proposta de implantação de um sistema de telhado verde
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Universidade Federal do Rio de Janeiro
Proposta de implantação de um sistema de telhado verde
extensivo utilizando a técnica de wetland, na Escola Politécnica -
UFRJ.
Larissa Braga Pessanha
Fevereiro de 2017
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Larissa Braga Pessanha
Projeto de Graduação apresentado ao Curso
de Engenharia Civil da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro,
como parte dos requisitos necessários à
obtenção do título de Engenheiro.
Orientadora: Elaine Garrido Vazquez
RIO DE JANEIRO
FEVEREIRO DE 2017
iii
Larissa Braga Pessanha
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO
DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSÁRIOS À OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.
Examinado por:
Prof.ª Elaine Garrido Vazquez, D.Sc.
Prof.ª Leandro Torres Di Gregorio, D.Sc.
Prof. Lais Amaral Alves, M.sc.
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
FEVEREIRO DE 2017
iv
Braga Pessanha, Larissa
Projeto / Larissa Braga Pessanha – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola
Politécnica, 2016.
X , 54 p.: il.; 29,7 cm.
Orientadora: Elaine Garrido Vazquez.
Projeto de Graduação – UFRJ / Escola Politécnica / Curso de
Engenharia Civil, 2016.
Referências Bibliográficas: p.51-54.
1. Sustentabilidade. 2. Cobertura Verde. 3. Wetland construído. I.
Elaine Garrido Vazquez. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro,
UFRJ, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil. III. Projeto
v
Agradecimentos
Primeiramente а Deus qυе permitiu qυе tudo isso acontecesse, ао longo da minha vida,
е nãо somente nestes anos como universitária, mаs еm todos оs momentos.
A minha orientadora e professora Elaine pela orientação, apoio е confiança.
Aos meus pais, Denise e Dalton, e meu irmão, Lucas, pelo amor, incentivo е apoio
incondicional.
Aos amigos que nоs momentos da minha ausência dedicados ао estudo superior, sеmprе
fizeram entender qυе о futuro é feito а partir dа constante dedicação no presente.
A todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formação, о meu muito
obrigado.
vi
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte
dos requisitos necessários à obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Proposta de implantação de um sistema de telhado verde extensivo utilizando a técnica
de wetland, na Escola Politécnica - UFRJ
Larissa Braga Pessanha
Fevereiro 2017
Orientadora: Elaine Garrido Vazquez
Curso: Engenharia Civil
O presente trabalho apresenta um estudo sobre a metodologia de um sistema de telhado
verde extensivo utilizando a técnica de wetland e uma proposta de implantação deste
sistema em um exemplo prático para UFRJ, com o objetivo de apresentar uma técnica
compensatória sustentável para reaproveitamento de água de chuva. Foi feita uma
revisão bibliográfica sobre os tipos de coberturas verdes, suas propriedades e
particularidades, com o intuito de definir a composição para o objeto de estudo. A
utilização do sistema de telhado verde extensivo utilizando a técnica de wetland como
técnica de captação e tratamento das águas residuais pode ser uma das possíveis
soluções para a falta de água potável nos grandes centros urbanos, uma vez que o
sistema é capaz de filtrar as águas pluviais. A partir deste estudo, espera-se apresentar
uma metodologia de um sistema de wetland construído para reter a água de chuva e
tratar essa água residual para utilização com fins não potáveis, além de dar subsídios
para futuras pesquisas relacionadas ao tema.
Palavras-chave: telhado verde extensivo, wetland construído, reaproveitamento de
água de chuva.
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Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Engineer.
PROJECT OF A PROPOSAL OF IMPLANTATION OF NA EXTENSIVE GREEN
ROOF SYSTEM USING THE WETLAND TECHNIQUE AT ESCOLA
POLITÉCNICA - UFRJ
Larissa Braga Pessanha
February, 2017
Advisor: Elaine Garrido Vazquez
Course: Civil Engineering
Thist work presents a study about the methodology of green roof using wetland
technique and a prototype in a case study for UFRJ, with the aim of presenting a
sustainable compensatory technique for reuse of water.
A literature review was made on the matter of green roofs and wetland system‟s types in
order to define the composition of the object of study
Using wetland system as a technique for capture and treatemeant of wastewater can be
one of the possible solutions to the imnent issue of potable water in urban centers, since
the system is capable of filtering rainwater.
This study is expected to establish a methodology of a wetland system built to hold
rainwater and treat this wastewater for reuse in a non-potable purposes, in addition to
grants for future research related to the topic.
Keywords: extensive green roof, constructed wetland, water reuse.
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Sumário 1 Introdução ...................................................................................................................... 1
1.1 Referencial Teórico ............................................................................................ 1
1.2 Objetivo ............................................................................................................. 6
1.3 Justificativa ........................................................................................................ 7
1.4 Metodologia ....................................................................................................... 7
1.5 Descrição dos Capítulos ..................................................................................... 8
2. Wetland Construído - Telhado Verde Extensivo .......................................................... 9
2.1 Sistema Intensivo .............................................................................................. 10
2.2 Sistema semi-intensivo ..................................................................................... 11
2.3 Sistema Extensivo ............................................................................................ 12
2.3.1 Sistema Extensivo - Dryland ......................................................................... 14
2.3.2 Sistema Extensivo – Wetland Construído ..................................................... 15
2.3.2.1 Sistemas utilizando plantas aquáticas flutuantes ........................................ 23
2.3.2.2 Sistemas utilizando plantas aquáticas emergentes ..................................... 25
2.3.2.3 Sistemas utilizando plantas aquáticas fixas submersas .............................. 29
2.4 Projeto Executivo – Wetland Construído ......................................................... 30
3. Estudo de Caso: Proposta de implantação de um sistema de telhado verde extensivo
utilizando a técnica de wetland construído na Escola Politécnica - UFRJ ..................... 33
3.1 Apresentação ........................................................................................................ 33
3.2 Metodologia .......................................................................................................... 35
3.2.1 Sistema Adotado ............................................................................................ 35
3.3 Projeto Executivo ................................................................................................. 37
3.3.1 Dimensionamento – Sistema Wetland ........................................................... 42
4. Considerações Finais .................................................................................................. 44
Referências Bibliográficas .............................................................................................. 46
1 Introdução
1.1 Referencial Teórico
Desde a antiguidade, várias civilizações têm aprimorado várias técnicas de tecnologias
arquitetônicas que, de alguma forma, favoreçam o resfriamento do ar em ambientes
construídos. Dentre as técnicas conhecidas, a aplicação de telhados verdes, comumente
utilizados por civilizações da Mesopotâmia e Escandinávia, figura 1, foi resgatada por
idealizadores alemães na década de 60, por se tratar de uma alternativa viável e eficiente
diante de um panorama atual global, que visa esforços em reduzir resíduos industriais e
conservar os recursos naturais. (PECK et al., 1999)
Figura 1 - Torre Zigurate Fi
Fonte: http://historiacolegiojk.blogspot.com.br, 2016
Le Corbusier (1977) no seu esforço para encontrar “as condições de natureza” perdidas
na cidade maquinista, perguntou-se como fazer compatível a cidade moderna
tecnificada com a conservação (criação) de um habitat natural para o homem. Progresso
e inovação frente à tradição e condições naturais do meio, simbiose da cidade na
paisagem. Conhecem-se as respostas e hoje são usadas algumas de suas propostas com
finalidades inimagináveis: o terraço-jardim, figura 2, exemplifica bem como as soluções
ambientais podem ser habilmente combinadas com as arquitetônicas e urbanas;
obtendo-se com ele resultados não só energeticamente eficiente, mas também
encantadores. (MASCARÓ, 2010)
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Figura 2 - Imagem Terraço Villa Savoye de Le Corbusier, em Poussy, na França
Fonte: http://www.ultimatehouse.tv, 2016
O reconhecimento dos fatores positivos oferecidos pelos vegetais motivou a busca da
aliança de sistemas que comportem vegetais vivos como componentes integrados à
estrutura de ambientes construídos. (CURY, 2011)
As cidades têm crescido desde seu centro antigo com peculiaridades próprias, mas com
os mesmos conflitos, tais como: deterioração de sua periferia, estabelecimento de
indústrias de forma dispersa ou concentrada, mas sem estar “encaixada” no ambiente,
congestão, segregação, falta de participação. A paisagem sofreu profundamente essa
deterioração e precisa ser tratada com especial sensibilidade. Ela necessita ser a
protagonista novamente, sendo fundamental o papel que a vegetação desempenha nessa
recuperação. (MASCARÓ, 2010)
Ao mesmo tempo, uma rápida expansão populacional global junto com a tendência
urbanística está pressionando cada vez mais as cidades e seus sistemas de suporte à
população. (UNITED NATIONS, 2014)
O crescimento urbano altera o meio ambiente de diversas maneiras, incluindo o
aumento maior de temperatura nas cidades do que nos arredores. Esse efeito estufa
resulta da modificação do uso do solo, onde houve a troca das áreas verdes por prédios e
pavimentações. Essas estruturas são compostas por materiais que retém mais calor do
que as superfícies naturais. Além disso, os prédios descarregam calor antropogênico e
gases poluentes que restringem o espaço natural da corrente de ar. Simultaneamente os
espaços verdes que são necessários para acabar com esses efeitos desapareceram dos
centros urbanos. (SONG, KIM, 2013)
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Desta forma é necessário recuperar o olhar para o urbanismo integrado, desde os jardins
particulares até ambientes públicos, sejam eles bosques, canteiros, florestas urbanas,
tendo como objetivo a recuperação ampla das cidades modernas.
