição Coeficiente (C) A (m²) Ci x Ai
Telhado
Convencional 0,9 7.264,89 6.538,40
Telhado Verde 0,3 10.897,34 3.269,20
Pavimento 0,7 6.655,92 4.659,14
Jardins 0,15 4.670,29 700,54
Passeio em
pedregulho 0,25 3.113,53 778,38
Áreas verdes e
superfícies
arborizadas
0,15 5.365,20 804,78
Playgrounds 0,35 1.812,30 634,31
Área total (m²) 39.777,48 17.384,75
Novamente, utilizando a Equação 2, obtemos um coeficiente de escoamento
ponderado para o Cenário 2, de C = 0,44.
Tabela 7 - Valores de C estimados para o Cenário 3
Descrição Coeficiente (C) A (m²) Ci x Ai
Telhado
Convencional 0,9 7.264,89 6.538,40
Telhado Verde 0,5 10.897,34 5.448,67
Pavimento 0,7 6.655,92 4.659,14
Jardins 0,15 4.670,29 700,54
47
Passeio em
pedregulho 0,25 3.113,53 778,38
Áreas verdes e
superfícies
arborizadas
0,15 5.365,20 804,78
Playgrounds 0,35 1.812,30 634,31
Área total (m²) 39.777,48 19.564,22
Por fim utilizando a Equação 2, obtemos um coeficiente de escoamento
ponderado para o Cenário 3, de C = 0,49.
Dispondo dos valores de intensidade máxima média de precipitação,
coeficientes de escoamento superficial ponderados e área de drenagem, é possível
obter a estimativa da vazão de escoamento superficial para cada cenário
apresentado, empregando-se a Equação 1. A Tabela 8 expõem os resultados
encontrados.
Tabela 8 - Vazão de escoamento para os diferentes cenários
Vazão Redução do pico de vazão
Convencionais
Verdes ≤15°
Verdes > 15°
- -
------------------------------------- ( ) -----------------------------------
0,64 0,47 0,52 0,17 0,12
Verifica-se uma redução significativa de pico de vazão de
para , indicando a influência dos telhados verdes sobre o escoamento
superficial na área de estudo. O pico de vazão do loteamento reduziu em 26,56%.
48
Os resultados encontrados para maioria dos autores, - por exemplo, Kolb
(2003) que verificou em seu estudo um amortecimento dos picos de drenagem na
ordem de 75% - foram consideravelmente maiores. Essa discordância de valores
está principalmente relacionada ao fato dos outros estudos serem baseados em
protótipos de telhados verdes, e assim, sendo considerada 100% da área com
cobertura verde.
Uma circunstância que impediu a taxa de redução de escoamento através dos
telhados verdes mostrar-se mais eficiente, foi que no primeiro cenário a vazão
gerada não é tão elevada quanto poderia ser. Isso se deve a utilização de unistein
na pavimentação, ao invés de asfalto. Esse fator diminui consideravelmente o
coeficiente de runoff. Portanto, se pressupormos um cenário pessimista, substituindo
o unistein por asfalto, a vazão de escoamento gerada no loteamento seria maior e
assim evidenciaria o efeito positivo da aplicação de telhados verdes. Por exemplo,
supondo um valor de coeficiente de escoamento para pavimentos de 0,9,
encontramos no Cenário 1 uma vazão de 0,67 m³/s e desses forma a redução do
pico de vazão seria de 30,84%.
A redução do pico de escoamento de para
foi de 18,75%, o fato desse valor ser menor do que quando calculado para o
cenário dois, está de acordo com o que VanWoert et al. (2005) destacam em seus
trabalhos comparativos, onde observaram que quanto menor a inclinação do telhado
maior vai ser sua eficiência em diminuir o escoamento superficial.
Para trabalhos futuros é importante que sejam feitas investigações mais
profundas da região onde será implantada a técnica de controle, como clima,
espécies de vegetação que serão eficientes, inclinação e espessuras mais
indicadas.