Sistemas de telhados verdes são conhecidos por apresentar diversos benefícios, como
moderação de temperatura interna de edificações, contenção temporária da água de
chuva, limpeza de poluentes atmosféricos, aumento da eficiência energética, isolamento
sonoro e provável atenuação do efeito da ilha de calor urbano. (DUNNET,
KINGSBURY, 2008, PACK et al, 1999; PLEDGE, 2005)
As infraestruturas verdes podem melhorar o efeito da ilha de calor urbana, contribuindo
positivamente para qualidade de vida e possibilitando a sustentabilidade em meios
urbanos com densidade elevada. “Esqueleto verde” (arquiteturas vivas) são uma forma
mais específica de infraestrutura verde que inclui paredes verdes e telhados verdes, para
áreas urbanas densas. Essas alternativas são uma nova aplicação (vertente) para biofilia
sustentável urbana e algumas formas podem ser construídas usando os princípios de
design ecológico dos wetlands construídos. (REVEL e ANDA, 2014)
A técnica de wetland construído é a simulação de um ecossistema natural reproduzido
em um ambiente distinto onde mecanismos básicos de ecologia são manipulados através
de princípios de engenharia civil e sanitária. (SALATI, 2006)
Ao redor do mundo, áreas urbanas estão sendo reformuladas para acomodar populações
maiores, incluindo a transformação de áreas industriais em residenciais ou com uso
misto do solo; e aumentando a densidade dos arcos urbanos centrais (in inner and
middle ring suburbs). Assegurar a sustentabilidade e a qualidade de vida dessas áreas
reconstruídas é primordial. A política urbana tem que mitigar os impactos negativos da
urbanização, como o aumento da drenagem urbana, efeito estufa, a perda dos espaços
verdes, e deve incluir a resiliência dos prédios para a mudança climática e a escassez de
recursos que abrangem ondas de calor, aumentando os danos na parte elétrica, chuvas e
custo com energia. Simultaneamente, as condições de qualidade de vida, saúde pública
e bem estar são críticas. (REEVE, DESHA E HARGREAVES, 2015)
O papel da natureza urbana na regulamentação do ambiente urbano vem sendo
considerada cada vez mais, principalmente dentro do contexto dos altos custos e
grandes dificuldades que as suas alternativas estão tendo de provir a mesma função. Sua
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função inclui reduzir a drenagem urbana, mitigar o efeito estufa, reduzir a demanda
energética dos prédios, retirar e reduzir a emissão de gás carbônico; melhorando a
qualidade do ar, aumentando a biodiversidade urbana; e gerando uma valorização
imobiliária. (e.g. GILL et al., 2007; BOLUND AND HUNHAMMAR, 1999)
Em Madrid, dois projetos chamaram a atenção. Em primeiro lugar o „Projeto Madrid
Rio‟, que realmente transformou a paisagem da cidade devolvendo as margens do rio
Manzanares aos cidadãos, figura 3, numa extensão de 5 km na área central. O segundo
foi o Projeto do „Anel Verde Ciclista‟, figura 3b, que permite, tanto ao caminhante
quanto ao ciclista, percorrer o entorno de Madrid por um sistema de vias que une
múltiplas áreas verdes, desde grandes parques a pequenas praças, de forma
independente do sistema rodoviário tradicional, facilitando ao cidadão a apropriação do
território com uma nova visão da paisagem, desvinculada do uso do automóvel.
(FRANCO, CASTEÑER E SOUSA, 2014)
Figura 3: Exemplos de aplicação de infraestrutura verde em Madrid
Fonte: Arquivo MARF, 2016
b) Equipamentos de infraestrutura verde
ao longo do Parque linear Manzanares,
próximo à Ponte de Segóvia, em
Madrid, 2014 (direita). Fonte: Arquivo
MARF
a) Margens modeladas com
revestimento de pedra ao longo do rio
Manzanares, em San Antonio de La
Florida, em Madrid, 2014
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A manifestação urbana da biofilia está dominando o planejamento e design do meio
ambiente na era moderna.
O termo biofilia foi utilizado pelo psicanalista Erich Fromm, que descrevia a biofilia
como “o amor apaixonado pela vida e por tudo que está vivo”, em 1973. O termo foi
utilizado mais tarde pelo biólogo americano Edward O. Wilson no seu trabalho Biofilia
(1984), o qual propõem que a tendência do homem de focar na natureza e em tudo que
tem vida tem, em parte, uma base genética. Mais importante, ele implica consequências
sérias no bem-estar da sociedade. Sendo assim, a destruição do meio ambiente pode ter
um impacto significativo na qualidade de vida não só materialmente, mas
psicologicamente.
A hipótese biofilia fornece base teórica com potencial para explicar os benefícios da
natureza urbana, como a melhora da saúde e do bem-estar. Esses benefícios têm
potencial para aumentar substancialmente a qualidade de vida das áreas urbanas com
densidade elevada, e fornecer benefícios econômicos com a redução dos custos com
saúde mental e física. (REEVE, DESHA E HARGREAVES, 2015)
Segundo Dixon et al (1999) a sustentabilidade urbana só será alcançada caso a
sociedade se direcione no sentido do uso eficiente e apropriado da água.
A água está entre as necessidades humanas básicas mais importantes e frequentemente
extrai uma reação forte das pessoas. John Ruskin mencionou “sem uma única exceção,
toda cada paisagem homérica, projetada para ser bonita é composta por um chafariz, um
campo e um bosque sombreado. ” O uso efetivo da água como um recurso de design é
complexo e depende de considerações como qualidade, quantidade, fluxo, limpidez e
outras características. Depois de décadas sendo banida das áreas residenciais, a água
agora está se tornando cada vez mais um importante recurso do design urbano. Se é a
utilização de águas pluviais ou a integração dos cursos naturais das águas no ambiente
construído, ou a incorporação dos elementos aquáticos nas áreas urbanas para fins
climáticos, ou a criação de ambientes mais tranquilos, todos estas questões não estão
apenas encontrando interesse renovado nos profissionais, mas também estão
encontrando com a apreciação do público em geral. (REVELL E ANDA, 2014)
Pesquisas e estudos sobre sistemas integrados de captação e tratamento de água para uso
sem fins potáveis surgem devido à necessidade da diversificação do abastecimento de
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água nas áreas urbanas dado a eminente crise hídrica, levando a uma tendência de reuso
de água.
Segundo Machado (2014), vários estudos mostram que no Brasil há crescimento das
aplicações com os wetlands construídos no tratamento de águas residuais,
potencializando cooperações com empresas de saneamento e universidades. Um
exemplo vem com o uso de filtro de macrófitas flutuantes, que apesar de amplamente já
pesquisado na Europa, despertou o interesse para aplicação de saneamento em várias
regiões do país. A realização do 2º Simpósio Brasileiro sobre aplicação de wetlands
construídos no tratamento de águas residuais, vai aumentar ainda mais o fortalecimento
para a constante busca por novos caminhos da pesquisa com os processos que podem
recuperar e gerar energia, recuperar e reciclar nutrientes, minimizar impactos ambientais
e permitir também maiores possibilidades de reuso das águas residuais.
1.2 Objetivo
O objetivo deste trabalho é propor um estudo de implantação de um sistema de telhado
verde extensivo utilizando a técnica de wetland construído na Escola Politécnica da
Univerdade Federal do Rio de Janeiro, apresentando este sistema, um sistema
alternativo de telhado verde utilizando plantas aquáticas, explicitando suas diferenças e
particularidades, visando compreender o funcionamento da técnica, bem como a forma
como os mesmos contribuem para o desenvolvimento sustentável de uma cidade.
O presente trabalho esclarecerá os benefícios da utilização das plantas aquáticas em um
telhado verde e como o sistema dessa forma pode trazer um resultado muito mais
completo, acrescentando ao sistema e ao resultado final o ganho da qualidade de água
permitindo o reaproveitamento da mesma para fins não potáveis.
Para demonstrar melhor o emprego desta técnica será apresentado uma série de
exemplos onde foi aplicado de forma assertiva em diversos projetos diferentes.
7
1.3 Justificativa
Essa situação que é vivenciada nos dias de hoje, onde a água se torna um fator
preocupante tanto nos grandes volumes presenciados nas enchentes quanto na eminente
crise hídrica, se gerenciada de forma assertiva pode tornar a água pluvial uma solução
para questão do abastecimento de água, reduzindo a demanda dos sistemas públicos de
abastecimento e ao mesmo tempo retirando o peso do seu volume nas enchentes
urbanas.
Ao invés de problema, as águas pluviais podem ser manejadas como uma das soluções
para o abastecimento descentralizado. Porém, o manejo dessas deve buscar aproveitar a
água precipitada antes que ela entre em contato com substâncias contaminantes,
armazenando-a para uso doméstico, criando condições de infiltração do excedente,
restaurando os fluxos naturais, disponibilizando mais uma alternativa para
abastecimento de água local e descentralizado (COHIM, GARCIA e KIPERSTOK,
2008).
Assim como todo sistema alternativo, a captação da água pluvial para uso não potável
necessita de estudos para verificar sua viabilidade e eficiência, que irá variar de acordo
com a região, devido a diferenças de potencial pluviométrico e características locais,
análise de possíveis riscos sanitários, projeto para compatibilização das instalações
hidráulicas prediais, dimensionamento do sistema de captação, reservatório, inclinação
necessária do jardim, escolha das plantas que irão ser utilizadas.
A esse respeito, a ABNT (2007) NBR 15527, determina que o uso da água captada deve
ser feito somente para fins não potáveis e, de acordo com o tratamento, esses usos
podem ser: descargas em bacia sanitárias, irrigação de gramados e plantas ornamentais,
limpezas de veículos, limpezas de calçadas e ruas, limpezas de pátios, espelhos d‟água e
uso industrial.
1.4 Metodologia
O tema telhado verde será abordado de uma forma geral junto com a sua classificação.
Em seguida será descrito duas técnicas de aplicação do telhado verde extensivo, wetland
e dryland. Para uma melhor compreensão, serão apresentados alguns exemplos.
8
A metodologia foi dividida em duas etapas: conceito e proposta de aplicação.
Na primeira etapa foi feita a revisão bibliográfica do tema, através de pesquisas
baseadas em livros, artigos, monografias, teses de mestrado e doutorado e anotações de
professores e profissionais da área.
Em seguida, na segunda etapa é elaborada a proposta de aplicação para UFRJ utilizando
a técnica de wetland construído. A ideia é poder contribuir para economia de água
potável e reutilizar a água captada da chuva.
1.5 Descrição dos Capítulos
Este documento é estruturado em quatro capítulos, nos quais o conceito da técnica de
wetland é exposto e aplicado em uma proposta de implantação.
No primeiro capítulo o tema foi apresentado, a necessidade de estar atento ao espaço
verde nos grandes centros urbanos, dado a significativa mudança da paisagem natural
das áreas urbanas e da sua alta densidade nos dias de hoje, e trazendo algumas soluções
como a infraestrutura verde. Em seguida, apresentou-se o objetivo e a justificativa para
o estudo, a metodologia aplicada para o desenvolvimento deste trabalho e a estruturação
do mesmo.
O segundo capítulo trata da revisão bibliográfica do tema, explicitando a técnica e os
conceitos acerca de telhados verdes, e algumas variantes como os wetlands e drylands,
bem como as suas características, vantagens e desvantagens e a aplicabilidade.
A parte prática do trabalho está no terceiro capítulo, onde é feita uma proposta de
aplicação de um sistema de telhado verde extensivo utilizando a técnica de wetland, na
Escola Politécnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro.
No quarto capítulo são apresentadas as considerações finais referentes ao trabalho
realizado, bem como sugestões de trabalhos futuros.
Por fim se apresenta as referências bibliográficas e anexos.
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2. Wetland Construído - Telhado Verde Extensivo
O telhado verde é um sistema construtivo caracterizado por uma cobertura vegetal feita
com grama ou plantas, instalado em lajes ou sobre telhados convencionais e consiste em
camadas de impermeabilização e de drenagem, as quais recebem o solo e a vegetação
indicada para o projeto. (CORSINI, 2011).
Pode-se classificar os telhados verdes em três tipos, segundo a associação INGRA
(Associação Internacional de Telhados Verdes): sistema intensivo, sistema semi-
intensivo e sistema extensivo. Como podemos verificar no quadro 1.
Quadro 1- Classificação telhados verdes
Itens Sistema Intensivo Sistema Semi-Intensivo Sistema Extensivo
Manutenção Alto Periodicamente Baixo
Peso 180 - 500 kg/m3 120 - 200 kg/m3 60 - 150 kg/m3
Custos Alto Médio Baixo
Uso Parque igual a um
jardim Projetado para ser um
telhado verde Camada de
proteção ecológica
Fonte: Autora, 2016
A representação gráfica de cada tipo de cobertura verde exposta na Figura 4 indica as
diferenças entre eles.
Figura 4 – Representação gráfica dos tipos de cobertura.
Fonte: SAVI, 2012
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2.1 Sistema Intensivo
Almeida (2008) descreve as coberturas verdes intensivas como sendo as que necessitam
de “estrutura complexa de implantação e uma grande manutenção” onde vários tipos de
plantas podem ser utilizados, desde gramíneas até árvores e arbustos. Esse tipo de
cobertura verde raramente é utilizado em grandes inclinações já que o seu peso a torna
mais suscetível a deslizamentos.
Os telhados intensivos, figura 5, comportam plantas de nível médio a grande, variando
desde pequenas plantas a árvores frutíferas, podendo oferecer espaços verdes acessíveis
ao usuário, e necessitam de muita manutenção e cuidados específicos, como a de um
jardim comum. Neste tipo de vegetação, o telhado verde também protege a cobertura da
radiação ultravioleta aumentando sua vida útil. Os telhados verdes intensivos
demandam mais água e adubo, precisam de uma camada de substrato maior de no
mínimo 30 cm, além de necessitar de um sistema de irrigação e drenagem e de reforço
estrutural que suporte maior capacidade de carga, pesando entre 100 a 200 kg/m² sem a
saturação da água. (SILVA, 2011; SAVI, 2012; GARTLAND, 2010 apud CATUZZO,
2013; IGRA, 2015).
Figura 5 – Cobertura Verde Intensiva
Fonte: http://obviousmag.org, 2016
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2.2 Sistema semi-intensivo
As coberturas verdes semi-intensivas seriam o meio termo entre as intensivas e as
extensivas, uma combinação entre os dois tipos de coberturas verdes. Se comparadas as
extensivas elas necessitam de mais manutenção, os custos são mais elevados e o peso é
maior, porém permitem que seja feito um paisagismo mais elaborado na área de acordo
com a Associação Internacional de Telhados Verdes (INGRA, 2012).
A seguir, na Figura 6, podemos ver um exemplo dessa aplicação realizada em Chicago
no City Hall.
Figura 6 – Cobertura Verde Semi-extensiva – Chicago City Hall
Fonte: http://www.worldbusinesschicago.com, em março de 2016
Novamente nos Estados Unidos agora em Indianapólis encontramos um exemplo de
cobertura semi-intensiva aplicada em uma edificação, como podemos observar na
Figura 7.
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Figura 7 – Cobertura semi-intensiva em edificação em Indianápolis, EUA.