As precauções de geração de escoamento dentro do loteamento são muito
importantes, devido aos aspectos do município, em virtude da topografia plana e do
solo com características hidromórficas a cidade está favorável aos acontecimentos
de alagamentos, que são maximizados através da impermeabilização severa e
integração dos sistemas de saneamento precária. A opção de utilizar os blocos
49
intertravados ou unistein, é uma forma de reduzir o escoamento através da
permeabilidade maior que esse material oferece, mas ainda não é o suficiente para
suprir a necessidade de ter um volume menor sendo lançado no sistema de
drenagem do município. Visto dessa forma, é claro a necessidade dos
empreendimentos e o poder público adequarem-se ao sistema de drenagem
sustentável.
No Brasil, a trajetória de uso de telhados verdes nas edificações como forma
de mitigar os danos causados pela urbanização, ainda é muito recente. Porém leis
para incentivar esse tipo de medida vêm sendo criadas, e dessa forma os
empreendimentos devem começar a se adequar a essa realidade.
Estados como Santa Catarina, São Paulo, Rio Grande do Sul, já possuem leis
para a implantação do telhado verde, como a Lei nº 14.243, de 11 de dezembro de
2007 do estado de Santa Catarina, que dispõe sobre a implementação de sistemas
de naturação através da criação de telhados verdes em espaços urbanos de Santa
Catarina.
A Lei nº 01-0622/2008 do estado de São Paulo, salienta, como forma de
incentivar a construção do telhado verde, a concessão de isenção parcial de
impostos predial e territorial urbano – IPTU (SÃO PAULO, 2008). A Instrução n.
22/2007 do estado do Rio Grande do Sul, visa garantir nos imóveis, Área Livre de
qualquer intervenção, permeável, passível de arborização e dá outras providências
(RIO GRANDE DO SUL, 2007). O Art. 7° desta mesma instrução, constitui medidas
alternativas para Área Livre que não puder ser mantida no lote: “I- Terraços e
coberturas vegetadas - manutenção de área descoberta, em estrutura permanente e
fixa, totalmente vegetada com uma camada de substrato (terra). A área de terraço
ou cobertura vegetada deverá ser de, no mínimo, o dobro da Área Livre não
atendida no terreno”.
Além da importância de leis referentes aos telhados verdes é relevante
também as considerações que as cidades fazem quanto a vazão de escoamento
gerada nos empreendimentos. Pelotas faz parte dos municípios que ainda não tem
esse tipo de controle, porém a tendência de desenvolvimento é seguir o exemplo de
50
cidades mais desenvolvidas nesse aspecto, como por exemplo, Porto Alegre que no
Decreto Municipal Nº 15.371 de 17 de novembro de 2006, em seu Art. 1º impõem
que toda ocupação que resulte em superfície impermeável, deverá possuir uma
vazão máxima de saída para a rede pública de drenagem igual a 20,8 L/(s.ha).
Se Pelotas tivesse algum decreto semelhante, os empreendimentos agiriam
de forma mais consciente e o incentivo a usar as medidas de controle na fonte de
geração seria maior. Controlar as inundações decorrentes da urbanização significa
implantar modelos que reduzam os excessos de vazão gerados por novas
edificações, sem comprometer as áreas a jusante.
51
6. CONCLUSÃO
Para o loteamento localizado em Pelotas – RS a utilização de telhados verdes
nas coberturas das edificações podem reduzir o pico de vazão em 26,56% para
telhados com 20 cm de espessura e menos de 15° de inclinação e em 18,75% para
telhados com 12 cm de espessura e mais de 15° de inclinação, de acordo com os
cenários analisados. Com isso, percebe-se a grande influência que as escolhas
construtivas dos telhados têm na sua eficiência, nesse caso, com destaque para a
inclinação.
Além das contribuições hidrológicas que reduzem o custo de implantação das
redes de drenagem e melhoram a condição de alagamentos dentro das cidades, a
utilização dos telhados verdes fornece diversos outros benefícios, que não foram
avaliados nesse estudo, mas citado por outros autores, a exemplo, do conforto
térmico, acústico e de controle qualitativo das águas pluviais.
Após analisar as pesquisas e artigos citados neste trabalho e os resultados
obtidos através da estimativa de vazão pelo método racional pode concluir-se que o
telhado verde atingiu seus principais objetivos e pode ser considerado uma
alternativa viável e eficiente no controle quantitativo do escoamento superficial,
evidenciando a importância da utilização de técnicas compensatórios principalmente
em grandes empreendimentos residenciais e industriais.
52
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