Fonte: SAVI, 2012
2.3 Sistema Extensivo
As coberturas verdes extensivas se caracterizam por serem estruturas mais simples em
que praticamente não se faz necessária a manutenção e intervenção humana. A Figura 8
apresenta um exemplo desse sistema aplicado em um centro urbano.
Figura 8 – Cobertura extensiva do prédio da Schlumberger, no Rio de Janeiro.
Fonte: http://www.studiocidadejardim.com.br, acesso em fevereiro de 2015
13
Normalmente não permite a sua utilização como área de lazer. Trata-se de um sistema
mais leve por necessitar de menor quantidade de substrato e assim armazenar menos
água, o que a torna mais viável economicamente. Geralmente são mais baratas que as
coberturas intensivas tanto na construção quanto na manutenção (DUNNETT;
KINGSBURY, 2008).
Telhados verdes extensivos são instalados geralmente para fornecer serviços
específicos, com temperaturas de verão reduzidas e captação de água da chuva como
sendo os mais amplamente estudados (Oberndorfer et al., 2007). Vegetação, com
crescimento médio e os componentes da engenharia, todos contribuem para a
performance dessas funções (Dunnett and Kingsbury, 2010), e comparativamente pouco
trabalho tem sido feito para quantificar o papel das diferentes espécies de planta na
performance do telhado verde (Dunnett and Kingsbury, 2010).
Esse sistema pode ser aplicado na forma de dryland, no formato clássico e wetland,
utilizando plantas aquáticas; e em muitos casos são implantados conjugadamente, pois
um complementa o outro já que o dryland realiza a função de captação da água das
chuvas e o wetland auxilia no processo de purificação da mesma.
A cobertura extensiva foi aplicada no prédio da Escola de Arte da Universidade de
Nanyang. (Figura 9).
Figura 9 – Cobertura Verde Extensiva – The School of Art Design, Nanyang University,
Fonte: Dunnett e Kingsbury, 2008.
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2.3.1 Sistema Extensivo - Dryland
As coberturas verdes, coberturas ajardinadas ou telhados verdes consistem na utilização
de uma cobertura vegetal sobre as edificações podendo ser implantadas sobre lajes ou
sobre os próprios telhados. (BLANCO, 2012)
O sistema de coberturas verdes consiste na sobreposição de diversas camadas sobre uma
superfície estrutural que, de modo geral, incluem: camada a prova de água
(impermeabilização), sistema de drenagem, substrato (meio de crescimento das
vegetações) e plantas. Esse sistema construtivo pode ser parte de uma produção pré-
fabricada ou cada camada pode ser instalada separadamente na obra, o que é definido
com base nos objetivos e restrições de cada projeto. As coberturas verdes com pequena
espessura de substrato, ou seja, leves, são denominadas pela literatura como coberturas
verdes extensivas. Já as coberturas com grande espessura de substrato são denominadas
coberturas verdes intensivas (ROSENZWEIG; GAFFI; PARSHALL, 2006 apud
LOPES, 2007).
De acordo com Osmundson (1999), antes da Segunda Guerra Mundial foram
construídos dois telhados jardins que ainda são referência até os dias atuais, são eles o
jardim Derry e Toms, em Londres e o Rockfeller Center, em Nova York (Figura 10),
ambos construídos em 1930. O Rockfeller Center ainda hoje é considerado o telhado
jardim mais famoso dos Estados Unidos. Seu idealizador foi Raynond Hood que propôs
várias coberturas verdes conectadas por pontes, porém após sua morte apenas parte de
seu projeto foi construído.
Figura 10– Rockfeller Center
Fonte: Osmundson, 1999
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Um dos exemplos de cobertura verde no nosso país está no Rio de Janeiro, no Palácio
Gustavo Capanema, no centro da cidade. A figura 11 mostra o terraço do edifício, com
jardins projetados pelo paisagista Burle Marx.
Figura 11– Terraço do Jardim do Palácio Gustavo Copacabana.
Fonte: https://br.pinterest.com, em março de 2016
2.3.2 Sistema Extensivo – Wetland Construído
O termo wetland vem do inglês (wet: úmido, encharcado e land: terra, solo), e o termo
construído dá as dimensões de um sistema projetado sob condições controladas e com
princípio de impermeabilização do solo para impedir a infiltração (USEPA,1993).
Um wetland construído é aquele cuja finalidade específica é o controle da poluição e o
manejo de resíduos em um local diferente de onde existe um wetland natural (USEPA,
1993).
Os wetlands construídos são, tipos de sistemas artificiais manejáveis, que tem
despertado acentuado interesse mundial. Segundo WETZEL (1993) isto se deve em
parte ao movimento preservacionista de wetlands naturais.
Em suma, é a simulação de um ecossistema natural reproduzido em um ambiente
distinto onde mecanismos básicos de ecologia são manipulados através de princípios de
engenharia civil e sanitária. Assim sendo, o mecanismo de tratamento dos wetlands
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construídos é baseado em wetlands naturais, onde microorganismos, plantas e animais
nativos trabalham juntos para reduzir os poluentes da água. (DORNELAS, 2008)
Wetlands naturais são definidos como terras onde a superfície da água está próxima ou
na superfície do terreno por tempo suficiente, ao longo do ano, para manter o solo em
condições saturadas para a vegetação relacionada. (DORNELAS, 2008). Os pântanos,
mangues e brejos são exemplos naturais de wetlands. (USEPA, 1993).
De toda forma, tais sistemas estão entre uma das mais eficientes tecnologias
recentemente comprovadas para o tratamento de águas residuais. Comparado com
sistemas de tratamento convencionais, as wetlands construídas são de baixo custo, de
fácil operação e manutenção, e tem um grande potencial para aplicação em países em
desenvolvimento, particularmente em pequenas comunidades rurais. Porém, estes
sistemas ainda não se encontram muito difundidos, devido à falta de conhecimentos
técnicos e peritos locais para o desenvolvimento dessa tecnologia (KIVAISI, 2001).
Os métodos de telhado verde têm avançado com estudo de espécies adequadas, taxa de
crescimento, design dos sistemas, propriedades térmicas e energéticas, impactos
econômicos e ambientais. Considerando esse desenvolvimento nos estudos, a
possibilidade da utilização de plantas aquáticas e sistemas aquáticos tem sido olhado de
forma extensiva. (SONG; et al / Building and Enviroment, 2013)
Em comparação a barreira aquática provida pelo wetland construído possui uma
evaporação e propriedades de desempenho de isolamento melhores do que o substrato
utilizado nos sistemas de telhados verdes terrestres, drylands. A maior capacidade de
estocar água das plantas dos wetlands aumentam sua eficiência. Sendo assim, a
utilização dos wetlands como telhado verde, figura 12, oferece diversas vantagens do
que as providas pelos sistemas tradicionais de telhado verde. Os benefícios adicionais
da criação de wetlands nas áreas urbanas inclui a melhoria da qualidade do ar, regulação
do microclima, redução do ruído e agregar valor cultural e recreativo. (SONG; et al,
2013)
17
Figura 12- Tanque estudo de caso de wetland
Fonte: SONG et al; Building and Enviroment, 2013
De maneira geral, os wetlands construídos, figura 13, podem ser utilizados para o
tratamento de diversos tipos de efluentes, tais como esgotos domésticos a níveis
secundários e terciários, efluentes industriais, água da chuva e até para o tratamento de
chorume (SCHARF et al., 2006, p.3).
Figura 13- Wetland de fluxo horizontal subsuperficial - Condomínio
Residencial Floresta, na cidade de Lajeado – RS
Fonte: SOUZA, 2015
18
A utilização dos wetlands construídos como sistemas de tratamento de águas residuais
têm se intensificado nestas últimas décadas. Estes sistemas têm sido matéria de muitas
discussões, as quais apresentam um ponto positivo: o desenvolvimento de pesquisas e
experimentos conduzindo para um maior conhecimento e experiências nessa linha de
pesquisa (HARBEL, 1997).
Segundo KADLEC & KNIGHT (1996), o principal objetivo da utilização de sistemas
de wetlands construídos, é a melhoria da qualidade da água, seguido por objetivos
secundários, tais como: produção fotossintética, produção de energia, podendo também
ser utilizados recreacionalmente, comercialmente e para educação humana.
Dentre as aplicações práticas mais citadas de wetlands, estão aquelas referentes ao
tratamento de águas residuais com vazões relativamente pequenas, devido ao
requerimento de grandes áreas para sua implantação quando utilizadas maiores vazões.
Assim, tais aplicações tendem a se concentrar no tratamento de águas residuais de
pequenas comunidades e indústrias, embora não estejam restritas somente a estes casos
(LAUTENSCHLAGER, 2001).
No Brasil, a primeira tentativa de utilização de sistemas de wetlands construídos para
purificação de águas foi feita por SALATI & RODRIGUES (1982), com a construção
de um lago artificial nas proximidades de um córrego altamente poluído (Rio
Piracicamirim) localizado em Piracicaba/SP.
Outros trabalhos, com utilização de sistemas de wetlands construídos, vêm sendo
desenvolvidos no Brasil, dentre os quais cabe ressaltar: ROQUETE PINTO et al (1998)
do Instituto Nacional de Tecnologia, VALENTIM &ROSTON (1998) da UNICAMP,
representado na Figura 14, GIOVANNINI & MOTTA MARQUES (1998) da
Universidade Federal do Rio Grande do Sul e PHILIPPI et al (1998) da Universidade
Federal de Santa Catarina, Figura 15.
19
Figura 14 – Wetland Construído, VALENTIM &ROSTON (1998) da
UNICAMP.
Fonte: VALEMTIM, 2013
Figura 15 – Wetland Construído da Universidade Federal de Santa Catarina.
Fonte: www.gesad.ufsc.br, 2016
Com o desenvolvimento da técnica e sendo verificado seu resultado positivo em
diversas localidades, sua aplicação vem sendo divulgada. Piracanga é uma ecovila
20
localizada em Ilhéus, e como eles estão isolados de qualquer serviço público de
saneamento e distribuição de água, eles presam de forma extensiva a preservação da
natureza e da água ao redor. Utilizam desta forma para purificar a água utilizada o
sistema de wetland construído, figura 16, com a utilização da Eichornia crassipes,
conhecida como aguapé.
Figura 16 – Wetland construído em Piracanga
Fonte: http://g1.globo.com/globo-reporter, 2016
A figura 17, ilustra o sistema wetland construído, no Parque Industrial de Changshu, a
cerca de 2 horas de Xangai. O sistema compreende uma sequência de wetlands
verticais, superficiais e subsuperficiais, ocupando uma área de 4 hectares, com uma
capacidade de tratamento de 4000 m3/d. A estação estava em fase de partida, com
plantas ainda em crescimento. (Grupo de Estudos em Sistemas Wetlands Construídos
Aplicados ao Tratamento de Águas Residuárias Publicação online Boletim Wetlands
Brasil N° 2 – Dezembro/2014)
21
Figura 17 – Sistema wetland construído, Parque Industrial de Changshu
Fonte: Publicação online Boletim Wetlands Brasil N° 2, em junho de 2016
O princípio de tratamento em wetlands sejam naturais ou construídos, se baseia na
interação entre os componentes solo, água, planta e ar, e envolve fenômenos físicos,
químicos e biológicos. O processo físico envolve a sedimentação e a filtração das
partículas em suspensão, sendo o maior responsável pela redução da demanda
bioquímica de oxigênio, DBO. O processo químico do tratamento envolve a adsorção,
aglutinação e a precipitação, responsáveis pela remoção do fósforo e metais pesados.
Em termos de processo biológico, pode se dizer que este é a chave para a performance
do tratamento, pois os micro-organismos são responsáveis pela degradação da matéria
orgânica, nitrificação em zonas aeróbias e desnitrificação em zonas anaeróbias
(WENDLAND & CHIARAWATCHAI, 2006, p.8). Além dos micro-organismos, as
macrófitas também desempenham um papel importante no que se refere a remoção de
nutrientes e metais.
Várias técnicas de wetlands construídos surgiram no decorrer dos anos, que são
selecionadas de acordo com o que é desejado em relação ao efluente, da eficiência da
remoção dos nutrientes, poluentes e contaminantes presentes.
Inúmeras são as plantas, ou macrófitas (plantas vasculares cujos tecidos são visíveis),
que podem ser empregadas em wetlands construídas. O termo macrófita inclui desde as
22
plantas aquáticas vasculares (angiospermas, como exemplo clássico cita-se a taboa –
Typha spp.) até algumas algas cujos tecidos podem ser visivelmente identificados. As
macrófitas, como todos os outros organismos fotoautotróficos, utilizam energia solar
para assimilar carbono inorgânico da atmosfera na produção de matéria orgânica que
servirá de fonte de energia para seres heterotróficos – animais, bactérias e fungos
(BRIX, 1997).
Sua escolha, basicamente, está relacionada à tolerância da planta quanto a ambientes
saturados de água (ou esgoto), ao seu potencial de crescimento, à presença dessas
plantas nas áreas onde o sistema será implantado, facilitando a adaptação às condições
climáticas da área em questão, além do baixo custo para o plantio e manutenção (poda
regular, reaproveitamento, etc.) (IWA Specialist Group on Use of Macrophytes, 2000).
Dentre as diversas espécies de macrófitas que podem ser utilizadas em sistemas de
wetlands construídos, Stottmeister et al. (2003) destacam as: Phragmites australis,
Juncus spp., Scirpus spp., Typha angustifolia, Typha latifolia, Iris pseudacorus, Acorus
calamus, Glyceria maxima e Carex spp. No entanto, apesar de todas essas espécies
serem adequadas, as mais empregadas são os tipos de canas (Phragmites spp.), de
juncos (Juncus spp.) e taboas (Typha spp.). (STOTTMEISTER et al. 2003)
Brix (1993) resumiu os sistemas de wetlands construídas utilizando macrófitas, quadro
2, que podem ser classificados como sistemas utilizando plantas aquáticas flutuantes,
sistemas utilizando plantas aquáticas emergentes e sistemas utilizando plantas aquáticas
fixas.
Quadro 2- Classificação dos sistemas de wetland construído
Classificação Sistemas de Wetland Construído
Sistemas utilizando plantas aquáticas (macrófitas) flutuantes
Sistemas utilizando plantas aquáticas (macrófitas)
emergentes
Fluxo Superficial
Fluxo Subsuperficial Horizontal
Fluxo Subsuperficial Vertical
Sistemas utilizando plantas aquáticas (macrófitas) submersas
Fonte: Adaptado de Brix, 1993.
23
2.3.2.1 Sistemas utilizando plantas aquáticas flutuantes
As macrófitas flutuantes abrangem uma grande variedade de espécies de plantas, que
usualmente são aplicadas em canais rasos, os quais podem conter apenas uma espécie
ou uma combinação delas.
A espécie mais estudada é a Eichornia crassipes, figura 18, devido as suas
características proporcionarem uma maior adaptabilidade e um ótimo crescimento
vegetativo, conhecida no Brasil como aguapé.
Figura 18 – Eichornia Crassipes – aguapé
Fonte – http://www.outdooralabama.com, acesso 2017
A utilização desta planta é devida a sua capacidade de resistir a águas altamente
poluídas com grandes variações de nutrientes, pH, substâncias tóxicas, metais pesados e
variações de temperatura. Por estas características, o aguapé, que é uma das plantas
mais produtivas no mundo, tem apresentado problemas sérios nas regiões tropicais e
subtropicais, nas quais pela sua capacidade de reprodução e crescimento tem
apresentado problemas sérios no bloqueamento de canais e rios, prejudicando o tráfego
de barcos, bem como, auxiliando na proliferação de vetores de doenças tropicais
(National Academy of Sciences, 1976)
Essas características que podem prejudicar e em muitos casos colocar a espécie como
uma praga sendo desafiadora para o meio ambiente, pode ser utilizada também nos
24
sistemas de filtração de água, como os sistemas de tratamento terciário para remoção de
nutrientes nos quais, especialmente o fósforo e o nitrogênio são incorporados à
biomassa das plantas. A biomassa é removida frequentemente de tal maneira a se
manter o máximo de produtividade primária e para a remoção dos nutrientes
incorporados (TRIVEDY & GUDEKAR, 1985).
A eficiência do aguapé na remoção de sólidos em suspensão está bem documentada. A
maior parte dos sólidos em suspensão são removidos por sedimentação ou por adsorção
no sistema radicular das plantas (DEBUSK et al, 1984).
Os sistemas de purificação de água utilizando aguapé estão suficientemente
desenvolvidos para serem utilizados em regiões tropicais e subtropicais. Os critérios
para projetos têm sido publicados por REDD et al. (1988); WEBER, &
TCHOBANOGLOUS (1986).
Outras espécies de plantas têm sido estudadas para a purificação de águas em sistemas
utilizando plantas flutuantes, figura 19. Assim, Lemna, Spirodella e Wolffia sp., têm
sido investigadas, embora não com tanta frequência como o aguapé (NGO, 1987;
SUTTON, & ORNES, 1975)
Figura 19 – Desenho esquemático de um canal com plantas flutuantes
Fonte – SALATI, 2000
Essas plantas cobrem a superfície evitando a penetração da luz e a produção de algas e
plânctons e também criam condições mais adequadas que favorecem a desnitrificação.
São de fácil manejo e contêm duas vezes mais proteínas, gordura, fósforo e nitrogênio
que o aguapé (CULLY & EPPS, 1973; HILLMAN & CULLY, 1978). Os principais
problemas no manejo são os ventos fortes que podem remover as plantas, sendo assim
necessário o planejamento de barreiras flutuantes. O tempo de residência nestes
sistemas é, em condições de verão (hemisfério norte), da ordem de 30 dias e no inverno
de alguns meses (NGO, 1987).
25
Desta forma, pode-se dizer que um sistema utilizando plantas flutuantes tem sua
eficiência devido as características dessas espécies que proporcionam absorção de
partículas pelo seu sistema radicular, de metais e nutrientes, além da ação de
microorganismos associados à rizosfera e o transporte de oxigênio para mesma.
Aponta-se que as vantagens desse sistema incluem o baixo custo de implantação e alta
eficiência na melhoria dos parâmetros da qualidade da água.
2.3.2.2 Sistemas utilizando plantas aquáticas emergentes
As espécies mais utilizadas em projetos têm sido a Phragmites australis, a Typha
latifolia e a Scirpus lacustris. Todas essas espécies são morfologicamente adaptadas
para se desenvolverem em sedimentos inundados em decorrência dos grandes volumes
de espaços internos capazes de transportar oxigênio para o sistema radicular
(ARMSTRONG et al, 1991). As espécies típicas de macrófitas aquáticas emergentes
são conhecidas de forma genérica pelo nome de juncos, que são plantas herbáceas de
diversas famílias. As macrófitas emergentes que possuem o sistema radicular fixo no
substrato representam as formas dominantes dos wetlands naturais. Estas plantas podem
se desenvolver em situações nas quais o nível do lençol freático está 50 cm abaixo do
nível do solo até situações nas quais o nível de água está 150 cm acima do nível do solo.
(SALATI, 2009)
A utilização dessa técnica de plantas aquáticas emergentes com finalidade de
purificação de água é encontrada em três esquemas básicos, macrófitas emergente com
fluxo superficial, fluxo sub-superficial horizontal e fluxo vertical.
Sistemas com fluxo superficial
O sistema de wetland construído com macrófitas emergentes com sistema com fluxo
superficial, representado pela figura 20, é um dos mais antigos sistemas de wetlands
construídas, com mais de 30 anos de operação na Holanda (GREINER & DE JONG,
1984). Um projeto típico consiste de um canal com 3-5 metros de largura e da ordem de
100 m de comprimento. No solo é cultivada uma planta típica dos sistemas naturais de
wetlands, tais como Phragmites australis, Typha latifolia ou Scirpus lacustris. Uma
lâmina de água de 10-40 cm é mantida sobre a superfície do solo. A purificação da água
26
ocorre por diversos mecanismos de ação de microrganismos que ficam fixados no liter,
na superfície do solo e na parte submersa do caule das plantas. Dependendo da
legislação do país ou estado, o sistema deve ser implantado sobre camadas de argila
e/ou mantas plásticas especiais. (SALATI, 2009)
Figura 20 – Desenho esquemático de um canal com com macrófitas emergentes
com fluxo superficial.
Fonte – SALATI, 2000
A água circula de forma horizontal como em um lençol freático sobre o substrato. Desta
forma apresenta um mosaico de zonas aeróbias e anaeróbias, figura 21, favorável ao
processo de degradação que é efetuada no tratamento das matérias orgânicas no
efluente. (Aquatiris, 2013)
Figura 21 – Desenho esquemático de um canal com com macrófitas emergentes
com fluxo superficial.
Fonte – Hammer, D.A. 1992. Creating Freshwater Wetlands
Sistemas com fluxo subsuperficial horizontal
Sistemas com fluxo subsuperficial, figura 22, utilizadas para o tratamento de águas
residuais foram primeiramente empregadas como tecnologia na Europa Ocidental em
27
pesquisas conduzidas por Seidel (1966), apud USEPA (1993) no começo dos anos 80, e
por Kickuth (1977), apud USEPA (1993), no final da década de 70 e início dos anos
oitenta. (DORNELAS, 2008)
Sistemas deste tipo utilizando Phragmites australis, foram construídos em 1970 na
Alemanha (BRIX, 1987; KICKUTH, 1977). Algumas centenas destes projetos foram
construídas e estão em operação na Dinamarca, Alemanha, Inglaterra e nos Estados
Unidos da América. As plantas têm duas funções importantes no processo, fornecendo
oxigênio para os microrganismos na rizosfera e aumentando e estabilizando a
condutividade hidráulica. O total de nutrientes retirado e armazenado nos tecidos das
plantas é pequeno quando comparado com o total que existe na água afluente ao
sistema. As experiências obtidas com este tipo de sistema demonstram boa eficiência na
remoção de sólidos suspensos e DBO (FINDLATER et al, 1990; SCHIERUP et al,
1990). O efluente a ser purificado é introduzido através de um colchão de pedriscos,
procurando-se induzir um fluxo horizontal, em um lençol de pedras ou pedriscos, no
qual estão cultivadas as plantas escolhidas para o sistema. Foi identificado alguns
relatos de possíveis dificuldades com o surgimento de um fluxo superficial que pode
causar obstrução reduzindo o fluxo.
Figura 22 – Desenho esquemático de um canal com com macrófitas emergentes
com fluxo sub-superficial.horizontal
Fonte – SALATI, 2000
Dentre os wetlands construídos destacam-se os wetlands horizontais de fluxo
subsuperficial, figura 23, que é um conceito largamente aplicado e potencialmente
promovem tratamento satisfatório, quando dimensionadas corretamente e se utilizam
materiais adequados para sua construção e operação. No entanto, são necessárias mais
pesquisas a respeito dessa tecnologia já que ainda existem várias lacunas no que diz
28
respeito ao conhecimento de seu funcionamento para, assim, prover os engenheiros de
modelos e detalhes mais previsíveis (COLE, 1998).
Figura 23– Desenho esquemático de um canal com com macrófitas emergentes
com fluxo sub-superficial.
Fonte – Hammer, D.A. 1992. Creating Freshwater Wetlands
Sistemas com fluxo vertical
Um sistema utilizando macrófitas emergentes com fluxo vertical, representado pela
figura 24, pode ser utilizado quando se requer maior condutividade hidráulica e maior
oxigenação no sistema radicular (BRIX & SCHIERUP, 1990).
Figura 24 – Desenho esquemático de um canal com com macrófitas emergentes
com fluxo sub-superficial.vertical
Fonte – SALATI, 2000
As informações dos sistemas que utilizam esta tecnologia, figura 25, indicam boa
remoção de sólidos suspensos, Demanda Bioquímica de Oxigênio, Amônia e Fósforo.
29
Uma alternância de funcionamento, permitindo uma drenagem total aumenta o
oxigenação da rizosfera e do substrato (HILL & SAWHNEY., 1981).
Figura 25 – Desenho esquemático de um canal com com macrófitas emergentes
com fluxo sub-superficial.
Fonte – Hammer, D.A. 1992. Creating Freshwater Wetlands
2.3.2.3 Sistemas utilizando plantas aquáticas fixas submersas
As macrófitas aquáticas submersas, representadas pela figura 26, ficam totalmente
submersas e quando são expostas ao sol, geralmente seus tecidos fotossintéticamente
ativos são destruídos. As espécies mais encontradas são a Isoetes Lacustris, Lobelia
Dortmanna e a Egéria sp. A utilização destas macrófitas aquáticas submersas para
purificação e controle de qualidade de águas, através de wetlands construídas, é feita
através de canais estreitos e longos com profundidade variável. (SALATI, 2009).
Estas macrófitas podem absorver os nutrientes dos corpos hídricos. Como, porém, só se
desenvolvem bem em águas bem oxigenadas, não têm sido recomendadas para
tratamento de esgoto urbano, embora alguns experimentos tenham tido bom êxito
mesmo para tratamento primário com Elodea Nuttallii (BISHOP & EIGHMY, 1989).
Os trabalhos de utilização desta técnica em sistemas de wetlands construídos estão
ainda em um estágio experimental, especialmente com a utilização das espécies Egeria
30
densa, Elodea canadensis, Elodea nuttallii, Ceratophyllum demersum e Hydrilla
verticillata. Sua utilização tem sido recomendada para os estágios finais de sistemas de
wetlands construídos (MCNABB, 1976; REED et al, 1988).
Figura 26 – Desenho esquemático de um canal com plantas aquáticas fixas
submersas.
Fonte – SALATI, 2000
2.4 Projeto Executivo – Wetland Construído
O sistema construtivo se divide em três etapas, sendo elas a captação da água da chuva,
absorção e estocagem no sistema de wetland construído e saída do efluente do sistema
para aproveitamento da água da chuva para uso não potável.
Na figura 27 a seguir podemos ilustrar o processo de captação, que no estudo de caso
foi feita a escolha de utilizar as calhas já existentes no prédio para captar a água da
chuva que será encaminhada para segunda etapa.
Figura 27 – Captação água da chuva pelo sistema de telhado verde tradicional
Fonte : http://2011.solarteam.org - Water Shed (Univerdade de Maryland) , 2016
31
Na segunda etapa, figura 28, é a absorção e estocagem no sistema de wetland
construído, onde efetivamente ocorre o tratamento da água captada pelas plantas
aquáticas que compõem o sistema de wetland.
Figura 28 – Absorção e estocagem no sistema de wetland construído
Fonte : http://2011.solarteam.org - Water Shed (Univerdade de Maryland) , 2016
Finalizando o processo vem a terceira etapa, conforme figura 29, onde será executado o
sistema para saída do efluente para fins não pontáveis. Certificando que ao sair do
sistema de wetland uma amostra do efluente seja levada para análise, garantindo que o
mesmo esteja pronto para ser utilizado.
Figura 29 – Saída do efluente do sistema
Fonte : http://2011.solarteam.org - Water Shed (Univerdade de Maryland) , 2016
32
2.4.1 Dimensionamento – Sistema Wetland
Esta alternativa tecnológica não está contemplada em normas técnicas brasileiras, o que
dificulta a uniformização dos parâmetros e critérios para seu dimensionamento. Na
literatura internacional, existem diversos modelos e critérios para projetá-los, sendo que
grande parte está voltada à remoção da carga orgânica. Dentre as mais pertinentes,
Hammer (1989), Conley et al. (1991) e Crites (1994) consideram os wetlands
construídos como reatores biológicos de biofilme fixo, prevendo para estes uma
remoção da matéria orgânica segundo a cinética de primeira ordem, aplicável mais
especificamente em wetland construído com fluxo subsuperficial horizontal.
Lara Borrero (1999) e Nogueira (2003) alertam para a necessidade de estudo desses
sistemas em países em desenvolvimento com clima tropical, clima este muito diferente
daquele onde os wetlands construídos foram originalmente concebidos.
Dados encontrados na literatura sugerem uma área de 0,5-3 m² por pessoa quando a
escala é reduzida para uso domiciliar (Buenfil, 2004; Shrestha et al., 2001; Jenssen et
al., 2005).
Vymazal et al. (1998) indicam valores na ordem de 1,6 m2 por pessoa. Sezerino e
Philippi (2000), reduziram a área requerida para valores de 0,8 m2 por pessoa para tratar
efluente de uma residência padrão (5 pessoas), sem que a performance de tratamento
fosse afetada significativamente.
Para os wetlands construídos com fluxo subsuperficial horizontal os modelos oriundos
da cinética de primeira ordem, em termos de matéria orgânica carbonácea, aplicável aos
reatores tipo pistão são os mais amplamente utilizados para prever a área superficial
necessária para a promoção do tratamento secundário de águas residuárias ou de baixa
carga orgânica. Estes modelos, onde a taxa de remoção da DBO é diretamente
proporcional a sua concentração no meio, estão sendo utilizados para o
dimensionamento de wetlands construídos com fluxo subsuperficial horizontal
(Rousseau et al., 2004).
33
3. Estudo de Caso: Proposta de implantação de um sistema de
telhado verde extensivo utilizando a técnica de wetland
construído na Escola Politécnica - UFRJ
3.1 Apresentação
Nesta proposta de aplicação, foi escolhido o bloco D da Escola Politécnica da
Universidade Federal do Rio de Janeiro, localizado na Cidade Universitária, na cidade
do Rio de Janeiro, conforme indicado na figura 30. A Escola Politécnica foi construída
na Cidade Universitária em 1965. A escolha foi feita pautada na vontade de contribuir
com a responsabilidade ecológica e inovação tecnológica sempre defendida pela
Politécnica.
Figura 30 – Centro Tecnológico – Cidade Universitária
Fonte – Google Earth (acesso setembro de 2016)
34
O estudo de caso de implantação na UFRJ, tem como objetivo principal o
reaproveitamento de água para uso no próprio local e desta forma auxiliando na
economia e otimização do uso dos recursos disponíveis de um prédio público.
O sistema de wetland construído dará suporte concreto ao estudo dos estudantes de
diferentes cursos relacionados à gestão de água, desenvolvimento e recursos sustentável.
Por essa razão, esse estudo foi focado nessa técnica que traz inovação e
desenvolvimento sustentável focado no reaproveitamento de água, um recurso que é
imprescindível para nossa sociedade e pode tornar real o reaproveitamento da água
captada para uso não potável na faculdade.
O bloco escolhido para construção do protótipo foi o bloco D, onde abriga a graduação
de engenharia civil, como podemos observar na figura 31. A ideia exposta nesse
trabalho é utilizar a área verde já existente entre os blocos, alterando a mesma com a
finalidade ampliar seu uso sustentável aproximando-o dos alunos, assim transformando
em um espaço de convivência consciente.
Figura 31 – Bloco D – Escola Politécnica
Fonte – Google Earth (acesso setembro de 2016)
A coleta da água que passará pelo sistema de wetland será a captada pelas calhas já
existente no prédio, conforme a figura 32. E essa figura representa também a área que
será beneficiada pelo protótipo.
35
Figura 32 – Bloco D – Escola Politécnica
Fonte – Google Earth (acesso setembro de 2016)
Foram utilizados como referência, projetos idealizados e projetos já realizados em
cidades de diferentes regiões.
3.2 Metodologia
3.2.1 Sistema Adotado
Para este estudo foi escolhida a cobertura extensiva, pois estas coberturas necessitam de
pouca ou nenhuma manutenção, figura 33.
Figura 33 – Representação gráfica do sistema extensivo.
Fonte: SAVI, 2012
36
No caso da proposta de aplicação, a cobertura vegetal será aquática, sendo assim foi
selecionado o sistema de wetland construído, figura 34, dado que além de seu baixo
custo de implantação e manutenção esse sistema apresenta como benefício a melhoria
na qualidade da água, possibilitando o reaproveitamento da água captada para uso não
potável.
Figura 34 – Sistema de wetland construído
Fonte : Aquarius, 2013
Para a instalação do sistema de wetland construído foi escolhido o sistema de wetland
utilizando plantas aquáticas emergentes, e tendo em vista essa escolha, para ampliar o
aproveitamento de todas as propriedades das macrófitas emergentes, foi proposto um
sistema em duas etapas, onde a primeira consiste em um sistema com fluxo
subsuperficial vertical, figura 35 a, e o segundo em um sistema com fluxo subsuperficial
horizontal, figura 35b. Essa seleção pode ser melhor visualizada no quadro 3.
Quadro 3 – Seleção sistema de wetland construído
Classificação Sistemas de Wetland Construído
Sistemas utilizando plantas aquáticas (macrófitas) flutuantes
Sistemas utilizando plantas aquáticas (macrófitas)
emergentes
Fluxo Superficial
Fluxo Subsuperficial Horizontal
Fluxo Subsuperficial Vertical
Sistemas utilizando plantas aquáticas (macrófitas) submersas
Fonte: Autora, 2017
37
Figura 35 – Sistema Wetland Construído : desenho esquemático
Fonte: Hammer, D.A. 1992. Creating Freshwater Wetlands
Nos sistemas onde os módulos de fluxo verticais são seguidos por módulos de fluxo
horizontal, o interesse é obter uma boa nitrificação nos filtros verticais, que são bem
oxigenados, e também uma desnitrificação nos filtros horizontais, onde se encontram
condições de anoxia necessárias a esta reação. Por outro lado, nos sistemas nos quais os
módulos horizontais são seguidos por módulos verticais, a idéia é que a DBO removida
no filtro horizontal possa prevenir interferência com a nitrificação no filtro vertical
(Philippi e Sezerino, 2004).
3.3 Projeto Executivo
O projeto se divide em três etapas, sendo elas a captação da água da chuva, absorção e
estocagem no sistema de wetland construído e saída do efluente do sistema.
Na figura 36 a seguir podemos ilustrar o processo de captação, que no estudo de caso
foi feita a escolha de utilizar as calhas já existentes no prédio para captar a água da
chuva que será encaminhada para segunda etapa.
a) Desenho esquemático de um
canal com com macrófitas
emergentes com fluxo sub-
superficial vertical.
b) Desenho esquemático de um
canal com com macrófitas
emergentes com fluxo sub-
superficial horizontal.
38
Figura 36– Captação água da chuva pelo sistema de telhado verde tradicional
Fonte : Autora, 2016
As duas calhas já existentes fazem a captação da água da chuva pelo telhado do bloco
D, e nela possuem oito descidas (figura 37) que levam a água para rede de distribuição
pública, que no caso do estudo foram escolhidas as descidas AP-7 e AP-8, que serão
levada para segunda fase do processo. E além dessas decidas também tem uma
alternativa em caso de transbordamento localizada na extremidade oposta as descidas
escolhidas, como podemos visualizar na figura 38.
Figura 37 – Rede pluvial bloco D – Centro Tecnológico - UFRJ
Fonte : Autora, 2017
39
Figura 38 – Calha bloco D – Centro Tecnológico - UFRJ
Fonte : Autora, 2016
Na segunda etapa, figura 39, é a absorção e estocagem no sistema de wetland
construído, onde efetivamente ocorre o tratamento da água captada pelas plantas
aquáticas que compõem o sistema de wetland.
Figura 39 – Absorção e estocagem no sistema de wetland construído
Fonte : Autora, 2016
40
Nesse momento a água captada irá passar pelo sistema, primeiro pelo sistema com fluxo
vertical e em seguida uma segunda etapa com fluxo horizontal
A terceira etapa, conforme figura 40, será executado o sistema de canalização para saída
do efluente, seguido de um pequeno reservatório para armazenamento com objetivo de
analisar o efluente, e se necessário, adicionar qualquer tratamento adicional certificando
que o mesmo esteja pronto para ser utilizado. O reservatório selecionado nesse caso foi
um modelo de caixa d‟água fabricado em polietileno em função da facilidade de compra
e o custo.
Figura 40 – Saída do efluente do sistema de wetland construído
Fonte : Aquatiris, 2013
Estabelecendo todos esses critérios de metodologia do projeto, chegou-se ao protótipo
completo, como podemos analisar na figura 41, cuja as dimensões serão determinadas
posteriormente. Durante toda a sua elaboração, as escolhas foram pautadas na
otimização de qualidade e custo, buscando agregar o máximo que cada parâmetro
poderia fornecer ao sistema.
41
Figura 41 – Saída do efluente do sistema
Fonte : Autora, 2016
Agora com modelo final, foi situado de maneira que possa ficar clara sua localização,
figura 42.
Figura 42 – Localização protótipo – Centro de Tecnologia - UFRJ
Fonte : Autora, 2017
Como podemos notar ele será instalado no espaço entre os blocos C e D, figura 43,
ficando desta forma próximo ao local de captação da água e de fácil acesso para as
análises requeridas do projeto.
42
Figura 43 – Localização protótipo – Centro de Tecnologia - UFRJ
Fonte : Autora, 2017
3.3.1 Dimensionamento – Sistema Wetland
Dado que estamos dimensionando um protótipo, figura 44, com objetivo de pesquisa
não há a necessidade de ser dimensionado para uma grande demanda de água, e será
requerida algumas análises e testes da água final, verificando a qualidade da mesma,
para averiguar se ela irá atender os padrões requeridos nas normas para o
reaproveitamento não potável, sendo assim com um fluxo reduzido reduz a
possibilidade de erro. Porém para futuras comparações com pesquisas e trabalhos já
realizados foi escolhido seguir com o equivalente a uma casa, ou seja, 5 habitantes, o
que nos fornece um total de 10 m².
A configuração do sistema foi baseada nos seguintes critérios: remoção de sólidos
suspensos, evitar problemas de odor e entupimento e propor um sistema compacto. Para
obter o desempenho esperado foi proposta a configuração ilustrada (Figura 44). As
dimensões do sistema foram determinados na caracterização realizada por Pansonato et
al. (2007). O dimensionado do wetland construído com fluxo subsuperficial vertical foi
baseado no balanço de oxigênio requerido para remover a DBO5,20 remanescente e
reduzir a concentração de NH3 (NH4 + ) presentes no efluente do wetland construído
com fluxo subsuperficial horizontal. Caso este wetland construído com fluxo
43
subsuperficial vertical possuísse 1 metro de profundidade, esperar-se-ía uma eficiência
de nitrificação de 85% com este modelo de dimensionamento (Johansen e Brix, 1996).
Figura 44 – Protótipo Wetland Construído
Fonte : Autora, 2017
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4. Considerações Finais
No momento atual, as atenções estão extremamente voltadas tanto para a
sustentabilidade urbana que engloba infraestrutura verde, telhado verde e todos os
instrumentos que o urbanismo pode fornecer para reavaliar o comportamento das
grandes cidades, trazendo de volta todos os aspectos positivos que o espaço verde
proporciona, dado o aquecimento global, crise hídrica, diversos transtornos que o
estresse vem causando nos habitantes das grandes cidades e inúmeras outras
consequências que o desenvolvimento e expansão desenfreada sem conscientização da
urbanização trouxe.
Seguindo essa perspectiva e como este trabalho possibilitou verificar, os sistemas de
wetlands aparecem como uma solução muito acessível, dado sua viabilidade econômica,
já que seu custo não é elevado, além de auxiliar na drenagem urbana com o retardo do
retorno das águas da chuva para o sistema de drenagem urbana, proporciona o
tratamento da mesma com o auxílio de plantas aquáticas devolvendo o espaço verde aos
centros urbanos, junto a essa função reduz o efeito estufa com o conforto térmico que
disponibiliza.
O protótipo do sistema de wetland construído na proposta de aplicação no bloco D da
Escola Politécnica, traz diversos benefícios de ordens econômicas, ambiental e social.
Na parte econômica, que é de suma importância, pois torna possível a sua concretização
e atrativo para replicá-lo em outras locais. Podemos explicitar o aumento da vida útil do
telhado, isolamento acústico e térmico, redução de gastos com climatização e contas de
água, certificações sustentáveis, que podem trazer maiores investimentos para faculdade
Tendo em vista o aspecto ambiental, esse sistema traz um aumento da área verde,
melhoria na qualidade do ar, minimiza os efeitos de ilhas de calor, combate o efeito
estufa, reduz o escoamento superficial e o consumo de água potável para uso não
potável.
E sem dúvida, possui uma grande importância social, pois como terá uma localização
visível, protagoniza um papel de conscientização do reuso da água e da sustentabilidade
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em geral, além da contribuição estética da área comum e juntos trazendo melhoria para
qualidade de vida.
Este estudo contribui para futuros trabalhos relativos à viabilidade econômica,
construção do protótipo, aprofundar a relação da escolha da espécie de macrófita com o
dimensionamento, aos benefícios gerados pela instalação desse sistema, como,
realização de análises da qualidade da água após a passagem pelo mesmo, à economia
gerada pelo aproveitamento da água da chuva para uso não potável e análise da possível
proliferação de mosquitos com o surgimento do fluxo superficial. Além de replicar este
protótipo para tratamento de efluentes de água cinza para reuso.
Esse trabalho se mostra como um esforço inicial que visa estimular a adoção dessas
práticas socioambientais de forma concreta e prática, abrindo espaço para uma maior
disseminação do tema no Brasil.
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